STC课程实验——基于实践的课程研究 [复制链接]

现行科学教育做得如何呢？
      研究者认为，现行科学课程标准和科学课程包含了太多零散的、不分主次的主题，而给予学生对一个主题的理解如何随年级增长变化的关注则太少。这导致学生的学习主题内容浮浅且缺乏连贯性，这样过于薄弱的基础难以帮助学生进一步理解科学。科学素养的一个重要方面，就是理解和运用科学的解释（即科学概念、学说、理论等），它所涉及的内容远远比学习一大堆事实更多。科学概念能够帮助人们扩大对世界的了解并帮助人们预测、理解和解释人们在世界上所经历的现象以及解决重要的问题。

      众多科学内容之间具有很强的内在联系性和层级性。事实是人类对自然界最基本的认识。具体概念则是对一系列紧密相关事实的初步概括。关键概念或理论是对更多相关事实和概念的总结。在物质科学、生命科学、地球与空间科学等领域，还有少数理论或思想能够把众多科学事实、具体概念和关键概念或理论等科学知识联结起来，组成复杂的概念框架，这些被称为核心思想或核心概念。核心思想是已被验证的科学观念，是各学科的核心，如物质的原子一分子理论、进化论、细胞学说和牛顿的力和运动规律等。科学的理解应该是围绕核心思想进行的有广泛解释力的模型。因此，在科学教学中重要的是明确识别这些概念框架，并通过模型构建和观念转变等方式的教学来帮助学生生成这些框架。

       在科学课堂上，虽然学生们在不断学习新的概念，但除非这些概念与其他相关的想法进行联系，否则学生难以理解它们的意义。例如，学生知道了油浮在水上，但是如果他们不搞明白相同体积的水比油重，不去探索物质之间的相对密度与它们沉浮之间的关系，那么“油浮在水上”这样的知识的意义就难以被学生真正理解。

       研究表明，学习科学更有效的方法是在长达几年的时间跨度内（而不是几个星期或几个月这样的短周期），帮助学生建立科学的核心思想。核心思想把一个个科学事实、具体概念和关键概念或理论等科学知识联结起来，组成复杂的概念网络。这些核心思想能够帮助学生建构学习新的事实、实践和解释的知识网络，并为学生在高中、大学等进一步理解科学和进行科学实践打好基础。

         STC 课程是由美国国家科学资源中心发起，国家科学院和工程学院运作实施的一项以探究为中心的革新性科学教育项目的产物。 SIt 课程体现了美国科学教育的发展成果。经过长达6年的实践研究与理论分析，我们发现， STC 课程很好地发挥了帮助学生持续理解和建构生命科学、物质科学、地球与空间科学和技术领域核心思想的作用。

         STC 课程之所以能达到这样的效果，正是因为它是围绕各领域的核心思想来组织建构的。在核心思想视野下研究 STC 课程的组织结构，对我国小学科学课程的设计与建设具有重要的参考价值。

二、对 STC 课程组织结构的分析
STC 课程是在美国《国家科学教育标准》的指导下编写完成的，而且很好地实现了围绕核心思想的框架来帮助学生学习科学。经过分析、我们认为 STC 课程的组织结构具有以下特点。

（一）以核心思想为骨架的模块化结构
       美国国家科学资源中心在《面向全体儿童的科学﹣改进小学科学教育的指南》一书中指出：“儿童在拥有准确的事实信息以前早就开始形成了关于世界的理论，而且他们对这些理论深信不疑。由于这个原因，教育工作者需要明白，孩子们需要很长一段时间，经历很多与新概念冲突的过程才能逐步完善对概念的理解。”对一个概念蜻蜒点水式的短暂学习和学习大量的概念这种传统方式不符合学生的学习规律。这就需要教育者甄选出最基础和最重要的概念即核心思想以供学生学习。“在实施以探究为中心的科学计划的过程中……最有效的一种方法就是用一系列科学‘模块’或‘单元’来建立科学课程，其中每个‘模块’或‘单元’注重于科学技术的某一特定方面。”

