編者按

以核心素養(yǎng)為綱的義務(wù)教育新課標(biāo)，強(qiáng)化學(xué)科實踐，注重“做中學(xué)”，引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)科探究活動，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、建構(gòu)知識、運用知識的過程，體會學(xué)科思想方法；要求以學(xué)科實踐為抓手，探尋把知識轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的機(jī)制和原理，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)培育。學(xué)科實踐旨在促進(jìn)學(xué)生理解、運用與轉(zhuǎn)化學(xué)科知識，是學(xué)科特有的實踐，是構(gòu)建新型教學(xué)方式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本期聚焦“學(xué)科實踐”話題，遴選3篇文章，以饗讀者。

［摘要］ 從科學(xué)探究的本義及其不同方式的理解中，分析科學(xué)教育教與學(xué)“講授—探究—實踐”嬗變的意蘊。從實踐的“認(rèn)知—改造—融入”行為特性中，梳理出實踐的內(nèi)容、內(nèi)涵及分學(xué)科教學(xué)跨學(xué)科實踐的含義，提出以研究和設(shè)計為中心實施學(xué)科實踐的“體驗—實踐—抽象”三環(huán)節(jié)的路徑。

［關(guān)鍵詞］ 科學(xué)事業(yè)；科學(xué)與工程實踐；跨學(xué)科實踐；研究和設(shè)計為中心

物理、化學(xué)、生物學(xué)等科學(xué)教育學(xué)科在2022年課標(biāo)中都提出了“跨學(xué)科實踐”或“跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”。從2011年課標(biāo)的“科學(xué)探究”到2022年課標(biāo)的“實踐”，這種發(fā)展演變有何深層意蘊？現(xiàn)從理解科學(xué)事業(yè)的角度闡述科學(xué)教育學(xué)科實踐的內(nèi)涵與教學(xué)。

一、講授—探究—實踐：科學(xué)教學(xué)的嬗變

（一）科學(xué)探究本義及其不同方式的理解

科學(xué)中的探究是科學(xué)知識的形成過程。一個科學(xué)家注意到自然界中一個不尋常而有趣的現(xiàn)象，表現(xiàn)出好奇，產(chǎn)生疑問并投入其中；他從已有的專業(yè)知識背景中提出更加集中的科學(xué)性問題；他使用技術(shù)和數(shù)學(xué)方法進(jìn)行探索，收集數(shù)據(jù)和信息，進(jìn)行分析與歸納，比較先前的研究成果，進(jìn)行邏輯推理形成證據(jù)，基于證據(jù)構(gòu)建模型解釋現(xiàn)象回答問題，并在評估檢驗后增加解釋以達(dá)成自己的觀點主張；他基于證據(jù)和推理，創(chuàng)造新的科學(xué)語言，詳盡闡述其觀點并公開發(fā)表；更多的科學(xué)家依據(jù)各自的學(xué)科專業(yè)知識背景，在新證據(jù)的基礎(chǔ)上延伸或修訂原來的解釋，相互交流自己的假說、思想和觀點，作為可能的政策咨詢來源，從而形成方法、規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)，以及那些今天被我們認(rèn)定的科學(xué)知識。如是，科學(xué)探究是人類循證解釋的社會性認(rèn)知行為。

“探究”一詞在整個科學(xué)教育中被廣泛使用，存在多種不同方式的理解。探究有時會與任何動手體驗混為一談，但動手體驗并不一定會產(chǎn)生有意義的體驗，幫助學(xué)生參與科學(xué)概念的建構(gòu)、認(rèn)知及社會聯(lián)系，而且探究也并不一定要動手體驗，比如學(xué)生可以通過歷史案例研究或不同文本的比較來進(jìn)行探究，而無須開展實驗活動或進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。現(xiàn)實中，往往把課堂科學(xué)探究等同于學(xué)習(xí)“科學(xué)思維方法”“科學(xué)實驗方法”，這些被科學(xué)方法主導(dǎo)的、教條化的課堂探究簡化掉了對真實科學(xué)研究意義重大的部分，導(dǎo)致將科學(xué)探究縮減為層次更低的實驗探究，并且探究與現(xiàn)象、內(nèi)容相分離，被等同于傳授和套用步驟，致使活的探究變成“執(zhí)行教師設(shè)計好預(yù)先計劃結(jié)果的探究方案，收集數(shù)據(jù)后全班匯報分享”的一種“烹飪書”式實驗操作，或者把探究設(shè)計成“擰螺絲”一般的動手裝配活動。

