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1、美国 FOSS 科学课程及其对我国科学教育的启示南汇教师进修学院 盛桂兴2010 年 5 月 21-23 日，我们上海自然名师培养基地赴北京与北京市小学科学骨干教师培训班进行了一次学习交流活动，活动虽然只有短短 3 天时间，但给了我们不少收获。尤其是第二天在北京教育学院所接触了解的美国 FOSS 科学教育项目，通过听取介绍和亲身参与活动体验，更是让我感触颇深。一、FOSS 基本情况FOSS（Full Option Science System）是由美国国家科学基金会资助，旨在推进国家科学教育的三大科学教育项目（Insights、STC、FOSS）之一，由加州大学劳伦斯科学馆开发。它是一套涵盖了
2、从幼儿园到八年级的科学课程，总计 36 个供探究的科学主题单元（幼儿园 5 个，小学部分 22 个，初中 9 个）。FOSS 课程的每个主题单元由 46 套探究活动组成， 每套探究活动又由 34 个实验组成。FOSS 课程吸收了脑科学、认知科学以及人工智能研究等的科学成果，建立在建构主义关于学习本质的认识基础上，强调经验、强调探究、强调教师与学生共同参与，注重提供给学生通过自主探索以及分析、交流来建构科学概念的机会。这些思想体现了当前国际科学教育改革的许多共同发展趋向。FOSS 的组成结构包括：(一) FOSS教师指导书(Teacher Guid)。教师指导书是 FOSS 项目最重要的组成部分
3、。每一单元的全部内容、如何对这一科目进行教学，以及一些教学辅助性资源在此都有所呈现。单元中的所有思想及概念都在此汇集。每一个主题单元都有一本教师指导书 ，书中包含了以下几个方面的内容：FOSS 介绍、本单元概要、所需材料、探究活动、学生记录纸复印模本、评价(16 年级) 、科学故事页(1 6 年级)、参考资源页，以及 FOSS 网站介绍。(二) 工具箱(Equipment Kits)。积极学习科学需要的材料。 FOSS 项目用高质量的抽拉式箱子为教学提供了所需的材料。每个箱子里面的材料可以供一个班 32 个学生使用。消耗性材料可供使用两次。工具箱里包含了除活的物体、食物以及教师需要提供的少量的
4、普通办公用品，如胶带、记号笔或者剪刀等以外的全部材料。这些齐备的高质量的工具为教师教学提供了方便，也为学生的自主探索活动提供了材料，是动手做学习所必不可少的一个组成部分。(三) 录像带(Videos)。每个单元的工具箱里面都有本单元的录像带。录像带是对本单元的介绍，并不能替代教师指导书 。27 盘录像带中，每一盘都由一个 FOSS 项目成员或者一位有经验的老师来演示如何为每一个活动准备器材，以及课堂上教师与学生一起使用FOSS 教材学习的片段。(四) FOSS 科学故事(Science Stories)。FOSS 科学故事是与 16 年级 FOSS 的各个单元主题相配套设计的。12 年级的故事
5、书中充满了教学图片，文章与图片直接相关，不断提醒学生注意一些细节，多进行比较并对一些图片进行批判性思考。36 年级的科学故事是一些与本单元内容直接相关的文章收集。其中包括有各种体裁的文章，记叙文、说明文、传记、技术材料等。FOSS 科学故事也被放在它的工具箱里面。分别用英语和西班牙语书写。这些科学故事可以大大拓展学生对某一问题的认识，扩展学生的视野。(五) FOSS 网站( )。每个年级的 36 个单元中都有一个对应的交互性网点。在那里，学生可以找到一些教学游戏以及各种交互性模拟活动。有兴趣的还可以访问与各个单元相关的网站，对某一主题进行更深层次的探索。教师也可以在此与其他教师建立联系，讨论教
