STC课程实验——基于实践的课程研究 [复制链接]

      由于 STC 课程对元认知的强调，学生能够更主动、更积极地投身科学学习，能够长期保持甚至不断激发对科学探索的热情。也就是说，学生在 STC 课程学习中更容易形成很强的内驱力，这在长时间的学习进程中是非常必要的。

4．在丰富的科学实践中理解科学概念
      对科学概念真正的领悟不同于对概念定义的字面解释。能够从字面上说出一个概念意义的学生，在走出课堂后很可能就把学到的东西抛诸脑后。在 STC 课程中，学生对科学的学习是在教师指导下积极从事科学的实践，包括进行观察、实验、与同伴享想法、交谈和写作、建模、描述现象，等等。这些科学实践是模仿科学家所进行的活动。在这一系列的科学实践中，学生真正从思想上接受了自己的发现。他们的科学技能得到锻炼的同时，又对科学概念的理解日趋深人。

       STC 课程丰富的科学实践都是为学生的概念发展来服务的。 STC 课程的实践活动是多角度、交叉重复的，这样设计的原因在于，一个观点需要多重证据从不同角度来说明才更有说服力，学生在头脑中接受并坚信一个科学观念也需要丰富的体验和反复的验证。为了帮助学生发展浮力的概念， STC 课程在科学实践的活动设计上体现了丰富性、发展性和反复性。如果说从前概念到核心思想变化的过程是 STC 课程建构的骨架，那么在这个过程中丰富的科学实践活动就是 STC 课程的血和肉。

      STC 课程中，学生的学习进程是从学生的日常概念出发，让学生在一系列逻辑相关的科学实践活动中逐步形成对具体概念甚至核心思想的理解。 STC 课程以各学科核心思想来统整各单元具体的探究活动，学生在连续的科学实践活动中对新旧知识等进行辨析和整理，从而逐渐理解科学，因而学生对知识的组织方式（即概念网络）更接近专家的思维。

      任一领域专家与新手的主要区别，是其知识的组织方式不同。专家理解该领域的核心原则和理论框架，他们对一些详细信息在这些原则和理论中位置的理解，可以帮助他们记忆这些详细的信息。新手倾向于记忆那些没有任何联系的甚至相互矛盾的“知识”片断、孤立的事实，并努力寻找一种将片断和事实进行组织和整合的方法。学会以专家的方式理解科学或工程，需要加深理解事实之间如何联系，以 R 事实与核心思想之间如何联系。 STC 课程是一种强调不同活动、不后学习经验之间相互联系的教学，始终努力帮助学生在核心思想框架内整理事实。在学过程中，学生零散和错误的原有日常概念经过修正丰富，通过比较、分类等思维过程与新经验相整合，逐渐建构起和去家相似的知识网络。

        这种围绕核心思想组织的、专家式的知识网络，比新手零散孤立的知识识记方式更加有效。概念性知识可以强化对事实性知识的记忆而用概念来整理大量重要事实的细节，对概念的理解会更为明确、深刻。这并不是说现在所教授的事实性知识（例如鱼类、鸟类和哺乳动物的特点）必须被取代，而是要给它们赋予新的意义，并用新的组织方式（即概念体系）记忆（因为动物的这些特点被视为适应性特征）。运用概念来组织储存于记忆中的信息，可以被更有效地回忆与运用。这其中的关键不是要单独强调事实或“大观念”（概念性知识），而是二者同样必要。因此，学生的科学学习需要有丰富的事实性知识为基础，在概念体系内理解事实与概念，以促进修正和应用的途径建构知识。

      我们发现， STC 课程中，学生经历了对核心思想逐步理解的过程，恰好满足了以上3点需要。因此，我们可以清楚学生为什么能在 STC 课程的学习过程中逐渐理解核心思想了。

        《科学素养的导航图》一书在序言中指出，“科学素养不应是做支离破碎信息及毫不相干技能的简单集合，而应是一个内容丰富、技能与观点可以相互支撑的架构，这个架构是随着时间的推移而发展变化的。学生的学习只有建立在他们既有知识基础上，学生才能了解他们还得学什么，并为他们日后还应该学习什么做好准备。”

STC 课程就是这样一种架构。这种架构的骨架就是指向核心思想的各概念与技能的层级与联系。为了实现这种架构， STC 课程被设计成了复杂、精巧的系统性工程。

       从学习者中心的角度来看，在 STC 课程中，学生以或错误、或零成片面的前概念为起点，在各个科学实践活动中预测、观察和操分析和讨论、总结与发现，获得了丰富的科学经验和知识，这些休的经验和知识经过元认知操作，整合学生原有的知识网络，原有1络中的概念联结因为新的认知而不断丰富，并重新整合，经过长达歉任的持续学习，逐渐形成对科学各领域核心思想的认识，这种认识长是文字或语言的表述或记忆，而是对核心思想内涵的理解或感悟。

