小学科学教育近十年的发展评述

1、小学科学教育近十年的发展评 述小学科学教育近十年的发展评述南京师范大学教育科学院 郝京华2001年，随着科学（36年级）课程标准的颁布和新教材在部分省、市的 实施，基础教育课程改革在科学领域掀开了新的一页。从那一年至今，已有近十个年头，我们有必要对这十年进行一次回顾与总结。一、小学科学教育改革的灵魂与背景每一次课程改革都有其深刻的社会背景和学术支撑。发生在二十一世纪的中国基础教育改革的社会背景之一是对创新人才的呼 唤，其二是科技时代对人的科学素养的要求。前者是改革开放的中国欲“自立 于世界民族之林”的需求，即基础教育课程改革纲要中所说的“为了中华 民族的振兴”；后者是针对科学技术已如此广泛、深

2、入地影响着个人及整个社 会生活、生产，科学素养已成为个体生存的基本条件而提出来的。科学素养的 内涵是个复数，大体包括了六个领域一一科学知识、科学方法、科学精神与态 度、科学本质、科学的价值及科学与技术的关系。这与二十世纪六十年代的科 学教育取向-“儿童像科学家一样”有着巨大的差别，对“科学素养”的关注 是基础教育课程改革纲要中“为了每一个学生的发展”的理念在科学学科 中的逻辑顺延。这些社会变迁产生的教育需求反映在科学教育上便是强调探究，强调“三 内目标”一一知识、技能；过程方法；情感态度和价值观。科学（36年级）课程标准中用“科学探究”、和科学有关的情感、态度、价值观及科学知识 加以表述，这是

3、第八次科学课程改革的灵魂，它不仅是对社会变迁的因应，也 得益于基础理论的支撑。与科学教育有关的基础理论主要来自科学哲学和学习 理论。科学哲学揭示了科学观的演变历程：从静态的科学观到动态的科学观的变 化。静态的科学观将科学视为“系统的科学知识体系”，是各个科学命题（包 括定律、法则的组合）及由对这些命题的解释组成的理论体系；动态的科学观 则认为：科学是过程及其产品一一系统的科学知识。科学是一个包含有问题、 方法、语言（概念体系）、理论等多种成分所组成的复合体。这两种不同的科 学观对科学教育的影响大相径庭。在传统科学观的影响下，前者强调对科学知 识的传递，其传递方法主要是讲授加验证性实验。后者强调

4、探究的过程及对科 学本质的理解，“发现教学”、“问题解决教学”和“探究式教学”是动态科 学观倡导的新的教学方式。建构主义学习理论从另一个角度为科学探究提供了支撑。和行为主义学习 理论及信息加工学习理论最大的不同是，建构主义学习理论不把学习者视为预 成知识技能的接收器，而视为能在已有知识、经验基础上自行建构知识的主体。 教师的任务不是“告诉”学生各种知识，而是用当下“最佳”科学范式去影响 学生，使学生的认知结构或观察、组织事物的方式产生变化。建构主义学习理 论认为，好教师不应该是一个房地产的经纪人，把盖好的房子（知识）实（教） 给学生，而应该是一个建材超市的经理，为学生提供各种建筑材料，让他们自

5、 己动手去“建造”自己的房子。探究式科学教育的主张还来自儿童心理学或人本主义心理学方面的支持。 相关理论强调：探究符合儿童的天性，符合儿童天性的教学可以激发儿童的学 习动机。强调探究的科学教育主张正是在各种学术力量的支撑下成为世纪之交中国 科学教育改革的主旋律。二、科学课程、教材方面发生的变化小学科学教育改革的主张集中体现在国家颁布的科学课程标准（实验稿） 中，大多数科学教师对它已经比较熟悉，这里不再赘述。将课程标准具体化的 媒介是科学课程及教材（课程的载体），课程标准只对小学阶段儿童应达到的 目标，应掌握的内容作出了相关规定，科学课程的任务是把这些内容以儿童能 理解的方式组织成主题，并设计出

