比较美国小学科学课的课堂教学和我国小学科学课堂教学，可发现两国的科学教学存在显著差异，体现出了中美两国在科学教育观念上的差异。本文试以《喷水壶里的水到哪里去了?》为例，对此做初步的分析比较。
    有一天，乔治把盛满了水的喷水壶放在教室外面窗台上，过了几天，喷水壶里面几乎什么都没有了，他觉得很奇怪，因此，科学课一开始，乔治就问道，“是不是有人把喷水壶里的水喝了?还是有人把它弄洒了?”这时，乔治的老师格林小姐并没有回答他的问题，而是问学生们：“水跑到哪里去了?”玛丽认为，如果没有同学去动喷水壶，那一定是他们的宠物仓鼠威利夜里从笼子里跑出来把水喝光了。全班同学决定检验玛丽的看法对不对，他们把喷水壶盖上，第一天早晨发现水位没有下降，孩子们认为这已经证明了玛丽的看法是对的。格林小姐却问道：“你们能够肯定威利在夜里从笼子里跑出来了吗?”学生们几乎都对此表示肯定。他们还想出了一个妙主意来证明给老师看，他们把笼子放在沙盘中间，将沙抹平，过了几天之后，孩子们看到沙上没有脚印，水位没有变化，此时孩子们认为威利夜里没有跑出来。这时另一个学生说：“水被盖着，威利根本看不到水”于是全班同学决定把笼子放在沙盘的中央，并把喷水壶的盖子拿走了。第二天，他们发现水位下降了，然而沙子上没有留下一个脚印，现在学生们肯定仓鼠没有喝壶中的水。格林小姐建议孩子们把一个盛水的容器放置在窗台上，每天测定和记录它的水位，然后把这些纸条标上日期贴在一张大纸上构成一个图表。几天之后，孩子们发现水位一直在下降，但是每天降低的尺度不一样，经过对“不一样”的讨论后，一个叫帕特里克的学生联想到烘干机烘衣服的情况，他就得出结论说：温度较高时水就消失得较快。此后，他们还进行了两项研究，一项是盛水容器口径大小如何影响水消失快慢的实验，另一项研究是用一把扇子在盛水容器上扇动是否会使水消失得更快。

    分析这两节美国小学科学课在教学方式上有两个突出特点：开放性和非预设性。美国小学课堂是自由的、开放的课堂，儿童可以提问、大胆发言和自由活动。可见，“童言无忌”是美国儿童在课堂上大胆发表自己看法的前提，老师也很尊重“童言无忌”。在这个课例中，乔治突然向老师提出自己的问题，尽管这个问题是出人意料的，是非预设性的，但是格林小姐果断的把乔治提出的问题或者说是生活经验转变成了一个开放性的、启发性的问题，鼓励学生对这个问题发表自己的看法。于是，儿童们的奇思妙想泉涌而出。他们不但坚持己见，还创造性的设计出一些方案来证明其看法是正确的。很显然，这些教学步骤和行为都不是教师预先设计的，而是在教师的引导下孩子们自主选择和创造的。由于孩子们都是积极、主动地参与探究问题和解决问题，因此儿童的天性、灵性在开放的课堂上得以自然释放，儿童的个性在非预设性的教学中得到了张扬的机会。

美国科学教学在教学内容上有以下两个显著特点：
1.注重实践，教学内容以动态的问题探究为主
美国小学科学课以大量的、儿童自主的探究活动为主要内容。美国教师认为每个儿童都具有天赋的探索欲望，表现为好动，好奇。因此，他们完全能够胜任探究者的角色，而美国教师则很善于作科学探究活动的激发者和指导者。在课例中，格林小姐没有对蒸发进行抽象的解释，而是指导儿童开展探究活动来获取知识。著名儿童心理学家皮亚杰所创立的发展阶段理论，将儿童的认知发展过程划分为感知运动、前操作、具体操作和抽象操作四个阶段。小学生一般处于认知发展的前操作和具体操作阶段，在具体真实的学习情境中动手操作比用抽象的语言讲授课本更加适合儿童认知发展，儿童比较容易接受亲身体验所获得的知识。在老师的指导下，学生们犹如一群小科学家围绕问题开展了“做、观、思、议”等实践活动，逐渐明白了水是如何消失的，获得了关于“蒸发”的科学知识。随后，他们还继续做了两种不同条件下的实验。复杂的、不确定的问题情境取代了先验的确定的知识，儿童的想像力和创造力在自主的、具体的学习情境中或者多样化的探究活动中逐渐凸显出来。

    2.重视儿童的体验，并将其与科学教学内容有机结合
美国科学教师重视儿童在课堂上提出的问题和已经获得的生活经验。课例中的格林老师首先果断的把乔治提出的问题转变成了一个开放性的、启发性的问题，然后巧妙地将儿童的体验转变成了引导儿童深入探究自然科学的“活”教材。她把儿童提出的问题和直接经验纳入课程实施的过程，把儿童提出的问题和亲身体验与科学知识的学习联系起来，使儿童的经验在充满趣味的、探索性的科学探究过程中与自然科学知识相互作用，生成新的知识。同时，儿童会对自然科学产生浓厚的兴趣和情感

