王 晨 光

(北京教育學(xué)院理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究中心，北京 100120)

一、 FOSS2017科學(xué)課程修訂的背景

FOSS是豐富選擇科學(xué)系統(tǒng)(Full Option Science System)的縮寫，它是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校勞倫斯科學(xué)館(Lawrence Hall of Science，University of California，Berkeley)開發(fā)的一套K-8年級(jí)的科學(xué)課程。FOSS希望在理論研究與實(shí)踐活動(dòng)之間建立起一座橋梁，通過(guò)提供工具與策略讓教師與學(xué)生主動(dòng)參與到科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，在持續(xù)的體驗(yàn)中取得對(duì)自然與現(xiàn)實(shí)的世界更深層次的理解。

FOSS科學(xué)課程共35個(gè)模塊，于20世紀(jì)80年代末在舊金山海灣地區(qū)學(xué)校試行，其中幼兒園至小學(xué)階段(K-6年級(jí))共26個(gè)模塊，中學(xué)階段(6～8年級(jí))共9個(gè)模塊。FOSS科學(xué)課程(K-6年級(jí))在2000年進(jìn)行了第一次修訂，2005年對(duì)整體FOSS科學(xué)課程(K-8年級(jí))進(jìn)行了第二次修訂。

本文研究的新修訂FOSS2017科學(xué)課程是指美國(guó)2013年由美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)、國(guó)家科學(xué)院、國(guó)家科學(xué)教師協(xié)會(huì)共同制定頒布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(《Next Generation Science Standard》，簡(jiǎn)稱NGSS)修訂版[1]。FOSS2017科學(xué)課程模塊由30個(gè)模塊組成，其中幼兒園至小學(xué)階段(K-5年級(jí))共18個(gè)模塊，中學(xué)階段(6～8年級(jí))共12個(gè)模塊。盡管FOSS2017科學(xué)課程的整體模塊數(shù)量相比之前有所減少，但對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解深度和應(yīng)用范圍反而增加了。這不僅滿足了NGSS的要求，而且實(shí)現(xiàn)了其提出的三個(gè)課程維度：科學(xué)與工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心知識(shí)，同時(shí)將語(yǔ)言、藝術(shù)與數(shù)學(xué)融入其中[2]。FOSS提出：“FOSS2017科學(xué)課程的修訂是在美國(guó)科學(xué)教育系統(tǒng)改革的大背景下，為學(xué)生提供當(dāng)今科學(xué)研究領(lǐng)域中最準(zhǔn)確的解釋。FOSS會(huì)采用符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的多種方式呈現(xiàn)自然與設(shè)計(jì)世界的諸多方面，并且在瞬息萬(wàn)變的社會(huì)環(huán)境中，鼓勵(lì)他們?nèi)ミM(jìn)行有創(chuàng)造力且有深度的思考?！弊罱K確定落實(shí)以下四個(gè)方面作為FOSS科學(xué)課程新修訂的基本思想，即讓所有學(xué)生在參與豐富活動(dòng)的過(guò)程中獲取科學(xué)經(jīng)驗(yàn)；在NGSS的指導(dǎo)下，為學(xué)生取得成功做好準(zhǔn)備；結(jié)合閱讀與寫作訓(xùn)練，為學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力提供支持；為教師提供豐富的教學(xué)資源，利用技術(shù)傳遞學(xué)習(xí)感受，節(jié)省課堂講授時(shí)間。

基于以上基本思想，美國(guó)先后對(duì)幼兒園、小學(xué)、初中的FOSS科學(xué)課程進(jìn)行了最新修訂，并于2017年春季開始實(shí)施。

二、FOSS2017科學(xué)課程修訂的基本理念及目標(biāo)

美國(guó)FOSS2017科學(xué)課程修訂的基本理念是：培養(yǎng)學(xué)生探索科學(xué)的進(jìn)取心，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)重要的科學(xué)與工程概念，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中提高獨(dú)立思考的能力[3]。為了落實(shí)這一理念，幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)和所需完成的實(shí)踐內(nèi)容，新修訂的FOSS科學(xué)課程提出了三個(gè)重要目標(biāo)。