6、相应的活动让儿童经历。由于设计者组织内 容的思路不同，设计的活动不同，就会形成多种多样的科学课程，尽管它们都 是依据同一个课程标准。在我国现行的小学科学教材中，有的以科学概念作为 组织内容的线索，有的以科学探究过程技能作为组织内容的线索，有的以科学 史作为组织内容的线索，还有的以“统一的概念和过程”作为组织内容的线索 在课程设计上呈现出百花齐放、百家争鸣之态势。综观各套教材，在差异中我们也可看出其中的共性：1、强调探究大多数教材或以专门或以交织、渗透的方式将科学探究的过程、方法融入 科学知识的学习之中。如将观察、分类、测量、推理、预测、交流、及变量的 选择与控制、数据的收集与整理、分析解释数据

7、等与生命科学、物质科学、地 球和空间科学的知识结合在一起。有的教材还专章安排这些科学探究过程技能。在探究的类型上也是呈现多样化的情形。探究的类型可以有多种划分的标 准。若按探究问题的类型划分，可以有观察一描述性研究、类别研究、实验研 究和应用研究。在各种版本的小学科学教材中，我们均可以看到这些不同类型 的研究，如让儿童观察各种岩石并描述它们的特点，观察各种材料并描述它们 的特点等。类别研究则有固体、液体、气体共性品质的研究、动物、植物、生命体共性特征的研究等；实验研究就更多了：如研究摆的快慢和什么因素有关； 电磁铁磁力的大小和什么因素有关；种子萌发的外界条件是什么等等。应用研 究也相当多：如在

8、学了冷暖空气对流规律后让儿童讨论空调机和暖气机应安装 在何处；在学了不同颜色的物体吸热散热“本领”后让儿童讨论为什么阿拉伯 人喜欢穿白色的长袍。可以说探究已成为小学科学教材的一大亮点。2、体现大教材观科学教材突破了以往单一的教科书的教材模式，而将工具箱、学具袋、资源 光盘、活动记录等作为教材的重要组成部分，现在的教材已是“资源包”的概 念。这方面，美国、法国做得比我们更完善，他们已经淡化了教科书的功能， 代之以成套的“工具箱”和供学生填写的任务单。儿童通过操作这些学具，建 构相关的科学概念。国内多套教材也开始设计相应的“工具箱”，例如有教材 在“骨骼和肌肉”单元的工具箱和学具袋中配置了人体骨骼

9、拼装纸板以及用于 制作手臂和大腿模型的小木棒、橡皮筋、曲别针等，通过“动手做”习得的知 识与从老师那儿听来的知识在理解的深度和成熟度上是有很大差异的。3、加强了课程的综合性课程的综合性体现在两个方面：一是不同领域间的知识的综合；一是科学、 技术、社会之间的综合。对小学生来说，不宜将完整的世界图景过早地肢解、 割裂，因此，跨越生命科学、物质科学和地球科学三个领域的综合主题就成为 小学科学单元组织的常用形式，这一点，有的从单元名称就可以看出，如“生 命之源一一水”、“土壤与生命”、“共同家园”等。除了不同学科知识间的 综合外，还有科学、技术、社会之间的综合，这是受国际STS科学教育思想的影响，也是

10、“科学素养”理念的使然。只要有可能，科学知识总是同技术、社 会联系在一起，例如有关电磁铁在生产、生活中的应用的内容、制作潜望镜、 万花筒的内容、制做日密、太阳高度仪观测太阳的视运动内容等，均体现了科 学、技术、社会之间的联系。科学、技术、社会的综合还大量穿插在和环境、 材料、能源有关的主题单元中，如新材料中关于塑料产品利弊问题的讨论、可 再生能源的开发利用等。4、教材尽可能贴近儿童的生活经验和兴趣新教材一改以往“带着学科走向学生”的编写风格，尽可能体现“带着学生 走向学科”的精神。为此，教材无论是在问题情境的创设上还是知识技能的迁 移应用上，抑或教材的表达形式上，都尽可能贴近儿童的生活经验和兴