6、学问题并交流教学经验。(六) 在 FOSS 项目中学生没有教材，只有一些活动记录纸以及教师临时分发的一些反馈材料，这也是 FOSS 的一大特色。 Lowery 教授认为，真实的生活是没有教材的。我们需要培养学生自主探索与创新的意识，需要给儿童自我建构知识的机会。二、FOSS 课程值得借鉴的优点1、完善的结构与支持，为教与学提供方便。FOSS 的课程资源做得非常完备，为教师的教、学生的学都提供了很好的支持和保障。每个单元主题的学习前，FOSS 的教师指导书都要给出一系列的帮助信息：首先是概述，介绍本单元的主要内容；然后是背景知识，帮助教师从科学知识方面为胜任本单元的教学做好准备；随后是学生需要了
7、解的一些重要信息，这里提出了一些在本单元的学习中，学生需要掌握的一些重要概念以及思想发展要求等；随后有语言发展、学生组织以及空间安排等建议；还有教学过程建议，对于本单元的时间分配安排给出一些建议；最后还有材料的组织建议以及如何为本单元的教学做好准备等。这些材料非常详尽，给老师教学带来了很大支持与方便，也保证了教学的有效实施。同时，提供了学生活动所需的各类器具、材料、活动记录单、评价单，学生扩展阅读的科学故事，乃至给父母的一封信(号召家长积极配合教学) 这些既为教与学提供了方便，更有效保障了教学质量。2、密切联系脑科学、认知科学的研究成果，使课程设计与学生的认知发展水平保持一致。FOSS 课程吸
8、收了脑科学、认知科学以及人工智能研究等的科学成果，建立在建构主义关于学习本质的认识基础上。其课程设置非常贴近学生的认知过程。这一点表现在其宏观的基本框架结构安排与具体的教学活动设计两个方面。FOSS 教材为处于不同认知发展阶段的学生，设计了不同的主题单元作为其学习内容，培养其不同层次的思维技能，循序渐进地宕实学生科学素养的基础。这种设计思想在教材中随处可见。例如，该套教材为低年龄段的儿童安排了两两成对的动物与树两个非常贴近学生生活的单元主题，主要来培养其观察、比较以及简单组织观察结果的能力，而对于高年级的学生，则设计了杠杆和滑轮、模型与设计等相对抽象的主题单元，要求学生通过比较、分类、推断、实
9、验等方式获得对高级概念的理解。附：幼儿园和小学阶段主题结构安排表具体教学中的活动设计也体现出 FOSS 教材与脑科学以及认知科学的密切联系。科学家依据学习者所使用学习材料的具体与抽象程度将学习分成第一手经验、第二手经验与最后一手经验。对于小学生来说，学习需要从第一手经验开始，即运用对实际材料进行操作的“动手做”学习形式；然后过渡到第二手经验，即运用图片、音像资料等进行学习；最后才是最后一手经验，即通过语言文字进行学习。本人参加了六年级地形单元中学习地图的活动，深切感受到了这一点。老师先给学生一个拆开的“山”的模型，让学生运用自己关于“山”的知识(下面大、上面小)将它们拼到一起。然后在带有一个中
10、线的图纸上将这个山的模型画出来(将模型拆开，一个部分一个部分地进行)。这时，学生自己将实物变成了图形。第三步，让学生根据画出的图形说出“从哪里上山最近但最困难(因为它很陡)？从哪里上山最远但比较容易(因为它的坡度比较大)？”这时，教师引出了“等高线”概念。学生对照模型和画的图很快理解了等高线的含义，等高线疏密的含义。第四步，老师将准备好的地图拿出来(模型是依据美国一座非常著名的山，按照同样的比例尺制作的)，让学生将模型放到地图上，他们便会发现，模型和地图的一部分完全重合，这时教师再根据模型讲解地图上的各种地形的形成以及特点，包括山脊、山谷的形状，冰川、河流、瀑布的分布等。这样的活动设计既确保了
11、科学性(模型与真实地图的比例尺相同)，又实现了趣味性。它通过让学生经历一个自己来组织模型、自己来画出地图的过程，将一些原本抽象的概念形象化、具体化，学生便可以在具体体验中清楚地理解这些原本抽象的概念。这是“以学生为本”、“从学生出发”的真正体现，也正是我们的教材编写、课堂教学设计一直在孜孜以求的。3、通过“动手做”的方式，促进学生的积极学习，注重实证和理解性学习。（让学生喜欢学习科学）“做中学”是 FOSS 教材的另一个基本理念，它通过“动手做”的方式，促进学生的积极学习（Hands-on Active Learning）。它是一种积极的学习方式，给学生提供了对物体进行实际动手操作的机会。在活