第一是科學(xué)素養(yǎng)。FOSS為學(xué)生提供了豐富的科學(xué)體驗(yàn)，而這些體驗(yàn)與學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展和先前經(jīng)驗(yàn)是相關(guān)的。這就為學(xué)生進(jìn)一步理解科學(xué)核心概念打下了基礎(chǔ)，而這些概念是在參與活動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)深刻思考獲得的，為他們進(jìn)入更為復(fù)雜的科學(xué)與技術(shù)世界做好準(zhǔn)備。FOSS基于做中學(xué)，為學(xué)生在日益發(fā)展的科學(xué)世界中探索新的科學(xué)知識(shí)提供機(jī)會(huì)。低年級(jí)學(xué)生憑借直覺(jué)參與到科學(xué)活動(dòng)中，隨著年齡的增長(zhǎng)和年級(jí)的升高，對(duì)于科學(xué)問(wèn)題的理解也在不斷深入。認(rèn)知學(xué)對(duì)于學(xué)習(xí)的定義為：個(gè)體主動(dòng)構(gòu)建圖式并將新信息與相關(guān)內(nèi)容納入到已建立的知識(shí)體系中；理解的過(guò)程就是學(xué)習(xí)。新手與專家的區(qū)別是專家會(huì)將新知識(shí)納入到自己的知識(shí)體系中，進(jìn)行有效組織并建立圖式促進(jìn)思考。而新手則不能將各知識(shí)點(diǎn)有效串聯(lián)起來(lái)，因而在提取和使用中產(chǎn)生困難。通過(guò)內(nèi)在建立圖式以及和同齡人或成人進(jìn)行互動(dòng)，讓學(xué)生更好地理解自然世界以及人與自然的關(guān)系。FOSS科學(xué)課程的目標(biāo)就是讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)地解釋自然世界與人為世界；理解科學(xué)知識(shí)與技術(shù)能力的本質(zhì)與發(fā)展；主動(dòng)參與到科學(xué)與工程實(shí)踐中。

第二是教學(xué)效能。FOSS為教師提供完整、連貫、靈活且易于操作的科學(xué)課程，修訂后的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了美國(guó)當(dāng)前最新的研究成果，并且為教師提供了完整的課程評(píng)價(jià)指導(dǎo)，包括學(xué)生課堂發(fā)言、討論、寫作以及課后反思。同時(shí)，修訂后的課程也采用了多種有效的教學(xué)法，包括：主動(dòng)學(xué)習(xí)、科學(xué)實(shí)踐、問(wèn)題探究、讀寫整合，并且適當(dāng)利用數(shù)字技術(shù)與學(xué)生的生活包括戶外活動(dòng)建立聯(lián)系等。

第三是系統(tǒng)改革。修訂后的FOSS科學(xué)課程為學(xué)校建立起一個(gè)龐大的科學(xué)社區(qū)，這個(gè)社區(qū)會(huì)幫助學(xué)生獲取知識(shí)、積極思考，為未來(lái)走出社區(qū)成為世界公民做好準(zhǔn)備。此次FOSS科學(xué)課程的修訂考慮了多個(gè)維度。首先，它的核心理念就是將NGSS納入到課程體系中。其次，它促進(jìn)了學(xué)校與科技公司之間的合作，同時(shí)根據(jù)不同地區(qū)的學(xué)情、教學(xué)條件、地區(qū)環(huán)境做了適當(dāng)調(diào)整以供教師選擇。此外，活動(dòng)任務(wù)單與課程評(píng)價(jià)的角色在此次修訂中也進(jìn)行了重新定義。科學(xué)教師可以邀請(qǐng)其他學(xué)科教師共同參與到科學(xué)課堂中，學(xué)生作為科學(xué)課程的學(xué)習(xí)者不僅可以向本課教師求教，而且可以與其他學(xué)科教師一起探討科學(xué)問(wèn)題。修訂后的FOSS將帶領(lǐng)師生跨越傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，同時(shí)為學(xué)習(xí)者建立起一個(gè)更廣闊的平臺(tái)(新修訂FOSS2017科學(xué)課程的目標(biāo)組成如圖1)。

