美国Insights科学教育项目研究*

●张宪冰

美国Insights科学教育项目研究*

●张宪冰

美国Insights项目是由美国国家科学基金会(NSF)资助，旨在推进国家科学教育的三大科学教育项目之一，该项目开发的Insights课程是美国现行的一种小学科学课程。本文对Insights项目的出台背景、课程理念和课程体系和特点进行了分析。

美国；国家科学教育项目；Insights；课程体系

Insights项目是由美国教育发展中心(EDC)在国家科学基金会资助下开发的一项旨在培养学生“洞察力”的科学课程。该项目以脑科学、认知科学与建构主义理论为基础，以美国国家科学教育标准(NSES)为指导，强调学生通过“动手做”的学习方式，亲历科学探究的过程，理解科学概念和发展科学能力，进而形成基本的科学素养，对我国基础教育科学课程设计与实施具有重要的借鉴意义。

一、Insights科学教育项目出台的背景

自20世纪后半叶起世界科学课程经历了三次改革浪潮，分别称为“作为学科知识的科学时期”(science as discipline knowledge)、“作为相关知识的科学时期”(science as relevant knowledge)和“作为不完善知识的科学时期”(science as imperfect knowledge)。[1]至20世纪80年代美国经历了前两次科学课程的改革浪潮，相继开发了以“小学科学研究”(ESS)、“科学课程改进研究”(SCIS)与“科学——过程探讨研究”(SAPA)为代表的多种中小学科学课程，并对这些课程的效果进行了大规模的评估。这些科学课程对美国基础科学教育产生了深刻的影响，如美国小学由开设自然课程转变为开设真正的科学课程，将先进的科学技术内容融入科学课程之中，注重探究和实验室教学等。然而，这些科学课程因扩大了学科结构理论的适用性，仅注重科学知识本身的结构，忽视了儿童的认知发展规律而受到质疑，如有研究者提出，这些课程只适合少数尖子学生学习，对大多数学生并不适用，并且忽视了科学与技术、科学与社会、科学与文化的关系，以牺牲科学的个人、历史和应用的方面为代价，[2]无论从科学的角度还是教育的角度来看都存在缺憾；尤其是缺乏及时、有效的教师培训，[3]这些因素导致新课程未能得到进一步的发展。

20世纪80年代末以来，美国在科学哲学和认知科学研究成果基础上，进行了新一轮的科学课程改革。1985年美国科学促进会(AAAS)提出了一个跨世纪的科学教育改革计划——“2061计划”，提出了未来儿童和青少年从小学到高中应掌握的科学、数学和技术领域的基础知识的框架。1995年美国国家科学院下属的国家研究理事会(NRC)制定了美国历史上第一部《国家科学教育标准》，规划了造就具有科学素养的未来人才这一蓝图构想的具体实施方案。其后，为了更好地推动标准的实施，国家科学基金会在“2061计划”的推动下启动了一系列科学课程研究项目，力图开发与标准相一致的课程方案，Insights项目就是其中主要课程开发项目之一。Insights项目由美国教育发展中心开发，是由教育发展中心的科学课程专家、具有创造性的小学教师和肯德尔／亨特出版公司(Kendall／Hunt Publishing Company)合作研究的三方项目(Triad Project)。Insights项目对课程进行了大规模的试用和反复修订，最后经由波士顿大学测验、评价和教育政策研究中心(CSTEEP)的评估，在2003至2006年陆续出版了四种不同年级的Insights课程教材。Insights项目以科学教育标准为指导，以科学素养为课程目标，将“探究”、“过程”这些经典概念确定为科学课程的途径和手段，推进了美国国家科学教育的发展。

二、Insights科学教育项目的课程理念

Insights课程的基本理念是从吸收当前有关儿童、教学和教育政策的最新理论研究成果发展而来的，也是从以学校科学教学质量的调查为基础，努力改善小学科学教育的过程中发展而来的，并且将基本理念系统地融入到课程的目标确定、主题选择和活动设计之中。Insights的基本理念体现为：

