科学能力在教科书“问题”设置中的体现

科学能力是公民对有关科学、技术、政治、经济等人类社会可持续发展问题的理性讨论并进行决策和行动的能力。科学能力作为科学素养的重要组成部分，包括科学现象解释、构建和评估科学探究设计并批判性地解释科学数据与证据以及研究、评估和使用科学信息进行决策和行动等能力指标。[1]科学教科书作为科学教育的重要教学资源，包含了许多诸如例题、习题、课后作业、探究任务等“问题”设置，它们对学生科学能力的培养具有不可替代的作用。本研究基于最新的PISA科学能力框架，对现行的苏教版小学科学五六年级教科书中的“问题”设置进行深入分析，归纳出这些“问题”设置是否以及如何体现科学能力指标。

一、分析框架和编码

本研究将教科书中设置的“问题”定义为：学生在理解学习内容的基础上，运用科学能力以口头解释、书面解答或实践探究等形式完成的任务。最新PISA科学能力框架包含三个维度：“科学地解释现象”是指学生需要对一系列自然、技术现象和问题的解释和解决方案进行识别、生成、应用和评估；“构建和评估科学探究设计，并批判性地解释科学数据与证据”指学生构建和评估科学探究，科学处理问题并解释数据；“研究、评估和使用科学信息进行决策和行动”是指学生需要在多种表征和情境中研究和评价科学信息、主张和论点，并得出恰当的结论。[1]本研究基于该科学能力框架构建出编码目表（见表1），并对教科书“问题”设置进行编码和分析。例如，“这些物体是光源吗”这一问题要求学生回忆并应用光源的相关知识以做出判断和解答，因此将其编码为“A1.1知识”；“从以上两个实验中你可以得出什么结论”这一问题要求学生从实验数据中得出适当的结论并进行回答，因此将其编码为“A2.4解释”。

二、教科书“问题”设置体现科学能力的特点

1.以解释和探究能力为主，科学信息研究、评估和使用的能力较少

分析发现，A1类问题数量最多，占比61.2%（见表2）。该类问题注重解释各种现象尤其是熟悉场景中的现象，学习该类问题时，学生可将科学与日常生活联系起来，既增强了兴趣和好奇心，又可以深入地理解科学知识并建立扎实的科学基础。此外，解释现象需要学生运用观察、分析、推理等能力，有助于培养他们解决问题的能力。

A2类问题占比37.8%。学习该类问题时，学生需要提出问题、作出假设、设计实验、收集分析数据、得出结论并进行评估，从而帮助他们掌握科学探究的基本程序和方法，学会发散思考和深度思考并促进迁移能力的发展。因此，教科书包含了大量探究能力的问题设置，符合科学课程标准中“加强探究实践，让学生经历科学探究以及技术与工程实践的过程”的理念。

A3类问题设置数量较少，占比仅1.0%。学习该类问题时，学生要评估信息的有效性和可靠性，通过识别信息和综合考量做出决策以解决实际问题。该类问题较少的原因可能在于：第一，课程目标要求学生掌握基本的科学能力，因此教科书的问题编排以解释和探究能力为主，而非过多涉及更高阶的科学信息能力；第二，五六年级学生虽然掌握了一定的探究过程和方法技能，但还没完全准备好进行复杂的评估、决策和行动，教科书根据学生的接受能力和发展阶段较少设置了相应问题。最新PISA科学能力框架建议A1占比40%左右，A2和A3各占比约30%，因此，教科书可以适当增加体现A3类问题设置。

2.解释能力以回顾和应用科学知识为主，重视科学的实用价值

由表3可以看出，“A1.1知识”数量最多，其后依次为“A1.3证明”“A1.5假设”“A1.4模型”“A1.6影响”和“A1.2形式”。这表明，“回顾和应用适当的科学知识”这类问题最多，“作出并证明适当的科学预测和解决办法”次之，其余类目数据较少且较为接近。

A1.1和A1.3两类问题主要关注将科学知识与自然现象的解释、预测和日常生活中的应用紧密结合，符合学生的认知发展水平，还能帮助他们认识科学的价值并利用科学知识解决现实问题。例如，“你还知道哪些物品的设计是受了动植物的启示”这个问题进一步拓展了学生对仿生学的理解，他们通过了解生活中各类产品和技术如何从自然界获得灵感，学习、解释背后的原理，甚至开始关注和思考部分物品存在的问题及其改进的可能性，从而认识到科学的意义。而其他四类问题对学生抽象思维和逻辑推理能力的要求更高，特别是“A1.4模型”“A1.6影响”要求最高，但在教科书中很少涉及。

