透过主流教材看美国初中科学教育的转变

黄伟

摘 要：以美国主流初中科学教材为突破口，深入分析新版教材在内容框架、探究活动、高尖端科技素材的选取、职业教育的展现形式等方面的变化。透过新版科学教材，发现美国科学教育具有以下几方面突出的变化：注重学科内及学科间的知识整合，重视科学的实践性；广泛引用高科技素材，强调教学内容的实用性、时代感；积极呈现科学职业的精彩，为未来培养适应型公民等。此项研究将为我国科学教育的发展提供值得借鉴的样本。

关键词：科学探索者；初中科学；整合

科学教材是科学教师在课堂教学上教学活动的重要依据，直接反映和体现了一个国家课程教育的精神和课程标准的理念。教材的每一次较大幅度的调整需要兼顾教育理論、教学实际、社会热点、科技前沿、评价体系等多方面的发展与变化。因此，对于科学教科书的研究往往是研究一个国家科学课程建设、教育发展状况的一条捷径。

最近，美国初中科学教材《科学探索者》第三版已正式出版[1]，该套丛书是培生公司出版的一套在美国广泛使用的初中科学教材。有鉴于第三版无论在内容编写方面，还是在出版形式方面，都在前几版的基础上做了较大幅度的调整，有了明显的优化。因此，将新版与前面版本的对比，将有助于我们从中了解美国初中科学教育方面的新动态，吸收教材编写方面的新思路，这对于推进我国科学教育事业的发展具有非常重要的意义。

一、关注学科领域的交叉，呈现新的教育专题

《科学探索者》在最初第一版的基础上，先后增加了《科学探究》《法庭科学》两个分册，目前已达17个分册。从这些分册的内容来看，《科学探究》作为科学的本质特征，就像基石一般提供了其他分册都将运用的各项技能和方法；《从细菌到植物》《动物》《细胞与遗传》《人体生理卫生》4册主要介绍生命科学领域的相关内容；《电与磁》《声与光》《运动、力和能量》《物质构成》《化学反应》5册主要介绍物质科学领域的相关内容；《地表的演变》《地球内部》《天文学》《天气与气候》4册主要介绍地球与空间科学的相关内容；《地球上的水》《环境科学》《法庭科学》3册分别以水、环境和医学检验为主题，涉及科学、技术、社会、环境（STSE）多学科的知识，体现了跨领域的知识。因此，总体来看，这17分册有机组成了一个统一的整体。从图书的整体规模和容量来看，“生命科学领域”“物质科学领域”和“地球与空间科学领域”三大板块的体系已经完善，增加新专题的可能性较小。而新增的专题大多出现在STSE综合板块，这是与科技领域中交叉学科的迅速发展的趋势相吻合的。

二、深入整合章节内容，重新定位科学概念

《科学探索者》17分册图书中，每册图书大致包含4～5章内容，一些分册在改版过程中也逐渐向4～5章数靠拢，实现了内容方面的重新整合。通过整合，科学课程以少数大概念来统整学科知识，促进了学生参与科学工程实践，实现对重要原理的深入探索，发展学生的整合理解并在其中渗透科学本质教育和STSE教育。[2]作为基础教育阶段科学课程改革的核心理念，“整合”已成为科学教育研究者的共识，是与美国的《科学教育框架》（A Framework for K-12 Science Education）和《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards）相吻合的，有助于解决学生学习科学的时间的有限性与科学知识不断“扩张”的无限性之间的矛盾。[3]

相对于章，该套丛书在“节”一层次上做了更大程度的整合。除了最新出版的《科学探究》《法庭科学》两册图书的节的标题基本保持不变外，其余各册的节的标题调整数由0～12不等。仔细对照发现，“节”的整合在标题变化中所占的比例较高。新版教材对原有的节的内容进行了重新评估和审视，将关联度大的节放在一起，并在一章内容中，先将学生容易掌握的内容放在前面学习，以便激发学生学习的积极性。如《人体生理卫生》中“妊娠、分娩与婴幼儿时期”和“青春期—— 一个变化的时期”两节合并成了“人类的生命周期”一节；《天气与气候》中“洪水”一节调整为“干旱与洪水”，迁移到《地球上的水》一书中。

由于在章节层面上做了大量的调整工作，因此，在内容方面增添了许多新内容，增删了不少重要的术语。经比对发现，新版丛书中新增了222个重要术语，而删去了217个重要术语，总量基本保持平衡（未考虑同章内部的术语迁移）。从总体来看，丛书中重要术语的总体数量尽管没有明显变化，但更为加强对一些核心概念进行灵活运用，同时删减了一些学科交叉领域的较生僻的重要术语（可减轻学习负担），这是符合“更少、更清、更高”的教育理念的。[4]从中可以看出，美国教育在安排《科学教育框架》所强调的跨学科概念（crosscutting concepts）和学科核心观念（disciplinary core ideas）时采用更为贴合教学实际的设计策略，既拓展了学生的知识面，同时又不会额外增加教学的负担，从中还增强了对科学本质、学科间联系的理解。

