中美小学科学教材比较研究

随着科学教育重要性的提高，业内对科学教材的研究也不断增多。在教材分析上，目前的研究多是对国外教材的特征进行分析，例如，王晨光从内容结构、活动组织和建构特点等方面对美国俄亥俄州小学科学教材SOE进行分析研究。[1]在比较分析上，则是从内容结构、活动设计等方面比较中外在教材和科学教育上的发展差异，例如，首新等人以“磁”知识点为例，采用微观发生法比较中、美、日三国小学科学教材中“科学探究”内容的设计差异。[2]总体而言，虽然业内对国外教材的分析研究较多，但对国内外教材的比较性研究都相对较少，针对小学阶段的研究则更少。[3]

教材是教师实施教学的重要工具。基于我国小学科学教材版本众多、风格各异等情况，笔者以低年级的“磁”内容为例，从整体框架、章节设计、栏目设置、风格特征等方面对不同版本的教材进行比较研究，从而对国内科学教材提出建议。

一、研究对象和研究方法

本研究的对象包括国内外10个版本的科学教材，分别是国内的人教鄂教版、粤教版、教科版、大象版、冀人版、苏教版、青岛版、湘版以及两个美国教材Science，A Closer Look（下文简称SA）和Science Fusion（下文简称SF）。SA是在2008年由麦格劳·希尔出版的，是美国加利福尼亚州、俄亥俄州、德克萨斯州等公立学校的主流教材。SF是由霍顿·米夫林·哈科特集团针对6～16岁学生（GK-G8）出版的科学教材。这两个版本的美国教材均以美国《新一代科学课程标准》（NGSS）为依据进行编撰。

本研究依据科学核心素养的四个维度（科学观念、科学思维、探究实践和责任态度）以及教材编写的基本原则对各版教材进行分析。其中，教材编写的基本原则包括两方面：一是教材内容的适切性和灵活性，既要符合学生的认知水平和发展水平，又要兼顾内容的基础性和时代性；二是教材编排的整体性和逻辑性，既要体现内容的综合性和实践性，又要具有良好的逻辑结构和风格特征。[4]

二、教材整体框架和章节设计

国内教材的传统架构为“册—单元—课”，[5]按照不同学期分为上下两册，每册包含数单元，每单元包含数课。一般教材的整体框架包括册引入、目录、普通单元（或特色单元）、册后记（如图1）。在册引入中，部分版本的教材会设置科学家的故事、对学生的寄语等内容引导学生进入学习。单元设置包括普通单元和特色单元（课）两种。普通单元的模式多是“单元引入+单元内容+单元总结”。“单元引入”一般以诗歌、问题、情境、游戏的形式呈现；“单元内容”是课程的主要内容，一般包括游戏、调查、讨论、思考、阅读、实验、制作、拓展等环节；“单元总结”一般是对本单元知识的复习总结或检测，但国内教材中只有人教鄂教版和青岛版设有。特色单元主要包括三种：一是针对科学探究、设计制作、工程技能开展的探究实践单元，如粤教版的“探究技能”等，大部分版本教材都会开设此特色单元以突出对探究实践维度的培养；二是针对科技资讯、科学故事等开展的资料阅读式单元，如教科版的“科学阅读”等，让学生通过了解科学发展的历程，理解科学本质，提高人文素养；三是STEM或跨学科学习单元，如苏教版的“STEM学习”。

美国教材的架构以“单元—章—节”为主，通常一学年使用一册书，整体框架与国内相似。SA和SF的章节设计特色有三点：

一是将探究实践类特色单元综合起来，设置在教材起始处，且该特色单元采用以发展学生科学技能和工程能力为线索的逻辑结构来编排内容。如在SA中，每册教材起始部分均设置了“做个科学家”（be a scientist）环节，以实际案例讲授各种探究实践技巧和步骤，并具有单独目录。在SF中，每册教材的前两个单元都属于“科学本质和STEM”（the nature of science and STEM）领域，该领域下的单元主题包括：科学家如何工作、身边的技术、工程过程、像科学家一样工作、技术和世界、调查问题、学习科学等。

二是注重单元总结或章总结的设计。SA和SF在每一单元或每一章节后都会设置知识复习或小测验（如图2）。如SA在总结环节中设有可视化知识复习环节，在每道题目下标出相应的知识水平深度。针对低年级学生总结能力欠佳的特点，它还增设了“阅读温习（I read to review）”栏目，通过简单的图片和文字，帮助学生总结复习核心知识点。

