论初中《科学》课程教材的设计

论初中《科学》课程教材的设计/200301/ca108959.htm首页>>人教期刊>>课程教材教法>>课程研究>>课程理论>>本页方红峰浙江省教育厅，教研室杭州310012《课程•教材•教法》2002年第10期摘要：初中《科学》课程是义务教育阶段一门十分重要的课程，其核心理念是提高每个学生的科学素养。为此在教材设计时，应明确所持有的知识观、学生观和社会观，以产生均衡的课程；应将主题中心和探究过程相结合，来设定综合科学课程类型；并应从统一的科学概念与原理，科学、技术与社会的关系以及科学探究活动这三条基本途径对课程内容进行整合。关键词：初中科学课程；教材；设计方红峰，浙江省教育厅教研室教研员，硕士。主要研究方向：综合理科课程研究。1999年6月，根据21世纪经济和社会发展的要求，《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》提出要“调整和改革课程体系、结构、内容，建立新的基础教育课程体系”的任务，于是新一轮基础教育课程改革开始启动。在新课程改革中，明确提出要“改变课程结构过于强调学科本位，科目过多和缺乏整合的现状，整体设置九年一贯的课程门类和课时比例，并设置综合课程，……”［1］，为此，国家在初中阶段开设了《科学》课程并于2001年7月颁布了《全日制义务教育科学(7～9年级)课程标准(实验稿)》(以下简称《标准》)。这是我国历史上第一个由国家教育部颁布的综合科学课程标准，具有划时代的意义。作为率先尝试开设综合科学课程的浙江省，申请了编制初中《科学》课程的科研项目，目前教材已经在多个国家级和省级实验区试用并得到认可。本文旨在探讨如何根据新课程改革的目标和理念以及课程标准来设计和编制初中《科学》教材，并与同行商榷。一、《科学》课程的目标从世界范围的一些发达国家和发展中国家来看，中学阶段的科学教育都无一例外地被确定为提高人的科学素养这个最终目标，即培养具有科学素养的人。自1985年10月在巴基斯坦伊斯兰堡召开的科学课程研制会议上，专家们对科学教育的内涵、内容、目标等作了界定，其目标一般地说是给予每个人适应改善生活质量所需的知识、技能和态度。［2］这个观点已越来越得到各国从事科学教育人士的赞同。对此英国皇家学会在1985年指出“改进公众对科学的理解是对未来的投资，这种投资能够成为促进国家繁荣、提高公共和个人决策质量、充实个人生活质量的重要因素”；［3］美国的科学教育者认为美国的生存和发展“不仅取决于受到良好教育的科学与工程人员，也取决于具有科学素养的民众”，为此《美国国家科学教育标准》着眼于实现“每个美国人都深谙基本的科学观念和基本的科学方法，因而都能生活得较为充实，工作得较为高效。”［4］的目标。基础教育阶段的各门课程，都承担着提高国民素质的任务，它们只是各有所侧重，既有分工又有合作，构成一个整体的课程结构。初中《科学》课程是义务教育阶段一门十分重要的课程，它的任务更多地指向提高国民的科学素养，因此全面提高每一个学生的科学素养就成了《科学》课程的核心理念。我国本次制定的《科学课程标准》也将提高每个学生的科学素养作为科学课程的总目标。具体看，《标准》所规定的目标实际是从科学探究，科学知识和技能，科学态度、情感、价值观，对科学、技术与社会之间关系的理解等四个纬度，规定了科学课程的任务。这种定位与以往的理科教育目标相比有较大的扩展和突破，主要表现在如下三方面。(一)体现了科学教育共同趋势——精英教育与大众教育的统一。无论国际还是国内，科学教育都走过同样的路，即从精英教育过渡到大众教育，再趋向于精英教育与大众教育的统一。也就是从强调培养科学家，过渡到培养“合格”国民，再趋向于提高每个国民的科学素养。(二)从知识本位走向科学知识、科学过程、科学文化的统一。以往的理科课程的教育目标基本定义为学科的基础知识、基本技能和思想教育。很多事实和证据表明这种对科学教育的目标界定是不能满足当代社会发展的需要的。