構(gòu)建科學(xué)課程實施的材料支持系統(tǒng)

在為期6年的STC實驗項目的教學(xué)研究中，我們始終驚嘆STC課程充足的課程資源支持。課程資源已不是以往自然教學(xué)中簡單的“材料”概念，也不是僅滿足于“做”科學(xué)的需要，更不是教輔層面的問題。課程資源已成為現(xiàn)代科學(xué)教育中的一個重要組成部分，且已融入到教學(xué)目標(biāo)之中，是課程建設(shè)的重要一環(huán)。各種類型的工具、材料和技術(shù)使課程資源呈現(xiàn)了形式多樣化、作用顯性化、組合科學(xué)化的優(yōu)勢，為學(xué)生親自動手操作、參與科學(xué)實踐活動提供了保證。

STC材料支持系統(tǒng)的組成

每個STC單元都配有13個工具箱，里面裝有如下主要材料：

教=師指導(dǎo)用書

為教師提供了具備一定深度和細(xì)致的教學(xué)指導(dǎo)。包括材料管理和安全說明、材料清單、單元介紹、學(xué)生評價指導(dǎo)、教學(xué)實施策略、學(xué)生操作指導(dǎo)和活動用表等。在材料部分還詳細(xì)指導(dǎo)了如何使用和處置涉及的化學(xué)物品、如何保護(hù)和處理所用到的生物活體等。STC教師用書在修訂后增加了單元概念體系，完善了評估內(nèi)容，利用表格強化了科學(xué)與數(shù)學(xué)的結(jié)合，并突出了對學(xué)生尋找證據(jù)、做科學(xué)筆記的指導(dǎo)。

科學(xué)材料及器材

每一個STC單元的工具箱都包含實驗材料及一些基礎(chǔ)的科學(xué)器材，以每個班30名學(xué)生即15個2人小組的需要為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配備。除了上面提及的一些通用性材料需要自行調(diào)配以外，每個工具箱都能滿足完整的教學(xué)需要。

STC各單元工具箱中的材料基本可分為“工具和印刷品材料”、“循環(huán)利用的材料”、

“消耗性材料”和“可替換材料”4類（“蝴蝶的生命周期”單元中還另設(shè)有第5類材料——“活體材料”）。其中，“工具和印刷品材料”包含有全套材料、更新材料包、升級工具包、教師用光盤、學(xué)生科學(xué)筆記本和兒童科學(xué)讀本等；“可替換材料”則指根據(jù)本地區(qū)、本學(xué)校實際情況可以進(jìn)行替換的一些材料，也包括對觀察對象進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶鎿Q。

教師用視頻資源

每個單元的工具箱還為教師配備了一張光盤，包括20分鐘左右的視頻資料。內(nèi)容包括課程的介紹和各單元主要活動的操作及材料使用的指導(dǎo)

學(xué)生活動手冊

學(xué)生活動手冊為可重復(fù)使用的實驗手冊，一般包括思考、材料、自主探究、拓展4部分內(nèi)容。手冊用兒童化的語言進(jìn)行敘述，并與教師指導(dǎo)用書中的諸環(huán)節(jié)相對應(yīng)。這些信息與所附的學(xué)生閱讀資料、操作指導(dǎo)、詞匯表等一并為學(xué)生的探究活動提供了進(jìn)行科學(xué)探究活動充足的信息。

學(xué)生科學(xué)讀本

從3年級開始，每個單元都配備了與教師用書相配套的科學(xué)讀本。學(xué)生科學(xué)讀本充滿趣味性的故事，讓兒童通過日常生活的內(nèi)容了解科學(xué)家在做什么以及為什么這樣做，配備大量圖片，讓兒童了解和認(rèn)識自然。為教師聯(lián)系學(xué)生的科學(xué)活動進(jìn)行拓展性學(xué)習(xí)、與其他領(lǐng)域課程進(jìn)行整合學(xué)習(xí)提供了支持。

“漂浮與下沉”單元中從“歷史上的沉和浮”、“漂浮和下沉在生活中的應(yīng)用”、“自然界中的漂浮和下沉”3方面組織了17篇圖文并茂的科學(xué)小故事，這些故事既可以課后閱讀，也可以選取其中的部分文章在課堂上使用。這樣，在幫助學(xué)生提高閱讀理解能力的同時，既加強了對關(guān)鍵科學(xué)概念的理解，也介紹了相關(guān)的新思想，擴大和深化了學(xué)生對科學(xué)的理解。

