建構(gòu)主義視角下美國STC/MS教材分析

冷明珠

摘 要： 美國中學(xué)物理教科書STC/MS是Science and Technology Concepts for Middle Schools（中學(xué)科技概念）的縮寫形式，本文以建構(gòu)主義理論為思想武器，結(jié)合美國STC/MS教材的目標(biāo)，就STC/MS教材中“密度”章節(jié)的內(nèi)容為例，分析發(fā)現(xiàn)其編寫有如下特點：情境創(chuàng)設(shè)貼近生活、問題的設(shè)置具有啟發(fā)引導(dǎo)性、加強科學(xué)-技術(shù)-社會（STS） 間的緊密聯(lián)系、重視合作交流分享、強調(diào)科學(xué)探究，以此討論建構(gòu)主義理論對教育教學(xué)的指導(dǎo)意義.

關(guān)鍵詞： 建構(gòu)主義;STC/MS教材;物理;密度

近年來，中美教材的比較研究一直是我國教育領(lǐng)域的熱門話題，中美兩國的教育方式各有千秋，教材的分析研究有助于理解科學(xué)探究本質(zhì)，更好地實現(xiàn)知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀的三維目標(biāo).物理方面的教學(xué)更是如此，美國STC/MS是Science and Technology Concepts for Middle Schools（中學(xué)科技概念）的縮寫形式，是美國中學(xué)物理現(xiàn)用的教科書之一，該物理教科書以實驗為基礎(chǔ)，科學(xué)探究為主要模式.本文從建構(gòu)主義理論視角出發(fā)，就美國物理教材STC/MS中“密度”章節(jié)的內(nèi)容為例展開討論，分析研究該教材的學(xué)習(xí)過程和編寫特點，總結(jié)建構(gòu)主義理論對教育教學(xué)的指導(dǎo)意義，期待國外科學(xué)教育的優(yōu)點與我國實際教學(xué)有機融合，促進我國物理教學(xué)向更好的方向發(fā)展.

1 建構(gòu)主義理論

皮亞杰提出兒童與環(huán)境的相互作用涉及兩個基本過程：“同化”與“順應(yīng)”，認(rèn)知個體通過這兩種形式來達到與周圍環(huán)境的平衡，在“平衡-不平衡-新的平衡”的循環(huán)中得到不斷的豐富、提高和發(fā)展[1].

維果茨基提出的“文化歷史發(fā)展理論”，強調(diào)認(rèn)知過程中學(xué)習(xí)者所處社會文化歷史背景的作用，并提出了“最近發(fā)展區(qū)”的理論.教育工作者應(yīng)當(dāng)立足于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，不斷將潛在水平變?yōu)楝F(xiàn)有水平，并建立新的最近發(fā)展區(qū)[2].

簡而言之，建構(gòu)主義核心用一句話概括：以學(xué)生為中心，強調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)，而不是像傳統(tǒng)教學(xué)中“接受學(xué)習(xí)”為主，把知識從教師頭腦中灌輸給學(xué)生.它特別強調(diào)知識的主動建構(gòu)性、學(xué)生的社會互動性、教學(xué)的真實情境性.在此理念指導(dǎo)下，可以完成多種課內(nèi)外主題任務(wù)的學(xué)習(xí)，譬如課內(nèi)的多種教學(xué)活動、課外的科技場館參觀、實地考察等學(xué)習(xí)[3].

2 美國STC/MS教材[4]

STC/MS（Science and Technology Concepts for Middle Schools的簡稱）作為美國中學(xué)物理現(xiàn)用的教科書之一，它是在美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NSES）的指導(dǎo)下進行編寫的， 是以實驗為基礎(chǔ)，科學(xué)探究為主要模式的中學(xué)物理教材.