11、趣，以 便使学习内容对儿童具有意义。例如很多教材在有关食物营养的内容中都会安 排让儿童阅读食品包装袋上的成份表，或者让儿童给自己家设计一天的食谱； 在有关“溶解”的内容中安排儿童调查家乡水资源的情况；在有关骨骼和肌肉 的内容中，安排儿童分析每节广播体操的功能；在有关遗传变异内容中安排儿童观察自己和父母的相似和相异处等。科学教材在表达装帧上也都尽可能符合 儿童的认知特点和审美情趣，在版式、造型、色彩等方面较之以往的教科书有 了长足的进展。三、科学课堂发生的变化第八次基础教育课程改革的一个重要理念是强调学生的学习主体地位。科学（3-6年级）课程标准（实验稿）写道：“学生是科学学习的主体。学生对周围

12、 的世界具有强烈的好奇心和积极的求知欲，学习科学应该是他们主动参与和能 动的过程。科学课程必须建立在满足学生发展需要和已有经验的基础之上，提 供他们能直接参与的各种科学探究活动。让他们自己提出问题、解决问题，比 单纯的讲授训练更有效。教师是科学学习活动的组织者、引领者和亲密的伙伴， 对学生在科学学习活动中的表现应给予充分的理解和尊重，并以自己的教学行 为对学生产生积极的影响。” iM 从多年来课堂教学观摩及优秀课评选活动中 不难发现上述观念正得到教师们的认可与实践。它表现在：1、强调问题要来自学生课堂上常听到老师这样的提问：关于你们想研究哪些问题？例如，在让 学生观察蜗牛后，老师说：“同学们刚

13、刚看了蜗牛的样子，大家有没有关于蜗 牛的事情想和大家交流交流？”学生的问题是多种多样的：”为什么蜗牛的触 角一碰就缩回去了呢？” “蜗牛没有脚怎么走路呢？” “蜗牛的壳有什么作用？”“蜗牛喜欢吃什么？”来自学生的问题都是儿童感兴趣的问题。问题驱动 下的学习积极性是显而易见的，探索现实世界中学生觉得有意义的问题已被大 多数教师认可为一种有效的教学策略。2、尽可能让学生自己通过探究寻找答案只要有可能，教师们会放手让学生自行探究课题，有时甚至是计划外的课题。 关于影响电磁铁磁力大小的因素及摆的快慢和哪些因素因素有关等问题的教学 就很典型。我们以前者为例。小学生会假设“电磁铁磁力大小可能与电池的电 量

14、、与线圈的匝数、与铁芯的粗细有关”，也有学生会假设“可能与线圈缠绕 的方向、与线圈的松紧、与线圈的位置有关”。当学生的假设与教师或教科书 上的预期不一致时，大多数教师能持宽容态度，让持有不同假设的学生设计不 同的实验进行验证，这对于有问题的“前概念”的矫正是十分有益的。3、开始使用探究式教学方式在新课标的影响下，探究式教学逐步受到科学教师的重视。老师们意识到使 用探究式教学既可以加深对科学概念的理解，还可以学习科学家认识自然的方 式，这对于发展儿童的心智是十分重要的。科学课程标准指出：“科学学习要 以探究为核心。探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以 探究为主的学习活动是学生学

15、习科学的主要途径。科学课程应向学生提供充分的科学探究机会，使他们在像科学家那样进行科学探究的过程中，体验学习科 学的乐趣，增长科学探究能力，获取科学知识，形成尊重事实、善于质疑的科 学态度 ii 各级各类的科学观摩课大多采用了探究式教学或含有探究因 素的其他教学方式。在探究式教学活动中，老师们能注意到：（1）科学探究过程技能的规范性问题。如对比试验中变量的控制问题。老师们常让学生讨论在 改变某一变量的同时，要保持哪些变量不变及怎样控制它不变等问题。（2）关注探究问题的思维含量。探究本应该充满不确定性，充满对智慧的挑战。但有 时为了节省时间，一些教师会把探究的历程铺设得太平坦了，这样做的结果是：