三、对我国小学科学课程建设的启示
（一）课程标准与课程围绕核心思想来设计
      围绕核心思想构建的科学课程能够更好地帮助学生理解和运用科学。目前科学家已经甄别出这些核心思想，美国《 K ~12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心思想》《科学教育的原则和大概念》等书都是其中的代表。

       美国国家科学资源中心和国家科学院史密森研究所著的《面向全体儿童的科学：改进小学科学教育的指南》强调，课程材料要“能使儿童在一段较长的时期内深人地研究重要的科学概念”,“能够通过一杀列逻辑上相关的活动形成对在几节课堂上学习的概念的理解”。他们认为，“为了理解概念，课程材料必须具有一个定义明确、合乎逻辑的叹事线索，学生参加的活动必须建立在相关的科学活动基础之上”。这故事线索”其实就是核心思想的发展线索。在 STC 课程中，这个争线索体现为每个单元的概念发展线，学生循着这条线索成长。而，随着学生的成长，他们希望掌握的信息量及其复杂性都在不断增这在 STC 课程中体现得很鲜明。

       随着学生科学探究能力知识的积累，对“生态系统中生物与环境的相互作用”的核心思想的研究逐渐深人和具体，学生对这一核心思想的理解也更加深人和具体。在我国的科学课程中，也应该有类似的故事线索来帮助学生学习核心思想。

       经过长期的实践和研究，像 STC 课程围绕核心思想设计的科学课程已经被证明具有实效。我们在进行课程标准的编写和课程开发时，围绕这些核心思想来设计，从而帮助学生掌握这些科学领域少而重要的概念框架已经是迫在眉睫的事情。

（二）教师应注重围绕核心思想来组织教学并关注学生对核心思想的理解
       围绕核心思想构建的课程对教师提出了更高的要求。教师要以核心思想为纲领组织好自己的科学知识网络；教师在备课时要以整体发展的眼光来认识每一节课在学生科学概念发展中的位置，而不仅仅是盯着本节课的概念目标；在课堂上，教师还需要关注学生的前概念，关注每个学生的概念变化情况，帮助学生梳理知识，构建核心思想。

       如何帮助教师围绕核心思想来组织教学呢？“助手式”的教育培训会具有实效。在每学期开学前、单元开始前后、学期结束后等关键时间对每一位教师进行“模拟课堂”参与式集中培训，在教师教学遇到困难时，专家给予诊断和处方式的及时帮助，这种教研环境下的教师能够更为有效地完成任务。

STC 课程中科学实践的研究

一、科学实践的内涵和学习周期
        科学实践指的是科学家探究自然界、建立关于自然界的模型和理论时所进行的一系列实践活动。科学实践包括提出问题，界定难题；建立和使用模型；设计和进行探索；分析和解释数据；运用数学和计算思维；建构解释，设计解决方案；投人基于证据的论证；获取、评价和交流信息。

       美国国家研究理事会认为，科学家的这些实践活动是科学的核心构成要素，是科学素养的重要组成部分。对于学生认识科学的本质、理解科学知识、增强科学实践能力至关重要。因此，应当作为课程和教科书的内容加以强化。

       经过6年的教学实验，我们发现 STC 课程在“培养学生全面的科学实践能力”这一设计理念的指引下，基于“儿童的心理”选取多种 STC 课程在培养学生科学实践能力方面的一个重要做法，是在教学中设计了“集中一探究一反思一应用”的学习周期，与教学中的科学实践活动有机地结合在一起。

        学习周期的开始是集中（聚焦）阶段，让学生在广泛呈现前概念的基础上通过加工和整理明确探究要解决的主要问题。接下来是探究阶段，让学生从事各种探索活动，以便从经验中产生新的观点。然后是反思阶段，让学生通过分析、评价和论证形成新的解释。最后是应用阶段，让学生有机会把新观点运用到不同的情境中去。学习周期具有教学流程的监控和管理特点，强调每一学习环节的基础性，明晰毎一阶段的主要任务；强调合作探究；同时强调概念或知识的习得过程。