根據(jù)NSES的精神，教材的目標(biāo)有以下幾點：培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，如好奇心、求知欲、探索欲;選擇適合學(xué)生的既有趣又充滿挑戰(zhàn)性的科學(xué)探究實驗;幫助學(xué)生理解周圍自然世界的物理概念;發(fā)展學(xué)生邏輯推理和分析解決問題的能力.這些目標(biāo)在STC/MS章節(jié)內(nèi)容中有所體現(xiàn).在此基礎(chǔ)上把目標(biāo)進行分化，分為概念目標(biāo)、能力目標(biāo)和態(tài)度目標(biāo).概念目標(biāo)主要包括對某一科學(xué)概念、科學(xué)現(xiàn)象及其產(chǎn)生、性質(zhì)等的理解.能力目標(biāo)主要有觀察、分類、測量、預(yù)測和假設(shè)、實驗、調(diào)查、記錄、交流、解釋、運用等，強調(diào)綜合技能的把握.態(tài)度目標(biāo)主要有好奇心、求知欲、探究欲、交流、合作與分享、實事求是的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)精神等等[5].關(guān)于這些細化目標(biāo)，在下面的“密度”內(nèi)容編寫特點中具體呈現(xiàn).

3 STC/MS教材中“密度”內(nèi)容的編寫

第一課“密度的確定”（Determining Density）導(dǎo)入部分首先給出一副潛水員在海底的圖片，提問潛水員是如何保持在特定的深度而不上浮或者下沉的？引發(fā)學(xué)生思考.探究實驗1.1中要求學(xué)生測量水的質(zhì)量的體積，在操作過程中教師提供必要的實驗儀器和指導(dǎo)，學(xué)生在此過程中漸漸意識到水的質(zhì)量和體積之間有一種關(guān)系，然后提出“密度”的概念，讓學(xué)生明白“密度”是物質(zhì)本身的一種屬性.探究實驗1.2部分讓學(xué)生測量比較不同物體的密度，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同物體的密度一般是不同的，更加確定了“密度”是物質(zhì)特有的屬性.探究實驗1.3部分適當(dāng)增加一點難度：測量不規(guī)則物體的密度，這種探究實驗中，怎樣測量出不規(guī)則物體的質(zhì)量和體積是學(xué)生要思考的重點.這種循序漸進的探究過程與我國的教材編寫風(fēng)格相似.最后給出了一篇阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力原理的科學(xué)小趣聞（如圖1），以故事的形式呈現(xiàn)，生動活潑有趣.

第二課“密度的預(yù)測”（Density Predictions）導(dǎo)入部分首先給出一幅鴨子在受浮油污染水中游動的圖片，提問如何清理這些浮油？探究實驗2.1部分是讓學(xué)生制作一個密度表，過程中教師給出必要的指導(dǎo)和原理講解.最后附著一篇關(guān)于泰坦尼克號巨輪漂浮和沉沒的報導(dǎo)文章.

第三課“氣體有密度嗎？”（Do Gases Have Density）導(dǎo)入部分內(nèi)容首先給出一副圖片，它描述的滾滾黑煙，吸引學(xué)生注意，引導(dǎo)學(xué)生思考：空氣是一種物質(zhì).既然是一種物質(zhì)，那么必然有質(zhì)量和體積.然后，提供一組對比裝置，讓學(xué)生去感受空氣有體積和質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心.接著，驗證過后引導(dǎo)學(xué)生思考：既然空氣有質(zhì)量和體積，那么必然可以計算其密度，由此產(chǎn)生進一步探討空氣密度的實驗，這便是該部分內(nèi)容的重頭戲（探究實驗3.1）：教師提供抽氣泵、塑料瓶、橡皮塞、電子天平、量筒等儀器裝置，鼓勵學(xué)生自主探究空氣密度的測量實驗.最后也是附著氯氣這種致命的化學(xué)武器的使用文章和安全空氣罩在海底和太空中的應(yīng)用文章.

第四課“溫度與密度”（Temperature and Density）內(nèi)容是繼前部分密度概念的學(xué)習(xí)后，學(xué)生深入思考密度和溫度計的關(guān)系.導(dǎo)入部分先給出一副小女孩讀溫度計的圖片，隨后學(xué)生了解了溫度計的構(gòu)造即其測溫原理，便要求學(xué)生自己制作一個簡易溫度計（即探究實驗4.1）.探究實驗4.2部分又讓學(xué)生嘗試用液體代替空氣作為溫度計的內(nèi)部測溫液體.最后又是小文章或者小故事結(jié)尾：以刻度來測量溫度變化的發(fā)展歷程;熱氣球升空原理（如圖2）;由密度引起大氣循環(huán)的圖文介紹（如圖3）.

