新编苏教版《科学》教材的编写透视

2017年，教育部颁布了《义务教育小学科学课程标准》（以下简称课标），课标顺应了时代的变化，对当前科学教育的改革提出了新要求，拓展了新领域，增加了新的学习内容。为顺应这些变化，苏教版《科学》教材编写组再次组织力量，新编了1～2年级的教材，修订了原3～6年级教材，重新设计和增加了一系列科学活动。现将本次修订后的苏教版《科学》教材特点分析如下。

一、教材编写与修订的理论依据与实证研究

近十几年来，学界对国际科学课程的研究有了长足的进展，如：关于儿童是如何学习科学的研究，STEM（科学、技术、工程、数学）跨学科课程设计的研究，电子技术在虚拟情境、虚拟实验、增强现实等性方面的研究，这些都为教材的编写与修订提供了新的思路。近年来，教材编写组对教材的使用情况进行了深入的了解，对国外相关小学科学课程进行了验证性实验研究，积累了丰富的经验，促使我们决心编写一套更好的教材。随着《中国学生发展核心素养》的颁布，其中对“科学精神”“实践创新”培育的要求，对科学教材提出了新的要求，这为苏教版《科学》教材的修订提供了契机。

1.国内外小学科学教育发展的趋势和动态。

进入21世纪后，国内外对早期儿童科学教育的重要性形成了共识。在K-12年级开设科学课程，对学生进行科学素养的早期培养，成为国际科学教育发展的共同趋势。对早期儿童科学教育的重视，离不开当代科学技术迅猛发展的社会背景，同时也与人类如何学习密切相关。

从20世纪90年代开始，作为一门致力于研究人类如何学习的新兴综合性学科，学习科学发展迅速。学习科学家认为学习应该更加注重概念理解、科学教学、学习环境、学生已有知识、元认知等要素。这为国内外科学教育界研究科学学科的学习提供了依据。以美国《下一代科学教育标准》（NGSS）为代表，当前国际科学教育发展主要呈现出以下趋势和动态：强调核心科学概念的教学；重视学生的已有经验、亲身体验、主动参与；注重学生实践能力的培养，科学教育不仅要指向概念理解，更要指向概念运用，在真实的情境中解决问题，在解决问题中学习；倡导多种教学方法的综合运用。

在努力把握国际科学教育发展趋势的同时，教材编写组从我国小学科学教育的实际出发，对小学科学教育的理论和实践问题进行研讨，形成共识，并以此作为教材编写、修订的指导思想，其中的一个重要编写思想就是突出能力的培养。为此，教材编写组吸收了美国《下一代科学教育标准》强调的科学与工程相联系与整合的理念，同时结合我国科学课程标准提出的对科学探究能力培养的要求，分别构建了小学生科学探究能力和工程实践能力的培养体系，从而为确立各学段能力的培养重点提供了理论依据。

在如何对待知识的问题上，我们认为，知识是学生认识世界的基石，也是学生科学能力发展的载体，科学课程的设计应关注知识，但知识不应孤立地呈现给学生，更不应为学知识而学知识。教材应该围绕课标所列的主要概念，精心选择那些有助于概念理解的科学事实，构成通向概念理解的知识网络。教材还应该联系学生生活，巧妙选择那些可以迁移运用的知识，创设有助于问题解决的学习情境。在呈现知识时，应将其和能力的培养紧密结合，和学生的活动紧密结合，将知识内化为学生活生生的学习经验。

教材的编写应与上述能力观、知识观相适应。既要将学生能力的培养显性化、体系化，又要抓住每个细小之处、细微环节渗透对学生能力的培养。既要遵从知识的逻辑，体现知识与知识的联系，又要考虑学生心理的逻辑、生活的逻辑，兼顾知识中心、学生中心、社会中心三种课程组织方式。

2.来自教学一线的实践研究与实证依据。

多方面的实证研究为新编苏教版《科学》教材的编写提供了依据支持。除了国外的多项科学课程的验证性实验研究外，近年来，国内科学教育界也开展了大量探究式的科学教育实践研究，如中国工程院韦钰院士带领的团队将法国“动手做”项目在国内进行了验证性实验研究，新编苏教版《科学》教材主编郝京华教授在国内对美国的STC、FOSS课程进行的本土化实验研究等。这些研究一方面证实了探究式科学教育在国内小学开展的可行性，另一方面也反馈了大量有价值的信息，为我们在中国文化背景下开展科学教育提供了依据和经验。