与此相反，中国的科学教学注重基本理论多于实践。科学课程被作为知识体系传授给学生，在课堂教学中表现为粉笔加黑板进行科学教学，即使是作科学实验，教师一般都会先讲解实验目的、实验步骤，学生动手操作实践都是用相同的实验方法和仪器得出相同的结论，证明科学课本上的理论或者定律。科学活动的探索性被严重忽视，教学缺少真实有效的科学实践和问题探究。另外，由于中国的教学以考试为导向，而考试又以知识为衡量标准，导致科学教学置儿童的情感和经验于不顾，只“钟情”于科学知识。

    3.教师和学生在教学交往上的差异
    在美国小学科学课的教学过程中，师生之间的交往是平等的、真实的合作和对话。在乔治提出他在生活中发现的一个问题后，格林小姐并没有直接回答他，而是问孩子们：“水跑到哪里去了？”，这一个问题立即激发了儿童的想像力和表现欲。当玛丽的看法似乎被他们证明了以后，格林小姐紧接着向学生提出第二个问题：“你们能够肯定威利在夜里从笼子里跑出来了吗?”孩子们都表示肯定，这说明美国儿童非常自信。他们为了说服老师，从另一个角度去思考，还想出了新的办法。可见，格林小姐与儿童之间的交往与对话激发了儿童的智慧活动，引发了儿童的探索欲望，同时她给予儿童的指导和建议，为儿童学会利用正确的科学研究方法解决问题提供了很大帮助。师生通过全方位的对话、多维度的相互合作，转变和创造了课程。而中国小学科学课堂缺少真正有效的互动和交往，中国传统文化观念对此有重要影响，如“长幼有序”等观念一直被作为一种传统美德灌输给儿童，因此，中国儿童与教师之间有尊卑之分，所谓平等的、民主的教学交往常常只是表演而已。在多数情况下，教师与学生之间的对话是自上而下的“一问一答”或“一问多答”的形式，而且大多数问题只是“虚拟”的问题，只是为了让学生更好的理解知识，而不是促使学生积极思考的问题。

    从以上几个方面的比较我们可以看出，中美两国的科学教学之间具有很多可以相互借鉴之处。笔者认为，中国的科学教学有待改进。首先，要转变教学观念，科学教学应关注儿童的生命价值；其次，确立探究式的科学教学模式，加强理论与实践的有机结合；再次，构建真正民主、平等、合作的师生关系，增加师生之间以及生生之间真实有效的交往等等。.

一、儿童的科学和技术(STC)项目
    Science and Technology for Children(儿童的科学和技术)简称STC，是由美国国家科学资源中心发起，国家科学院和工程学院运作实施的一项以探究为中心的革新性科学教育项目。学校可以把全部的STC课程作为其学生的科学课教材，也可以选取其中的某几个单元渗透到现有的科学课程当中去。
（1）项目内容简介
STC项目包括24个单元，这24个单元覆盖了4个大的主题领域:生命科学、地球科学、物质科学和技术设计。

    每个年级进行四个单元课题，用以提供所有学生关于生命、地球及物质科学技术等方面的经验，同时发展学生的批判性思维和问题解决能力。STC单元给学生提供机会学习与其年龄相当的概念、技能，以获得科学的态度和思维方法。STC课程学习目标是以年级段而不是以年级安排，课程设置也为年级提供了最大的灵活性。所有STC单元可以按上图所示上下浮动一个年级。一年级的单元可以用于幼儿园。这种灵活性在四、五年级的交界变得至关重要，它们跨越了美国国家科学教育标准所规定的年级段。这样的安排，也可以使教师按照本地区或本校的具体情况做出适当的选择，有利于给学生创造轻松的学习环境，充分发挥学生学习的积极性。

