STC课程实验——基于实践的课程研究 [复制链接]

      STC 课程的学习中心拥有以下作用：
       可以在教室的指定角落长期存放各种实验材料，方便学生做实验时随时取用；
       可以用作学生“自己动手实验”的项目中心站；
      可以用作学生的科学观察站，各小组会将实验样本放置在学习中心，利于所有的同学观察；
      可以用作学生的图书阅读角，学习中心拥有与本单元有关的课外阅读书籍；
      可以当作学生科学作业完成后自由交流、展示的空间。

“       学习中心”策略，提供给学生一个自由而有效地进行科学探究的巨大空间，其中包含动手做、阅读、思考、交流、观察、创新等各种可能的学习活动。这一策略，是 STC 课程最能体现学生主动探究学习的方法之一。
      (2）重视探究活动的有效性。
      第一，对教师的探究教学予以详细的指导，对学生的“探究学习”给予必要的指导。

         STC 课程的教师教学用书对教学活动安排得十分细致，尽可能将探究活动的要求显性化，包含许多设计精巧、结构递进、对学生实验过程有指导性的思维问题、明确的实验关键点的指示，并重视教师在教学中行为和技能的示范作用。

        为什么对学生的指导要这么细致人微呢？是不是有牵着学生走的嫌疑呢？我们认为 STC 课程的做法是完全必要的。在培养学生科学头践能力的过程中，要想让他们像科学家那样探究科学就必须让他们遵守科学的步骤和流程，让他们认识到科学程序的合法性会决定结果的合法性。 STC 课程的培训师曾经在培训中说过，要从学生的孩童时代就让他们知道怎样才能更好地把一件事情做对，要想做得对必须严格执行必要的程序。

        第二，在教师教学用书中，为教师提供必要的“背景”信息。由于教师不一定是某一方面的专家，要求每名教师都成为科学探究课所涉及领域的专家是不现实的。但是为了保证探究活动的有效性，教师必须具有对学习主题及教学的足够了解。为此， STC 课程在教师教学用书中对每一节课都提供了有关的“背景”。

      第三，精心设计活动内容，促进深人理解。
     3年级“植物的生长和发育”单元引人了蜜蜂，探究蜜蜂与植物的相互关系。这是一个很好的设计。它可以使学生了解在自然界中动植物是如何联系的。学生在观察植物的生长发育过程中，在第8课出现了蜜蜂，学生不觉得突然，因为学生们都知道蜜蜂是可以为植物传粉的，但这是感性认识。当学生了解了蜜蜂传粉的完整过程及蜜蜂的解剖形态时，他们对蜜蜂与开花植物的相互依赖关系就有了更深人的理解。原来在进化过程中，为了生存的需要，开花植物产生了一种对自身“没什么用处的”花蜜。花蜜对于产生种子没有直接作用，它的作用只是为了吸引蜜蜂。蜜蜂在得到它时，付出了带走花粉的“代价”。这是互惠互利的交换，这是自然界存在的相互依存的关系，这是植物的“智慧”。

       (3）设计递进式的科学实践活动。
       STC 课程中的一些科学实践活动看起来是带有重复性的。
     例如让学生播种了3次：1年级种植4种种子（菜豆、豌豆、向日葵、南瓜）中的一种；3年级种植威斯康星速生植物；6年级继续种植威斯康星速生植物。
     但是3次播种活动间是概念、技能、态度的递进关系，因为目标各有不同。1年级要建立的概念是生物体有基本需要（养料、水、空气和自我空间）。有些植物是由种子生长而来的。学生经历的活动是初步种植种子，观察植物生长首先长根，然后茎再生长。3年级要建立的概念是生命周期。让学生按自然生长规律种植威斯康星速生植物，观察没有人类干预的威斯康星速生植物生长的全过程。6年级要建立的概念是一些变量会影响植物的生长和繁殖过程。学生继续种植威斯康星速生植物，观察有人类干预的植物生长的全过程，以及人类干预活动与实验结果的关系。

       STC 课程在学生获取证据的能力方面也把握了渐进性原则。学生最早接触到的植物内容是1年级的“生物”单元第2课“观察并描述种子”。在这一课中对学生的要求是自然观察法。但对于观察能力的培养已不限于仅仅使用眼睛，而是强调综合运用眼、耳、手、鼻等感官进行观察。要求学生尽可能“观察”到更多的信息，发现更多的差异。

       到这里关于种子的观察并没有结束，仅仅是开展了对种子外部特征的观察。到了3年级“植物的生长和发育”单元，为了使学生对种子内部构造进行观察，课程为学生准备了干、湿两种利马豆粒。干的利马豆粒为的是复习，湿的利马豆粒为的就是观察种子内部构造。但使用的观察方法仍是综合运用眼、耳、手、鼻等感官。知识是新的，但获取知识的手段是已有的。通过学生自身的科学实践达到了新知识获取的目的。