《标准》既重视基础知识和基本技能，又强调对过程和文化的理解，也就是既要加强学生的基础性学力，又要提高学生的发展性学力和创造性学力，这是符合当前国际科学教育的潮流的。(三)从学科本位走向将科学本质和教育本质的统一。学科本位过于偏重学科知识的获得，忽视社会和学生发展的需求。《标准》则强调课程应基于学生思考和学习的方式、语言发展和文化背景，重视学生的经验及其在此基础上发展学生对科学本质的理解，这就将科学本质和教育本质统一于科学探究之中。《标准》所规定的科学课程的任务，需要通过一定的媒介和手段来实现，教科书是其中的重要媒介之一。如何根据中国的国情构建科学教材的框架，将课程改革的理念和《标准》的思想充分体现出来，从而实现科学教育的目标，是值得慎重考虑的课题。二、教材设计的基本观反映人类活动的某一领域的课程如何开设的问题，大多数的课程专家认为必定要与人们对知识、社会和学生的认识有关，如泰勒(R.W.Tyler)认为课程的目标来源是：对学生的研究、对当代社会生活的研究和学科专家的意见；美国学者坦纳夫妇(D.Tanner&L.Tanner)与塞勒(J.Saylor)等人主张，一种有效的课程的基础是：社会、学生、知识。［5］换言之，任何一种课程的设计都必须基于这三大基点，以产生较为平衡的课程。为此在教材设计时，也就必须对这三大基点进行思考，明确应当持有的知识观、学生观和社会观，这是教材设计的基本观点。(一)知识观科学知识应当包括科学的概念原理知识和过程方法知识，即科学理论知识和科学方法，以及基于这些知识的科学自然观。目前在我国中学理科教育中，科学主义(scientism)对科学知识的基本观点占有着主导地位。科学主义认为：科学理论知识是经过实证检验过的、具有永恒价值的真理性知识；科学认识的过程当然就是逻辑实证的过程，即事实→定律→理论的过程，科学理论来自对某种现象的特定例证的大量观察；在自然观上，认为万物皆自然，反对把自然和人进行区别对待，反对主观意志的投入和作用。然而，现代科学哲学的研究，尤其是20世纪50年代科学哲学发生了急剧的变化，涌现了如波普尔(K.Poper)、库恩(T.Kuhn)、邦格(M.Bunge)等一批杰出的科学哲学家，形成了包括证伪主义科学观和历史主义科学观在内的当代科学哲学。虽然他们的观点并非完全一致，但都对科学主义的逻辑实证进行了批判。当代科学哲学认为，那种把科学理论看成是明确的或被证明了的观点具有根本性的错误，科学知识是可错的，科学的过程是证伪的过程，是在寻找错误的过程中，不断逼近真理的过程，而不能达到真理。科学知识在本质上是一种猜想的知识，它是大胆的假设。库恩特别强调科学中人的因素。波普尔的论点是：当允许证伪时，一个科学假设的生命力在于它没有被证伪。在关于科学认识的过程上，当代科学哲学则共同认为，观察是理论浸染的(theoryladen)，知识、信念决定着我们的知觉；人在接受感觉印象时绝不是空白的，而是他原来所具有的理论(preconceptions)在很大程度上决定着观察到什么。因此，观察本身不是客观的、中性的，一个人的知觉必定依赖于他的信念、价值观和以往的知识与经验(汉森)。他们认为科学的发生来自先前的理论，并非来自观察，更多地是依靠爱因斯坦所说的“自由创造”或“创造的直觉”。在自然观上，他们认为在科学主义机械自然观的指导下，学生得到的是一个破碎的自然图景，很可能会使人类从自然环境中游离出来，使人际关系变得冷漠，使人丧失本应具有的人性。而现代科学自然观是整体论和有机论的自然观，它坚持人与自然的相互限定、相互依赖和相互包容，坚持人与自然的密切联系，他们是不可分离和内在统一的。毫无疑问，我们应当摒弃绝对真理的知识观，在向学生介绍科学知识时，应当阐明科学理论的这些特点，即尽管科学上的多数主要概念已经经过了大量的实验和观察的证实，这些概念在未来似乎不可能发生重大变化，但所有的科学观念都不是最终的真理，原则上要接受变更和改进的。