STC课程实验——基于实践的课程研究 [复制链接]

第一章

STC 课程实验研究总报告

       从2006年9月起,我们组织辽宁、北京、天津、湖北、重庆、广东、江苏、浙江8个省市的10所小学进行了为期6年的美国 STC 课程实验。目前,这项实验已如期完成。课题组共在20个教学班的741名学生中进行了 STC 课程1-6年级24个单元的教学,对构成 STC 课程的众多要素进行了研究,并从10个方面整理了实验的研究成果,现了为我国小学科学课程改革提供有益经验的预期目标。

一、问题的提出
       2001年,随着我国新一轮课程改革的启动,我国小学科学课程的改革也步人了新的发展阶段。
       在参与国家科学(3-6年级)课程标准的研制,并承担了义务教育课程标准实验教科书小学科学的编写任务之后,我们深感开展课程开发基础研究的必要性。
       在当时的历史条件下,作为课程的编制者,知晓国际科学教育的发展理念不难做到,国外的教科书以及相应的参考出版物也较易获得。但是,作为一门新型的综合学科课程的开发者,只掌握科学教育的某些思想和发展动态显然是远远不够的。
      我们发现,在科学教育思想与科学课程之间存在着一个庞大的研究领域还有待于进一步开发,科学教育的思想必须经过多学科、多角度、多层次的充分研究才可能实现向科学课程的转化。
       这在我们研读了一系列国际科学教育的重要文献之后深有感触。在我们原有的思维模式中,似乎只要确定了课程的指导思想以及某些编写原则,课程的开发便可以着手进行了。
      因此,我们热衷于谈理念,忙于制订各种标准。但国外同行的关注点和我们十分不同,他们长期以来围绕着课程建设的各要素,组织了雄厚的研究力量,对一个一个问题进行解析并加以研究解决,已经构建并发展起了强大的科学课程开发体系,形成了一系列的理论和实施策略,将科学课程的建设推进到了一个崭新的高度。
       我们深切地感受到,要使我国的科学教育融人国际化的潮流,需要转变原有的思维模式和研究方式,围绕科学课程开发的具体过程展开深人细致的研究。

      我们当时面临的困难是,国内的相关研究比较薄弱,对于课程的研究较多集中在宏观层面,学科课程建设方面的研究较少。小学科学课程的研究更侧重于经验的范畴而缺乏理论性和系统性。2001年以前,在我国小学阶段开设的自然课,也不是严格意义上的科学课程,因此还面临着课程性质的重大转变。这使科学课程的开发面临着一系列新的基础性问题。例如,如何根据培养科学素养的新目标设计课程结构和选择教学内容,如何围绕核心概念设计科学探究活动,如何在科学概念的学科逻辑结构和儿童认知发展的心理结构之间找到结合点,如何将学习内容、学习态度和学习方法相互关联,等等。

除此之外,我们还面临着我国科学教育发展中存在的特殊困难。2002年对我国21个省市小学科学教师的问卷调查表明,我国小学科学教师的最大困难和问题是对科学性质的理解。同时,小学科学教师对科学课程和学生的认识也极大地影响着教师的教学实践,例如:如何在教学中实现知识、能力和价值观的协同发展;如何向学生有效提供理解性学习和科学探究的支架;如何组织儿童开展如科学家一样的科学探究;等等。相对落后的物质条件、匮乏的教学资源和师资力量也是我国科学课程开发中必须面对的几大问题。

面对上述种种问题,我们更加深刻地认识到开展深人的课程开发基础研究的重要性。我们认为,处于现代化和全球化的历史时期,由开放带来的知识扩展,已经成为我国经济发展的一个重要因素。国外成功的教育经验,毫无疑问应成为我们重要的知识来源。我们需要放弃传统的、单一的认识来源和思维模式,以多元认知和开放的姿态,努力了解迅速变化的国外教育,将发达国家的教育理论和实践,作为我们的研究对象和参照系,通过深人的了解和比较,对我国科学课程开发进行有价值的思考。