12、动中，学生在探索活动中积极地去发现问题，寻找原因，查阅资料和解决问题等，自始至终是活动真正的主体。教师同学生一起进行探究，成为学生中的一分子，师生处于同等地位。“动手做”对学生是有很强的刺激作用的，它可以很容易地激起学生的好奇心与创造力，使学生能够积极参与。它也是学生学习的最好方式，以生动的形式演示与孩子们贴近的科学现象，能把很深奥枯燥的科学知识原理清晰地呈现在孩子们的面前。它具有很强的趣味性、新颖性、可操作性，因此能广泛地吸引着学生。学生对概念的理解更全面，对经验的记忆更持久，同时自信心也得到了发展。在这次体验活动中，我自己也学得津津有味、兴趣盎然，体验着学习的乐趣。其余老师也一样，11 点
13、多了，大家都还不愿收手去吃饭。4、程序化探究、规范操作学习与开放性自主探究的结合在 FOSS 项目中，研究的问题都是教师提出的，如“水被加热时会怎样？ 水被冷却时会怎样？”；“向装满了水的杯子里，轻轻地、一个一个地放入曲别针，能够放多少个？（三年级）”；“午后和黄昏时，你的影子的形状和方位将会怎样变化？（六年级）”等。而且，探究程序也大都是教师给出的，（但都是学生自己经历的），这与我们动不动就要完全开放地让学生“自主探究”有较大差异，也避免了我们课堂经常出现的形式化探究、低效探究的情况。但 FOSS 在每个单元最后一套探究活动中，都巧妙地设计了一项综合、开放、必须运用本单元学习的知识解决问题的
14、学习任务，都会有一个密切联系生活的综合的应用性探究项目，要求学生自己提出与本单元内容相关的问题，自己设计探究程序，选择活动材料，在新的情境下运用本单元新学习的知识和技能，完成比较完整的、以解决问题为核心的探究活动。经历有意义的猜想、设计方案、搜集相关的资料、分析或归纳、对证据进行解释、得出结论、表达与交流研究成果、进行评价的过程。如学了地形后，有一个 “设计旅游探险线路”的活动。这是一个综合性的、联系生活的、多学科整合的、家庭可一起参与的自主开放探究活动，这些为培养学生的自主探究能力提供了系统训练。5、强调学生的阅读与拓展性研究。FOSS 强调除了“做中学”的基本形式之外，阅读与拓展性研究也是
15、学生所必不可少的学习形式。通过阅读与自主调查，学生可以将他们的经历从教室以及工具箱的限制中拓展出来。他们可以通过阅读与拓展性研究来增强对所学主题的理解。比如，可以从阅读中了解一些对科学做出杰出贡献的科学家，通过拓展性研究，将自己感兴趣而课堂上又无法进行的活动进行下去。FOSS 为每一个单元设计了配套的科学故事，为学生选择了一些相关的阅读材料，在每一个单元的每一个活动之后设计了拓展性研究”版块，为学生的拓展性研究提供一些建议，为满足学生的个性发展创造了空间。相形之下，我们很多时候提倡学生课后继续探究，却无相应的支持和辅导，往往沦为一句空话。6、多元化的评价方式。FOSS 的评价方式也是比较有特色
16、的，而且也做到非常周到。它采用了多元化的评价方式。有激励学生不断进步的单元中嵌入式评价，也有对学生表现、教学效果进行最后检验的总结性评价；有在学生进行操作实验的过程中，教师对学生进行的一些非正式观察评价，也有严格设计出的考试评价方案。它们都对学生评价起着一定的作用。 在各个年级中使用不同的评价方式， 教师指导书中的评价部分对所有的评价方式以及资料收集等都提供了指导性建议，对如何将评价转化为学生成绩等级提供了较为细致的参考意见。附： 测试题示例：（1）画出在左边勺中倒满清水的边界，在右边勺子中倒满肥皂水的边界。（2） 解释为什么画成这样？ 三、对我们当前科学教育的反思对照 FOSS 课程，我们都深深感受到,我们还做得很不够，无论是他们的教育技术与思想、工作细致程度，无论对学生、对老师的支持。当前首先要做好的是这两个方面：1、对于学生探究活动的设计我们都在感叹这些活动设计的神奇，能把一个复杂的高深的内容转化成这么通俗易懂的学生活动