圖1 FOSS2017科學(xué)課程的目標(biāo)組成

三、 FOSS2017科學(xué)課程修訂的概念框架及內(nèi)容結(jié)構(gòu)

1.FOSS科學(xué)課程修訂的概念框架

FOSS科學(xué)課程的概念框架(Conceptual Framework)是基于模塊與課程修訂的。而模塊與課程的選擇與排序是按照學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展確定的。過(guò)去5年，F(xiàn)OSS一直聚焦于學(xué)習(xí)進(jìn)階(Learning Progression)的研究。在新修訂的FOSS科學(xué)課程中滲透了這一理念，它認(rèn)為學(xué)習(xí)進(jìn)階背后的理念是科學(xué)領(lǐng)域中復(fù)雜且寬泛的核心概念，如物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生物體的結(jié)構(gòu)與功能是物質(zhì)科學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域的兩個(gè)核心概念[4]。學(xué)生的認(rèn)知隨著年齡的增長(zhǎng)不斷發(fā)展，而物質(zhì)與生物體知識(shí)在學(xué)生的成長(zhǎng)過(guò)程中至關(guān)重要。所以在幼兒園及小學(xué)階段就需要學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，隨著學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的積累和認(rèn)知的發(fā)展，學(xué)習(xí)內(nèi)容也愈加復(fù)雜深入。新修訂的FOSS科學(xué)課程就是以學(xué)習(xí)進(jìn)階為導(dǎo)向、以核心概念為主線、由淺入深的學(xué)習(xí)模式，這有助于學(xué)生在信息爆炸的今天學(xué)習(xí)到科學(xué)核心知識(shí)，而不是雜亂無(wú)章、零散的知識(shí)點(diǎn)。如果說(shuō)精通科學(xué)領(lǐng)域的核心概念是教育的終極目標(biāo)，那么經(jīng)過(guò)悉心設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)進(jìn)階將為達(dá)到這一目標(biāo)提供一條有效的路徑。這條主線從幼兒園至八年級(jí)(K-8年級(jí))隱含在整個(gè)新修訂的FOSS科學(xué)課程中，我們可以通過(guò)FOSS2017的概念框架看出一些端倪，如表1所示。

表1 FOSS2017科學(xué)課程概念框架

FOSS2017科學(xué)課程分為三大科學(xué)領(lǐng)域：物質(zhì)科學(xué)、地球科學(xué)、生命科學(xué)。每個(gè)科學(xué)領(lǐng)域被分為兩個(gè)分支，每個(gè)分支代表一個(gè)科學(xué)核心概念：物質(zhì)/能量與變化；大氣與地球/巖石與地球；結(jié)構(gòu)與功能/復(fù)雜系統(tǒng)。每個(gè)分支的模塊與課程編排與對(duì)應(yīng)的核心概念滿足NGSS的要求。圖中位于底層的模塊，是學(xué)生從幼兒園階段開始學(xué)習(xí)科學(xué)課程的基礎(chǔ)，隨著年級(jí)的升高與學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生不斷積累的科學(xué)事實(shí)以學(xué)習(xí)進(jìn)階的方式層層深入、逐步升級(jí)，形成整體的科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，而這個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的每個(gè)銜接點(diǎn)就是核心概念。例如：物質(zhì)科學(xué)“物質(zhì)/能量與變化”核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階，如表2所示[4]。

表2 FOSS2017物質(zhì)科學(xué)“物質(zhì)/能量與變化”核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階

2.FOSS科學(xué)課程修訂的內(nèi)容結(jié)構(gòu)