基于上述认识,我们决定对美国的 STC 科学课程展开全面的实验研究,将其作为课程开发基础研究的一部分。我们计划用6年的时间,在20个教学班完成 STC 课程1-6年级24个单元的全部教学。通过观察、比较和验证,发现构成 STC 课程的要素,了解门现代科学课程在开发中要经历怎样的过程,在将科学思想融人课程内容和活动设计时需要做哪些方面的研究和解决什么样的问题,以及这样的课程会给儿童的发展带来怎样的影响。我们相信,这样的研究将会丰富我们的知识,拓展我们的视野,提高我们开发课程的能力。

二、研究背景
(—)文献综述
1.《人是如何学习的一—大脑、心理、经验及学校》
近20年来,对世界科学教育改革产生深刻影响的是学习科学的进展。这方面的代表性研究成果来自美国国家研究理事会行为科学、社会科学和教育委员会学习科学开发项目委员会主持的“人是如何学习的”课题研究。这一课题由美国国家科学院和教育部基金资助,参与者有16位国际著名的来自美国10多所大学和研究机构的学习研究专家,他们对人类的学习进行了多维的研究,提出了新的学习概念。下面的内容是有关学习的新概念。
(1)知识的组织方式十分重要。事实对于思维和问题解决的确是很重要的,但“有用的知识”并不是对无关事实的简单罗列,而是围绕重要概念或“大观点”来联系和组织的。如果学习者具备概念性知识,他们就能更好地学习。
(2)人们是基于已有的知识去建构和理解新知识的。儿童缺乏知识和经验,但并不缺乏推理能力。儿童在很多方面有别于成人学习者,他们的早期经验在发展过程中具有很大的作用。
(3)学习者应对学习进行自我调控,将学习的过程作为元认知的过程。通过反思性的学习,评价自己的认识并改进自己的认识过程。
(4)专家的知识反映了应用的情境,知识是“条件化”的。学习者需要在一定的情境中学习,并将知识和技能拓展到最初学习的情境之外,运用于新的情境之中。
学习科学的这些新的学习概念,正在深刻地改变着各个学科的教育,对科学课程的改革同样产生了重大的影响,已成为近年来科学教育一系列研究成果的重要理论基础。

2.《把科学带入学校: K —8年级科学的教与学》
        该书是美国国家研究理事会发表的一篇重要报告。在回顾和分析了科学教育的过去和现在之后,报告提出了科学素养的四个方面:能够理解和运用对自然界的科学解释;能够概括和评价科学证据和科学解释;能够理解科学知识的本质和发展过程;能够积极参与科学实践和科学讨论。该报告认为,如果科学课程所提供的学习机会能够具备以上四个方面的内容,那么科学教育的作用将能得到最大程度的发挥,科学课程也应按照这四个方面来设计框架。

3.《准备,集合,科学!— K —8年级的科学课堂研究》
        该书是美国国家研究理事会发表的又一篇重要报告。该报告阐述了正确理解科学家是如何工作的重要性。报告指出应重新思考儿童的科学理解能力。儿童的知识储备和推理能力,比人们原先预想的要丰富得多。报告以大量的篇幅介绍了关于概念转变的最新研究成果。对如何围绕核心概念组织教学,从学习进程的角度做了分析,并从思维可视化的角度,讨论了交流和辩论、建立模型和运用数学思维在科学教育中的重要意义。