(一)重在利用学生丰富与独特的自我经验

Insights课程认为，学生的学习并非是主体对客体简单而被动的静态反映，而是一个主动的建构活动。每个学生都具有不同的生活经历、知识、兴趣和理解方式，具有不同的价值观念、知识经验和情感因素，这使他们形成了对自然与社会的感悟与理解世界的不同方式。科学是一种用来理解世界的方法，科学活动带给学生令人兴奋的科学学习体验，增长他们对世界与生俱来的兴趣。因此，Insights课程认为，学生具有丰富与独特的自我经验，这些自我经验塑造和影响了他们对自然与社会的感悟与理解的方式，在具体的课程设计中以促进学生积极科学态度的发展为目的，课程中反映儿童学习的当前知识，因此，提供给学生真实世界的直接经验，课程内容与儿童的环境、经验和兴趣直接相关，并注重课程对于学生的发展适宜性。

(二)探究活动应与学生的认知水平相适应

认知科学的研究结果表明，儿童的思维发展水平和智力水平与年龄阶段相一致的，每个阶段都是下一个阶段的基础，发展是不断的建构过程，要在前一阶段发展的基础上才能出现进一步的发展。年龄较小的儿童适合运用初级思维过程学习直接经验，年龄较大的儿童则适合运用高级思维过程学习间接经验与抽象概念。Insights在主题的安排与思维过程的选择方面都体现了课程与学生认知发展水平的紧密结合，它所设计的三大领域17个主题内容随着学生年龄的不同而在难度上有所不同。同时，Insights还强调课程必须与学生的生活实际紧密联系，它所设计的科学主题和活动来源于学生生活的真实世界，并与他们的经验和兴趣直接相关。

(三)引导学生对自然界的深入探究

探究是人类认识世界的基本方式，人类正是在对未知世界的探索中获得发展的。按照杜威所说，探究是对任何一种信念或假设的知识进行的积极、持续、审慎的思考，而支持这种信念或知识的证据，以及这种信念或知识可能得出的进一步结果，便是这种思考的根据。研究者进一步提出：“探究是一种学习方式，涉及探索自然或物质世界的过程，在寻求新的理解的过程中，它促使人们提出问题、获得发现并对这些发现进行严格的检验。”[4]Insights课程设计假设是，科学并不仅是系统化的科学知识体系，更为重要的是，科学是一种探究意义的经历和过程，是一种学生通过亲身经历去探求自然事物的意义，进而理解自然世界的过程，科学的本质在于探究。因此Insights课程在设计上强调关注并引发学生的探究兴趣，并强调科学活动以提出问题、设计假设、寻找答案的过程的探究方式来进行。Insights课程鼓励学生通过亲身经验在自然环境中进行问题解决，对问题进行假设、检验并做出解释。

三、Insights科学教育项目的课程体系

为培养学生的科学素养，Insights为（幼儿园至小学六年级）K—6年级的学生提供了涵盖生命科学、物质科学和地球科学三大领域的17个主题单元(见表1)，每个主题持续6—8周的时间。每个主题单元由一系列系统组织的探究活动构成，这些活动适合学生年龄水平并且与他们的生活实际直接相关。通过这些探究活动，学生参与和体验科学活动的过程，可以培养他们对科学的兴趣与科学学习的自信心，发展科学思维能力，并掌握重要的科学概念。例如一年级的一个主题单元——生长的东西，主要包括四个大活动(每一个大活动又分为几个小活动)——树木的变化、树周围生长的动植物、动植物的生长需求和建立动植物培育箱，学生通过亲身体验探索的过程，主动探索树木的外形、结构、季节变化过程，尤其是探索树周围生长的动植物及其生存条件与彼此的依赖性，并运用形成的科学经验在教室里为动植物建立生长培育箱，进而可以提高对生物成长过程的兴趣与好奇心，发展观察、比较、分类等科学技能，理解结构、变化、相互作用这些重要的科学概念，理解生物的基本生命需求及其与环境的相互作用关系。