新编苏教版《科学》二年级教材是新编教材，为了保证其在教学实践中的可行性，编写组对教材初稿的所有单元都进行了小范围的课程实验。编写组邀请每位执教者针对每个活动内容与单元目标的吻合度、每课各个活动之间的连贯性、活动所需物质材料的易取性、活动开展的方便性、活动时间的合理性，以及教材文字表述的可理解性等方面提供反馈意见。此外，编写组还通过课堂观察和问卷的方式了解教学的实际效果，包括学生的兴趣表现、概念理解、能力发展等。在课程实验之后，编写组根据反馈信息对教材初稿进行了修改。很多课都经历了多次试教、多次修改，修改最多的“水”单元前后一共改了28稿。由此可见，教育实践的反馈为教材编写提供了实证支持，是教材编写的重要依据。

二、紧扣课标，落实科学素养的各个方面

课标体现了国家对各学段学生学科素养的相关规定，教材编写者的任务是把这些规定变成可供学生学习的方案。不同的教材可以依据不同的学理和不同的创意设计出不同的学习方案，就像房屋的建筑设计都得遵循结构力学的原理，但并不妨碍盖出的房屋可以是千姿百态的一样。

科学素养包含不同的方面。课标对“科学素养”进行了如下描述：科学素养是指了解必要的科学技术知识及其对社会与个人的影响，知道基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的运用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。课标将科学素养凝聚为四个方面的课程目标，即科学知识，科学探究，科学态度，科学、技术、社会与环境。科学素养各个方面的形成虽然有一定程度的交叉融合，但其学理各异。鉴于此，教材编写者在设计学习方案、安排活动时做了多重考虑。

1.为儿童学习科学知识设计多种策略与思路。

课标共确定了18个主要的科学概念，18个主要概念又被分解为75个具体的学习内容。它们是科学素养的基础，有助于科学知识教学的展开。编写组先选出75个学习内容中属于陈述性知识的学科知识点，将其作为组织单元教学的线索。为了便于学生理解这些知识，教材编写者运用了多种学习策略。

研究性游戏。这种学习策略主要适合低年级学生。因为低年级学生尚不能做较规范的科学实验，还不了解变量控制、数据分析等科学实验概念。研究性游戏旨在让学生在游戏中有所发现，激发好奇心，体验发现的乐趣。例如：一上“走进科学”单元的滚小球活动，就属于研究性游戏。为了让一年级学生在滚小球的游戏中有所发现，教材只在斜坡的不同高度处标了两个点作为提示，尽量减少对儿童体验的干预。

类比策略。在前期的研究中，我们发现小学生在学习科学知识时或多或少已经有了一些和科学概念相关的前概念。这些前概念有的与科学概念一致，有的却存在偏差。矫正有问题的前概念需要一个过程，类比策略不失为一种有效的矫正方法。例如：不少低年级学生会认为“白天天上没有星星”。为了纠正这一错误的前概念，教材推荐使用类比策略：让儿童用电量不一的小手电筒在天花板上模拟星空，再用投影仪模拟阳光，儿童亲眼观察到满天的“繁星”在“阳光”的照射下慢慢“看”不到，却依然“存在”。这个实验有效更正了儿童的错误观念。

获取直接经验。小学生抽象思维能力不强，直接经验有限，因此，教材为儿童提供了很多活动的机会，如校园生物大调查、用自制望远镜观察月亮上的阴影、养蜗牛、养昆虫、栽小葱等，以此丰富儿童的直接经验。

运用实物模型、视频、图片等教具为科学概念的形成提供形象直观的表象支撑。教材除了选择现成的价廉物美的学具外，还自行设计了与教材配套的教学用具，如月相仪、太阳高度仪等。另外，教材中还增加了数字信息技术的使用，使教材内容更加形象生动。

通过迁移运用加深概念的理解。编写组在活动手册中设计了许多迁移运用的作业，如一年级上册的“用双手创造”单元中有关自然物与人造物概念的学习，除了教材提供的把自然物改造成人造物的例子，活动手册上还要求学生再举几个把自然物改造成人造物的例子，通过迁移运用以加深学生对概念的理解。另外，教师还可以运用思维导图、概念图、维恩图等认知工具帮助学生理解概念体系。

