親歷美國科學教育，比研究更重要的是實踐

看點 科學是持續推進一個國家經濟發展和社會進步的原動力，因此，在基礎教育階段為學生提供系統和富有前瞻性的科學教育就顯得尤為關鍵。上海市高東中學的鄭鋼老師在赴美研修期間，曾學習美國的國家科學教育標準，文中所舉的兩則課堂教學案例，就很好地體現了他們鼓勵實踐和學科融合的價值取向。

文 | 鄭鋼 編輯 | 聞琛

科學是當代公民生活的核心組成部分之一，也是持續推進一個國家經濟發展和社會進步的原動力。早在1996年，美國就頒布了《國家科學教育標準》。然而，二十多年來，世界和美國的科技發展日新月異，96年版舊標準已無法適應科學發展的步伐，亟需制定新的課程標準來推進科學教育。

2011年，美國國家研究理事會（NRC）制定新的科學教育綱領性指導建議，彙集了1989到2011年間科學技術發展和科學教育的研究成果及經驗，制定新的綱領性指導建議。在指導建議的框架下，2013年頒布了科學教育標準，該標準面向K-12教育，內容豐富，實踐指導性強，以貫穿學科和年級的方式組織，為所有學生提供的系統和富有前瞻性科學教育。

筆者赴美研修期間培訓的一個內容就是學習該《標準》。

培訓一開始，沙琳老師就向我們介紹了科學教育課程標準的特點和變化。在綜合實踐的設計思路下，《標準》制定科學教育的三大維度：科學實踐、學科核心概念和跨學科共同概念。

這改變了以往科學學科知識相互獨立、科學知識與科學實踐互不相干的現象，將三者有機融合，使得過去鮮被關注的跨學科概念、科學和工程實踐進入課堂，成為科學教育的主體。

三個維度中，科學實踐處於核心地位，並與核心概念和跨學科概念相互結合，主要體現在8個方面：

• 提出問題（科學）和明確需解決的難題（工程）；

• 建立和使用模型；

• 計劃和實施調查研究；

• 分析和解釋數據；

• 運用數學和計算思維；

• 建構解釋（科學）和設計解決方案（工程）；

• 基於證據的論證和辯論；

• 獲取、評價和交流信息。

這些「實踐」代替了「研究」，強調了「做」與「學」無法真正分開，更廣義地體現出科學學習的特點。

與舊標準相比，新標準還出現了觀念上的7個變化：

• 強調科學與工程實踐、跨學科概念和學科核心概念三個維度整合，反映出科學內在關聯的本質；

• 標準的內容是學生的預期表現，而非課程內容，即希望學生在學習后達到怎樣的期望和表現；

• 科學概念的建構需要從幼稚園到12年級連貫實施；

• 教學不僅關注對內容的深入理解，也關注對內容運用的有效掌握；

• 將工程設計與科學探究視為同等重要，科學、工程和科技融入新標準；

• 科學教育為將要升入大學、就業和成為公民的學生而設計，為他們的將來做好準備；

• 科學課程標準與英語、數學通用核心內容標準相對應；

• 保證它與英語和數學學科間的兼容、銜接和滲透，確保教育正向共振。

科學教育標準的核心是實踐，當然，離開了實踐的科學課堂教學必然是「穿新鞋，走老路」。沙琳老師告訴我們，美國科學教育正以課程標準為導向，推進加強實踐性的課堂教學，這樣的課堂教學最大的特點是以學生為中心，設計以探究為基礎的調查、應用、分析和評估的活動，並融入了4Cs技能、深度學習、基於真實生活場景的實踐和基於項目的學習等等元素。

案例1

隨後，約翰老師為我們播放了一堂美國8年級生物遊戲課堂視頻，這節課的主題是生物鏈中的能量流動，教師先展示了4種生物的圖片：白鷺、大蝌蚪、蝸牛和海藻，在自然界的生物圈中，它們依次處於從最高級到最低級的生物鏈。低一級的生物是高一級的食物和能量來源。

遊戲前，每一學生獲得一張胸卡，代表一個動物，然後從物品箱中隨意取一些豌豆，一個豌豆代表了一顆能量。然後他們隨機和代表不同動物的同學碰頭，如果遇到比自己大一級的動物，那就貢獻出5顆豌豆，遇到比自己小一級的動物的話就獲得5顆豌豆。在遇到既不是大一級也不是小一級的動物時，就什麼也沒有得到。不過不管遇到誰，都要交出2顆豌豆，因為在互動的過程中消耗了能量。

在遊戲過程中，學生必須填寫一份記錄表，記錄原來有多少豌豆，在碰到一次同學后，失去或得到多少豌豆？最後是多少？將整個過程中豌豆的數量完整地記錄下來，如果最後哪位學生的豌豆比他原來的少了的話，那就意味著他沒有能量，會失去生命。

這樣的活動創設了虛擬的自然場景，將大自然中的生物鏈搬進了課堂，學生在模擬生物的關係中互動、交流，認識到生物鏈的意義以及能量流動對於生態系統的重要性。

教師通過圖表呈現了知識和概念，但這些只是媒介和手段，真正的學習途徑是情景的遊戲活動，在知識驅動下，學生情景化地學習、體驗和了解生態系統，進行深度學習和體驗學習，而不是教師傳授和學生記憶的淺層次學習。

案例2

而今，科學教育的主流模式是以綜合和實踐為特點的STEAM教育。它基於數學元素，融合工程和藝術，更注重學習的過程，而不是結果。本質上來說，就是敢於讓學生們犯錯，讓他們嘗試不同的想法，讓他們聽到不同的觀點，學習的過程是綜合化和情景化解決問題的過程，而且能培養學生創造和動手實踐能力。

《為冰企鵝建造小屋》就是STEAM教育研究協會開發的課題。此課題背景是地球的溫室效應導致南極和北極的冰川融化，海平面上升，環境惡化。學生要為冰企鵝模型造一個小屋，完工後，還需要測試冰企鵝的重量，看看怎樣才能保持恆溫。在這裡，冰企鵝代表的是地球，小屋則是環境。

在課題中，學生先用氈製品、金屬片等不同材質的物品學習和體驗絕緣體和導熱體的特點，以及熱傳遞的三種方式：輻射、對流和傳導。然後學生小組合作討論和設計小屋的形狀，選擇怎樣的材質製作，完成設計后，大家動手操作，製作小屋。之後在小屋外安裝檯燈照射小屋，觀察、記錄、分析和測量冰企鵝的變化，最後小組再重新調整和設計方案，選擇最優化的材質和方案，建造小屋。

這個課題的立意是解決人類生存的重大問題，引導學生關注地球變暖問題。在課堂教學中，教師獨具匠心地將環境問題轉化為課堂中的問題，先通過比較和體驗解決知識及概念的問題，然後付諸實踐：自行設計、動手製作，不斷改進。

這種注重動手的學習體驗，融入了科技元素和設計思維，將科學教育中的科學實踐、跨學科教學和學科核心知識有機整合起來。學生擁有自己的作品，也擁有創造的學習過程，並在製作過程中建構起關於科學、技術、工程、藝術和數學的知識，這就是科學教育真正的價值。

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