（二）探究變?yōu)閷嵺`，更好地詮釋科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)教育的基本目標(biāo)之一是培養(yǎng)能夠理解科學(xué)本質(zhì)的人。對科學(xué)本質(zhì)的基本理解是：科學(xué)是人類的奮斗事業(yè)；科學(xué)研究使用多種方法；科學(xué)知識基于經(jīng)驗證據(jù)；科學(xué)知識可根據(jù)新的證據(jù)進(jìn)行修訂；科學(xué)模型、規(guī)律、機(jī)制和理論能夠解釋自然及人工智能現(xiàn)象；科學(xué)是一種認(rèn)知方式；科學(xué)知識假設(shè)在自然系統(tǒng)中具有一致性；科學(xué)回答關(guān)于自然和物質(zhì)世界及人工智能世界的問題。深入探究科學(xué)是人類奮斗事業(yè)的價值所在。2013年，美國公布了《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS），強(qiáng)調(diào)跨領(lǐng)域共同概念，促進(jìn)學(xué)生參與科學(xué)與工程實踐，加深學(xué)生對學(xué)科核心概念的理解。NGSS以復(fù)數(shù)形式的“科學(xué)與工程實踐”為核心，旨在更好地闡述和拓展科學(xué)“探究”的含義，以及其所要求的在認(rèn)知、社會和自然規(guī)律方面的實踐范圍，與所有基于探究的科學(xué)教學(xué)方法一樣，期望學(xué)生親身參與實踐而徹底理解科學(xué)的本質(zhì)，而非僅僅通過間接學(xué)習(xí)，了解科學(xué)知識。

參與實踐可以讓學(xué)生從整體上理解科學(xué)事業(yè)?？茖W(xué)既是一個歷史積累的知識體系，代表了對自然系統(tǒng)的當(dāng)前理解，也是用來提煉、闡述、修訂和擴(kuò)展這些知識的實踐過程。如果沒有親身體驗科學(xué)實踐，學(xué)生就無法理解科學(xué)實踐，也無法充分理解科學(xué)知識的本質(zhì)，更不能理解科學(xué)事業(yè)。各學(xué)科科學(xué)知識唯一一致的特征是，科學(xué)知識本身可以根據(jù)新的證據(jù)進(jìn)行修訂。在基礎(chǔ)教育的課堂上，問題是如何解釋自然世界，以及什么構(gòu)成了充分的、基于證據(jù)的科學(xué)解釋。參與實踐獲得的見解有助于讓他們認(rèn)識到，科學(xué)家和工程師的工作是一項創(chuàng)造性的奮斗事業(yè)，它深深地影響了人們生活的世界；科學(xué)和工程可以為應(yīng)對當(dāng)今社會面臨的許多重大挑戰(zhàn)做出貢獻(xiàn)，如尋找足夠的能源、預(yù)防和治療疾病、維持淡水和糧食供應(yīng)、應(yīng)對氣候變化等。但當(dāng)前主要關(guān)注的是科學(xué)事實，而不了解這些事實是如何建立的，或者忽視科學(xué)在世界上的許多重要應(yīng)用。這樣的教育歪曲了科學(xué)，并邊緣化了工程的重要性。技術(shù)和工程是滿足人類需求、求知欲的手段。科學(xué)性問題如果沒有延伸到工程、技術(shù)，以及日常生活和社會發(fā)展的環(huán)境中，學(xué)生的探究學(xué)習(xí)就會缺乏收集數(shù)據(jù)的豐富手段和廣泛基礎(chǔ)，導(dǎo)致解釋的證據(jù)牽強(qiáng)附會和以偏概全，形成有缺陷的探究。人類的創(chuàng)新行為更多地體現(xiàn)在改造自然的工程設(shè)計和技術(shù)迭代中，脫離了工程和技術(shù)，就是對探究的社會性認(rèn)知行為缺乏全面理解，也就缺乏了創(chuàng)造之源泉。