三是注重职业科普的特色单元设置。如图3所示，除了注重探究实践类、跨学科类的特色单元设置外，SA和SF还设置了针对科学职业的科普单元，以培养学生的职业兴趣，拓宽他们的职业选择。

总体而言，我国教材和美国教材的整体框架相似，无论是教材架构、普通单元设置，还是特色单元的取向，都体现了当下国际科学教育的主要关注点——探究实践和跨学科学习。相较而言，美国教材的探究实践单元的数量比我国教材多，并且在教材起始处以综合的形式编排。其次，美国教材专门设有职业科普章节，且科普的职业与该章的科学内容相关，内容的整体性强。再者，美国教材非常重视单元总结的设置，年级越高，单元总结的篇幅越多，这与国内仅两个版本教材有简单的单元总结设置形成鲜明的对比。

三、教材栏目设计和风格特征——以“磁”主题为例

在我国的科学课程标准中，“磁”属于概念“电磁相互作用”的内容。在这一内容上，我国教材大多以此顺序进行编排：磁铁能吸引的物品、隔空作用、南北两极、相吸相斥、指示方向、生活应用。表1是各版本低年级教材对磁主题的安排，其中大象版、青岛版、SA将上述的六个知识点分开到两个年级里学习，其余版本则将其安排在同一年级的同一单元中。虽然讲授的理论知识一样，但各版本在实验选择、栏目设计、图文编排上各具特色。

1.主题的趣味性设计

大部分教材以生活场景引入，带领学生学习各种磁的知识点，而粤教版教材和大象版教材采用玩具和卡通故事的形式串联起各知识点，更注重趣味性。粤教版教材以钓鱼玩具、磁铁小车、玩具鸭三种玩具作为主要载体，每种玩具设置一课，让学生每玩一种玩具便掌握相应的知识点，最后通过自制磁铁玩具的任务，让他们体验磁的主要性质。大象版教材以磁铁魔法城堡作为故事背景，让学生通过完成城堡里的闯关任务，学习相应的知识。低年级学生具有活泼好动、注意力不持久等特征，生活中的磁现象固然能引起学生的学习兴趣，但将各分散的知识点通过某一主题串联整合起来，能使他们对知识的认识顺序有更清晰的记忆，并能保持学习的热情。另外，为了增加教材的互动性和趣味性，粤教版教材和大象版教材还设计了卡通人物，通过人物的对话引出各环节内容。

2.图文的精准使用

相对于国内教材，SA、SF在图文的使用上更精准。国内教材中的大部分图片并无解释说明或具体作用，教师在教学中可能会忽略对其的应用。SA、SF则倾向于使用真实图片而非卡通图片，并且每一张图片都有相应的文字说明，或者针对图片内容进行了提问或探究。如SA在章节引入中插入磁铁火车玩具的图片，并提问：火车的磁铁在哪里？SF在章节引入中插入磁铁和磁粉组成的笑脸图片，并提问：该笑脸是如何形成的？另外，在单元引入中，SA多采用诗歌、故事或短文，再配以相应的图片和问题；SF呈现该章的核心概念，配以相应的图片和问题，并将问题的解答作为单元引入内容。而国内教材的单元引入较为简单，大部分仅配以图片，部分结合诗歌（如冀人版、苏教版、青岛版、湘版），但没有解说或进一步使用该图片和诗歌。

3.探究活动的开放性和完备性

各版本教材对探究、实验、调查、工程制作等活动的设计分为显性和隐性。隐性是在普通单元中，依托活动手册开展相关活动，显性则是将该活动单独设为特色单元或者章节。关于“磁”主题，各版本教材主要涉及的活动有：①探究磁铁能吸引何种物品；②隔空吸引物品，探究磁铁起作用的距离；③利用回形针探究磁铁磁性最强的位置；④探究磁铁相吸相斥的特性；⑤制作指南针，探究磁铁指示方向的特性。各版本都以活动①作为“磁”主题的第一课，其主要原因是学生在感知事物特征时具有“以自我为中心”和“突出明显特征性”两个特点，也就是当面对具有综合性特征的实体概念时，他们会以自身感知获取的信息优先，清晰认识某一明显特征（如磁的吸引力），而淡化其他特征（如磁极、隔空作用等）。[6]