三、倡导动手动脑探究作为主要教学手段

丛书主编、美国科学教师协会前任主席M.J.帕迪利亚，在新版序言中强调了“探究”在科学教育中的重要地位：“探究是科学教育的灵魂，也是《科学探索者》的核心。”“探究被视为优质科学教育中最重要的一个方面。”丛书通过多种方法，包括文字、图片、动手活动和启发性的评估活动等，以此来培养科学探究的技能。例如，以动手活动为例，丛书中安排设置了多种多样的探究活动，如每章开头的“本章课题”周期较长，让学生体验到真正的科学是什么以及真正的科学家在做什么；每一节开头的“探索活动”，材料简单、操作容易，有助于学生回顾已学的知识、熟悉新一节的内容；穿插在节与节之间的“生活实验室”和“技能实验室”侧重于帮助学生训练各项探究技能，并开展相应的实验；“试一试”“技能训练”和“家庭活动”都是简单的活动，为学生开展各种实验、互动交流提供更为广阔的舞台。

新版《科学探索者》继续保持了原先丛书在探究活动方面的思想和精神，对于部分活动做了一些适当的调整，以便在实验活动的可操作性、趣味性、科学性等方面作出改进。丛书坚持倡导探究既是学生的学习内容，同时又是教师的教学方式。它鼓励教师提出问题、激起讨论，激发学生的好奇心，鼓励学生观察和推理，帮助学生提高理性思维和交流的能力，让他们参与解决重要的科学问题的活动中去。此外，丛书中的探究活动并不都要求动手操作，而更为注重的是“探究本身就是一项智力活动”这一重要特点，鼓励学生既动手做实验，又学会用脑思考。

四、广泛引用科技素材，贯彻渗透STEM教育理念

随着当代科技的不断发展，科学的各个学科正沿着原有的结构进一步分化和深入，同时也向着更加综合和系统的方向发展。科技的发展为科学教育提供了许多新的现象、概念和理论，适当地引入一些新现象、新理论、新技术，将有助于激发学生学习的热情和兴趣。同时，这些社会热点、科技前沿的动态都与教科书中基础的科学原理相关，但又不完全一致，现实的情况往往更为复杂。因此，如何及时而又准确地在教学中反映出这些动态，无疑是摆放在每一位教育工作者、教材编写者面前的重大课题。

新版《科学探索者》在诸多科技发展中挑选既有助于激发学生学习兴趣，又适宜初中阶段教学评价的教学素材，并对相应的知识、技术等做了细致的分解与整合，很好地反映了科研和教育发展的整体趋势。例如，《天文学》的“地球、月球和太阳”一章，在“相、食和潮汐”一节前增加了“引力与运动”一节，体现了天文学与物理学的综合；同时新增了“探索太空”一章，专门介绍火箭、卫星、人类探索太空等的知识。这些内容的调整加强了科学与技术、工程、数学之间的联系，与美国政府正积极在教育领域着力推动的“STEM教育计划”具有理念上的一致性。[5]再如，《动物》中“昆虫的声音”一节调整为“昆虫生态学”，体现出了动物与环境之间密切联系的一面；《从细菌到植物》中新增的“域”、《地球上的水》中新增的“海洋栖息地”等内容，都分别介绍了科学家在分类学、海洋研究方面的新进展。不难看出，新版教材更加注重科学原理与实践领域的联系，有意识地将学生引入问题解决的真实情境之中，通过动手操作，来增进他们对科学概念的深层理解，增强他们的科学推理和运用的能力。

总之，通过上面几个方面的比较分析，可以大致分析出美国科学教育的发展动态，简言之，就是追求综合性、实践性、前沿性、职业性等特征。我们可以综合考虑我国科学技术的发展和运用情况，结合科学课程在我国的具体实践，从中选取一些有益的元素来加强我国的科学教育事业和教材建设。

参考文献：

[1]帕迪利亚.科学探索者.[M].万学，译.杭州：浙江教育出版社，2013.

[2]郭玉英，姚建欣.整合与发展：科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J].课程·教材·教法，2013（2）：44-49.

[3]National Research Council. Next Generation Science Standards： For States， By States[M].Washington， DC： The National Academies Press，2013.

[4]Bill & Melinda Gates Foundation. Fewer， clearer， higher： Moving forward with consistent，rigorous standards for all students[Z]. Seattle，Washington，2010.

[5]National Governors Association. Innovation America： Building a Science， Technology，Engineering and Math Agenda[R]. 2007.

基金項目：本文系教育部重点课题“国内外初中科学教材比较研究”（项目编号：GQA106008）的阶段性研究成果之一。