楼主持之以恒，不断更新、后续，在这里就是看书、学习，辛苦了！

这个课程我还是第一次了解，感谢王老师的分享。

1．课程由各相对独立的单元模块组成
        STC 课程的“模块”是24个大单元，分为四个主题领域，即生命、地球与空间、物质科学和技术。每年级每个主题领域设一个单元模块，完成每个单元模块需要大约16课时的时间。它们提供了所有学生关于生命、地球与空间、物质科学和技术等方面的经验，同时发展学生的批判性思维和问题解决能力。这些大单元连续性地在数周内围绕一个主题来架构。它们在主题之下，直接指向学科核心思想，而不是简单的事实罗列。
       在每个“模块”也就是大单元内，课程设计者围绕核心思想来组织众多科学事实，这些相互联系的科学事实提供给孩子典型的科学经验，数量少，但却是在学生概念发展中必不可少的活动和经验。这些“模块”符合学生完整的学习和认识的过程一一单元第1课了解学生的前概念，经过一系列有结构的探究活动，在学习过程中和单元结束时帮助学生对科学学习进行反思，及时应用所学内容来解决问题。

        STC 课程学习目标是以年段而不是以年级安排的，课程设置也为年级提供了最大的灵活性。所有单元可以按上表所示上下浮动一个年级。1年级的单元可以用于幼儿园。这种灵活性在4、5年级变得至关重要，它们跨越了美国《国家科学教育标准》所规定的年段。

             STC 课程的每个单元可以看作是一个相对独立的模块。教师可以根据实际情况在相应年段组织和选择合适的单元模块进行教学。同一年段的各单元模块内容适合学生的学习发展水平。例如在1、2年级，提供给学生大量的观察材料，包括动物、植物、各种属性的固体等，帮助学生积累丰富的直观经验，并在此基础上进行观察、比较和测量。而到了3、4年级，学生就开始总结规律，例如在“声音”单元，发现音叉、尺子等物体在发出声音时都伴随着振动，而且发声物体的大小、粗细和松紧等属性会影响到声音的高低。在5、6年级，进行控制变量的实验占据了相当大的比重。

     不同年段的各单元模块又有明显的连续性。无论从概念发展的角度还是从科学技能培养的角度分析都是如此。例如，进行控制变量实验所要求的公平性是从1年级就开始对学生进行反复训练的一一为了能够比较同学的身高或测量幼苗的高度，学生们需要设定一个起始点和共同的测量标准；然后学生根据详细的实验指南开展实验，并对实验方法进行思考和讨论。所以，到6年级时，学生自己设计单因素变量的控制性实验已经是水到渠成的事情了。
      这样的安排，既可以使教师按照本地区或本校的具体情况做出适当的选择，又有利于学生持续地发展对科学的理解。

2．各单元以核心思想的发展为引线相互交织，相互支撑
       STC 课程各单元虽然彼此相对独立，但不是各不相关，而是有内在的紧密联系。一种联系是同年段内对科学技能的反复训练和随年段变化的技能训练的递增（表2)，另一种更加交错复杂的联系就是概念间的发展与联结。

(1) STC 课程科学概念的层级性。
    科学概念根据其在学科中的地位和统领的事实可以分为具体概念（体现在 STC 课程每一课的概念目标中）、分级概念、单元概念、统一概念等层级。这些概念层级共同组成了 STC 课程的概念网络。在概念网络中，处于最核心位置的是跨学科概念（如系统、平衡和变化、结构和功能等），这些概念在每个单元都有体现。然后是各领域核心思想以及各核心思想统领下的各级概念。