对于上述活动，不同版本教材设计的开放性、探究性、完备性以及语言引导的显化性均有不同。部分版本教材的开放性和灵活性更高，具有较为完整的探究或工程步骤，且语言引导明确。例如，湘版教材在制作小磁针式指南针中提供了多种材料和四种改进方案，让学生体验构造设计和检验改进的工程技能；SF在STEM特色章中设计了画图设计、收集材料、构建测试、汇报交流四大步骤来制作磁铁玩具或磁铁游戏。部分版本的活动流程比较固化和简单，如教科版中浮水式指南针的制作、粤教版中蹦蹦玩具的制作、大象版中猴子上山玩具制作、苏教版和青岛版中小磁针式指南针的制作，均是在教材中直接以图片或文字简单地描述制作步骤，并没有设计、测试、改进等环节。固定的实验或制作流程固然能帮助学生更好地完成作品，使课堂效率更高，但可能会使科学课变成简单的手工课。开放性和灵活性更强、步骤更完备的活动设计，能让学生更好地体验和掌握探究和工程设计的步骤和技能。

4.跨学科栏目的合理编排

各版本教材的单元内容中都设有固定的栏目（见表2），但编排方式稍有不同。一种是每一课中均按照同样的顺序编排固定栏目，如教科版中每一课都包含聚焦、探索、研讨、拓展四大环节。另一种则是从固有栏目中挑选适合本课的内容进行编排，如大象版、苏教版、湘版、SF。教材栏目数量一般以3～5个为宜。部分国内教材存在栏目过多或过少，不宜理清栏目性质和类型的问题。适宜的数量和固定的顺序有利于潜移默化地帮助学生认识科学探究流程。

相比国内教材，SA，SF更注重对跨学科栏目的设计。如SA设有提问讨论（talk about it）、写一下（write about it）、艺术链接（art link）、社会研究链接（social studies link）、数学链接（math link）、撰写链接（writing link）等栏目，SF设有做数学（do the math）和使用标题（use heading）、对比比较（compare and contrast）、主旨探寻（main ideas）等阅读技能训练栏目。这些栏目旨在培养学生在科学中的读、写、算以及调研的能力和艺术素养。

四、总结与建议

由上述对比分析可知，国内外各版本教材的整体框架相似，但在特色单元和栏目的设置上各有取向。基于上述总结的设计特色，本研究对现有国内小学教材提出三点建议。

1.合理使用图文素材，强化学习的表征联系性

小学生的认知特点表明，通过突出明显特征初步感受事物，再通过表征联系性认识科学结构和功能，这样的先后顺序有利于学生认识概念的本质和外延，并构建知识体系。图文能凸显事物的明显特征，是激发学生兴趣的主要途径。国内教材对图文的使用或过于简单，与内容联系不紧密；或表意不明，无任何解释说明。因此，教材应增加与教学内容匹配度较高的真实图片，并增强其使用的有效性。

2.明确活动路径及步骤，提高探究实践素养

实践活动是教材的重要组成部分，但固化步骤的探究活动或工程项目不利于培养学生的科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力。因此，教材应在实际操作环节前后加强提问假设、讨论交流、构思设计、验证改进等一些注重科学思考和反思的设置，使学生意识到探究实践并非按部就班的手工制作。

3.注重跨学科栏目设计，培养学生综合素养

科学教育的综合性不仅体现在对物质科学、生命科学、地球与宇宙科学等不同领域知识的学习，还体现在学生对读、写、算、艺术创作的技能掌握。国内教材的实践活动中虽然包含部分计算和艺术创作环节，但甚少设有训练阅读、撰写等科学能力的环节。因此，教材应注重跨学科栏目的设计，完善各领域知识体系的联系，从而培养学生的综合素养。

参考文献

[1]王晨光.美国俄亥俄州小学科学教材的特色分析及其启示[J].教学与管理，2023（17）.

[2]首新，胡卫平，林长春，等.小学科学教科书“科学探究”设计的微观发生法比较——以中美日三国“磁”内容为例[J].湖南师范大学教育科学学报，2017（05）.

[3]张韵，顿卜双，徐唱，等.基于STEM框架的中美科学课程教材比较研究——以美国FOSS和中国人教版小学五年级教材为例[J].外国中小学教育，2016（06）.

[4]义务教育科学课程标准修订组.义务教育科学课程标准（2022版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.

[5]姚建欣.新编小学科学教材的特点分析与后续册次修订建议[J].课程·教材·教法，2018（11）.

[6]叶宝生，彭香.小学生的科学认识特点和教学策略——基于“小学生前科学概念研究”[J].课程·教材·教法，2018（12）.