      需要强调的是， STC 课程的学习周期与科学实践活动不是简单的对应关系。
      学习周期的每一阶段有不同侧重的科学实践活动。比如，集中阶段主要是提出和确定需要探究的科学问题；探究阶段侧重于设计和实施研究。但每一个阶段都同时涉及多个实践沾动。比如反思阶段，既要进行数据分析，还要开展基本证据的论妣活动，并建立解释。更重要的是，有一些科学实践活动同时在不同的学习周期重复出现，如分析和解释数据，既是小组或个人探究中的重要活动，也是集中交流反思时的重要活动；还有一些实践活动可能贯穿学习周期的每一个阶段，如论证、运用数学和计算思维等。

(一）集中阶段
        在 STC 课程中，集中阶段学生参与的科学实践活动主要涉及“提出问题，界定难题”。
        例如，在 STC 课程3年级“化学实验”单元教学起始就是要求每名学生思考“关于化学物质我们知道什么、在哪里见过、有什么用途、怎样使用、你还想知道什”。每个学生要将自己的想法记录在科学笔记本上，然后进行全班讨论，集中、聚集大家的思想。

        课 堂的初始阶段为什么要集中、聚集学生的思想呢？课程设计者认为学生学习之初就要明确目标。目标要指向核心概念，学生对一个学习主题的问题往往是多样的、分散的，并不一定是课堂上所能解决的。只有聚集之后，他们才能知道需要探索什么和能够探索什么，这样才能形成科学的概念。
        STC 课程是何设计集中这一环节的呢？

        1．关注学生兴趣
       STC 课程选择了大量的小学生喜欢的科学探究内容。如造纸、饲养蝴蝶、制作小车等。这些都是小学生可以接受的、每名学生都可以完成的科学探究活动。这些活动对小学生有着强烈的吸引力，便于他们提出各种问题，并使他们在亲历各种形式的探究过程中，不断认识科学探究的本质，发展科学实践的能力。

      2．提供良好的课堂文化保障
      为了让学生在集中阶段更充分地提出问题和界定难题， STC 课程为学生规定了他们分享时的准则：
     毫不犹豫地说出自已的想法；
     不抱成见、持开放性的心态接受一切观点；对同学的观点不要批评和妄加评论；
     努力把自己的观点与其他同学的观点联系起来。
     这为学生创造了无障碍的交流氛围，形成了民主、尊重的课堂文化。

3．提出任务以促进实践
         STC 课程在集中阶段常常给学生提出一项任务。任务非常明确，但有难度，只要学生蹦一蹦就可以够得着。任务一般在一节课之内完成，每位学生都要经历一个科学探究的过程。由于没有旁观者，都是参与者，所以每个学生都会认认真真地投人，人人都会有收获。

4．教师和学生一样都是参与者
        在“植物的生长和发育”单元有对教师定位的表述“你不一定非要是植物学方面的专家。教师教学用书的背景部分，为教师提供了主要信息。假如你发现你和学生一起面对疑难问题的时候，不要感到惊讶。
        同样，在其他单元也有类似的表述。科学课要求每名教师都成为各领域的专家是不现实的， STC 课程强调教师和学生一同成长。这样的策略会使教师以学习者的身份进人教学，以认真的态度投人实验工作，带动学生一起展开探究，使教学活动凸显探索的主要特征。

5．行之有效的了解学生前概念的方法
        STC 课程在教师教学用书中为集中阶段提供了一种有效的方法﹣头脑风暴。头脑风暴是全班学生一起进行的合作练习活动。在这个合作练习活动中，每个学生贡献（分享）他们对学习主题的想法。头脑风暴活动是从学生头脑中调取他们有关本单元的科学前概念的有效手段。
       在这一活动的开始阶段，学生之间的交流会比较混乱，思维时断时续，无法达成共识。当学生将各自的想法都说出来之后，学生才会把自己的观点与其他同学的观点联系起来。这时教师适时启发、引导会很有效。

        集中阶段汇聚学生的探究焦点，为整个单元的探究活动指明方向是 STC 课程保障师生在课程一开始就能很顺利进人“以探究为中心”的课程体系的一个重要策略。通过这个阶段的学习活动，学生们会发展提出问题和明确要解决的问题的能力，并对科学家这方面的科学实践有更深人的理解。

（二）探究阶段
        探究阶段的科学实践主要涉及“设计和进行探索”“建立和使用模型”“运用数学和计算思维”。
       1．关于“设计和进行探秦”
       (1）提供充分的实验材料。
      在 STC 课程的实施中，学生探究活动的所有材料均由材料中心提供。教师只需在班级里建立一个学习中心，学生就有了一个长期学习的永久的“家”。