由此，我們可看出STC/MS教材中“密度”內(nèi)容的編寫有以下幾個特點：

（1） 教材所選的圖片內(nèi)容貼近生活，注重為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好情境.如：每一個的導(dǎo)入部分一般都是由生活中常見的圖片導(dǎo)入：潛水員潛在海底、鴨子在受浮油污染水中游動、滾滾黑煙、小女孩讀溫度計的圖片等，選擇此類圖片作為情境引入很貼近生活，易被學(xué)生感知和接受.這些圖片生動形象、逼真親切.有學(xué)者研究過，在教科書中編輯插圖，可以提供學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要信息、創(chuàng)設(shè)科學(xué)探究的情境、符合學(xué)生思維的認(rèn)知發(fā)展過程、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、開拓學(xué)生視野[6].

（2） 問題的設(shè)置注重啟發(fā)引導(dǎo).導(dǎo)入部分通常會設(shè)置幾個小問題：潛水員是如何保持在海底特定深度的？如何實現(xiàn)上浮和下沉的？如何清理浮油？空氣是否有密度？溫度計工作原理是什么？這一些具有啟發(fā)引導(dǎo)性的小問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，吸引學(xué)生去開展探究實驗.

（3） 加強科學(xué)-技術(shù)-社會STS 之間的緊密關(guān)系.每課內(nèi)容最后都會附著一兩篇與該章節(jié)內(nèi)容相關(guān)的小文章，可能是某位物理學(xué)家的小故事、歷史探究的發(fā)展歷程、新聞報道、科普類文章等等，這些文章生動活潑有趣，學(xué)生不自覺產(chǎn)生閱讀興趣，這讓學(xué)生意識到物理知識的學(xué)習(xí)與科學(xué)、技術(shù)、社會是緊密聯(lián)系的，以此豐富學(xué)生的感性認(rèn)識，提升學(xué)以致用的能力.譬如《density creates currents 》這樣一則科普類小文章，圖文并茂，介紹密度引起大氣循環(huán)的原理：熱空氣密度小，上升、相對較冷的空氣密度小，下降，繼而相互補充便引起了空氣的流動，在自然界中“風(fēng)”的形成便是由于密度差引起的空氣循環(huán)，同時根據(jù)溫度高低還有冷風(fēng)與熱風(fēng)一說.教材融知識性與趣味性于一體，學(xué)生閱讀這些生動有趣的小文章時，不自覺將這些現(xiàn)象與背后的物理知識聯(lián)系起來，體現(xiàn)與科學(xué)-技術(shù)-社會（STS）之間的聯(lián)系.

（4） 重視合作、交流、分享.教材中常有“與你的同伴交流討論”（communication）“與同伴共同完成某項探究”（work together）“將成果互相展示”（share）“傾聽他人的意見，比較自己和他人的不同”（listening and compare），“頭腦風(fēng)暴”（brain storming）等等，可見STC/MS教材同樣注重合作、交流、共享.想來一個人的時間和精力是有限的，如果能和同伴分享交流各自的成果，那無疑是一種有效的提高學(xué)習(xí)效率的方法.

（5） 強調(diào)探究實驗的重要性，注重科學(xué)探究.物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，因此尤其重視探究實驗，這是STC/MS教材編寫的最突出的一個特點.科學(xué)探究一般包含以下幾個步驟：提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃和方案、進行實驗、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評價.這些具體步驟的實施在“密度”內(nèi)容的“探究實驗”編寫中均有體現(xiàn)，科學(xué)探究能充分調(diào)動學(xué)生的各種感官，以學(xué)生為主體，培養(yǎng)綜合技能.如觀察和描述所觀察到的現(xiàn)象、用文字和圖表記錄觀察，通過聽說讀寫做來交流學(xué)習(xí)[7].