二、認(rèn)知—改造—融入：學(xué)科實踐的內(nèi)涵

（一）科學(xué)與工程實踐的內(nèi)容和特征

NGSS中的科學(xué)與工程實踐包括：提出科學(xué)性問題和定義工程性問題；開發(fā)和使用模型及原型；規(guī)劃并開展調(diào)查研究；分析和解讀數(shù)據(jù)；使用數(shù)學(xué)和計算思維；建立對現(xiàn)象的科學(xué)解釋和設(shè)計解決工程問題的方案；參與基于證據(jù)的論證；獲取、評估和交流信息。這八種實踐描述了科學(xué)家用來研究與建立有關(guān)整個世界的模型和理論的主要的科學(xué)實踐，以及工程師用來設(shè)計和建造系統(tǒng)的一套關(guān)鍵的工程實踐，它們并不是分離而孤立運作的，而是有意地被重疊和互連，往往被依次展開，但也可以跳躍或返回。例如，“提問”的實踐可能帶來“建模”或“規(guī)劃和進(jìn)行調(diào)查”的實踐，反過來也可能帶來“分析和解釋數(shù)據(jù)”?！皵?shù)學(xué)和計算思維”的實踐可以包括“分析和解讀數(shù)據(jù)”的某些方面。論證是就解釋和設(shè)計解決方案達(dá)成一致意見的過程。在科學(xué)中，基于證據(jù)的推理和論證對于確定自然現(xiàn)象的最佳解釋至關(guān)重要。在工程中，需要推理和論證來確定設(shè)計問題的最佳解決方案。如果學(xué)生要了解科學(xué)家生活的文化，以及如何應(yīng)用科學(xué)和工程造福社會，那么學(xué)生參與科學(xué)論證就至關(guān)重要。因此，論證是一個基于證據(jù)和推理的過程，可以得出科學(xué)界可接受的解釋和工程界可接受的設(shè)計解決方案。科學(xué)界的論辯超出了在解釋與設(shè)計解決方案方面達(dá)成一致的范圍?？茖W(xué)家和工程師在調(diào)查研究一種現(xiàn)象、測試設(shè)計解決方案、解決測量問題、建立數(shù)據(jù)模型和使用證據(jù)評估觀點時都會進(jìn)行論證。閱讀、解釋、制作科學(xué)與技術(shù)文本是科學(xué)和工程的基本實踐，能夠幫助學(xué)生培養(yǎng)清晰而有說服力的溝通能力。

（二）實踐的內(nèi)涵體現(xiàn)于循證和創(chuàng)新

教育上的實踐是一個學(xué)生“認(rèn)知—改造—融入”的過程。學(xué)生參與科學(xué)實踐有助于他們理解科學(xué)知識是如何發(fā)展的，這種直接的參與使他們能夠理解用于調(diào)查研究、建模和解釋世界的各種方法，探索未知并解釋現(xiàn)象，不斷論證、重構(gòu)概念，從而達(dá)成對科學(xué)世界的一致理解，這是一個社會性的群體認(rèn)知行為。學(xué)生參與工程實踐同樣有助于他們理解工程師的工作，以及工程和科學(xué)之間的聯(lián)系，同時促進(jìn)他們理解科學(xué)和工程跨領(lǐng)域的共同概念，在認(rèn)知的過程中構(gòu)建模型、創(chuàng)建原型、設(shè)計解決問題的方案，創(chuàng)造出自然世界中沒有的事物（比如手工作品、工具、文本、軟件等），這也是一個能動的改造自然的過程。學(xué)生經(jīng)歷實踐性學(xué)習(xí)，使他們的知識更有意義，建構(gòu)的科學(xué)內(nèi)容與觀念融入日常生活、工程實踐和社會發(fā)展，融入社區(qū)、自然和社會等客觀世界，實現(xiàn)人與自然世界、人工智能世界的和諧相處，并把科學(xué)態(tài)度與責(zé)任、科學(xué)思維和價值觀根植于心?！敖忉尅焙汀案脑臁笔侨祟悐^斗的科學(xué)事業(yè)?！巴评怼薄敖！薄罢撟C”是科學(xué)實踐的主要行為，解釋和論證的基礎(chǔ)是循證，改造的基礎(chǔ)是創(chuàng)新?？茖W(xué)教育上的實踐，其本質(zhì)是通過“循證”（循證推理和論證，循證解釋和預(yù)測）和“創(chuàng)新”，培養(yǎng)理性的批判性思維和保持想象的創(chuàng)造性思維。

（三）分學(xué)科教學(xué)的跨學(xué)科實踐的理解

分學(xué)科教學(xué)的實踐自然而然要跨學(xué)科?？茖W(xué)世界是系統(tǒng)的，工程世界是協(xié)作的，它們都是整體的。任何一項科學(xué)或工程活動，在內(nèi)容上是不能割裂的，至少與數(shù)學(xué)和技術(shù)的聯(lián)系是必需的。真實問題來源于現(xiàn)實世界，本來就具有跨學(xué)科的特點。設(shè)計一個模型、解釋一個現(xiàn)象、優(yōu)化一個設(shè)計，都會用到不止一個學(xué)科的知識。在“實踐”前面加上“跨學(xué)科”三個字只是為了突破現(xiàn)實中分學(xué)科教學(xué)導(dǎo)致的學(xué)科本位的限制，通過實踐讓學(xué)生在理解學(xué)科核心概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步理解科學(xué)教育中具有共性的跨領(lǐng)域共同概念：模式；因果機(jī)制；尺度、比例和數(shù)量；系統(tǒng)和系統(tǒng)模型；能量與物質(zhì)；結(jié)構(gòu)和功能；穩(wěn)定性與變化。