4.(科学教育框架革貴》
       该书是美国国家研究理事会 K -12年级学校科学教育委员会的报告。该报告在美国科学促进会的早期研究成果《科学素养的基准》和《国家科学教育标准》的基础上,考察了最近的研究成果,提出了科学的核心要素,将科学素养的四个方面作为 K -12年级科学和工程教育的发展目标。该报告是修改美国《国家科学教育标准》的指导性文件,同时用于指导课程的设计、评价、管理和实施。报告对美国的科学教育提出了“更少、更高、更清晰”的要求,主张从三个方面推动科学教育以更为连贯的方式向前发展。这三个方面是学科核心思想、跨学科内容和科学实践。
       报告从生命科学、物质科学、地球与空间科学和工程与技术四个领域,分别概括了每一领域的学科核心思想,分述了每一核心思想的组成思想,并设计了有助于理解这些核心思的相关问题。在学习进程部分,还详述了每一学科每一核心思想在 K -2年级、3-5年级、6-8年级和9-12年级的发展顺序。
        报告列出了7组概念,作为贯穿科学课程的跨学科概念,并指出了它们在解释事物、形成理论、观察和设计实验时的重要作用。
        报告重申了科学教育的重点是培养学生科学思维的习惯,如批判精神、科学探究的方法以及进行科学推理。为了使学生能更深人地理解科学家是如何工作的,报告建议用“实践”一词代替“技能”一词,以强调在科学探究时要同时协调知识和技能两个方面,避免把科学探究解读成固定的步骤或方法。报告还提出了科学实践的八个方面:提出问题,界定难题;建立和使用模型;设计和进行探究;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;基于证据进行论证以及获取、评价和交流信息。报告逐一对每个方面从起始、形成、胜任到精通应达到的水平作了详细的描述。

5.(面向全体儿董的科学:改进小学科学教育的指南》
该书是美国国家科学资源中心和国家科学院史密森研究所共同撰写的改进小学科学教育的指南。书中阐述了在学区层面上进行基础科学教育改革的五个组成要素:以探究为中心的科学课程;教师的专业发展;科学材料支持中心;以探究为中心的科学评价以及行政和社区的支持。书中对每个要素的实施都进行了指导,并提供了相关的案例。

(二)实验背景
        为了应对21世纪所面临的巨大变革,美国科学促进会联合美国科学院、联邦教育部于1985年启动了一项面向新世纪人才培养,致力于中小学课程改革的“2061计划”。该计划代表着未来美国基础教育课程和教学改革的趋势,同时确立了科学、数学和技术教育在课程中的核心地位。在此背景下,美国国家科学资源中心开始实施一项名为《促进科学教育改革的指导和援助行动》计划。该计划提出了基础科学教育的模型,从学区、与企业合作、与大学科学家合作等方面推进美国的科学教育改革。

        由于中国科协与美国国家科学资源中心的长期合作关系,2001年10月,我们参加了当年的全美科学教师培训,并由此开始了与美国国家科学资源中心的学术交流活动。美国国家科学资源中心是美国国家科学院、国家工程院和史密森研究所共同运作的一个非营利性机构。多年来始终致力于倡导、推广和建设以探究为中心的学校科学教育。该机构近年来的一项工作成果,是在推行 LASER 计划的过程中,组织庞大的研究队伍成功开发了《儿童的科学和技术》课程。这门课程不仅成为在美国最有影响力的科学课程之一,而且已经扩展到瑞典、智利、巴西、墨西哥和马来西亚等许多国家。

经美国国家科学资源中心提议和在中央教育科学研究所立项,我们联合全国8个省市的10所小学,从2006年开始进行 STC 课程为期6年的教学实验。这项实验得到了教育部基础教育司的正式批准。在批准函件中教育部基础教育司指出,要“严格按照项目实验范围及要求组织实验工作,为我国小学科学教育改革积累经验”。

        为了使项目组成员和实验教师适应教学实验研究的需要,我们邀请了美国阿拉巴马大学亨茨维尔分校科学与数学研究中心的研究人员为我们进行培训。阿拉巴马州享茨维尔学区联盟与阿拉巴马大学联合推进科学教育的项目已进行了23年,是美国国家科学资源中心与大学科学家合作开展基础科学教育改革模式的代表。5年中的10次来华培训,几乎动用了阿拉巴马大学享茨维尔分校科学与数学研究中心的所有成员,这对我们全面研究 STC 课程,准确理解和实施 STC 课程的教学计划,深入了解美国科学课程的发展和美国科学文化的内涵,都起到了重要的作用。