表1 Insights的内容构成[5]

表2 Insights的结构体系[6]

Insights课程由教师指导用书、学生使用材料和工具包构成，是一套结构完整、易于使用的课程体系。教师指导用书是Insights课程中最重要的部分，它涵盖了各个主题的整体设计思路与框架、主题中的多种科学活动以及其他学科活动的相关拓展。Insights根据学生科学学习的特点将K—6年级划分为四个学习阶段，并为每个学习阶段的学生各提供了一本教师指导用书，主要包括指导概要，目标、期望和评价体系表，预期时间，教学准备，教学步骤，科学术语，语言和数学连接，拓展建议和教师日记(见表2)。在教师指导用书中，Insights课程提供了与主题相关的科学背景信息，提供了教师与学生阅读的图书目录与可查询的网站信息。Insights课程也为学生提供了相应的使用材料，包括科学活动记录页、小组记录表和家—校工作表，使学生能够将探索的过程与小组间的讨论记录下来，并及时保持家校的密切联系，充分利用家长资源来促进探索活动。Insights课程还提供了对主题活动使用材料的建议和工具包，材料主要是教师根据主题活动的需要而预先准备的，主要是来自于日常生活中的材料，而课程为学生提供了可供32名学生的班级在主题活动中必须使用的工具包。

四、Insights项目构建的特性

(一)反映“科学元勘”的建构主义科学观

Insights课程从设计理念、科学主题选择到科学活动设计都反映了“科学元勘”的建构主义科学观。建构主义科学观基于HPS(history，philosophy and sociology of science)或科学元勘(science studies)的新近研究，它和传统的归纳主义科学观、实证主义科学观存在着本质区别。传统的科学观强调科学是唯一的知识、永恒的真理，科学知识经过发现、证实之后便永远也不会被推翻，科学发展是一个线性的过程。建构主义科学观则认为，科学知识具有可变性；科学知识极大地依赖于观察、实验依据、理性辩论和怀疑，但并非全部，个人的直觉在科学发现中起着重要的作用；科学是社会和文化传统的一部分，科学和技术相互作用。Insights课程在设计理念上强调学生的自我经验对于他们感悟与理解自然、社会的价值，不仅关注学生的个人经验，也关注个体对自然界的不同理解方式，这正是反映了建构主义科学观的观点。同时，Insights课程在科学主题上突破了传统的生命领域、物质领域内容，涵盖了人体生命系统、地球宇宙和环境的内容，在科学活动设计上以探究为贯穿活动进行的线索，这些也是建构主义科学观的反映。

(二)实现科学探究和意义生成之间的平衡

Insights为学生提供的科学探究活动的过程分成引入、探索发现、意义加工和拓展学习经验四个阶段，其中引入阶段是将学习经验介绍给学生，分享他们当前关于学习经验的想法，或是提供一个问题、挑战或探索；探索发现阶段是学生对主题、问题或挑战有关的活动进行探索并得出自己的结论；意义加工是教师引导学生进行讨论，帮助他们理解探索、收集的数据的意义；拓展学习经验是提供给学生几个可供探索的拓展活动，拓展活动可能与数学、语言、社会科学或其他领域相关。由此可见，Insights不仅让学生通过探索获得结论，发展解决问题的能力，还要让学生通过讨论获得对结论的理解，进而获得对事物意义的理解，并且，Insights还为学生提供了其他领域的相关拓展活动，使学生能够将自己对探索、结论和意义的理解应用于其他领域和问题之中。