分學(xué)科教學(xué)的跨學(xué)科實踐有其現(xiàn)實含義。（1）解決問題，推動教學(xué)和育人方式深入改變。由于學(xué)科本位導(dǎo)致學(xué)科之間的知識斷裂而無法融合，學(xué)生知識碎片化、實際解決問題能力不強(qiáng)、知識的遷移度太低等，加上傳統(tǒng)教學(xué)中活動導(dǎo)向的設(shè)計缺乏對存在于學(xué)生頭腦中的重要概念和恰當(dāng)學(xué)習(xí)證據(jù)的明確關(guān)注，讓學(xué)生誤以為只要自己參與活動就等于學(xué)習(xí)，缺乏對活動真正意義的深刻思考，從而導(dǎo)致學(xué)生對自然界、科學(xué)活動和人類社會缺乏整體、全面、深入的認(rèn)識和理解。跨學(xué)科實踐不僅是教學(xué)理念發(fā)展的需要，也是解決學(xué)科教學(xué)中現(xiàn)實問題的需要。（2）立足學(xué)科，拓展內(nèi)容到生活、工程和社會。依據(jù)目前義務(wù)教育的課程設(shè)置，各學(xué)科的跨學(xué)科實踐要立足本學(xué)科課程，再“跨”出本學(xué)科的視野，把學(xué)習(xí)內(nèi)容拓展到日常生活、工程實踐和社會發(fā)展中?？鐚W(xué)科實踐應(yīng)該按問題解決的真實需要，立足學(xué)科核心概念設(shè)計跨學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式，使學(xué)生在解釋一個現(xiàn)象或完成一項工程任務(wù)的實踐過程中使用技術(shù)并把內(nèi)容延伸到其他學(xué)科，以理解跨領(lǐng)域的共同概念。（3）減負(fù)增效，在應(yīng)用中學(xué)習(xí)可遷移的新知識。在此次修訂過程中，跨學(xué)科實踐作為2022年課標(biāo)中課程內(nèi)容的重要組成部分和必備學(xué)習(xí)內(nèi)容，與其他一級主題享有同等的地位，而不是對某些課程內(nèi)容的拓展應(yīng)用。比如，物理學(xué)科就將2011年課標(biāo)中“1.4新材料及其應(yīng)用”“3.6能源與可持續(xù)發(fā)展”中的內(nèi)容進(jìn)行整合，歸入2022年課標(biāo)中“跨學(xué)科實踐”的“5.3 物理學(xué)與社會發(fā)展”中，知識內(nèi)容在數(shù)量上沒有較大的變化?？鐚W(xué)科實踐不僅是應(yīng)用知識的過程，也是學(xué)習(xí)新知識的過程。要想落實減負(fù)增效，在開展跨學(xué)科實踐時，就不能額外增加新的課時量作為知識綜合應(yīng)用的環(huán)節(jié)而增加學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)。

三、體驗—實踐—抽象：學(xué)科實踐的教學(xué)

如圖1所示，以研究和設(shè)計為中心進(jìn)行學(xué)科實踐，“體驗”“實踐”“抽象”三環(huán)節(jié)使活動和內(nèi)容結(jié)合，讓學(xué)生解釋自然現(xiàn)象和應(yīng)對工程挑戰(zhàn)，可以提高他們對世界運行方式的理解，增加他們對科學(xué)和工程的概念性理解并重構(gòu)可遷移的大概念，提高他們推理與解決問題的能力。這種學(xué)習(xí)可以更清楚地闡明在構(gòu)建科學(xué)知識時，探究是什么樣子的，包含理解現(xiàn)象和設(shè)計挑戰(zhàn)、收集與分析數(shù)據(jù)信息、構(gòu)建解釋和設(shè)計解決方案、與自己和他人交流推理、聯(lián)系多種情境學(xué)習(xí)。