STC課程材料支持系統(tǒng)的特色

基本管理模式——材料中心

課題研究期間，邀請的美國培訓(xùn)師進(jìn)行單元培訓(xùn)時，他們所做的第一項工作總是用課程的工具箱提前在培訓(xùn)教室中設(shè)置好材料中心。080ba3e40bd823ea1c33133e6c725adf2b41a9d52a9802fd2b486e66d22f38d7材料中心一般都設(shè)置在教室的一側(cè)或中間位置的一張桌子上，課上所需要的實驗材料陳列在上面，依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)程安排學(xué)生到材料中心自行領(lǐng)取。美方專家強調(diào)準(zhǔn)備材料是探究活動能否成功的關(guān)鍵要素。材料中心用來存放與分配課堂教學(xué)活動中需要的材料，能夠?qū)W(xué)生的實驗操作進(jìn)行調(diào)控，避免這些材料干擾學(xué)生的思考，營造手腦并重的探究情境，以確保每個單元能處于一個有秩序的學(xué)習(xí)進(jìn)程之中。

材料系統(tǒng)對學(xué)生概念發(fā)展的支持

STC課程材料支持系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計為學(xué)生深入地學(xué)習(xí)一個獨立的主題及與該主題有關(guān)的概念還做出很大貢獻(xiàn)。

z設(shè)計專用材料，為概念構(gòu)建創(chuàng)設(shè)情境

STC科學(xué)探究活動為學(xué)生提供了足夠的材料?！白銐颉钡囊饬x不僅僅在于每個學(xué)生都有材料，更在于通過這些材料，會帶給不同水平的學(xué)生不同層次的體驗和經(jīng)歷。另外，這些材料蘊涵著比較豐富的意義，能滿足學(xué)生探究的各種需要和對科學(xué)概念形成深刻的理解。例如：“運動與設(shè)計”單元，采用框架結(jié)構(gòu)拼接模型，幫助學(xué)生搭建小車，從最基礎(chǔ)的平板構(gòu)造，逐漸升級到配備彈力動能、重力勢能、風(fēng)能等多種動力驅(qū)動系統(tǒng)的小車，有效地促進(jìn)了學(xué)生對牛頓運動定律的理解。

配置結(jié)構(gòu)性材料，使概念的發(fā)展更為連貫

概念教學(xué)是幫助學(xué)生從感性認(rèn)識發(fā)展成理性認(rèn)識的過程。教學(xué)時，提供給學(xué)生正面的本質(zhì)屬性的特征和反面的非本質(zhì)屬性的特征都有利于概念的構(gòu)建。要讓學(xué)生開展科學(xué)探究，教師必須為學(xué)生提供有研究價值的具有結(jié)構(gòu)性的材料，為學(xué)生形成科學(xué)概念創(chuàng)造有利條件。在這方面，STC實驗材料的選擇一直都非常嚴(yán)謹(jǐn)，甚至對每一個細(xì)節(jié)都進(jìn)行了認(rèn)真的設(shè)計。例如，在“漂浮與下沉”單元提供的14種固體，無論從顏色、大小、形狀、材質(zhì)、磁性等方面都經(jīng)過了嚴(yán)格的考量，每種材料都身兼某一方面的特質(zhì)，在一定程度上，也是不能隨意更改的。

這個單元的材料中還有3種大小不同的魚漂、兩組體積相同但重量不同的圓柱體，這些特殊設(shè)計的材料的屬性非常有助于學(xué)生從個體特征中抽象出共同的特征。

材料系統(tǒng)對科學(xué)實踐活動的支持

STC特色材料使科學(xué)實踐活動的深入成為可能。課程材料中的“操作指南”可以幫助學(xué)生進(jìn)行各種探究活動，這些具體、詳盡的指導(dǎo)可以確保學(xué)生實踐活動的科學(xué)性。類似圖1所示操作指導(dǎo)材料在每個單元中都有呈現(xiàn)。此外STC的材料系統(tǒng)圍繞一個主題提供豐富的研究材料選擇也能充分加深學(xué)生的探究活動。

材料系統(tǒng)的兒童化、規(guī)范化，便于學(xué)生收集與整理證據(jù)

不積累有關(guān)事物的豐富事實，就不會全面認(rèn)識事物。材料應(yīng)該也能夠吸引和適應(yīng)特定年齡的孩子們，讓他們通過適當(dāng)?shù)呐?，開展適合他們的研究。通過觀察收集證據(jù)，以口頭的、文字的、圖畫的、簡單的圖表為他們所觀察到的證據(jù)辯護(hù)。

科學(xué)家工作情境再現(xiàn)

“運動與設(shè)計”單元作為“技術(shù)與設(shè)計”領(lǐng)域的一個單元，在引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計制作滿足不同要求的小車，并對其運動情況進(jìn)行進(jìn)一步研究時，既關(guān)注了對“科學(xué)設(shè)計”的基本特征和方法的指導(dǎo)，體現(xiàn)了規(guī)范性，又充分考慮了對兒童的吸引力以及他們能夠采取的方式。圖2所示的就是在制圖方面的一個指導(dǎo)，這也是科學(xué)家在進(jìn)行技術(shù)設(shè)計時必須經(jīng)歷的過程。