4 建構(gòu)主義視角下的STC/MS教材中“密度”內(nèi)容分析

4.1 學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的主體

建構(gòu)主義中強調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的主體，知識的意義應(yīng)該由學(xué)生主動去建構(gòu).通過STC/MS教材內(nèi)容可以看出，教材注重引導(dǎo)學(xué)生思考、讓學(xué)生自主去做探究活動.教材中提供了探究流程，循序漸進引導(dǎo)學(xué)生自主制定計劃，動手操作，在這樣的探究實踐活動中，學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的主體.知識的意義，也是學(xué)生在探究的過程不知不覺自主建立起來的.從始至終，課本或者教師都沒有給出“密度”這一概念的明確定義，但學(xué)生在自主實驗過程中，已不知不覺掌握了“密度”的涵義.整個過程教師只需要引導(dǎo)，提供給學(xué)生儀器裝置等必要器材，講明注意事項等，之后便是學(xué)生的舞臺，放手讓他們?nèi)プ?這樣建構(gòu)起來的知識才能更好地融合到學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)中去，更新原有的知識體系，建立更高的認(rèn)知水平.

4.2 學(xué)習(xí)發(fā)生在真實情景中

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，一切知識都是情境化的，都存在于情境之中.因此，讓學(xué)生在真實的情境中建構(gòu)知識更能夠凸顯概念的本質(zhì).STC/MS教材“密度”內(nèi)容的呈現(xiàn)很好體現(xiàn)了這一特征，這四課的內(nèi)容導(dǎo)入部分一開始就給出圖片，無論是潛水員在海底、鴨子在受浮油污染水中游動、滾滾黑煙的火災(zāi)現(xiàn)場等等，都給學(xué)生提供了真實的情境，它們貼近生活、親切自然，能夠吸引學(xué)生眼球，激發(fā)他們的好奇心與求知欲，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識.在良好情境下引導(dǎo)學(xué)生思考，開展教學(xué)活動，可以收到良好的教學(xué)效果.

4.3 重視學(xué)習(xí)共同體的互動

知識是在人類社會范圍里，通過個體間相互作用及其自身的認(rèn)知過程而建構(gòu)的.可見，知識的建構(gòu)不是獨自一個人可以完成的，它需要個體之間的相互溝通與交流.區(qū)別于中國的教育更強調(diào)個體的努力，美國STC/MS教材注重交流、合作、分享，鼓勵學(xué)生集體討論交流，合作共同完成某項任務(wù)，并將成果分享給同伴.如“頭腦風(fēng)暴”的方式，讓學(xué)生各抒己見，使全班學(xué)生都能分享到每個成員對探究所做的貢獻，感受到自我價值.畢竟單個人的時間和精力是有限的，如果能和同伴分享交流各自的成果，那無疑是一種快捷有效的學(xué)習(xí)方法，教育教學(xué)中應(yīng)該要讓學(xué)生明白，“競爭中合作、合作中共贏”的道理.

5 結(jié)論與展望

STC/MS“密度”內(nèi)容很好體現(xiàn)了建構(gòu)主義理論.它強調(diào)了以學(xué)生為主體，進行科學(xué)探究，充分調(diào)動學(xué)生的各種感官，培養(yǎng)綜合技能.體現(xiàn)了知識的主動建構(gòu)性（學(xué)生自己動手實驗探究，完成對知識的主動探索、主動建構(gòu)）、學(xué)生的社會互動性（學(xué)生小組交流討論分享）、教學(xué)的真實情境性（教師提供圖片等真實情境）.此種設(shè)計有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力，發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題能力，溝通、交流、合作能力，實踐操作能力等等.美國STC/MS教材更關(guān)注讓學(xué)生“怎樣知道”，通過科學(xué)探究性活動促進學(xué)生主動形成對知識的“動態(tài)建構(gòu)”，現(xiàn)我國的物理教材編寫也改進了傳統(tǒng)教材編寫中直接給知識概念下定義、注重演繹的風(fēng)格模式，適當(dāng)增設(shè)了一些科學(xué)趣味性活動，這對學(xué)生核心素養(yǎng)的提高有重大意義.建議我國的物理教材編寫可以借鑒學(xué)習(xí)國外教材的一些長處，深入貫徹建構(gòu)主義理論的思想精髓，將該理論與我國實際情況有機融合，不斷更新教育風(fēng)格、完善課程理念.

參考文獻：

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[2] 維果茨基著.維果茨基教育論著選[M]. 余震球選譯. 北京： 人民教育出版社，1994.

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[7] 何善亮.在探究中學(xué)習(xí)探究理解探究——中美密度教材的比較與思考[J].物理教師，2002，（23）：46-48.