(2) STC项目的特点
    ①以探究为中心
    科学探究代表一种新的科学教育方法，探究活动主要包括观察、猜测、收集信息、调查、评估实验数据；用工具收集、分析、解释信息；设计答案；解释、预测和交流实验结果。而且在《美国国家科学教育标准》中对小学、初中、高中各阶段的探究活动要求各不相同。
STC项目设计的学习流程充分体现了探究学习的思想。学习流程的步骤如下：A.聚焦：探索、查明学生对主题已经具备的相关知识。B.探索：学生能够从事对物体、组织及科学现象的探索。C.思考：鼓励学生讨论他们观察到的现象，并达成一致意见。D.应用：帮助学生讨论和应用他们在新情境中所产生的新想法。
    这些阶段是建立在对儿童研究基础上的，研究结果表明：知识是由每个学习者积极建构的，儿童只有在他们可以有自己的发现和亲自参与的实验环境中学习科学，效果才能达到最好。关注阶段主要是为了了解学生对某个主题知道了些什么，他们还想学些什么。换句话说，学习要从学生己有的知识和经验开始，即了解学生己有的认知结构，使新学的知识与学生认知结构中的知识建立起某种联系，这样才能取得最佳学习效果。探索阶段是通过一系列的活动，探究一个科学概念或科学现象。如观察、记录、制作、测量。课堂探索通常分小组进行，两个人或四个人为一组。思考阶段主要是学生们思考他们在活动中的观察结果，并把思考的结果记录在科学日记上，与同学一起进行讨论。应用阶段主要是让他们有机会将所学的新知识应用到真实生活和课程的其他领域。STC中的24个单元都是按这四个阶段来设计的。而且单元中的每一课也都设有四个学习周期。
例如，在“运动和设计”这个单元的第五课一一什么使我们的车子变慢和变快。
首先是“想一想”，让学生思考如何使车子变快或变慢，对此你还想知道些什么问题，让学生把想法记录下来；
接着“自我发现”，根据学生的需要提供给学生一些材料，如小车、木板、棉线、秒表等，给学生提供足够的自我探索的机会；
在“探究建议”中向学生提出进一步思考问题的要求；
最后把思考的结果记录在科学日记上，供同学们一起讨论.
    ②采用大量辅助教学的工具、材料和技术，鼓励学生亲自动手操作
    许多教育者发现学生通过“做”可以学得更好，尤其是在科学课程上。STC课程贯彻了这一思想，学生将使用日常生活的材料参与各种各样的令人兴奋的活动，同时学会使用基本的科学仪器。每个STC单元都附有一个大塑料袋，里面装有：
教师指导手册：为教师提供了具备一定深度和细节的教学指导；
学生活动手册：指导学生按课程要求进行操作、实验；
材料和工具：由专门的课程资源公司设计制作，为活动的开展提供保障。
…
    此外，还有多种类型的技术、工具在教学中使用。例如，用来表明概念应用到现实生活的模型；帮助学生使用科学知识的探究和实践的工具；以及因特网共享社区提供的在线学习资料；还有用以信息查询的光盘和网站；用来促进学生科学思维的问题解决工具；鼓励学生进行创造性活动所使用的工具；以及一系列数字化和电子化的工具等。
    ③科学课程与其他科目内容相互渗透
    STC项目鼓励多领域的课程学习，如学生用写作来记录其实验结果，这也是发展其语言技巧的一种有效方式。课程也注意学生技术设计能力的培养。作为对通过科学探究培养出的能力的补充，STC课程设计了一些既有挑战性又适合学生发展水平的活动来培养技术设计的能力，包括发现和描述问题的能力，设计解决方案、实施解决方案并评价解决方案的能力，针对问题、设计和解决方案进行交流的能力。

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二、.充分选择自由的科学系统(FOSS)项目

    FOSS是Full Option Science System(充分选择自由的科学系统)的缩写形式。它是在美国国家科学基金会(简称NSF)支持下，由Lawrence基金会(简称LHS)开发的一个初级科学课程项目。该项目以多感觉学习和儿童是怎样思维的学习理论为指导。它结合了过去一些成功的研究成果，例如，动手探究和现代的一些科学方法〔如多感官观察和合作学习等)。