      (4）强化对探究活动的完整体验。
      第一，两课衔接以复习法导人居多，适时安排复习，加强连贯性。
      从引导学生持续进行科学探究的角度来说，复习这个方法更有实效性。这一策略更有利于学生将前一课与本课的内容进行更好的连接，将前一课的思维与本课的思维进行更好的连接。同时达到对前边内容梳理、归纳、总结，自身消化、自我验证、自我修正的目的。

       STC 课程是以单元为形式进行编排的，每学期两个单元，每单元一个主题，共16课。每个单元必然要涉及多个内容，必须在单元主线的统领下有效组织。而这样的16节课又不是每天一节课的连续，如何使教师和学生能清晰地体会到整个单元的持续性、连贯性和递进性呢？
      STC 课程通常会适时安排复习的内容，加强单元的连贯性。

      如“声音”单元的第12课“不同的弦听起来有什么不同”中有这样的内容：
       描述在前面3节课中使用弦所产生的声音，分享关于拨动长弦和短弦所产生的不同声音的想法。
       回忆一下所用过的弦，你认为粗弦产生的声音是什么样的？细弦呢？
      前面3课研究的是弦的松紧和弦的长短对音高的影响，本课要换个角度来研究弦的粗细对音高的影响。这样的设计，既复习了前边3课的内容，又为新的学习打下了基础，提醒学生在研究粗弦和细弦时同样要注意控制变量，保持实验的公平性。

      第二，教学过程中渗透分类、归纳等思维方式。
      在学生归纳总结的环节， STC 课程的教师教学用书常常会通过提问的方法让学生对事物进行比较和归纳，以对学习主题产生完整的认识。
    第三，交换角色促进学生的观察更加细致与完整。

     2．关于“建立和使用模型”
     为了模拟未知事物的样子，给问题一个合理的解释，科学家常常安建构模型。在科学教育中模型对学生理解科学非常重要。学生需要只有多种方法构建物质世界模型的能力，以帮助他们进行科学预测和推理。用陈述类比等方式交流发现、制作物体模型、用模型预测和解样现象等。

      我们看到，在1年级“生物”单元就要求学生用画图的方法反映日已对植物、动物以及它们生存环境的理解。例如：画出观察到的菜豆、豌豆、向日葵和南瓜的种子，用画图的方法对本小组群落中发生的事情做记录。到了6年级则要求学生画出电动机的内部构造，并标注各部分的名称。
     各个年级对学生在交流时使用的方法表现出渐进式的不同要求。1、2年级重在陈述，指导学生用词汇或短语描述事物，并展开对所用词语的讨论。4年级“电路”单元运用了类比的方式，让学生在观察了家用白炽灯泡的构造后，讨论怎样连接导线才能使灯泡发光。5、6年级则更强调运用图表和表格进行交流。

       根据小学生的年龄特点， STC 课程在教学中使用实物模型并指导学生制作模型，以了解事物的固有特征是十分常见的。例如“生物”单元的森林群落和淡水群落、“陆地和水”单元的溪流实验操作台、“生态系统”单元的饲养箱和水族箱……这些模型的使用对学生建立相关的概念都发挥了重要的作用。在“植物的生长和发育”单元学生要亲手制作蜜蜂和花的模型，在“声音”单元制作人的鼓膜模型，在“磁铁和电动机”单元制作电动机模型，这些活动促使学生对相关主题进行更深人的思考，在解决问题的过程中对所研究的事物进行更为细致的观察，进一步激发学生学习科学的兴趣，并使他们获得难以忘怀的实践经历。

        关于用模型进行预测和解释， STC 课程在6年级的教学中做了相应要求。例如“测量时间”单元设计了让学生使用月相卡预测未来月相的变化的活动，“你认为在未来的29天里，月相会怎样出现？”在设计一个沉没水钟的实验中，首先引导学生讨论影响水钟下沉的可能因素，确定一个可以改变水钟下沉速度的变量，然后设计一个实验来检验他们的预测。在这项活动中，学生在前一课使用铝箔和铜垫圈所做的水钟发挥了模型的作用，通过对这一模型的观察和理解，学生识别了变量，并能够对实验的结果进行预测和解释。

       3．关于“运用数学和计算思维”
       数学和计算思维对学生的探究学习至关重要，是学生在科学课程中必须经历的科学实践活动。数学是一种具有实用功能的工具，可以作为一种科学的语言来使用。计算思维则在使用证据和进行推理中发挥着重要作用。

    （三）反思阶段
      反思阶段的科学实践主要涉及“分析和解释数据”“建构解释”“基于证据的论证”“评价和交流信息”。
      通过前边的聚集、探究环节，学生获得了大量的信息。如何使自己的数据、收集到的事实成为令人信服的证据，需要学生投人解释证据、相互评价证据、建立基于证据的理论等科学实践活动。

     1．开展班級讨论、集休论证
    科学理论的构建必须以大量的事实和证据为基础，“班级讨论”就是由教师有效引引导的学生展示自己的数据、分析和解释这些数据，对所观察的现象和数据作出合理科学解释的有效活动。它符合科学家探索科学的方法、行动及思考的方式。科学家在自己的理论被广泛接受和运用前必须经受科学共同体的检验，学生建立的解释也需要经受同伴的检验和质疑。