      下面以生命科学领域为例，简单介绍 STC 课程科学概念的层级性。
       STC 课程1年级“生物”单元里，学生要分别观察和认识几种陆生和水生的动植物，但不是把一个个生物从原来的生活环境中剥离开来单独进行观察，而是以生态系统的视野，为这些生物营造适合它们生存的环境，在动植物共同组成的人造环境中观察和比较。在这样的设计下，学生通过每节课的学习发现一些科学事实（例如种子的外形），基于对这些科学事实的积累和比较，学生逐渐掌握一些具体概念（例如植物的生命周期中的新起点是种子），这些具体概念相互联系，层层推进，形成一条连续的概念发展线。在此基础上，经过一个单元的学习，学生水到渠成地达成了单元概念目标﹣﹣生物所生存的环境要能够满足生物的基本需求，同时也理解了“生态系统”这一生命科学领域的核心思想的部分内涵。而“系统”的概念本身就是一个重要的跨学科概念。

      从 STC 课程1年级“生物”单元概念发展线可以知道，学生在每节课的学习中都有特定的具体概念目标。例如第4课学生探究林地植物的特点，第5课探究水生植物的特点，第710课探究水生和陆生动物的特点等。但课与课之间不是相互独立而是相互关联的，林地植物和林地动物生活在一起，水生植物和水生动物生活在一起，在观察和讨论时教师带领学生发现这些不同生物之间的相互关系和影响。在4-12课这样相互联系的一课课的学习中，学生理解了动植物和环境之间的相互作用（子概念3)。子概念1、2、4、5的学习也有类似的特点。由一个个子概念所统领的数课就像是大单元中的一个个学习段落，这些学习段落间也相互联系，例如第16课讨论人类的需求与相互关系就是在之前学习的基础上进行的。本单元17课的5个子概念就是单元概念（生物所生存的环境要能够满足生物的基本需求）和分级概念（观察自然界和实验环境中的动植物，可以帮助我们理解生物与环境之间相互依存的关系）的具体描述。这些统统指向生命科学领域的核思想之一﹣对“生态系统”的认识。从对“生物”单元各类概念的分析中可以发现， STC 课程单元内的概念分为多个层次，以帮助学生从认识一个个科学事实形成具体的科学概念再逐级发展为理解核心思想。

      STC 课程的每个单元都有这样一条概念发展线，这条概念发展线由单元内各个子概念组成，以单元概念统领。单元概念一般都比较具体，而统一概念更概括，也更接近核心思想，或者说统一概念反映的就是各领域核心思想的内容。 STC 课程生命科学领域6个单元的统一概念就是从各个方面对“生态系统”这一学科核心思想进行的表述。

(2) STC 课程科学概念的联系性
       STC 课程四大领域各层级的科学概念并不是孤立的，也不是按层级单线联系的，而是相互交织、相互关联的。从前文对生命科学领域概念层级性的分析中可以发现， STC 单元内的概念间相互紧密联系，単元元间也以核心概念相互贯穿。同样，技术领域的概念和物质科学领域的概念紧密相关，地球科学领域的概念与生命科学领域和物质科学领域的概念也是紧紧地交织在一起的。这在 STC 课程中体现为：各单元并不只是让学生完成对某一个单元概念或学科核心思想（核心概念）的学习，而是每个单元都渗透着对多个核心思想的学习。

      每个核心思想都集合了许多不同的发现，能够联系一个领域的许多关键概念、原理甚至理论。在 STC 课程中，对一个核心思想的学习也不仅仅是某一个具体单元的目标，而是众多相关单元的共同目标。不同的单元分别从不同的领域和角度帮助学生理解核心概念的内涵。如 STC 课程有16个单元关注物质科学领域的“物体和材料的性质”。

      1年级在“固体和液体”单元，通过测试鉴定固体和液体仅凭肉眼不能发现的属性，并进行描述和分类，经过一个单元的学习，帮助学生逐渐认识到“固体和液体是物质的两种状态，每种状态都有着不同的属性”；在“天气”单元，学生从测量和记录温度、降水等活动中了解到“天气可以通过可测量的特征加以描述，温度、降水、云、阳光等组成了相互联系的天气系统”；在“比较与测量”单元，学生发现“物体的相对大小和物体之间的距离可以通过比较来确定，绝对测量需要用到标准单位”。