3.以探究活动和实验的设计为主，重视探究的方法操作

由表4发现，“A2.2设计”数量最多，其次为“A2.4解释”，“A2.1识别”和“A2.3评估”占比较低。可见，该维度的“问题”设置以针对科学问题来“提出合适的实验设计”为主，“解释数据、从中得出适当的结论并评估其相对优点”这一能力次之，表明教科书关注科学探究的设计和根据收集的数据得出结论的阶段，以引导学生学会控制变量、收集分析数据、解释数据和评估结论等。但苏教版教科书和其他教科书一样提供给学生提出科学问题机会的“问题”设置略显不足。[2][3]其次，评估实验设计涉及理解科学实验价值和本质的科学认识论，对学生批判能力和抽象思维要求较高，故教科书中的“问题”也较少体现。

“A3研究、评估和使用科学信息进行决策和行动”的能力对学生元认知知识要求过高，因此仅有5个数据，“A3.1搜索、评估和交流不同信息来源的相对优点”4个，“A3.3从一组数据中构建论点以支持一个适当的科学结论”1个。此处不展开分析。

三、相关建议

1.通过问题拓展，适当关注科学信息研究、评估和使用的能力

教科书考虑到学生的认知能力和小学科学教育基础性、实践性的特点，以解释和探究能力的“问题”设置为主。教师可以根据高年级学生认知水平适当拓展一些问题以涉及“研究、评估和使用科学信息进行决策和行动”的能力，这与当前提高公众对科学信息的辨识能力并倡导他们反思性地参与科学实践活动或社会问题的科学素养愿景相吻合。例如，在学习六年级《善用自然资源》一课时，教师还可以设计更高阶的活动，让学生进行自然资源环境调查，模拟居民、企业家、科学家、政府人员等不同角色并从自身利益出发收集信息和组织模拟讨论会，让学生表达、分享和协商，共同完成自然资源保护倡议书的决策与制订，从而引导他们学习如何分辨信息、举证和做出合理的推论与决策，培养实践探究、解释举证、甄别信息、做出决策等多项能力。

2.进行进阶性“问题”设置改编，逐步提升学生科学能力

科学教师可以对教科书中的“问题”进行进阶性的设置改编，以促进学生科学能力的进阶提升。例如，五年级《水滴的“旅行”》一课，教科书让学生观看插图并回答问题来理解水循环，教师可进行进阶性的改编。

第一阶段：基础理解。问题为“请举例说明我们身边的水是如何变化的”，让学生观察水的不同状态并在课堂上分享。

第二阶段：探究学习。问题为“水循环是如何影响我们的天气和环境的”，让学生小组合作完成实验（人造雾、雨水蒸发等）探究水循环。

第三阶段：深入分析。学生通过收集资料或实地观察，解释“为什么水循环对地球上的生命至关重要”，理解水循环对生态系统的意义。

第四阶段：应用创造。学生以“如何设计一个模型来展示水循环的过程”为题，利用身边的材料合作设计和制作三维模型并进行全班展示或竞赛。

第五阶段：综合评估。学生综合运用所学知识，以报告等形式解决“你认为人类活动如何影响水循环？我们应该如何保护水资源？”的问题。

通过以上进阶性的“问题”设置改编，教师逐步引导学生进行深度学习并推动其科学能力从低到高、从片面到多维发展。

3.增设开放性问题，引导学生提出科学问题

答案唯一的问题不利于培养学生的创新思维和科学能力。[4]因此，教师可适当增设开放性问题，引导学生提出科学问题，以提升他们的科学能力。以六年级《适应生存的本领》为例，教师以“你知道哪些动物的生存本领”这一开放性问题为抓手，提供不同环境下不同动物的图片并配上注释和启发式问题气泡，如“你看到了什么？这些地方生活的动物有什么特点？为什么会有这些差异？你有什么发现？”等，引导学生通过小组分工合作收集、整理信息并分享、评估成果。活动开始前，教师可补充播放不同地区气候变化的视频并提问：“这些地方是什么样的？那里的环境和气候有什么特点？”学生初步感知不同环境的独特性，为后续的调查探究奠定基础。每组学生汇报后，教师还可提问：“你赞同他们的观点吗？对于不赞同的观点，你有什么想说的？”这些开放性问题引导学生提出和解答科学问题，调动和培养了他们质疑、解释、评估等多项科学能力。

[项目：江苏省社会科学基金重点项目“基于本土文化情境的科学教育实践及模式创新研究”，编号：23JYA003]

（作者：赵婷，苏州大学教育学院硕士研究生；万东升，通讯作者，苏州大学教育学院教授，博士生导师）

参考文献

[1]OECD.PISA 2025 Science Framework（Draft）[EB/OL].（2023-06-15）[2023-10-24]. https：//pisaframework.oecd.org/science-2025/assets/docs/PISA_2025_Science_Framework.pdf.

[2]王少峰，王丽丽.“1+X问题链”式的小学信息科技教学探索[J].中国信息技术教育，2023（22）.

[3]袁良敏.促进学生提问的小学数学教学设计优化研究[D].南京：南京师范大学，2021.

[4]张艳香，金新喜.关于人教版初中物理教材习题设计的几点思考[J].课程·教材·教法，2013（04）.