1.基于標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)于現(xiàn)象。實踐的內(nèi)容基于課程標(biāo)準(zhǔn)。實踐活動設(shè)計對應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)，確保學(xué)術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，將活動與有意義的學(xué)習(xí)目標(biāo)對應(yīng)；成果的評價標(biāo)準(zhǔn)來自課程標(biāo)準(zhǔn)，明確且具體地給出了掌握程度的說明；學(xué)生的學(xué)習(xí)支架、批判性反饋和修改的規(guī)程、評估、評價量規(guī)，自始至終都指向并支持學(xué)生可達(dá)成的課程目標(biāo)?？茖W(xué)現(xiàn)象發(fā)生在自然界和人類創(chuàng)造的工程、人工智能世界中，可以被觀察到并引起人們的好奇和疑問。實踐關(guān)聯(lián)于當(dāng)?shù)匚幕铜h(huán)境中的現(xiàn)象，為培養(yǎng)對三維科學(xué)和工程知識的有意義理解提供平臺和機(jī)會，利用證據(jù)來理解教室之外的自然和工程世界。

2.源于好奇，激于挑戰(zhàn)。兒童的學(xué)習(xí)動機(jī)來源于好奇與興趣、任務(wù)與挑戰(zhàn)、理想與成就。利用學(xué)生的好奇心，通過選擇吸引學(xué)生的有趣現(xiàn)象和設(shè)計挑戰(zhàn)性任務(wù)（包括與當(dāng)?shù)匚幕嚓P(guān)的挑戰(zhàn)）來激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在非預(yù)知的學(xué)習(xí)區(qū)，哪怕一個簡單事件，當(dāng)用科學(xué)的眼光看待時，往往都會引起學(xué)生的好奇心。這種驚奇是參與的開始，使學(xué)生在參與中尋求問題的答案，能夠保持他們天生的好奇和探索世界的欲望。

3.始于問題，載于項目?？茖W(xué)始于提出科學(xué)性問題，工程始于定義要解決的工程性問題。工程也可能涉及提出科學(xué)性問題來定義工程性問題。以項目為載體驅(qū)動學(xué)科實踐，將課程學(xué)習(xí)與真實的生活應(yīng)用相結(jié)合，并以成功完成時的喜悅來喚醒理想、希望和意志，同時強(qiáng)化學(xué)習(xí)動機(jī)。3.0科學(xué)教育以科學(xué)與工程實踐為核心，突破學(xué)科限制，采取整體學(xué)習(xí)等策略，以現(xiàn)實問題為挑戰(zhàn)，以大概念為線索整合學(xué)術(shù)內(nèi)容，圍繞科學(xué)主題和工程項目整體設(shè)計表現(xiàn)性任務(wù)與嵌入式評價，重構(gòu)基于現(xiàn)象和標(biāo)準(zhǔn)的課程單元，鼓勵學(xué)生主動參與循證推理、建模及創(chuàng)建原型、循證解釋、設(shè)計解決問題的方案并論證的實踐，完成高質(zhì)量的PBL項目或STEM工程任務(wù)，促使學(xué)生獲得可遷移的知識，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，從而深刻理解科學(xué)、工程和技術(shù)的世界。

4.學(xué)于研究，修于設(shè)計。以研究和設(shè)計為中心的學(xué)科實踐，采用5E（Engage·Explore·Explain·Elaborate·

Evaluate）教學(xué)模式，學(xué)生在研究中學(xué)習(xí)，在設(shè)計中修真。如圖2所示，一些獨立的傳統(tǒng)活動模式，如以教師為導(dǎo)向的I-R-E（Initiate-Response-Evaluate）模式，即“教師發(fā)起提問—學(xué)生響應(yīng)回答—教師總結(jié)評價”，不再以相同的形式存在，而實驗室只是學(xué)生和教師參與的眾多活動之一；學(xué)生通過如何提問、收集信息、評估證據(jù)和發(fā)展解釋來推動學(xué)習(xí)與研究；從左到右的箭頭突出了從傳統(tǒng)方法到科學(xué)與工程課程中心的研究、設(shè)計的轉(zhuǎn)變。

綜上所述，以研究和設(shè)計為中心的學(xué)科實踐，需要學(xué)習(xí)內(nèi)容和空間的重構(gòu)，需要學(xué)生和教師角色與身份的重塑。學(xué)生要從被動學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c者，以科學(xué)家和工程師的方式認(rèn)知、改造和融入世界，理解科學(xué)事業(yè)，提高批判性思維能力和創(chuàng)新能力。教師要提供學(xué)習(xí)的路徑、支架、策略，從知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒鷮W(xué)習(xí)共同體的組織和參與者、學(xué)生探究與設(shè)計的引導(dǎo)和商量者、課程資源平臺的開發(fā)者和管理者，從科學(xué)教育的教師轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)育人的師者。

［本文系長沙市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度立項課題“初中大概念科學(xué)教育深度學(xué)習(xí)實踐研究”（項目編號：CJK2020027）研究成果］

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