(三)注重以主题方式展开探究活动设计

课程采用何种组织形式与学生的年龄特点有关，原则上，学生的年龄越低，课程的统整性应该越高。年幼儿童的特性之一，就是对他们所有经验一视同仁，用类似的方法反应。他们并不会把自己日常生活的经验归类为历史或科学，他们经验的内涵比较像一个个事件或主题，而不是个别的学科。课程的统整是以一个中心主题开始，借由此确认与此主题活动相关的大观念或大概念。Insights提供的主题是在学生原有知识、经验和能力的基础上产生的，并且每个主题集中在学生感兴趣的内容上，因而为学生提供了一个以美国国家科学教育标准为基础和依据的一系列科学活动经验。Insights提供了17个主题单元，主题涵盖的范围很广，教师围绕主题提供给学生具有丰富经验的活动，使Insights具有“水平课程”的特征。Insights强调多学科的结合，在它的课程中体现了语言、数学、社会、艺术等学科的内容。

(四)强调以“动手做”为主的多种学习方式的融合

Insights课程是在主动学习的思想启发下诞生的，是一种主动学习科学课程(Active—learning science curricula)，Insights项目的研发人员相信，“做中学”是学生学习科学的最佳方式。除此以外FOSS为学生提供了多种学习方式，包括整合学习、合作学习、多感觉学习等。美国心理学家布兰福斯特(2000)强调，学习是通过新旧经验的互动实现的，个人建构对知识的理解，建构有关世界的意义。[8]对于学生来说主动学习的最好方式是“动手做”，学生通过亲自操作获得的直接经验是认知重新建构并获得发展的必要条件。脑科学的研究表明，只有当学习者处于一个有着多种多样的联系与刺激的环境中时，学习者才能更好地建构自己有价值的知识并迅速发展其思维能力，因此课程应注重学生的多种学习方式。Insights课程设计了一系列的活动让学生通过“动手做”的形式来学习，例如在“电路”的主题学习中，首先让学生自制一个简单的电路，来探索电的特征和发展对电的理解，然后让学生运用电池、电线、灯泡和发动机或小汽车，自制一个完整的电路，来探索完整的电路概念，最后请学生自制串联电路和并联电路，制作神奇的电子箱，来理解传导和电阻的概念。在这样的动手做活动中，学生通过自己的主动探究建构了新的认识。同时，Insights课程还设计了科学活动和其他领域的整合活动、学生之间的合作学习活动和观察、倾听等运用多种感官的活动。

(五)注重多元化、人性化的评价方式

Insights课程采用多元化的评价方式，强调评价的发展功能而非筛选功能，注重形成性评价与总结性评价的结合，提供适合不同评价内容与不同年龄学生的多种评价方法，全面地对学生的学习情况进行评价。Insights课程提供了一个连续的评价体系，首先在主题活动开始前先进行介绍性评价，这是一个前测，让教师能够了解学生关于此主题的前期经验；在主题进行过程中进行每日评价，采用形成性的评价方法，对学生在活动过程中表现的科学过程能力，包括系统的观察、假设、实验、验证与得出结论等作出评价，并记录下学生的每日表现作为能力成长的证据；最后在主题进行后进行最终评价，这是一个后测，综合运用形成性和总结性的评价方法，让教师了解在这一主题后学生的发展和变化。它由一个表现评价和书面评价组成，表现评价是提供一个动手做任务，让学生示范他们在思维和过程能力、概念理解方面的发展，书面评价是提供一系列问题，评价学生在概念理解方面的理解情况。

[1][2]Wallace，Louden．Curriculum Change in Science：Riding the Waves of Reform．In：International Handbook of Science Education，Kluwer Acadamic Publishers．1998．471．

[3]Harlen，W·Science education：primary schools.The International Encyclopedia of Curriculum Pergamon Press，1991，906-911．

[4][美]国家科学基金会教育与人力资源部.探究——小学科学教学的思想、观点与策略[M]．北京：人民教育出版社，2003，34.

[5][6]http：//cse．edc．org／curriculum／insights Elem／

[7]布兰福斯特编．人是如何学习的[M]．上海：华东师范大学出版社，2002．38.

（责任编辑：张斌）

*本文系东北师范大学人文社会科学校内青年基金项目“幼儿园科学课程及其实施策略的研究”（课题编号：07QN014）研究成果之一。

张宪冰/东北师范大学教科院讲师，北京师范大学教育学部博士研究生