FOSS2017科學(xué)課程在內(nèi)容修訂上體現(xiàn)了“少即是多”的基本理念，持續(xù)深入的科學(xué)體驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于大量淺顯的知識(shí)記憶。在內(nèi)容上更加注重科學(xué)概念以及科學(xué)與工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)。這些新修訂的內(nèi)容會(huì)幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)核心概念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣。以小學(xué)三年級(jí)“運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)”模塊為例，這一模塊屬于物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，學(xué)科核心概念包括：力及其相互作用，物質(zhì)及其相互作用，工程設(shè)計(jì)。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)磁力與引力探究物體的運(yùn)動(dòng)方式，同時(shí)利用學(xué)過(guò)的科學(xué)知識(shí)進(jìn)入工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在這一過(guò)程中提煉對(duì)科學(xué)的理解。學(xué)生在小學(xué)二年級(jí)已經(jīng)建立了有關(guān)物質(zhì)及其相互作用的科學(xué)概念，并且利用新掌握的工具去量化自己觀察到的現(xiàn)象。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)混合物與溶液建立對(duì)質(zhì)量守恒的初步理解，通過(guò)觀察基本的化學(xué)反應(yīng)去延伸他們對(duì)于守恒的理解。這些新的科學(xué)內(nèi)容將為學(xué)生在五年級(jí)核心概念的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。FOSS2017科學(xué)課程的每個(gè)模塊內(nèi)容結(jié)構(gòu)都包含四個(gè)維度，如表3所示[4]。

表3 FOSS2017“運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)”模塊課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)

科學(xué)概念的學(xué)習(xí)不僅僅體現(xiàn)在課堂內(nèi)，修訂后的FOSS科學(xué)課程還為學(xué)生提供了豐富的探究活動(dòng)、聚焦科學(xué)問(wèn)題的活動(dòng)記錄單、FOSS科學(xué)課外書、在線課堂活動(dòng)延伸、室外科學(xué)實(shí)驗(yàn)等多樣化的學(xué)習(xí)方式，這將有助于學(xué)生更好地理解和掌握所學(xué)知識(shí)。在實(shí)踐方面，這種多樣化的設(shè)計(jì)也將無(wú)縫整合在課程內(nèi)容中，進(jìn)而最大化地為每位學(xué)生提供學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。在模塊順序的編排上，修訂后的FOSS科學(xué)課程也更加符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，并且還會(huì)實(shí)時(shí)回顧之前所學(xué)內(nèi)容，以確保學(xué)生學(xué)習(xí)及課程內(nèi)容的連貫性。

四、 FOSS2017科學(xué)課程的啟示

FOSS2017科學(xué)課程的修訂思路是依托2013年頒布的NGSS，并據(jù)此分別從科學(xué)和工程實(shí)踐、與學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系、學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念四個(gè)維度，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律架構(gòu)課程內(nèi)容?？茖W(xué)不止是知識(shí)本身，思考的質(zhì)量遠(yuǎn)比知道的數(shù)量更重要[5]。FOSS2017聚焦少量核心概念，通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階對(duì)課程進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。這不僅大大減少了學(xué)生對(duì)于科學(xué)事實(shí)的記憶量，而且可以促進(jìn)學(xué)生思考，幫助他們將學(xué)過(guò)的零散知識(shí)點(diǎn)匯聚整合，最終建立起有邏輯、有聯(lián)系的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)而為學(xué)生的未來(lái)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[6]。這對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)教育科學(xué)課程改革具有重要啟示。

1.依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)課程一體化設(shè)計(jì)理念

課程內(nèi)容的修訂需要依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)。FOSS2017科學(xué)課程的修訂依據(jù)的是《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》。而我國(guó)最新的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》也剛剛頒布。新標(biāo)準(zhǔn)在課程總目標(biāo)中提出：“培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并為他們繼續(xù)學(xué)習(xí)、成為合格公民和終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)?！盵7]該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小學(xué)將從原來(lái)三年級(jí)開設(shè)科學(xué)課程改為從一年級(jí)開始，這有助于學(xué)生把學(xué)前教育階段所學(xué)內(nèi)容與小學(xué)階段進(jìn)行有效銜接，同時(shí)為今后科學(xué)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布勢(shì)必將影響課程內(nèi)容的修訂，課程目標(biāo)的設(shè)定也將影響課程內(nèi)容的實(shí)施。這就要求未來(lái)科學(xué)課程的修訂要更加系統(tǒng)，課程各階段的目標(biāo)與內(nèi)容銜接要更加緊密且具有層次。而再豐富的課程內(nèi)容如果沒(méi)有整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也將成為一紙空文。因此，精選并細(xì)化課程內(nèi)容，推動(dòng)課程一體化設(shè)計(jì)理念勢(shì)在必行。