（1）项目内容简介








  (2) FOSS课程的特点
    ①具有科学的理论基础
    FOSS项目是建立在当今一些合理的科学研究基础之上的：脑是如何工作的？人是如何进行思维和学习的？知识与我们对周围世界的理解有什么关系？FOSS将这些理论研究结果运用到适当的课程中，并对学习活动进行了精心的安排，以便使学生很容易的就掌握了新的概念。每一发展阶段都有典型的例证说明学生能够学什么和喜欢学什么。
    例如，地形模式这一单元，研究者研究了不同年级水平的学生画熟悉地区(例如教室、操场)俯视图的能力。研究表明三年级小学生经常画物体的侧面图(从他们的观点来说的)而不能容易的把侧面图转化成俯视图或用符号表示。辅导之后，学生仍然保持侧面描述而不是俯视图。四年级学生经常用一个混合的描述方式来画图，一些是俯视的，一些是侧面图。五年级学生很容易地从俯视的角度想象出和描述出某一区域，即用符号描述物体。这一基础研究为FOSS地形活动的设计提供了支持。
    FOSS明确了在什么时期或年龄阶段使教学内容得到最佳的传授。在每一节课或每一次指导中，学生不是要学习到什么重要的概念和观点。在学生能够理解进化论、板块构造论、元素周期表、经济理论、DNA、数学证明等重要概念之前，他们需要逐年积累一些相应的经验。重要的是学习迁移的顺序，而不是年级或年龄水平。FOSS不是“加速”学生的发展或“加深”对先前概念的理解，而是使学生学习变得更加有意义、更加高效、更加有趣。使学生能够通过将依次学习到的知识与先前的知识联系起来，逐级的建构对某一事物的有关概念的理解。
    ②以完全开放的活动为主，突出科学探究
    FOSS活动是一个多感官共同参与的活动。每个活动都是多种感觉(视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉)共同作用的结果。不仅让学生去动手做而且鼓励学生用耳听，用眼睛观察等，把所有感官调动起来，增加儿童大脑信息获取的途径。另外，FOSS活动没有统一的模式，每一活动也不遵循统一的步骤，可以说每一个探究活动都是“特别”的、“唯一”的。
    对学生来说，每一个活动都是不同的经历。这样就保持了学生的新奇性和参加活动的积极性。活动的设计也注重了学生的兴趣和主动参与。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。自始至终学生是活动真正的主体。
    在活动中，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，有利于促进师生之间的交流。教师主要起“穿针引线”的作用。
    FOSS活动一般以3-4人为一组，提倡科学探究活动的团队精神。每个结论都要得到小组成员的一致同意，作为小组共同的成果。学生通过探究活动取得成果时也往往有很大的满足感和成功感。这样也有利于培养学生的集体观念，同时学生在小组中又能获得同伴的认同感和自己的存在价值，以及从其他同伴那里学到许多东西。FOSS正是以这种完全开放、积极动手做科学的形式，给学生更大、更自由的科学探究空间。
    ③内容安排的灵活性和与其他学科的兼容性
    FOSS课程的设计是相当灵活的。每个FOSS单元都可按图表所示上下浮动一个年级。这样教师可以根据本地区或本校的实际情况安排教学内容。学生在学习内容选择上也获得更多自由。
    此外，FOSS是非常注意科学与其他学科(如语言、数学、社会研究、艺术、音乐等)的联系。体现在单元探究活动中的反思活动、词汇解释、数学发展、延伸与应用、科学故事阅读等部分。上述部分并不一定都包含在活动中，它们是逐次出现的，每个年级的学生发展不同的技能。1-2年级只出现科学拓展部分，3-4年级才出现反思活动、词汇解释、语言发展、数学发展、延伸与应用，5-6年级开始出现科学故事阅读。下面是一个具体事例。
    例如，在“模型与设计”单元活动3一一“奇特的玩具车”中，学科拓展部分是这样进行的：让学生研究汽车发展史上的一次技术进步，看一下是谁在什么时候对汽车进行改进的；让学生为全班做一次报告或者让学生在报纸上刊登一则广告，讲述一下该玩具车的造型和特征，并销售他们的玩具车，或从汽车经销商那里拿一些宣传的小册子，让学生阅读并比较各汽车模型的特征来进行语言拓展。
    “3名学生得到了一些制作玩具车的较大的轮子，轮子的周长为150cm(直径为48cm ),轮子通过4个齿的齿轮与轴毅结合在一起。他们使用8个齿的齿轮来驱动玩具车，8个齿的齿轮转动一周，轮子能行走多远？”这样的“本周问题”来进行数学拓展；另外还有让学生设计精美的演讲海报来拓展艺术等等。
    ④广阔的科学领域
    FOSS K-8年级共有36个单元涉及到生命科学、物质科学、地球科学、地球与宇宙科学及物质科学与技术6个科学领域。FOSS不仅包含的内容广泛而且注意了内容的深度，有别于美国以往内容广泛但浅显的科学课程。
    ⑤注重家庭与学校的联系
    在“新植物”单元活动4鳞茎和根中，让学生种植一些鳞茎来美化教室并建议学生在家中与父母一起种植一些鳞茎植物，把它们作为情人节或母亲节的礼物。还让学生把讲解提纲带回家，让家长帮助他们进行班级讲解练习，或者家长为学生提供一些探究活动必要的材料，帮助学生在家里制作海报等。
    此外，学校还请家长到学校来一起参加科学探究活动，让家长了解他们的孩子是如何学习科学的。这些活动促进了学校与家长的沟通和理解，有利于课程的实施得到家长的支持和配合等。

    ⑥渗透人文关怀
    FOSS为教师配备了《教师指导用书》，为教师提供科学背景知识、详细的课程计划、评价方法及资料列表等等。工具箱为教师和学生准备了实验仪器、参考书、光盘、图表、地图等等，还有供学生单独或小组共同观看的多媒体CD-ROM，以及给学生提供阅读、想象和数据参考的活动指导用书等等。以期让教师和学生更好的发挥出他们的能力。
另外，FOSS为不同情况的学生(如身体有残疾的、视力受损害的、具有文化差异的)做了详尽的考虑，使他们也能正常地学习。此外，FOSS还通过自己的网站为教师和学生提供网络服务，如免费下载教学课件或直接进行网上学习等

[ 本帖最后由 ououmama 于 2009-5-7 07:34 编辑 ].