16、 时间节省的同时增长精明才干的机会也被剥夺了。我们欣喜地发现一些教师已 开始关注探究的思维含量问题。如对四季成因的探究，教师通过不断设问提高 探究的难度；对地球形状的探究则是通过对古人观点的质疑而展开的。试以前 者为例：师：你觉得一年四季是怎样形成的呢？生：四季的变化与温度有关。师：温度变化时由于什么引起的呢？生：温度的变化和太阳有关。师：你觉得温度的变化和太阳什么因素有关呢？生：太阳每天不同时间的高度不同，温度不同；一年不同季节温度不同，高 度也应该不同。师：太阳高度的变化我们可以从哪些现象观察呢？生：太阳影子在一天中的长短不同。师：是什么导致太阳高度和影子长短不同呢？四季循环一次的时间是一

17、年， 由此你想到了什么？生：应该和太阳的公转有关。4、通过动手做学习科学无论是经验还是理论都告诉我们，“动手做”对小学生学习的重要性。在现在的小学科学课堂上，鲜见教师一讲到底或只动脑不动手的情况。这是非常难 能可贵的。因为在我国目前有很多不利因素制约着学生的动手：兼职教师无暇 准备器材；费时费力的器材准备不算工作量；校长不愿购买可能是更重要的教 学具等等。很多科学教师发挥自己的聪明才智，克服重重困难，他们土法上马， 如用泥土做沙盘模型，用粉笔灰给地表上色；在动物骨骼上浇石膏，让儿童模 拟化石考古；用自制日号记录太阳的视运动这些动手的经验不仅为学生理 解抽象概念提供了重要的支撑，也为他们今后中学

18、阶段的学习奠定了重要的经 验基础。动手做还表现在为儿童提供广泛的直接接触大自然的机会一一到公园 里去观察花、到教室外测气温、测影长，种植花草、饲养小动物我们特别希望老师们能将这一优势贯彻到日常的教学活动中去，尽管我们知道，这样做 挺难。5、广泛运用合作学习方式合作学习也是第八次基础教育课程改革倡导的学习方式。其学术支撑来自知识社会学一一知识是在个体建构和通过社会互动行成共识的过程中形成的，分 享、质疑、对话、协商、研讨是这种学习方式的核心。综观国内小学科学课堂， 用到小组合作这种学习方式的地方常常是：（1）研究方案的设计。教师常常让 学生以小组的形式讨论怎么做某个实验；（2）分组实验。分组实验

19、是传统的教 学形式，但现在的分组实验增添了许多社会性品质培养元素，如小组内有不同 的角色分工-有组长、有记录员、有噪音控制员角色意识及分工合作的技 能，不仅是成功的分组实验所需要的，也是儿童今后步入社会所必须的。（3）组际间的交流。现在科学课堂常常听到老师这样提问学生：“你们觉得他们组 的研究方案好在哪里？” “你们觉得他们组的研究方案还有什么问题？” “他 们组的这种做法对你们组有没有启示？”通过这种组际间的交流，不仅可以培 养学生分享他人思想的意识，还有批判性思维的意识，后者是创新人才必备的 素质。四、科学教育中存在的主要问题（一）探究的模式化和简单化科学家在做科学研究时，有多种类型的探究

20、方法，不同类型的问题需要用不 同类型的探究方法，且各种方法也无固定的模式、套路，科学课的教学也应如 此。但在现实的教学中，科学探究常常被僵化、简单化为一个固定的模式一一 提出问题、形成假设、设计实验、收集资料和分析数据、得出结论、相互交流 等。有些十分简单的问题，通过观察就可以获得答案，教师也要让学生经历先 提出假设，再设计实验等过程，这其实是将简单问题复杂化。模式化和简单化 识另一表现是绝大多数的探究结果都是已知的，这种“重演一一再现式”的探 究因此或多或少打上了验证既有知识的烙印。探究中没有不确定性、鲜见失败、 鲜见另辟蹊径，一切均在预料之中，这样的探究，少了 “猜谜”的冲动，少了 揭秘时