2.充分依托科学探究，培养学生的科学思维。

准确地讲，指向科学知识学习的探究属于“重演—再现”式的探究，即探究的结论是前人已经知道的，但对于学生来说可能是未知的。采用“重演—再现”式的探究有利于学生理解知识，掌握科学探究的方法与程序。一般而言，这种探究多为“良构”的，即探究的路径、方法是清晰的，这种探究主要用于重要的科学知识的学习上，如“种子萌发的条件”“溶解快慢与什么因素有关”等。

科学探究不仅是学习科学知识的有效策略，其本身也具有独特的价值。它可以让学生学会以实证的方式和富有逻辑的思维看待生活现象，并学会科学思考。在教材编写与修订时，主要表现在以下两个方面。

一方面，把工程实践从科学探究中独立出来，作为与科学探究并列的另一类探究。科学探究过程包含的要素，课标已经有了详细的说明，即提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价。关于工程实践，课标只写了四个要素：明确问题、确定方案、设计制作、改进完善。编写教材时，我们将工程实践进一步细化为六个要素，即明确问题、前期探索、确定方案、制作模型、评价改进、展示分享。

科学探究与工程实践以两种方式呈现。一种是渗透、融合，即将科学探究和科学探究中的过程技能（科学思维技能）与科学知识的学习交织在一起。如用探究的方式学习“种子萌发的条件”“电磁铁磁力的大小与什么因素有关”“设计一个磁铁玩具”等。除了这种较完整的科学探究和工程实践活动外，教材还将许多科学过程技能，如分类、排序、测量、估算、预测、数据分析等，分散地安排在知识的学习中。如一年级的“给石头分类”“按时间给人类衣食住行的变化排序”，五年级的“气象数据分析”等。

另一方面，增设专项学习。专项学习是新编苏教版《科学》教材的独特设计，旨在对科学探究和工程实践的过程及技能进行指导。专项学习包括科学探究和工程实践两类，从一年级到六年级按上下册交替的方式安排。专项学习中的探究和设计过程是完整的，但各年级指导的重点和深度不一样（这一点将在“教材的组织方式”中展开阐述）。需要指出的是，专项学习中的科学探究与工程实践一定是“劣构”的——要么探究的结论是未知的，要么是“没有最好，只有更好”。与“良构”的活动相比，科学探究和工程实践中的活动更具有挑战性，对科学思维与工程思维的练习也更充分。在与知识学习的整合中，探究、设计是学习知识的方法；在专项学习中，探究、设计则是学习的目的。科学探究与工程实践的融合学习与专项学习的区别也正在于此。

3.让科学态度的培养弥散于科学教材的细节当中。

课标列出了科学态度的四个方面，即探究兴趣、实事求是、追求创新、合作分享。我们认为，科学态度的这四个方面是核心素养中“科学精神”和“实践创新”两个条目在本学科中的具体化，可以通过以下策略加以落实。

第一，遵循儿童喜欢动手的天性，以“做中学”激发学生的科学兴趣。为了激发学生的科学兴趣，为了挑选学生喜爱的动手做活动，教材编写组做了许多研究。如对美国的FOSS、德国的KOSMOS等动手做科学教育项目进行验证性研究；对深受儿童喜欢的游戏活动进行改造利用，如一年级的“解暗箱活动”和“猜脚印活动”，STEM实验研究，“做中学”研究等。这些研究为设计教材的“动手做”活动提供了充足的经验和理论基础。

第二，在科学探究和工程实践中培养学生实事求是、实践创新等品质。我们认为，以讲授知识为主的科学探究和工程实践很难培养学生的实践创新品质，只有在真实情境中，在真正的解决问题的过程中，在面对非理想数据绞尽脑汁找原因的过程中才能形成这些品质。为此，教材在科学与工程交织的探究活动、“专项学习”的探究活动中设计了各种“障碍”，以期磨炼学生的思维，激发其创造力，帮助他们养成尊重事实、尊重数据的思维习惯。例如：在养蚕活动中，我们嵌入的探究活动是“湿桑叶能否喂蚕”；在学完“物质的三态变化”知识后，让学生做一个用蒸汽让轮子转动的装置，让学生在实验过程中学会思考，大胆创造。

第三，通过小组合作学习和多元评价培育学生的科学能力，尤其是合作意识和合作能力。合作意识和合作能力是当代社会普遍重视的核心素养之一，教材设计的活动关注了这一点，要求同伴或小组合作完成活动，并在组内展开互评和自评。活动手册最后一页的评价表中将科学态度作为重要的评价项目。评价表分为自评、同伴评和老师评三类，以期通过多元评价来优化学习效果。