三、美国科学探究教学对我国的启示
1探究活动的设计要有科学的理论作指导
    从上面两个典型的以科学探究为主的项目来看，一个成功的探究活动设计要有科学的理论为指导。例如STC项目探究活动的设计就是以对儿童的研究和美国国家科学课程标准为指导。FOSS项目探究活动的设计建立在现代脑科学研究新成果之上：
  ●脑是如何工作的?
    ●人是如何进行思维和学习的?
    ●知识与我们对周围世界的理解有什么关系?
    FOSS将这些理论研究结果运用到适当的课程中，并对学习活动进行了精心的安排，以便使学生很容易地就掌握了新的概念。每一发展阶段都有典型的例证说明学生能够学什么和喜欢学什么。只有依据科学理论才可以使学生在有限的时间里高效地学习知识，学会应用知识。脱离科学的理论指导，盲目的设计探究活动或进行其他教学活动，只能费力费时，而得不到预想的效果或适得其反，也不利于学生的成长。因此，教师在设计科学探究活动时应该在科学的理论指导下，结合其他相关研究成果科学的设计教学活动。
2.科学探究是硬道理
    科学探究教学已越来越成为科学课程的重要组成部分，科学探究的理念也己经深入人心。而物理学习的主要目的不仅仅是掌握物理知识，更重要的是让学生通过学习物理知识，学会学习，学会探究，培养科学素养。学生在进行科学探究时不仅能产生浓厚的学习兴趣，而且还能感受到自己的失败与错误。通过纠正错误，逐步走向正确，真正体会到成功的喜悦，感到自己的存在价值。意义不能给予，只能发现，富有探索性的物理学习实践是发现物理现象背后意义的关键，亦是科学素养形成的过程。当然，科学探究并不是唯一的学习方式，教师可以根据自身、学校、学生的实际情况选择适合的学习方式。但通过世界各国科学课程改革的实践，科学探究确实是学生学习科学知识的最有效途径之一。
3.注重培养学生的各种能力
    不论STC项目还是FOSS项目，都非常注重在科学探究活动中综合地培养学生的各种能力。例如STC项目在探究活动中就注意培养学生的语言、艺术、社会研究的能力等等。FOSS通常围绕一个主题整合了语言、数学、社会等各领域的学习。FOSS项目在科学探究活动中通过一系列的拓展活动来综合地发展学生的能力。每个探究活动主题之后都有一篇阅读材料，让学生了解相关的背景知识，发展学生的阅读能力；有的探究活动通过让学生为自己的“产品”设计海报或宣传画来发展学生的语言和艺术能力等等。
    例如，在“树”这个主题单元中，让学生观察春天、夏天、秋天、冬天的树，口头或书面表达树在不同的季节的变化(发展语言能力)，画出不同季节的树(发展艺术能力)，和测量不同季节树干的周长〔发展数学能力)等等。
    科学探究活动的设计实际上是一个综合的“工程”。要从学生成长的长远目标来宏观地考虑，突破学科的界限，立足本学科，综合地发展学生的各种能力。
4.充足的课程资源作支持
    设计的科学探究活动能不能得到有效的实施，其中关键的一条就是有没有充足的课程资源作支持。STC、FOSS项目都为教师提供了很好的后备支持。例如，每个STC单元都附有教师指导手册、学生活动手册、材料和工具，为教师和学生解决后顾之忧。教师指导用书是FOSS教材中最重要的部分，是上百个教育者的聪明才智和经验的集中体现。工具箱为班级提供了整理好的高质量的材料。教师备课所需的录像展示了经验丰富的教师怎样为每一个活动做准备的情况，为教师备课提供了参考。科学故事、阅读材料可以丰富学生的科学体验，提升学生对科学概念和观点的理解。网站则为教师、学生和家长建立了联系和交流的纽带。科学探究活动在设计时要考虑到现有的课程资源，使课程资源得到充分的利用。同时我国也应大力开发课程资源，使教师和学生在开展科学探究活动时减少后顾之忧。
初步实践研究表明科学探究活动在设计时主要有以下几个问题：
1.怎样设计科学探究活动的情景假设
    假设的类型包括预测性假设、相关性假设与因果性假设。预测性假设是对事物或者现象存在的某些情况，特别是与众不同的情况或者差异情况进行的推测判断。相关性假设主要是对事物或现象之间的相互关系进行推测，一般情况下，如果事物或现象之间的关系不够明确，可以用相关性假设。这里的关系主要是相互影响的方向(正面影响，还是负面影响)、程度(影响的程度大小)。因果性假设是对事物或现象之间的相关关系中，比较突出的因果关系进行的推理判断。如“轨道的设计对小球下落速度的分析”等等。当然，有些科学探究活动涉及到的研究具有综合性，可能包括上面的两种或三种假设。
2.科学探究活动研究方法的设计
    研究方法主要是指：你需要找到相应的证据，来证明假设的各种方法。证据就是能够在不同方面确定事实或现象的资料，很多研究方法就是帮助你收集资料(证据)的手段，如观察、考察、访谈、文献研究、问卷调查、模拟实验与实验等等。研究方法的设计主要是依据不同科学探究活动的特点，选定适当的研究方式与资料收集方法，如观察法、问卷法、访谈法等。
3.进行科学探究活动的条件
●物质条件
包括实验设备、考察或调查的工具（如放大镜、望远镜、标本盒）、研究记录本或录音机、照相机、外出交通工具等等。
●人力条件
包括研究者与合作伙伴的已有知识、技能和经验，还包括访谈或调查对象、研究者的时间与精力、能够找到这一领域的专家担任顾问等等。
●财力与信息
研究需要的费用（购买实验器材、印制卡片或问卷等）、计算机互联网、图书资料中心等等。
    最佳的设计方案应该用最少的时间、最少的费用，设计的探究活动最有成效。这需要教师发挥创造力，尽可能优化探究活动的设计，创造条件来完成科学探究。
4.科学探究活动的“作业”形式
“作业”的形式一般包括:观察报告、小论文、制作PowerPoint幻灯片报告自己的发现、制作网页或者用传统的方法，制作板报、手抄报等。
4.1科学探究活动设计的定议
1.注意灵活性
2.注意调动学生的多种感官
3.加强有挑战性的提问和相互之间的交流
4.让学生自己去“发现”
5.注意探究活动的新奇性
6.发展学生的综合能力
7.注意科学探究活动的循序渐进
4.2科学探究活动设计的原则
1.符合学生认知特点
2.手、脑并用，突出科学探究
3.强调学生自主性
4.简便易行.