三、研究方法和过程

(一)关于研究方法的思考
在课程开发中,对国外课程的文本研究历来是一项最基础的工作。我们认为,仅仅开展文本研究还不够,如果能同时开展课程实验,带着我们的疑问去观察国外的课程实例,深人细节地去了解课程设计的基本原理,经过亲身实践去解读文本资料,通过收集证据来形成自己的认识,将有助于我们研究国外科学教育中种种现象的本质。为此,我们选择了在美国 STC 课程的研究中采用课程实验的方法。实验教师要在接受培训和对课程文本研究之后进行教学,在教学过程中观察和收集来自课堂的各种信息,结合文本多次进行解读和分析,在证据的基础上形成自己的观点和看法。

       实验伊始,我们确立了实验的基本原则-严格按照 STC 课程教师教学用书上的教学过程设计进行教学。这曾使部分实验教师感到困惑。他们担心 STC 课程的一些设计不符合中国的国情,担心这样实验的结果没有推广应用的价值。为此,我们进行了解释和说明,并将这一原则贯彻始终。我们认为,在实验研究中,如果不尊重研究的对象,就谈不上对研究对象的客观观察和分析。如果在研究过程中不恰当地加人了主观因素,就会干扰实验,无法收集到我们需要获得的证据和有关事实,也就失去了科学研究的意义。我们在给教育部基础教育司的申请函中明确说明,这项实验只是一项在极小范围内进行的学术研究,不滚动、不扩大,并且只承担从课程开发的角度进行研究的任务,不涉及如何本土化等问题。事实证明,正是坚持了上述原则,整个实验才获得了宝贵的第一手资料,具备了持续深人开展研究的可能,同时实验教师不断提高了教育科学研究的能力。

(二)证据的收集
课程实验是通过一定的人为设计而进行的课程观察。尊重事实、积累事实、基于事实进行分析、形成证据是课程实验的基本特点。
我们在实验的实施细则中明确规定了收集、积累、保存和研究的
主要资料类型。
(1)课堂教学实录。
要求用摄像机记录课堂教学的全过程,这些有关教学过程和学生
表现的记载是研究的重要内容和证据。
(2)班级记录单。
这是教师和学生在新闻纸上记录的班级讨论结果,能够反映学生
在整个单元学习过程中的思维变化过程,是十分重要的分析依据。
(3)学生的记录单和科学日记。
学生记录单是学生观察、实验的原始记录,包含了对收集到的信息的处理。科学日记记录了学生的探索过程及个人观点,是解读和评价学生发展的主要证据来源。
(4)教师的教学日记。
从教学日记中能了解教学逸事、教师教学实践后的感悟和体验,
是发现和形成观点的基础资料。
(5)各种评价信息。
该部分内容包括观察检核表、学生的自我评价表、终结性评价表、纸笔测验、各个时期的作品等,它们同学生记录单和科学日记一样都是分析和研究的主要资源。
上述资料在实验学校全部保留的同时,也要定期上交总课题组供研究和存档。在整个实验过程中,总课题组共收集到 STC 课程的课堂实录290节,班级记录单1498份,学生记录单13818份,科学日记300本,教师的教学日记(含汇报、专题交流)1188份,各种评价资料1580份,这些资料为该项实验提供了应有的研究基础。

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向飞哥学习，知识永远更新

除上述类型的资料外,我们还采取了其他措施收集研究所需要的相关事实。
(1)召开每学期一次的实验工作交流会,通过汇报交流的形式呈
现事实、共享发现。
(2)设计学生科学学习的发展指引和检核表,对学生进行有结构
的追踪观察。
从2011年起,我们根据 STC 课程教师教学用书中的教学设计,编制了单元教学的学生发展指引和检核表,要求每个实验班确定6名学生作为持续观察的对象。教师每次聚焦在1-2个学生身上,利用3-5分钟的时间根据发展指引对他们进行行为观察并填写检核表,课后回顾学生所谈论的内容和行为表现,对他们的发展做出评价。
(3)开展个别化访谈。
为了弄清一些重要科学概念的形成过程和儿童进行科学探究的方式,实验教师对一些实验班的学生进行了个别访谈,以详细了解他们的真实意图、思维过程和认知特点。
(4)进行纸笔测验。
实验过程中,除实验学校分别对实验班的学生进行的阶段性测试外,总课题组于2008年6月编制了课程实验的中期测试题及评价标准,从科学知识、探究技能、概念理解、科学推理能力等多方面对实验班的学生进行了测查,并以学校为单位进行了测试结果分析。

