用學(xué)習(xí)周期實現(xiàn)科學(xué)實踐的學(xué)習(xí)

2013年，美國國家研究理事會（NRC）頒布了《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS），新標(biāo)準(zhǔn)將科學(xué)“探究”變成科學(xué)“實踐”被認(rèn)為是極其“搶眼”的變化，引發(fā)了理論界關(guān)于科學(xué)實踐的廣泛探討。已有較多的研究關(guān)注到了科學(xué)實踐的理論認(rèn)定問題，但在科學(xué)課堂中如何實施科學(xué)實踐，如何促使學(xué)生的學(xué)習(xí)像科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)實踐一樣，成為困擾研究界和課堂的現(xiàn)實問題。我們基于對美國STC課程在中國課堂6年的實施經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，課程所倡導(dǎo)的以學(xué)習(xí)周期作為教學(xué)策略能夠很好地實現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)所提倡的科學(xué)實踐的思想。

學(xué)習(xí)周期與科學(xué)實踐的概念界定及相互關(guān)系

《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出了8種被認(rèn)為是科學(xué)家和工程師在實際進(jìn)行工作時很重要的科學(xué)實踐：提出問題（對科學(xué)而言）或者界定問題（對工程而言）；開發(fā)或/和運用模型；設(shè)計并實施探究；分析和說明數(shù)據(jù)；運用數(shù)學(xué)及計算式思維；建構(gòu)解釋（對科學(xué)而言）或者設(shè)計解決方案（對工程而言）；參與基于證據(jù)的論辯；獲取、評估和交流信息。STC課程中學(xué)習(xí)周期的理論基礎(chǔ)是關(guān)于兒童如何學(xué)習(xí)的研究，學(xué)習(xí)周期包括：集中、探索、反思、應(yīng)用。從表1，5年級“漂浮與下沉”單元的課程設(shè)計看，學(xué)習(xí)周期并不是對8大“科學(xué)實踐”的步驟性呈現(xiàn)，也不是一一對應(yīng)關(guān)系，而是在以學(xué)生學(xué)習(xí)過程為主線索的前提下，將8大“科學(xué)實踐”含在不同的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，各自有所側(cè)重地進(jìn)行展開，學(xué)習(xí)周期的策略是課程大的組織線索。

利用學(xué)習(xí)周期實現(xiàn)“科學(xué)實踐”學(xué)習(xí)的策略

集中階段

在集中階段，學(xué)生參與的科學(xué)實踐活動主要涉及“提出問題”，這與學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)緊密相連。提供良好的課堂文化被視為是有效集中學(xué)習(xí)的保障，STC課程為學(xué)生界定了分享觀點時的準(zhǔn)則：毫不猶豫地說出自己的想法；用不抱成見、持開放性心態(tài)接受一切觀點；對同學(xué)的觀點不要批評和妄加評論；努力把自己的觀點與其他同學(xué)的觀點聯(lián)系起來。同時，STC課程提倡教師在這一階段要關(guān)注學(xué)生興趣、教師和學(xué)生共同平等參與等。

在集中階段提出的問題要指向核心概念。學(xué)生對于一個學(xué)習(xí)主題的問題往往是多樣的、分散的，需要通過提問引導(dǎo)他們明確需要探索什么，以及能夠探索什么才有利于形成科學(xué)的概念。例如，在STC課程3年級“化學(xué)實驗”單元教學(xué)起始，要求每一個學(xué)生思考“關(guān)于化學(xué)物質(zhì)我們知道什么，在哪里見過，有什么用途，怎樣使用，你還想知道什么”，學(xué)生們提出的問題五花八門，包括化合物質(zhì)是液態(tài)的嗎？它們是藥品嗎？人體內(nèi)有化學(xué)物質(zhì)嗎？經(jīng)過全班的討論和集中，學(xué)生們最終認(rèn)識到，“特性”可以用于描述一個物體的特征，接下來的學(xué)習(xí)需要學(xué)會利用自己的感官不斷發(fā)現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)的新的特征。

探索階段

在探索階段的教學(xué)，主要涉及“提出問題”、“設(shè)計和進(jìn)行探索”、“建立和使用模型”、“運用數(shù)學(xué)和計算思維”的科學(xué)實踐學(xué)習(xí)。

探究階段的“提出問題”指向的是如何建立科學(xué)概念，提出問題主要涉及兩類：一類是針對客觀現(xiàn)象觀察和操作方法的提問，如你觀察到了什么，可以檢驗?zāi)愕念A(yù)測的方法有哪些等。另一類是針對主觀解釋及概念沖突或者概念改變的問題，比如：你做出預(yù)測的原因有哪些？你發(fā)現(xiàn)了什么？

STC課程一方面提供充分的實驗材料、細(xì)致精準(zhǔn)的實驗操作指導(dǎo)，以及實踐操作為背景，幫助學(xué)生進(jìn)行“設(shè)計和進(jìn)行探索”的學(xué)習(xí)，如探究活動的所有材料均由“材料中心”提供，教師還要與學(xué)生在班級共同建立和維護(hù)“學(xué)習(xí)中心”，即在教室的指定角落長期存放各種實驗材料，方便學(xué)生隨時做實驗時取用。課程的《教師指導(dǎo)用書》中對科學(xué)探究活動的要求很明確，實驗關(guān)鍵點突出，并重視教師在教學(xué)中行為和技能的示范作用。另一方面，課程設(shè)計保障了教學(xué)過程貫穿預(yù)測—解釋—檢驗環(huán)節(jié)（如表2），遞進(jìn)式探索保證學(xué)生有充分完整的探究體驗。兩課銜接以多以復(fù)習(xí)法導(dǎo)入，加強(qiáng)連貫性；教學(xué)過程中經(jīng)常滲透分類、歸納等思維。