2009年01月07日 来源：解放日报　
昨天召开的上海市未成年人科学素质行动工作会议传出信息：今年起，上海中小学的科技老师将陆续收到一份实用操作手册，针对不同年龄段学生的特点，开展不同的科学教育。
　　这个名为“科学素养导航图”的项目，是今年上海市未成年人科学教育的主要工作之一。市科协有关部门将组织专家，制订符合上海科学教育实际情况和学生年龄特点的“操作手册”，并对试点学校的科技教师进行相关培训。.

　要使我们的科学教育走向科学、高效，需要课程设计者们研究学生科学素养发展的进程图，需要研制能较准确反映学生科学素养水平的评价工具，更需要教师不断提升自己的科学素养，以完成对学生科学素养的培养。.

自2001年国家义务教育3-6年级和7-9年级科学课程标准实验稿颁布后，我国原来的自然或自然常识课开始改为科学课，并提出把培养学生的科学素养作为科学教育的宗旨和目标。经过8年科学教育的探索和实践，以学生为主体的合作探究的教学理念已逐渐转化为大多数科学教师的教学行为。但真正实现以培养学生科学素养为目标的科学教育还难成常态，这可能与科学教师自身的综合科学素养比较欠缺有一定关系。
　　怎样使科学教育走向真正的科学，促进学生和教师科学素养的共同提高？美国科学教育同行们研究编制的《科学素养的导航图》，能启发我们思考如何实施科学的科学教育。.

　　我们都知道，在上世纪80年代，美国启动了一项面向21世纪、致力于科学知识普及的中小学课程改革工程——“2061计划”，并相继出版了一系列关于科学教育改革的文献——《科学教育改革的蓝本》、《面向全体美国人的科学》、《科学素养的基准》、《科学素养的导航图》等。在1989年《面向全体美国人的科学》出版后，“2061计划”的设计者们意识到，要实现该书中制定的成年人应具有的科学素养目标，需要研究从儿童到成人形成科学素养的发展过程，即描述学生如何理解科学（包括数学和技术）概念和培养科学探究能力。《科学素养的导航图》用近百张概念进展图，清晰地阐述了如何达到这些认知步骤以及这些认知步骤之间概念性的联系。
　　这些导航图由“基准”、“年级范围”、关联图线和连接箭头组成。导航图中所包含的年级范围以及其中的基准可以作为选择课程内容的依据。虽然基准本身并不能直接作为课程内容，但它却是选择课程内容所要指向的更为具体的目标或概念。连接箭头用来表示基准与基准之间的关联，在导航图里，一个基准可能有助于另外一个基准的实现，也可能有助于多个基准的实现。相应地，一个基准的实现有时可能需要多个基准的支持。因此，我们在导航图中可以看到有的从一个基准引出不同的几个连接箭头，有的几个连接箭头导向了一个基准。有时这种箭头是双向的，表示基准间的支持是相互的。另外，基准之间的连接并不只限于单个图集内部的纵向联系，还包括不同主题图集之间的横向连接。
　　美国同行们研究绘制科学素养的导航图，告诉我们这样的信息：学生科学素养的形成具有顺序性和连贯性，而且是综合发展的。从初级学校到高级学校，学生的学习都是建立在他们以前所学的基础之上的，现在的学习，将为以后的学习作好准备。为了帮助学生获得良好的科学素养，教育者需要先了解学生在不同的年级，甚至是不同的学科之间所学概念和技能如何依赖于或者支持其他概念和技能，否则教师教给学生的不过是一堆孤立、贫乏、难以理解的概念。教学是一个需要连贯性和顺序性的活动，后继的课程内容必须以先前的内容为基础，才可形成累积效应。仔细分析以往的科学教材，很大的缺点是缺乏连贯性：许多教材只是简单地列出数百个概念，但并没有将它们用理性的方式串联在一起。如果设计课程时，能考虑到不同年级内容的概念与技能之间的连接，尤其是不同学科、领域的概念之间的联系，那么，设计出来的课程将具有更强的综合性，也必将更有利于学生科学素养的形成和发展。.