当科学家们遇到与已有的解释不一致的新的实验证据时，他们的确要改变有关自然界的概念，而事实上他们也已经是这样做的。不再将知识作为绝对真理来呈现，这将有利于学生怀疑的态度和科学精神的培养。科学发生的归纳和反归纳之争，提醒我们科学认识的过程不是只有惟一的一种途径。科学认识过程应当是多元的，但有一点却是可以肯定的，那就是科学的认识都起源于问题，没有需要进行解释的新问题，也就没有科学研究和探索的目标，就不可能有假说和进一步的证明。为此，在科学课程内容的选择中，我们应当将科学的两种知识结合起来，即概念原理性知识和过程性知识结合起来，因为两者是相互依存、相互作用的。我们不仅应当将科学结论告诉学生，还应当将为什么从事这些结论的研究，这些结论的获得过程及在获得过程中所经历的种种曲折的过程，不同科学工作者、科学团体对某一结论所进行的种种针锋相对的争论、冲突和斗争等方面的内容告诉学生，即重视科学史的价值。科学的知识和探究过程都具有重要的教育价值和方法论的价值，这种知识和过程的结合，将使学生敢于对科学研究成果、实验、观察、理论模型和科学家所提出的解释进行评价和质疑，发展学生对已有理论或新的理论的形成过程和结论进行评价的能力，使学生敢于探索和创造，并使他们的个性得到发展。同时我们应当秉承现代有机自然观，强调人与自然和谐统一。这样我们就有可能在科学课程中将科学和人文进行整合，使科学不再是“价值中立”的，不再与价值分割、与生活世界剥离，使科学不再成为“迷途的羔羊”、成为控制人类的工具，这样也能很好地进行社会价值观的调适。(二)社会观在我国传统的科学教育课程中，对学校和社会的关系上，基本是持“学校教育工具论”的观点，强调培养的学生应当如何适应社会生活，教育要为社会的某项任务服务等。这种观点带有很强的功利性，没有充分考虑教育也是社会不可或缺的一种主体，还极易造成学校教育的波动，不利于教育的发展。同时，在课程内容选择上，被动地适应社会生活，将课程内容作为社会经验的复制，虽然解决了继承的问题，然而“个性的多样化，自主性和首创精神”又从何谈起呢?这样怎么能培养出富有创新精神和实践能力的新一代呢?因此，新的综合科学课程应持超越论的观点，将学校教育视为火热的社会实践的一部分，应当主动选择社会生活经验，参与社会价值观的调适，并对社会生活经验不断地进行批判和超越，通过培养具有“新质”的人，构建新的社会生活经验。(三)学生观强调创新精神和实践能力的培养，就必须将学生置于主体的地位，发展学生的个性。我们应当承认学生的人格发展不是在真空中进行的，一定是在特定的文化知识的陶冶中、在特定的社会生活经验的熏陶下进行的。但同样我们必须承认，也只有这些文化知识和社会生活经验被学生所选择、所认同的时候，即不再是外在的事物时，才能对其人格发展产生积极的影响。学习者的经验即学习经验，是指学生与外部环境的相互作用，而不是一门课程所涉及的内容，也不等同于教师所从事的活动。学习是通过学生的主动行为发生的，是学习者根据自己已有的经验和兴趣从环境中主动选择相关的内容进行意义建构的过程。因此，学习者是主体，学习者参与学习是因为环境中某些特征吸引他，学生是对这些特征进行反应，也就是学习者经验的选择过程，在本质上是每一个学习者的自我选择的过程。学生的学习取决于他做了什么，而不是教师呈现了什么内容，决定学习的质和量的是学生而不是教材。由于学习者对课程内容的理解取决于学习者的心理建构，从某种意义说，学习者已有的认知结构和情感特征对课程的内容起到支配作用，因此课程是受学习者控制的，而不是受教师或学科专家控制的。综合科学课程在设计中应当更注重学生的个人经验，应当考虑到大多数学生仍处于具体运算阶段而只有少数学生处于形式运算阶段这一现实，以兼顾学生具有具体运算和形式运算的认知能力作为原则，并努力从学生已有的知识和技能出发，选择科学基础知识和社会生活经验作为教学内容，从而真正体现学生是课程的主体。知识、社会和学生等三个方面反映了课程的不同属性——文化属性、社会属性和人本属性，然而这些属性之间的关系既不是并列关系，也不是主次关系，更不是对立关系，而是相互联系、相互作用、辩证统一的关系。