       STC 课程认为，班级讨论、集体论证的意义在于让学生通过提高对现象的解释能力，展示自身对科学思想的理解，无论是基于所观察到的现象作出的解释，还是基于所构建的模型作出的解释，他们都将经历概念转变的过程。应该鼓励学生根据在探究活动中观察到的现象进行解释，并根据证据对自己的他人的解释的一致性进行评价。

      课堂上的解释尤其重要，因为有竞争性的解释可以对相同的现象作出不同的解释。学生之间可以根据新证据，找出解释过程中（自己的解释，或他人作出的解释）的缺陷或不足，根据新的证据修正自己的结论。这对学生构建自己对现象的理解、获得对课堂上学到的科学理论的解释能力的理解、获得对科学家是如何工作的理解，都是十分必要的。

      2．设计关键性的提问内容
     第一个问题是本课研究的核心问题，用一个指向性明确的大问题将学生的思维锁定。第二个问题给学生一点点的提示﹣﹣关注橡皮筋的变化，缩小问题。第三个问题给予思维方向的细致指导。第四个问题将抽象的要求与实际的操作相联系。第五个问题再次回到本课研究的核心问题一橡皮筋的变化引起螺旋桨的变化，螺旋桨与空气的作用驱动小车。

      这样的设计使每个问题都具有启发性，并没有直接提供给学生问题的答案，但每一个问题都指向科学概念的建立。
      这里是教学中关键性实验方法的指导。第一个问题，用一个指向性明确的大问题给学生的思维定向。第二个问题给予实验方法性的指导。第三个问题促使学生形成自己的观点。

         为什么 STC 课程的设计者要帮助教师设计这些关键性的提问内容呢？我们认为这些关键性的问题对学生科学概念的建立起到了很好的指导作用。如“如果想比较某个圆柱体和水的重量，我们应取多少水？”这个问题直指学生对该问题的想法，对学生的思维予以方向性的引导。“多少水？”不是问如何取水，取什么样的水，而是指水的量。因为教师提供的所有圆柱体都是体积相同的，这难以推动学生去想水量与圆柱体体积的关系。“怎样称量这些水的重量？”有了思维的正确指向后，再用这个问题指导学生的行为。如何将思维的方向转化为具体的操作方法呢？“想”办法。学生想到了圆桶，引出了下一个关键性的问题“你认为圆桶的重量会影响这些水的重量吗？”这个问题突破后，“水的量如何与圆柱体进行公平比较”的问题就解决了。关键性的问题为学生评价证据也起到了思维解释的功能。

         学生通过回答这些问题，再一次回忆实验过程中自己的做法和察到的现象，使得证据链条再次勾连，以达到评价证据的目的。
        关键性的问题是 STC 课程设计的一大亮点，在课堂中实实在在起到了关键性的作用，使得科学数据、科学事实转化成了科学的证据。

3．提供良好的思维工具一维恩图
      维恩图是一种选择、分类和比较信息的常用工具。在记录信息方面，维恩图是比较有效的方法。它用两个甚至更多相互交叉的圆圈来表现信息的相同与不同部分。与一种观点有关的信息写在一个圈里，与两种观点都有关的信息写在两个圆圈交叉的部分，并不是每个单元都建议使用维恩图，但它在对结果和观察到的现象进行比较方面确实是一种非常有效的手段。

4．教会学生利用表格和图表
       第一个问题是引导学生学习怎样读取图中的数据，明确横坐标、纵坐标的意义。第二个问题是引导学生如何进行图表中的数据比较。第三个问题解决条线间的数据如何读取。第四个问题适时运用数学和计算思维分析与解释数据。 STC 课程设计者如此细致地指导学生，就是为了使学生尽快能学会利用表格、图表形成解释，培养学生寻找、分析和解释证据的能力。

（四）应用阶段
       STC 课程主张将科学课与其他的学科教学联系起来。在 STC 课程中，无一例外地我们会发现每课都会联系数学、语言艺术、社会研究和艺术等其他学科。它鼓励学生多领域的课程学习，认为学生用文字和图画记录实验结果，是发展其语言技巧和绘画水平的一种有效方式。这样的多学科联系将有助于学生在德育、智育、体育、美育、劳育方面的发展。

1．在“总结”环节精心设计，指向明确的事实和活动
如1年级“固体和液体”单元的第4课“滚动的固体”提出的需要解释的实际问题是：
N 圆柱形固体的移动方式是如何不同于球体的移动方式的？你认为为什么钢球使盘子移动那么远？
N 你认为为什么乒乓球没有使盘子移动那么远？
3年级“岩石和矿物”单元的问题是：
N 有人收集到石头与矿物吗？如果有，是怎么将它们进行分类的？
N 你了解一些其他的依据固体的属性进行分类的科学家吗？（例
如，人类学家是如何将骨头进行分类的）
对其他固体我们是如何依据其属性进行分类的？这样的提问很自然地将教学引向了应用阶段。