在學(xué)習(xí)周期的探索階段，關(guān)于“建立和使用模型”的學(xué)習(xí)，主要鼓勵學(xué)生用畫圖表示事物、用陳述類比等方式交流發(fā)現(xiàn)、制作物體模型，以及用模型預(yù)測和解釋現(xiàn)象等。還以這個單元為例，整個單元規(guī)劃設(shè)計了用來記錄學(xué)生個人概念及概念轉(zhuǎn)變過程的一系列表格（見下頁圖中的一組記錄單）。在第1課就開始使用的頭腦風(fēng)暴表會沿用至最后一課，并依據(jù)每個課時具體安排相應(yīng)的教學(xué)活動。如第1課畫圖表現(xiàn)描述滾珠放入管中的沉浮情況；第3課要求預(yù)測物體的輕重時繪出全班的圖示；第4課圖示記錄標(biāo)定彈簧秤；第5課全班制作顯示物體重量的班級圖表。

反思階段

教學(xué)的反思階段主要涉及對“分析和說明數(shù)據(jù)”、“建構(gòu)解釋”、“基于證據(jù)的論辯”、“評價和交流信息”的學(xué)習(xí)。后三者主要體現(xiàn)在班級討論、集體論證教學(xué)活動中。討論和論證可以讓學(xué)生通過對現(xiàn)象進(jìn)行解釋，展示學(xué)生自身對科學(xué)思想的理解。無論是基于所觀察到的現(xiàn)象做出的解釋，還是基于所構(gòu)建的模型做出的解釋，學(xué)生都將經(jīng)歷概念理解轉(zhuǎn)變的過程。在這一過程中還鼓勵學(xué)生根據(jù)證據(jù)對自己的和他人的解釋的一致性進(jìn)行評價。課堂上的討論和集體論證可以產(chǎn)生有競爭性的解釋，因而有可能對相同的現(xiàn)象做出不同的解釋。學(xué)生與學(xué)生之間相互借鑒新證據(jù)，找出解釋過程中（學(xué)生自己的解釋，或者別人做出的解釋）的缺陷或不足，根據(jù)新的證據(jù)修正自己的結(jié)論，這對于學(xué)生構(gòu)建自己對現(xiàn)象的理解、獲得對科學(xué)理論的解釋能力、理解科學(xué)家是如何工作的都是十分有幫助。

學(xué)生在新的環(huán)境中和現(xiàn)實生活中應(yīng)用他們所學(xué)到的知識，這也是他們進(jìn)行一次新的科學(xué)實踐的機(jī)會。課程很注重在“最后的活動”和“拓展延伸”環(huán)節(jié)精心設(shè)計指向明確的科學(xué)實踐活動。比較有特色的是，課程在單元設(shè)計中注意各課之間的緊密聯(lián)系，后一課往往是前一課的應(yīng)用延伸。在表1所體現(xiàn)的5年級“漂浮與下沉”單元整體學(xué)習(xí)活動設(shè)計中可見一斑。此外，這個單元的第16課作為前邊所有課的應(yīng)用綜合，能使學(xué)生完整地把握觀察對象總體，學(xué)生觀察能力的深刻性得以顯著發(fā)展，表現(xiàn)為分辨力、判斷力和系統(tǒng)化能力有明顯的提高，能夠揭示事物的有意義的本質(zhì)特征。

利用學(xué)習(xí)周期實現(xiàn)科學(xué)實踐的學(xué)習(xí)對我國課程改革的啟示

經(jīng)過6年對STC課程的實驗研究，其運用學(xué)習(xí)周期來實現(xiàn)科學(xué)實踐的教學(xué)策略讓我們印象深刻。我們的課程改革應(yīng)該加強(qiáng)對科學(xué)實踐的認(rèn)識，在課程設(shè)計和教學(xué)實踐中進(jìn)行嵌套式的、有側(cè)重的科學(xué)實踐學(xué)習(xí)內(nèi)容安排。從我國小學(xué)科學(xué)課程改革的現(xiàn)狀看，無論是課程編制者還是教師，對科學(xué)探究的理解都還有待于進(jìn)一步提高。觀察和實驗不等同于探究。對證據(jù)的使用和評價，基于證據(jù)的論證和解釋必須進(jìn)入我們的視野。“科學(xué)實踐”不是8個步驟或者單向線性流程，對它們的選擇是要基于具體學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容。不能將之變成操作訓(xùn)練，同時要避免科學(xué)實踐脫離科學(xué)知識的傾向。我們需要展開對全面“科學(xué)實踐”的教學(xué)研究，使科學(xué)課堂上所進(jìn)行的教學(xué)活動能充分展現(xiàn)“科學(xué)探究”的原有含義，讓學(xué)生更深入地理解科學(xué)家從事工作的方式，進(jìn)一步發(fā)展他們的科學(xué)實踐能力，積極構(gòu)建建立在科學(xué)實踐觀念上的科學(xué)課程。

此外，在引導(dǎo)學(xué)生參與科學(xué)實踐的過程中，無論在哪個實踐部分都應(yīng)該舍得花時間打基礎(chǔ)。給予學(xué)生必要的時間和空間對于學(xué)生在科學(xué)素質(zhì)方面的成長發(fā)展是值得的，是會得到更大回報的。只有這樣學(xué)生才可能實實在在的做到主動參與科學(xué)實踐的全過程。教師在教學(xué)中要關(guān)注全班學(xué)生的積極參與，教材在設(shè)計活動時也應(yīng)該留有充分的余地。