［6］事实上，没有一种课程是依据惟一的且极端的方面来设计的。综合科学课程也是力图把握课程设计的学生、社会和知识这三大基点，以产生均衡的课程，只是考虑的角度和观点的不同，从而形成了各种不同类型的综合科学课程。三、综合科学课程类型的确定作为综合科学课程，还应考虑中国的国情，需要在保证先进性的同时注意适用性，因为课程的改革从来就不可能一蹴而就的，必然是一个渐进的过程，是一个继承和革新并存的过程。因此如何恰当地定位综合科学课程的类型，是需要综合地考虑各种因素的。(一)综合科学课程的分类综合科学课程发展十分迅速，类型极其繁多，进行完美的分类几乎是不可能的，但也存在一些有参考价值的分类。吉本市曾把综合科学课程分为如下5类。［7］1.以概念体系为中心的综合科学。这种课程采用树枝式形式，选取自然科学中的基本概念，确定概念的总体结构与框架，并以此为中心构筑而成。这类课程由于以概念体系为中心，难度较高，必需充分考虑学生的发展阶段。2.以探究过程为中心的综合科学课程。这是以自然科学的过程为中心设计的课程。它从最简单的过程开始，最终旨在使学生解决科学问题。强调概念掌握过程而不是概念本身的这种课程，由于过分突出了探究的过程，往往容易忽略基本的科学概念的接受。3.以环境科学为中心的综合科学课程。环境教育是认识如下的价值并明确其概念的过程：认识人类与人类的生物物理环境间的相互关系，同时发展正确认识这种关系所必要的技能、态度。因此，以环境问题为中心的课程包含了涉及整个生活的种种问题，如控制人口、食物与健康、大气污染等。4.以应用科学为中心的综合科学课程。以自然科学的应用、同自然科学相关的社会问题、同社会相关的自然科学问题为内容设计的课程。5.以主题为中心的综合科学课程。这是一种抓取切身的主题使学生发现自然科学的基本结构并加以系统化，诸如以水、空气、颜色、感觉等主题为中心设计的课程。虽然这种分类没有能涵盖所有的综合科学课程，还存在许多中间的类型，但他给出一些重要的类型，对教材设计具有很高的参考价值。(二)类型的确定正如前文所言，由于我国基础教育的理科课程基本是以分科课程的形式进行的，从分科课程到综合课程，已经是一个极大的变革。在分科课程占优势的情况下，应当稳步推进综合科学课程，过于功利或急躁，都将带来负面的结果，这已被大量的事实所证明。为此我们应当分析现今综合科学课程开发和实施的环境，因为如何正确地分析和看待分科课程，也关系到如何更好地设计和推行综合科学教材。分析和综合原本就是认识世界的两种不同的方式，没有孰优孰劣之分。没有分析的综合是混沌的综合；没有综合的分化，也是一种破碎的分化。与此相对应，学校课程中的分科和综合都有各自存在的理由，综合课程和分科课程各有自己的优势和不足。目前的情况是，传统的分科课程虽然在教育实践中暴露出一些弊端，但是基本上能适应现今我国的科学发展水平和社会需要，所以在教育实践中仍然占据主流地位，通过对分科课程的改革，仍然能实现推进素质教育的目标的。这可能也是此次课程改革在科学教育领域同时设置分科和综合两种课程类型的原由。在世界范围内，20世纪60年代至80年代后期，综合科学课程一直在持续迅速增长，尤其是在初中阶段，综合科学课程发展最快。［8］但在我国，综合科学课程还处于起步阶段，因此在这种背景下，我们认为综合科学课程以结构形态出现可能更易于被广大教师、学生所接受和理解，也更能得到较好的实施。为此，我们将主题中心和探究过程相结合，来设定综合科学课程类型。这样既有利于充分尊重学生的经验和兴趣，又能将科学的本质和知识的产生及发展过程显现出来，还能很好地与社会生活相结合。四、教材的框架综合科学的最大特点就是综合，即学生将自然界作为一个整体进行研究，在了解自然界运动变化规律的同时，加深对科学本质的理解，并关注科学与个人、社会和国家的关系。为此课程应突出“整合”与“探究”，因为这是实现上述目的的有效途径。