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(三)事实的整理和分析
STC 课程实验研究的目的,是为了寻找构成这一课程的主要影响因素,将它们从众多的其他因素中剥离出来,因此我们的实验过程经历了两个阶段。
第一个阶段:项目实施的早期和中期阶段(2006-2010年)。这一阶段的主要任务是促进实验班的教学与 STC 课程的原有设计相符合。由于实验初期教师对 STC 课程还缺乏理解,需要帮助他们尽快熟悉和正确使用教师教学用书。另外,实验的早期阶段也不适合评价学生的学习成果,只有到了后期阶段,有证据表明学生有了学习体验,学到了预期的内容后,才值得这样做。因此,我们在这一阶段的关注点是:教师和学生所进行的课堂教学活动是否与 STC 的课程设计相一致?课堂教学内容是否与 STC 的课程设计相一致?课堂上师生互动及学生互动是否与 STC 的课程设计相一致?课堂交流的特点是否与 STC 的课程设计相一致?
第二个阶段:项目实施的后期阶段(2010-2012年)。这一阶段的主要任务是对实验中收集到的事实进行整理和分析,将它们转变为证据,并最终形成自己的观点。在4年实验的基础上,我们概括了 STC 课程的十大要素,认为这些要素形成了 STC 课程的标志性特征,对小学生科学素养的发展发挥了有效的作用。它们分别是:
(1)建立在科学素养观基础上的课程组织结构;
(2)强调概念连贯把握和广泛性理解的设计倾向;
(3)指向全面的科学实践的教学活动方案;
(4)对发展学生科学论证能力的高度关注;
(5)情境化的教学策略;
(6)合作学习的组织方式;
(7)材料系统的建立;
(8)评价系统的构建;
(9)科学阅读的开展;
(10)科学记录的有效使用。
我们用两年时间(2010-2012年)分别对上述要素进行了专题研究并形成了相关的研究报告。

四、研究发现
(—)课程的目标和开发过程 STC 课程的目标如下:
(1)使科学对所有学生都是适合的、有趣的和富有挑战性的;(2)有助于学生对周围世界的概念性理解;
(3)帮助学生发展科学论证和解决问题的能力;
(4)促进学生科学态度的形成,如好奇心、尊重证据、灵活性对生命的敬畏等。

(二)课程编制的理念
1.科学教育的价值
让孩子们通过科学实践理解和学习“做”科学,是 STC 课程明确的价值取向。美国国家科学资源中心的主要出版物《面向全体儿童的科学:改进小学科学教育的指南》一书中,在分析传统课堂的局限性时指出,在科学课上,学生们骚动不安不想探究的原因之一,在于学生们没有“做”科学,即没有经历和体验科学实践活动。他们没有调查对象,没有观察现象,没有设计实验,没有收集数据,也没有讨论他们的观点,没有机会独立思考和解决问题,因此,“抽象的概念对他们来说从来都是无形的和无意义的,因为这些概念超出了他们所经历的世界,学生们根本不想对它们做进一步的探索”。