21、的兴奋，也少了猜不出时的沮丧所有的问题都具有良好的结构：有 一致的解决方案、只需要运用有限的规则与原理，其组成部分也是清晰界定的。 课堂上的探究绝大多数是良构问题的原因既和学生的能力有限有关，也和探究 主要是为概念性知识的学习服务有关。但探究还有其他的功能：为智力发展服 务的功能！为智力发展的探究，多为非良构问题的探究：提供给学生的信息对 于解决问题来说并不充分；对于学生来说，唯一正确的解决问题的途径不明显 甚至完全不存在。从目前的情况看，应提倡给师生均不知道答案的非良构问题 探究以一席之地。（二）教师主导作用的发挥问题把学生置于学习的主体地位，并不意味着教师要放弃他们的主导作用，相反, 在课

22、堂上，教师必须时时处处提供指导，但这种指导和以往不同的是，它应是“润物无声的”，应是随机嵌入的。在教师主导作用的发挥问题上，目前存在 两种倾向：1、“弱指导”以提出问题为例。教师现在普遍会给学生提问题的机会， 如你想研究蜗牛的 什么问题？学生也会提出许多他们想研究的问题：“蜗牛为什么有壳？” “为 什么蜗牛的身体是软的？” “蜗牛为什么爬到同伴的身上？” “蜗牛为什么不 听话” “蜗牛为什么爱吃白菜”显然这些问题并不是小学生都能研究的， 也并不是都有价值，对此教师应加强指导一一怎样提出有价值的问题，怎样鉴 别小学生能够研究的问题。对于低年级的学生来说“蜗牛是什么样的” “蜗牛 壳上的螺纹都朝一

23、个方向旋转的吗？” “蜗牛是如何运动的？” “蜗牛喜欢吃 什么？” “什么情况下蜗牛会缩到壳里”等问题才是适合他们探究的。2、“强指导”教师主导作用发挥的另一个问题是无视学生有价值的想法，强行按照自己设计的教学步骤进行。一般这些教师也会给学生表达想法的机会，学生的想法若 与教材一致，教师则会给予肯定（写在黑板上）。但如学生的想法和教材不一 致时，教师往往会有意识地忽略，不予理睬，如问及“蒸发的快慢和什么因素 有关”，学生一般会回答到教材上的三点：可能和蒸发面积的大小、空气流动 的速度及温度有关，当有学生说可能和湿度的大小有关时，教师就将此观点忽 略了，只让学生在前三者中选做实验，学生智慧的火花

24、就这样不经意被教师掐 灭了，类似的现象在电磁铁磁力因素的探究活动中也出现过。学生的“另类” 想法很多：“可能与线圈绕的松紧有关，可能与线圈的疏密有关，可能与线圈 集中在某一端有关”对这些另类假设，完全可以放手让学生探究，不必强 行规定非做“电池节数、匝数多少、铁芯粗细”三个实验，这三个知识点，可 以通过交流，从分享其他组的实验结果中获得。（三）课堂教学中“动脑”不足的问题学者们认为：为了帮助学生发展成为一个思考者， 教师需要运用更多高水平 思考的课程材料并且重视需要学生练习那些更高级水平心理能力的师生互动类 型。但我们的课堂还是由低水平认识活动占据着统治地位，低水平认知活动对 思维能力的发展是

25、有限的。发展学生的思维能力是基础教育的核心任务之一。如何发展学生的思维能 力，这在新的课程与教学改革中，是备受广大教师关注的事情。课堂提问是引 发思维的有效手段，通过提问设计来促进思维能力的发展逐渐成为课堂教学研究的热点问题。遗憾的是，在我国小学科学课堂的研究中，提问还是个薄弱环 节，尚未引起足够的重视，更不用说对提问设计与促进思维能力发展的专题性 研究了。综观国内小学科学课堂提问中的问题， 最主要的问题之一是所提问题大多集 中在低认知水平。低水平认知活动要求学生发现唯一正确的答案。这些任务包 含信息的记忆、算术计算或者从一大堆给定的选择中挑出一个答案。在进行低 认知水平的活动时，学生的思维会