      2年级“土壤”单元，学生分析和鉴别土壤的不同成分和不同成分的性质，继续从土壤的角度学习“世界是由物质组成的，这些物质可以根据其特性进行鉴别，这些物质组成了相互联系的系统”的大概念；在“变化”单元，学生发现物质的性质可以发生变化﹣“各种物质可以相互作用，可能会变成新的物质。一些物质经过加热或冷却，可以从一种状态变成另一种状态”；在“平衡与称重”单元，学生继续使用天平等工具探究物质的体积和重量两个属性。

      3年级“化学实验”单元，学生开始通过物理和化学实验来确定材料的属性，并“根据材料表现出的共同的化学或物理性质分组或分成不同的系统”；在“岩石和矿物”单元，学生了解到“岩石是矿物的集合体，并不断变化成为新的岩石。每种矿物都有其独特的物理和化学性质，这些性质使它们的用途广泛”；在“声音”单元，学生经过对音又、尺子、滑哨、弦等发声物体的研究认识到“声音是由物体或空气的振动产生的，频率和音量是声音的重要属性。物体的大小、粗细，弦的松紧等因素都会影响声音的属性。”

     4年级“电路”单元，学生认识到“电路可以用不同的元件、以不同的连接方式建立起来。电路中的电流可以产生光、热和其他形式的能量”；在“运动和设计”单元，学生认识到“对小车的成功设计，需要综合理解能量、力、摩擦以及材料的属性，同时要考虑到成本”;在“陆地和水”单元，学生学习“地球物质具有独特的性质，是生物和非生物系统的组成部分。这些系统内部的相互作用以及系统之间的相互作用，促使物质和能量发生变化”。

      5年级“微观世界”单元，学生学习“所有生物都由细胞组成，细胞是生命的基本单位。处于所有结构层级中的生命系统在结构和功能上都是互补的”；在“漂浮与下沉”单元，学生发现“当把物体放人液体中时，同体积的液体和物体的重量决定着作用于物体的浮力”;在“食品化学”单元，强调“食物中所包含的营养可以通过物理实验和化学实验加以确定。而生命体被组织成各种功能的系统，需要保持营养均衡，以保证它们的生存和发展”；在“生态系统”单元，强调“生命系统内部及生命系统之间的相互作用，可以使物质和能量发生变化”。

      这16个单元对物质世界的各种属性（如物质的状态、长度、重量等）进行研究。在低年级时，更注重个别属性和静态属性，而随着儿童能力的发展，逐渐以系统的框架对物质间的相互作用进行动态和关联的研究。把这16个单元丰富的探究活动联系在一起的，就是各学科的核心思想。

        与其他概念联系越多的概念越重要。例如，关于“系统”的概念几乎和四大领域的每个单元相关，“系统”这一概念是重要而基础的跨学科概念（无论在 STC 课程中还是科学研究以及生产生活中）。又如，“生物与环境的相互作用”的概念在生命科学领域和地球与空间科学领各单元中反复出现。像这样集合了许多不问的发现，能够将ぱ的许多关键概念、原理甚至理论联系起来的概念就是核心思相核心思想都是新研究的指南，能够被人们用日益复杂的方式觎毎个核心思想都能使学科间创造性的连接变得可能，例如，在物化学、生物与地质学上，原子一分子理论都是重要的，在科学学习는程中帮助学生理解核心思想的重要性不言而喻。

       从以上对 STC 课程单元间概念联系的分析中可以发现： STC 课程在一个单元模块内以不同层级的概念来组织建构，生命科学领域、物质科学领域、地球与空间科学领域和技术领域24个单元模块间由各领域核心思想统领，内容相互交织，相互支撑。

（二）逐步理解核心思想的学习进程
STC 课程在宏观架构上是以核心思想来组织和统领的，这在前文中已多有论述。从学生的成长角度来分析， STC 课程组织的另一种方式是促进学生逐步理解核心思想长期的、阶段性的学习进程。