　　加涅的学习层级理论认为，教学终极目标的完成，应建立在不同层级的基础上，即教学要在“最近发展区”内展开。美国科学教育的同行研制《科学素养的导航图》，揭示各主题下科学概念之间纵向和横向的联系，以及各主题之间的联系，正是为了寻求显示出学生的“最近发展区”，显示出学习者学习这些内容时理解的进程——在学习中，对一个基准的学习需要准备什么，以及应强化什么来支持后面的学习。把孤立的基准建立起意义联系，就能使教育者了解这些基准来自哪里，导向哪里，又如何与其他基准相关，从而深入地理解作为既定学习主题的基准内容的意义，教学目标就有可能明确而清晰。
　　那么，学生科学素养发展的路线是依据什么制定的呢？“2061计划”的设计者在研制科学素养的导航图时特别强调：“如果我们将精力放在选择或发明的活动，以及凭直觉将它们置于不同的年级水平中，那么我们将会缺乏‘2061计划’所期望的创新品质。这项工作不仅要思考整个学习流程，包括概念间主要的联结，也要去研究最有利于学生沿着这些路线发展的学习经验。”因此，科学素养的导航图中各基准间的关联，是基于学科间逻辑关系的思考和对于学生如何学习的认知研究的基础上作出的。通过相关的认知学研究，帮助确定某一概念进展的重要先决条件。例如，要想让学生学习地球的形状，认知学研究表明，重要的是应让学生们有一个关于地球引力的早期概念，以理解地球上的人为什么不会自己摔倒。因为如果一开始就直接告诉学生有关地球形状是球形的知识，学生则无法解释人站在圆球上为什么不会摔倒。这时，虽然儿童可能会说地球是圆的，但他们理解的是像烧饼那样的圆形而不是成人所说的球形。即便年龄大些的儿童可能承认地球是球形的，他们也还会想像成人类是居住于球体的中央，是生活在球中间的一片平坦的土地上。
　　所以，当教师一旦选定了期望学生学习的某一主题内容后，首先就要研究、思考该教学主题需要什么样的概念支持或确定哪些概念会对教学有帮助，也就是需要了解学生已有的前概念，并确定它的适当发展水平，然后设计概念发展的路径——即引导学生循序经历一个个指向概念发展方向的关键经验活动。.

　
　　教学评价是为了全面、准确地反映学生的科学素养发展水平，引导科学课程的实施，促进学生和教师的发展。教学评价具有很强的导向功能，评价方法的不同会直接导致不同的教学目标追求。
　　科学素养的导航图是“2061计划”用于课程开发、教学评价的一个重要组成部分，图谱集中的很多图最初被开发出来就是去支持“2061计划”中的课程和教学材料评价的。在评价教科书时，导航图帮助评价者分析，计划的教学是否针对了特定的基准或是在相同大主题下的一些内容，并且检测它是否以一种适当的发展水平呈现，即评价课程设计是否良好。当用作评估分析教学效果时，导航图用以帮助判断何时适合评价某一特定技能与概念，以及学生为何会在学习中遇到困难。美国科学教育的同行们，花多年的时间和精力研制科学素养的基准及素养发展导航图，是为了更有效地评估学生在科学素养方面取得的进步，引导评估测试人员编制的试卷和测试材料，更侧重考查学生在理解能力增长的过程中处于何种位置，而不是让学生去识记某些撮合在一起的缺乏内在联系的观点。相比我国现阶段的科学教学评价，虽然已不局限于考查学生的基础知识和基本技能，还考查学生的科学态度、情感与价值观，以及科学探究的过程、方法与能力，评价方法也不只限于纸笔测验。但评价的主体内容很大程度上仍囿于教材（或课程）设置的内容，即教材中编了什么，教师教什么；教师教了什么，学生就考什么。这样的评价，很大程度上是把评价视为教学结果与课程内容目标相对照的过程，而没有真正把学习主体科学素养发展的要求和需求以及达成的水平作为评估内容。
　　教学总是会受到教学评估内容、测试方法的影响，如果教学评估测试不能有所改革和发展，那么科学教学将很难从对事实和定义的教学转到对科学的概念性理解。教育也总在寻求什么是“基础”，但人们对此并不容易达成一致。然而，科学教学人员和教学评估人员应思考和理解什么是科学的“基础”。美国《科学素养的基准》中说道，倘若能够认识到这个“基础”的内涵，包括科学推理，包括科学家用来描绘世界运动原理的要素、数学家所使用的概念，以及技术世界如何与科学和社会相联系的内容，那么，学校的科学教育就有可能将重点放在那些可以使学生卓有成效地获得活生生的概念和技能上。.