根据《标准》中提出对内容的整合要求：“对内容的整合着眼于让学生从整体上认识自然、利用自然与保护自然，从基本科学观念上理解科学内容，而不只局限于知识层面的综合；对科学观念与能力的培养是达到上述目的最关键的途径，也是培养创新精神与实践能力最有效的手段。围绕各具体内容目标设计各种形式的探究活动，注意不同领域的特点，在要求上各有侧重，使学生通过探究活动完成科学教学内容的整合。”我们从统一的科学概念与原理，科学、技术与社会的关系以及科学探究活动这三条基本途径对课程内容进行整合。(一)主题单元系列由于现代自然观是一种整体和有机的自然观，它将自然界解释为具有不同层次的具有一定结构的物质系统；系统具有边界和要素，要素间相互作用使物质系统具有一定的结构，同时具有一定的功能；物质系统时刻发生着物质和能量的交换和转化、信息的传递；系统一般处于一种平衡状态，但随着时间的推移和内外因素的作用等原因，系统是会演进的。现代自然观是能帮助学生从整体上把握自然的，因此也为我们提供了很好的对内容进行整合的思路。依据《标准》提出的课程目标和学习内容，从对自然认识的角度，对其中的生命科学领域、物质科学领域和地球与空间科学领域等3个方面的学习内容进行整合，在对科学作定性介绍(科学入门)后，即以“存在的自然——演化的自然——自然与人”为线索展开，这样学生能整合地认识自然界和关于人与自然的关系的基本思想，即从相对静态地描绘自然界的总图景开始，过渡到动态地反映自然界演化途径，最后归结到根本问题——人与自然的关系。图1主题编排的线索（略）“存在的自然”回答了“自然界是什么?”的问题；“演化的自然”回答了“自然界原来是什么?将来会怎样?”的问题；“自然与人”回答了“能动作用很强的人类如何与自然相处并可持续发展?”的问题。“存在的自然”“演化的自然”和“自然与人”就构成课程的一级主题。在一级主题下，利用科学上统一的概念和原理进行精加工，即先将内容中最基本的“观念”作为焦点，然后再从各个角度添加细节或增加复杂程度，接着考虑所添加的“细节”间的关系，最后通过综合以达到全部预期的要求。这些统一的概念和原理，如物质、运动与相互作用、能量、信息、系统、结构与功能、演化、平衡、守恒等，反映了自然界的同一性，有助于学生深入地理解整体性的自然界，理解科学。为此加工确立了二级主题：物质系统的层次、运动与变化、相互作用、结构与功能、转化与平衡、自然界的演化、发展与和谐。在二级主题基础上再加工出三级主题(章题)，然后依次细化到每一节、课。这种精加工能确保课程紧扣目标进行编制，所形成的主题系列内在之间是紧密相关的，编排的具体情况见表1（略）。(二)通过探究的整合探究在课程理念上是将科学理解为一种过程，而知识只是该过程中的阶段性结果，只是不断逼近真理的结论。科学探究是学生体验科学过程、理解科学本质、领会科学精神态度价值观、培养创新精神和实践能力的主要学习模式，有助于学生深入理解科学知识和掌握科学技能，对培养学生科学素养有不可替代的作用。“科学思想上的一致性”是理科的各门学科能综合在一起的内在逻辑。这种一致性表现在科学家在解决问题时基本采用相同的过程，如图2（略）所示。我们认为科学探究在初中科学教育中，既是教学的目标和结果，又是教师教学和学生学习的主要方式，同时还是教材内容选择和呈现课程内容的主要方式。因此有关探究的内容和技能需要在课程中进行有序的安排，并与学科内容相结合，恰当地穿插或融合，在各分册中应有所侧重。在安排探究活动时，可以是完整的探究，也可以是其中的一部分，具体各册探究的侧重点见表2。需要说明的是，各册中的上述安排只是侧重于探究的某些方面，通过这样系统地安排使学生能对探究有深入的理解，当然要根据目标来安排针对性的探究活动。