对学校环境中如何“做”科学, STC 课程有着自己的具体阐释。
(1)带领学生到真实的、能够产生问题的未知情境中去。
这是 STC 课程为学生在科学课程中必要的经历和体验所设立的第一原则。
STC 课程小学阶段的24个教学单元的设计,无一例外都立足于真实的学习情境。不论是观察陆生动物、水生植物、饲养蝴蝶的幼虫,还是探索小车的运动或造纸的技术,学生们面对的总是真实的问题和解决问题的过程。设计者的理由是,今天的孩子在成长过程中,与前几代人不同,他们已经越来越远离自然界。感性体验的缺失不仅使他们缺少对世界进行感知的资源,更为重要的是,他们深深缺乏对世界的复杂性包括期望与现实的内在理解,这必然会影响他们认识世界和解决问题的能力。
这一观点向我们揭示了真实的学习情境在科学教育中的作用和意义。什么样的经历和体验对学生们来说是更有价值的呢? STC 课程认为,学生要与所学习的主题直接接触,而不是通过别人对这一主题的观点间接接触。由于感受到面临的问题是真实的,学生们自然能够被问题所吸引,从而产生探究的真正愿望和持久的学习动力。真实的学习情境同时可以使学生们有机会加深对科学在日常生活中重要性的理解,领悟知识对他们的意义,促进对科学的认识。坚持这一原则还意味着,课程需要克服把学科乃至整个世界“过度简单化”的倾向,保持学科和世界的复杂性。这会使学生们有机会凭借自己的理解能力来面对和研究复杂的事物,在解决问题的过程中促使他们有惊人的智力表现,并发展真正的理解。

(2)在真实的解决问题的过程中,让学生形成自己的问题和观点。
STC 课程主张给学生们提供的科学体验和经历,不但包含与周围世界的直接接触和动手操作活动,还强调在该过程中帮助学生们产生、遵循和发展他们自己的观念。
课程的设计者认为,“科学是发现世界是如何运转的过程”,是“一种思考的方法”。在这个意义上,对电池和灯泡进行实验的意义,是学生们在这一过程中进行了思考,形成了自己的观点,发展了推理的技能,提高了解决问题的能力。这一认识,已不是先前动手加动脑的概念,而是明确指向了科学教育更为本质的目的:帮助学生在原有观念的基础上产生新的、更精彩的观念。
从这里,我们看到的是课程设计者的一种价值观,即科学教育的任务不是把所有的事实都教给学生,而是要使学生获得足够的核心知识,发展他们解释自己的主张和掌握证据的能力,也就是说形成自己对自然事物的看法,并在科学教育的影响下,逐步修正和完善这些看法,发展对科学各学科核心思想的深人理解。
正是基于这一认识, STC 课程将每个单元都用观点变化的线索串联起来,从展示原有认识的头脑风暴开始,到反思和梳理观点结束。在教学中,反复追问学生“你的看法是什么”,并要求他们在科学记录本上随时记录自己的观点。这使 STC 课程实验班的学生,在学习中逐渐学会了尊重自己对事物的看法,注意形成自己的观点,发展了独立思考以及解释事物的能力。

3)让学生像科学家那样“做”和思考。
STC 课程带领学生们经历和体验的科学实践是全面而丰富的,含有科学文化的关键要素。这主要表现在以下几个方面。
①课程始终将科学探究能力的培养与知识的学习紧密结合在一起,而不是彼此分离。设计者认为“思考的技能不能凭空产生,而是在人们解决感兴趣问题的过程中发展起来的”。为此, STC 课程没有某一项技能的单独训练,而总是依据学习需要和学生的发展阶段适时和巧妙地推进学生探究技能的发展。因为学生“不能在抽象中推理,而必须对某件事情提问或进行推理,必须通过学科渗人问题解决或批判性思维的训练,而每个学科都能提供大量的推理材料和解决问题的材料”。

②课程始终将科学探究的能力视为一个整体,而不是人为地分割。设计者认为,既然研究表明儿童已经形成了关于世界以及世界如何运转的理论,可以且正在进行大量微妙的、复杂的推理过程,那么在低年级就应为儿童提供以研究为基础、以探究为中心的经历,使儿童开始构建他们的经验基础,尝试对各种自然现象进行解释。因此, STC 课程不像人们通常认为的那样,在小学低年级关注描述,到中高年级才关注解释。而是在一年级的科学活动中就鼓励学生讨论诸如“为什么有些液体会下沉,而一些液体会漂浮”“为什么在测量中使用相同的起始点和终点是非常重要的”这一类问题。