4.让科学本质在教材中显性表达。

课标中课程目标的第四个板块是关于科学、技术、社会与环境互相关联的内容。这一目标分为三个方面：科学技术与日常生活的联系、科学技术与社会发展的联系以及人类与自然环境和谐相处。如一上“衣食住行的变化”“轮子的故事”两课，体现了科技与社会的关系；水、空气、土壤等主题体现了人类与环境的关系。除了关注科学、技术、社会与环境之间的关系外，教材还关注了科学本质的其他方面，如什么是科学，什么是技术，什么是科学思维，什么是工程思维，科学与技术之间的关系等。例如：一上“小小科学家”“小小工程师”两课，就是有关什么是科学、什么是技术以及科学与技术关系等方面的内容。一上“用大脑思考”单元的设计意图是让儿童意识到科学事实与科学猜想的区别，体会逻辑推理与科学想象及人类创造力的意义特质。

另外，教材还加强了科技史的教育。我们认为，科学技术的发展具有革命性、迭代性、不断进化的特点。让学生了解科技发展概貌，不仅有助于其当下或今后科学知识的学习，而且有助于他们科学本质观的建立。教材强化科技发展史教育的策略主要有三种：一是课内的有机渗透，如一下“石头与泥土”单元中有关旧石器时代石头作用的知识。二是在专项学习中增设了介绍科学家和工程师的内容，如一上介绍的是汽车的发明者本茨，一下介绍的是昆虫学家法布尔。三是在每学年教材的最后，用通页的方式集中呈现科技发展历程，如一年级呈现的是从远古时期到公元前的科技发展简史。

三、紧扣儿童生活，逻辑化表达教材的组织方式

1.教材的宏观组织。

新编苏教版《科学》教材以单元作为基本的组织架构方式，12册教材共有56个单元。这些单元大部分以课标规定的由18个主要概念分解而成的75个学习内容中的陈述性知识作为单元的组织线索。单元用主题命名，主题的外延大于知识点。主题既包括要学习的科学知识，还有机地整合了科学探究、工程实践或科学本质等目标。

除了以陈述性知识作为单元的组织线索外，教材还根据科学素养中的其他方面设计了特色单元。如跨学科的“STEM”单元（做蒸汽小车、做抗震小屋）；重在体现科学本质的单元，如一上的“走进科学”“用大脑思考”等单元。每册教材的最后安排的是独立的板块——专项学习：学习内容或为“像科学家那样”，或为“像工程师那样”。专项学习是对科学探究和工程实践过程与方法的专门指导，从一年级到六年级共安排了六次科学探究指导，六次工程实践指导，以螺旋式结构进行组织（如图1）。

图1 螺旋式结构组织图

2.教材的中观组织。

教材的中观组织指的是单册教材单元的组织。除了专项学习，在1～2年级教材中，每册都有四个单元，3～6年级教材每册都有五个单元。这四个或五个单元的安排主要依据的是课程标准分学段的学习进阶。低年级因为每周只有一课时，故每个单元一般只有三个次级主题；中高年级每周有两课时，故每个单元一般有四个次级主题。本教材在有限的篇幅内还有另外的逻辑分类考虑，就是尽可能让同一册教材上的单元都能为某一个重要的科学思想服务。换言之，教材单元的横向组织是有内在线索的。以一年级教材为例，一上的四个单元都与科学本质中的什么是科学、如何做科学，什么是技术、如何做设计及科技的作用有关，这是科学技术的“本体论”。串联一下四个单元的线索是“世界是物质的”这一科学思想。教材安排的学习内容是“组成地球的基本物质：岩石与土壤、水、空气和动植物”。

3.教材的微观组织。

微观组织指的是单元内每一课的组织，既包括次级主题安排，也包括每一课内容及活动顺序的安排。次级主题（课与课）之间是有一定逻辑关联的。如有的是总分关系，有的是并列关系，有的是自然顺序，还有的是先抽象后具体，或先具体后抽象。每一课的组织线索是各种活动，各活动顺序的安排充分考虑儿童的心理特点和认知规律，由浅入深，由已知到未知，由具体到抽象，从行为到表象再到符号。由于每课的组织以活动为主，故三级目录的设计与安排不能用类似中学理科教材中内容结构的组织方式，而是用媒介结构——以学习活动为主线的一种结构。