(三)对科学、技术与社会内容的安排根据上述各主题的相关内容和探究活动的安排，将科学、技术与社会部分的内容分别渗透到各主题的内容之中，并围绕着目标进行适当处理。如科学技术史的内容，既有作为问题的背景来呈现，也有作为探究材料或阅读材料的，还有单独设立专题的，如可持续发展。(四)课程整合后的结构在上述大的板块整合后，具体的要求都将落实到章节(微观的课程设计)整合中，最终形成了一系列主题性单元和结构性单元。我们引入科学认识过程是多元的思想，认为科学的认识都起源于问题，为此这些单元都是以学生生活中的一些问题和学生关心的一些科技问题展开的。由于这些问题多数不可能是只涉及单一学科领域的知识，对每个问题的研究必然是要涉及科学领域中的众多知识。我们就可以围绕着问题，根据学生进行探究过程所遇见的困难，从自然科学的各分支学科包括物质科学(物理学和化学)、生命科学和地球空间科学中选取适当概念原理知识和过程方法知识提供支持，使学生获得成功。由于我们有可能选择那些基于学生已有的知识和技能基础上的问题，而这样能很好地引发学生学习科学的兴趣和不断地取得成功。随着认识能力的提高，可逐步提高问题的难度，这样就可以形成一系列呈现为阶梯状的问题。这样可将学生导向掌握科学的知识和过程，从而理解科学，由此就形成如图3所示结构呈阶梯状的问题系列。［9］五、教材的主要特点(一)突出探究，强调知识与过程的统一把科学探究的过程、方法和能力与科学知识放在同等重要的地位，在整套教材中循序渐进地进行安排，并在内容呈现时在课文中呈现出来。在教材中许多概念和规律是以探究的方式呈现的，也有单独设立的探究活动。为了有利于学生的探究性学习，我们不过于强调概念严密性和系统性，以降低课堂学习的知识密度。这样能使学生体验科学知识的产生和发展过程，最后学生能形成对科学过程的完整认识以及对科学知识的发生、发展和评价有较全面的了解。我们认为在《科学》教材中科学的探究应从学生身边熟悉的事物出发、符合学生心理特征、是学生所喜爱的；同时科学探究既包括前人的探究也包括学生的探究，既可以是完整的探究过程，也可以是部分的探究过程。另外，还设置了“讨论”和“研究性学习课题”等栏目，以加强学生的自主学习，也使学生参与到科学探究的开发中去。(二)强调有机的统整教材从现代有机自然观和科学哲学出发，突出系统、能量和信息等统一的概念和原理，对5方面的学习内容进行有机的整合。同时根据学生的认知规律，从相对静态地描绘自然界的总图景——“物质系统的结构层次”开始，逐步过渡到可观的“运动与变化”“相互作用”以及较为抽象的“结构与功能”“转化与平衡”等自然图景，再进入动态地反映自然界演化的途径，最后归结到根本问题——人与自然的关系。这不仅能避免不同科学领域之间知识的重复，更重要的是使学生从联系的角度更深入地理解科学，建立科学的、开放型的知识结构。(三)注重学生已有的经验，合理设置阶梯状问题我们认为学生原有的关于自然的经验和认识极大地影响着科学教育的效果，因此要实现卓越的科学教育，就必须珍惜学生已有的知识、经验以及对科学过程的感受，并将之作为所有内容呈现、教学的起点和学生建构的支点。为此在教材编写中，我们不过分强调知识的逻辑顺序，而是小心地选择学生生活中的一些问题和学生关心的一些科技问题，将它作为教学的开始，形成阶梯状问题系列，并合理设置主题性单元和结构性单元。这些问题的解决的过程是科学的概念原理知识与相应的过程方法知识相结合的过程，是对社会生活经验进行整合和发展的过程。伴随着对这些问题的解决，也将逐步引导学生向抽象的认识成功地迈进，所获得的知识也将是一种开放式的、更具良好结构的体系，它能使学生更好地接受新的知识和形成新的技能，有利于他们继续地学习。这种较为平衡的综合科学课程能提高全体学生的创新精神和实践能力，使他们成为具有较高科学素养的公民，并为未来终身的学习奠定基础。(四)强调科学和人文的结合，体现科学·技术·社会(STS)的思想科学技术问题是与社会问题密切相关的，学习科学应与社会紧密结合起来，这样才具有整合社会实践的功能，具有将科学主义和人文主义统合的功能和对社会价值观进行调适的功能。为此在教材中有目的地渗透STS教育，如介绍克隆技术，让学生探讨科学技术与社会之间的关系。这样就使学生的学习成为充满事件和冲突的过程，可让学生了解科学技术对