26、被导向发现教师认定的正确答案。相反，智 力挑战性的活动却和提高分析、反思、批判、创造性思维的过程有关。我们以 探究音调高低和什么因素有关iii 1这一内容为例来看什么是高认知水平的提 问。老师向学生提供了以下的器物：木琴、风铃、金属勺子、大小不同的瓶子、 铃铛、鼓，按从大到小顺序排列且吊起来的花盆。师：谁愿意告诉大家刚才用这些东西试验后发现了什么？（给学生发现的机会）生1 ：各种东西发出不同的声音生2 :有些声音好听，有些不好听师：你能不能再讲清楚一点？生2:木琴听上去很舒服，可是瓶子只是发出声音罢了。生3:那些花盆挺有意思，它们有点像木琴。生2:它们听起来不像木琴；木琴能奏出音乐生3:那些花

27、盆使我想起了木琴，因为它们也是由小到大，和木琴上的条条一样。生4:那些花盆看上去象我妹妹的音乐吊钟。生5:我用一根棍子敲了那些花盆，有的声音很好听。生6:但是它们的声音不一样。小个的听起来挺甜美的，可是大个的听起来却很深沉。生7:深沉的声音在鼓上可以听得更真。这是乐队为什么用鼓的原因。小鼓听起来更美。师：你们敲花盆和木琴上的条条时听出什么不同了吗？（给学生比较的机会）生8:有的声音高，有的声音低。生9:我家有架钢琴，也是这样的。师：你能不能再讲清楚一些。生9:钢琴的一头声音高，另一头声音低。生2:我听出来木琴也是这样的。生5:两头的花盆听起来声音也有高低。生10:我只听到不同的声音，但我说不出

28、来是高还是低。生9:瞧，小花盆发出的声音高，大花盆发出的声音低。师：有没有听出别的东西的声音也有高低？（给学生发现的机会）生11:两只铃发出的声音也不一样。生12:大铃铛的声音高，小铃铛的声音低。生13:不对。你弄混了。大铃铛的声音低，小铃铛的声音高。生14:那些罐头也是的。生6:这些东西就象人：大人的嗓音听起来比小孩的嗓音低。师：有人能把我们刚才说的这些话用一个好句子表达出来，好让我们的记 录员记在黑板上吗？（给学生概括的机会）生14:大的东西发出低的声音，小的东西发出高的声音，对不对？（全班 表示同意，于是这一点被写到黑板上。）师：有没有人知道为什么会这样？（给学生解释的机会）生6:会不会

29、是因为大的东西有更多的空间可以发出更多的声音呢？比如 大的花盆里面的空气多，声音要通过更多有空气。生3:木琴的条条里没有空气。我看不是这个原因。师：也许橡皮筋能帮我们的忙。还没有人提到过橡皮筋呢。生15:我没有听出什么不同来，它们根本不好听。生16:有些橡皮筋细，有些橡皮筋粗。生17:哦，它们应该象木琴一样的！师：你是什么意思？生17:它们是特地排好的。最头上的最细，越往后越粗。生3:对了，它们由细到粗，就象花盆由小到大一样。生18:它们发出的声音也不一样。10师：你能说说声音的不同之处吗？（给学生分析的机会）生18:细的声音高，粗的声音低，和我们刚才讲的其它东西一样。生19:格雷把铅笔拿出来，橡皮筋啪地响了一声。生18:我把它又放了回去。我把铅笔放到不同的部位，听到的声音也不同。 橡皮筋越短，声音越高。师：有人注意到橡皮筋是怎么动的吗？（给学生观察的机会）生19:细的橡皮筋动得很厉害。师：声音听上去怎么样？生19:高。生2:你敲大的东西时，它们