與方法指導(dǎo)相呼應(yīng)的是學(xué)生設(shè)計能力的指導(dǎo)。這一單元第5、14課分別提供了7種“挑戰(zhàn)性設(shè)計卡片”，卡片呈現(xiàn)的活動內(nèi)容，在滿足教學(xué)要求的同時充滿了童趣（圖3）。

而在對小車進(jìn)行運動測試，定量獲取數(shù)據(jù)、制表時，又采用小粘貼做標(biāo)識，便于小學(xué)生識別和做出準(zhǔn)確判斷，并懂得怎樣分類、制表以及如何得出科學(xué)的結(jié)論。

基于科學(xué)圖（表）處理證據(jù)

STC課程的24個單元中先后采用了維恩圖、氣泡圖、線繪圖、柱狀圖、坐標(biāo)圖等多種記錄圖表。這些圖表的使用都是為了滿足數(shù)據(jù)整理的某一需要而適時出現(xiàn)的，這有助于學(xué)生對圖表的作用有更清晰、準(zhǔn)確的認(rèn)識。僅“漂浮和下沉”單元就出現(xiàn)了柱形圖、坐標(biāo)圖等多種圖表記錄方式。

基于工具或模型檢驗證據(jù)

“漂浮和下沉”單元向?qū)W生介紹了一種測量重量的工具——彈簧秤。學(xué)生要使用這個工具對物體的重量進(jìn)行近似測量，并幫助他們探究一個物體的重量與其所受浮力之間的關(guān)系。

此外，還安排了讓學(xué)生用大回形針作為標(biāo)準(zhǔn)重量來校準(zhǔn)彈簧秤的活動。事實證明，讓學(xué)生自己校準(zhǔn)彈簧秤是非常重要的。校準(zhǔn)的過程會使學(xué)生更好地理解重量的概念與測量時表征重量單位之間的關(guān)系。雖然學(xué)生在用自己校準(zhǔn)的彈簧秤進(jìn)行測量時可能會有變化，但這些變化將促進(jìn)學(xué)生對貫穿整個單元的測量進(jìn)行比較和討論。通過重新校準(zhǔn)他們的刻度，學(xué)生將發(fā)現(xiàn)這個過程是達(dá)到更準(zhǔn)確測量的一個途徑。

對我們的啟示

通過對STC課程材料支持系統(tǒng)的分析與研究，我們認(rèn)為，從設(shè)計上來說最理想、最具時效的課程材料支持系統(tǒng)應(yīng)該做到材料系統(tǒng)與課程教材同步建設(shè)，設(shè)計上必須是一個完整的支持系統(tǒng)，包含有實踐操作材料、基礎(chǔ)科學(xué)器材及教師用的光盤、學(xué)生科學(xué)筆記本和兒童科學(xué)讀本的多元化教學(xué)工具箱是材料支持系統(tǒng)的最佳形式。我們以往那種參照教材的《配備目錄》“照方抓藥”的方法是不能滿足材料支持系統(tǒng)的設(shè)計需求的。而且，單元工具箱對滿足教學(xué)材料的需要具有事半功倍的作用，它減少了用于材料整理的時間，減輕了教師負(fù)擔(dān)，進(jìn)而有助于引領(lǐng)學(xué)生完成高效的科學(xué)實踐活動。

此外，系統(tǒng)里所含的材料數(shù)量應(yīng)該能夠滿足小組學(xué)習(xí)的需求，關(guān)鍵材料的數(shù)量要滿足每個學(xué)生的學(xué)習(xí)需求?？紤]到國情，建議按照可以滿足每個班48名學(xué)生即12個4人小組的需要為基本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配備。在以往的《配備目錄》中，小學(xué)與中學(xué)都配置同樣的標(biāo)準(zhǔn)化的實驗器材，玻璃量筒、燒杯、托盤天平等，這些器材對小學(xué)生而言，或安全性較差易出現(xiàn)意外，或操作過于規(guī)范不便于學(xué)生使用。我們建議以塑料量筒、量杯替代，以操作方便的簡易等臂天平替代，也就是盡可能以塑料制品替代玻璃制品，以簡單便捷的器材替代過于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的器材，讓學(xué)生使用適用、安全的材料開展科學(xué)實踐活動。

特別要指出的是，整個支持系統(tǒng)還必須解決耗材和活體材料的問題，否則會出現(xiàn)瓶頸，影響教學(xué)工具箱發(fā)揮作用，束縛課程實施。借鑒美國“配送中心”的操作流程并結(jié)合國情，我們建議設(shè)立“耗材（活體）補充配送制度”，即一次性購置全套或滾動購置全套工具箱后，另提供生物活體的提供目錄供學(xué)校選擇，并從下一年度開始學(xué)?？砂凑蘸牟哪夸涍M(jìn)行補充購置以滿足繼續(xù)使用。