　　科学教育的目标是为提高学生的科学素养，而学生科学素养的提高，有赖于教师自身的科学素养。教师在科学课程实施中有着重要的地位和作用，正如美国《国家科学教育标准》所指出的：“教师是教育的核心。”在美国，《科学素养的导航图》被作为科学师资培训的教科书。他们指出，不论职前还是在岗教师，阅读学习导航图都可以获得如何帮助学生达到基准的方法途径，而且认真地学习进展图中各基准内容之间的联系，还可丰富自己的知识，强化自身对基准意义的理解。对照导航图中的素养基准，我们会发现，很多要求9至12年级学生形成的素养基准，科学教师是不具备的，而对于基准间的相互关联和概念发展的方向更是知之甚少。尤其是我国的小学科学教师，大多是中等师范学校毕业，本身没有接受过高中的自然科学教育，即便是现阶段师范院校毕业的教师，也几乎没有接受过科学教育专业学习，因为现阶段全国各地的师范学院很少有开设小学科学教育专业的。
　　另外，我们自身在过去接受自然科学教育时，一直就缺乏科学探究的体验，科学探索素养更是先天不足。美国《科学素养的导航图》的“科学探索”章节绘制了“科学探索中的证据和推理”、“科学调查”、“科学理论”、“避免科学偏见”等多个主题的素养基准进展图，我们仅对照其中“避免科学偏见”进展图的素养基准要求，就会发现许多观念我们以往是不可能意识到的。比如，“人类的期望、情绪和先前的经验可以影响他们理解新概念和新思想。人们倾向忽略那些对他们的信念构成挑战的证据，而接受支持他们的那些证据”、“为了避免观察中的偏见，科学研究有时要使用那些并不知道结果的人作为观察员”，等等。即便美国科学教育同行们认为诸如“推理可能会被强烈的感情歪曲”、“在作解释时，有一种危险是，选择的人只选取那些能显示自己期望结果的数据”、“人们对观察结果的期望常常会影响实际观察到的结果。对于在某特定环境下必将发生什么的强烈信念，会妨碍人们去察觉其他的结果”等在幼儿园和小学阶段就应该达到的素养要求，或许我们很多教师也未必有体验或认识。
　　从现实角度讲，科学教师迫切需要提高自身的科学专业知识素养，尤其要提高科学探索能力素养。提高教师自身的科学素养，可以通过阅读学习科学专业书籍、进行更多的科学探究来实现。当然，也可通过阅读《科学素养的导航图》，获得更多的科学知识，增加对科学探究过程的认识，增强对科学探究的理解。还能够以《科学素养的导航图》中的一幅幅进展图为参照，针对本班学生实际去自行构建特定学习目标的进展图。这或许是提高教师教学水平和能力非常有效的方法。

　　总之，要使我们的科学教育走向科学、高效，需要课程设计者们研究和描绘学生科学素养发展的进程图，需要研制能较准确反映学生科学素养水平的评价工具，更需要科学教师不断提升自己的科学素养以完成对学生科学素养的培养。（中央教科所访问学者 姜向阳）.

这几个帖子围绕的是科学素养导航图，美国专门出版的为2061年计划服务的指导性图书。       导航图基本上使用了图来连接各个年级、各个学科的概念，使得美国的科学课程---(培养全民科学素养为目标，以2061年为目标年。跨物理、化学、生物、地理等单纯学科）系统化，图示化。思路清晰。
该书美国科学促进协会著，中国科学技术协会译，科学普及出版社2008年9月出版，上海书城有售，对于家长从整体上把握孩子的学习体系有帮助。中国相应的有2049计划。.

太好了。我在书城浏览了一下，嫌贵了没买。该书特色是体系化、图示化、跨学科、权威性。.

“2061计划”系列著作包括：《面向全体美国人的科学》、《科学素养的基准》、《科学教育改革的蓝本》、《科学素养的导航图》、《科学素养的设计》、《科学素养的资源》（3卷，包括专业的发展、课程教材和评估）等.

个人觉得没有必要买2061计划有关的那么多书。搞到上海的操作手册，（见14#帖），会对孩子学习自然科学有指导意义，便于家长辅导孩子，在生活中进行系统地引导。.

估计过一段时间会公开出售。.

有自然课，牛津上海版，并且可以选修科学与技术（上海教育版）。
教法灵活，启发式，引导孩子去自己发现问题，课堂也很活跃。.