看点 科学是持续推进一个国家经济发展和社会进步的原动力，因此，在基础教育阶段为学生提供系统和富有前瞻性的科学教育就显得尤为关键。上海市高东中学的郑钢老师在赴美研修期间，曾学习美国的国家科学教育标准，文中所举的两则课堂教学案例，就很好地体现了他们鼓励实践和学科融合的价值取向。
文 | 郑钢编辑 | 闻琛
科学是当代公民生活的核心组成部分之一，也是持续推进一个国家经济发展和社会进步的原动力。早在1996年，美国就颁布了《国家科学教育标准》。然而，二十多年来，世界和美国的科技发展日新月异，96年版旧标准已无法适应科学发展的步伐，亟需制定新的课程标准来推进科学教育。
2011年，美国国家研究理事会（NRC）制定新的科学教育纲领性指导建议，汇集了1989到2011年间科学技术发展和科学教育的研究成果及经验，制定新的纲领性指导建议。在指导建议的框架下，2013年颁布了科学教育标准，该标准面向K-12教育，内容丰富，实践指导性强，以贯穿学科和年级的方式组织，为所有学生提供的系统和富有前瞻性科学教育。
笔者赴美研修期间培训的一个内容就是学习该《标准》。
实践的价值取向
培训一开始，沙琳老师就向我们介绍了科学教育课程标准的特点和变化。在综合实践的设计思路下，《标准》制定科学教育的三大维度：科学实践、学科核心概念和跨学科共同概念。
这改变了以往科学学科知识相互独立、科学知识与科学实践互不相干的现象，将三者有机融合，使得过去鲜被关注的跨学科概念、科学和工程实践进入课堂，成为科学教育的主体。
三个维度中，科学实践处于核心地位，并与核心概念和跨学科概念相互结合，主要体现在8个方面：
提出问题（科学）和明确需解决的难题（工程）；
建立和使用模型；
计划和实施调查研究；
分析和解释数据；
运用数学和计算思维；
建构解释（科学）和设计解决方案（工程）；
基于证据的论证和辩论；
获取、评价和交流信息。
这些“实践”代替了“研究”，强调了“做”与“学”无法真正分开，更广义地体现出科学学习的特点。
与旧标准相比，新标准还出现了观念上的7个变化：
强调科学与工程实践、跨学科概念和学科核心概念三个维度整合，反映出科学内在关联的本质；
标准的内容是学生的预期表现，而非课程内容，即希望学生在学习后达到怎样的期望和表现；
科学概念的建构需要从幼儿园到12年级连贯实施；
教学不仅关注对内容的深入理解，也关注对内容运用的有效掌握；
将工程设计与科学探究视为同等重要，科学、工程和科技融入新标准；
科学教育为将要升入大学、就业和成为公民的学生而设计，为他们的将来做好准备；
科学课程标准与英语、数学通用核心内容标准相对应；
保证它与英语和数学学科间的兼容、衔接和渗透，确保教育正向共振。
凸显实践的课堂教学活动
科学教育标准的核心是实践，当然，离开了实践的科学课堂教学必然是“穿新鞋，走老路”。沙琳老师告诉我们，美国科学教育正以课程标准为导向，推进加强实践性的课堂教学，这样的课堂教学最大的特点是以学生为中心，设计以探究为基础的调查、应用、分析和评估的活动，并融入了4Cs技能、深度学习、基于真实生活场景的实践和基于项目的学习等等元素。
案例1
生物链中的能量流动
随后，约翰老师为我们播放了一堂美国8年级生物游戏课堂视频，这节课的主题是生物链中的能量流动，教师先展示了4种生物的图片：白鹭、大蝌蚪、蜗牛和海藻，在自然界的生物圈中，它们依次处于从最高级到最低级的生物链。低一级的生物是高一级的食物和能量来源。
游戏前，每一学生获得一张胸卡，代表一个动物，然后从物品箱中随意取一些豌豆，一个豌豆代表了一颗能量。然后他们随机和代表不同动物的同学碰头，如果遇到比自己大一级的动物，那就贡献出5颗豌豆，遇到比自己小一级的动物的话就获得5颗豌豆。在遇到既不是大一级也不是小一级的动物时，就什么也没有得到。不过不管遇到谁，都要交出2颗豌豆，因为在互动的过程中消耗了能量。
在游戏过程中，学生必须填写一份记录表，记录原来有多少豌豆，在碰到一次同学后，失去或得到多少豌豆？最后是多少？将整个过程中豌豆的数量完整地记录下来，如果最后哪位学生的豌豆比他原来的少了的话，那就意味着他没有能量，会失去生命。
这样的活动创设了虚拟的自然场景，将大自然中的生物链搬进了课堂，学生在模拟生物的关系中互动、交流，认识到生物链的意义以及能量流动对于生态系统的重要性。
教师通过图表呈现了知识和概念，但这些只是媒介和手段，真正的学习途径是情景的游戏活动，在知识驱动下，学生情景化地学习、体验和了解生态系统，进行深度学习和体验学习，而不是教师传授和学生记忆的浅层次学习。
案例2
为冰企鹅建造小屋
而今，科学教育的主流模式是以综合和实践为特点的STEAM教育。它基于数学元素，融合工程和艺术，更注重学习的过程，而不是结果。本质上来说，就是敢于让学生们犯错，让他们尝试不同的想法，让他们听到不同的观点，学习的过程是综合化和情景化解决问题的过程，而且能培养学生创造和动手实践能力。
《为冰企鹅建造小屋》就是STEAM教育研究协会开发的课题。此课题背景是地球的温室效应导致南极和北极的冰川融化，海平面上升，环境恶化。学生要为冰企鹅模型造一个小屋，完工后，还需要测试冰企鹅的重量，看看怎样才能保持恒温。在这里，冰企鹅代表的是地球，小屋则是环境。
在课题中，学生先用毡制品、金属片等不同材质的物品学习和体验绝缘体和导热体的特点，以及热传递的三种方式：辐射、对流和传导。然后学生小组合作讨论和设计小屋的形状，选择怎样的材质制作，完成设计后，大家动手操作，制作小屋。之后在小屋外安装台灯照射小屋，观察、记录、分析和测量冰企鹅的变化，最后小组再重新调整和设计方案，选择最优化的材质和方案，建造小屋。
这个课题的立意是解决人类生存的重大问题，引导学生关注地球变暖问题。在课堂教学中，教师独具匠心地将环境问题转化为课堂中的问题，先通过比较和体验解决知识及概念的问题，然后付诸实践：自行设计、动手制作，不断改进。
这种注重动手的学习体验，融入了科技元素和设计思维，将科学教育中的科学实践、跨学科教学和学科核心知识有机整合起来。学生拥有自己的作品，也拥有创造的学习过程，并在制作过程中建构起关于科学、技术、工程、艺术和数学的知识，这就是科学教育真正的价值。