2.增加實(shí)踐比例，鼓勵(lì)學(xué)生“做中學(xué)”

通過(guò)FOSS2017科學(xué)課程的修訂，我們看到了其對(duì)于實(shí)踐的重視。FOSS科學(xué)課程從幼兒園開始，一直秉承“做中學(xué)”的教學(xué)理念，在新修訂的課程目標(biāo)中又將“實(shí)踐”放在了更加突出的位置。反觀我國(guó)科學(xué)課程，從小學(xué)三年級(jí)才開始開設(shè)，課程主要以教師課堂講授為主。盡管很多教師支持實(shí)驗(yàn)探究，但考慮到課時(shí)以及安全等問(wèn)題，幾乎很少開設(shè)實(shí)驗(yàn)。即使有些教學(xué)內(nèi)容不得不開設(shè)實(shí)驗(yàn)，也主要以教師演示為主，學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)少之又少，最后教師總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生死記硬背實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？茖W(xué)學(xué)科有別于其他學(xué)科的特色之一就是實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，可以激發(fā)他們的求知欲與好奇心。在參與體驗(yàn)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題、收集數(shù)據(jù)、記錄結(jié)果、得出結(jié)論，進(jìn)而增加學(xué)生對(duì)于科學(xué)概念的理解，提高解決問(wèn)題的能力。

3.基于核心概念，構(gòu)建適合我國(guó)國(guó)情的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)

新修訂的FOSS2017科學(xué)課程聚焦少量核心概念，在內(nèi)容上摒棄了大量科學(xué)事實(shí)的記憶，讓學(xué)生將更多的時(shí)間和精力投入到對(duì)科學(xué)核心知識(shí)的深入理解和熟練應(yīng)用中。在結(jié)構(gòu)上通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階對(duì)課程進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，形成前后連貫、層層遞進(jìn)、盤旋上升的課程概念框架。我國(guó)的科學(xué)課程結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，知識(shí)間缺少邏輯聯(lián)系，教師苦于課時(shí)少講不完，學(xué)生抱怨內(nèi)容多記不住。那么如何圍繞核心概念，開展適合我國(guó)國(guó)情的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)呢？以我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程為例，在小學(xué)低年級(jí)階段，學(xué)生會(huì)學(xué)到“種子萌發(fā)條件”“影響蒸發(fā)快慢的因素”“不同物質(zhì)在水中溶解”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師以這些具體實(shí)驗(yàn)為載體，目的是幫助學(xué)生建立起上位的核心概念。當(dāng)學(xué)生在頭腦中建立起這一概念后，他們?cè)诟吣昙?jí)階段遇到新實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可逐步放手，最終學(xué)生可以獨(dú)立自主地完成實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。盡管中美兩國(guó)國(guó)情不同，教育文化存在顯著差異，但是FOSS2017科學(xué)課程修訂的基本理念還是值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的。

圖2 基于“變量的識(shí)別與控制”核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)

[1] NATIONAL RESEARCH COUNCIL.A framework for K-12 science education：practices，crosscutting concepts，and core ideas[M].Washington，D.C：The National Academies Press，2011.

[2] NATIONAL RESEARCH COUNCIL.Inquiry and the national science education standards：A guide for teaching and learning[M].Washington，D.C：National Academy Press，2000.

[3] NATIONAL RESEARCH COUNCIL.Next generation science standards[S].Washington，D.C：The National Academies Press，2013.

[4] DEVELOPED AT LAWRENCE HALL OF SCIENCE，UNIVERSITY OF CALIFORNIA AT BERKELEY.FOSS teacher guide——chemical interaction[M].Nashua：Delta Education，2016.

[5] 王晨光.美國(guó)初中FOSS科學(xué)教育體系“什么是天氣”實(shí)驗(yàn)活動(dòng)解析[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2010(1)：62-64.

[6] 王晨光.美國(guó)初中FOSS科學(xué)課程的教學(xué)特征——以“行星科學(xué)”模塊為例[J].北京教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(2)：52-55.

[7] 中華人民共和國(guó)教育部.全日制義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.