美国科学教材编写的决策依据、评估标准和评估服务.pdf

第 卷第期 年月 ，研究与借鉴美国科学教材编写的决策依据、评估标准和评估服务马冠中，张红霞摘要：义务教育科学课程标准（年版）颁布后，科学教材的修订工作正在紧锣密鼓地展开。如何确保教材修订落实课程标准的要求，是科学教育界亟须关注的重要问题。美国科学教育界以科学认识论、科学学习、课程与教学等领域的研究为基础，开发了教材设计原则、教学模型、设计规范等指引文件，并提供了教材评估工具与评估服务，为教材编者落实课程标准的要求提供了有力支撑。以此为鉴，在我国科学教材的编写与修订过程中，应重视研究成果的指导作用，加强教材评估的专业性与规范性，推动科学教育共同体支持相关工作。关键词：课程标准；美国科学教材；教材编写；教材评估中图分类号：（）文献标志码：文章编号：（）基金项目：国家社会科学基金“十四五”规划 年度教育学一般课题“新时代普通高中科技创新后备人才培养模式研究”（）；全国教育科学规划 年度一般课题“基于中国农业科技史的中小学科学课程开发研究 教育重演论再认识”（）。作者简介：马冠中，南京大学教育研究院讲师，教育学博士（南京 ）；张红霞，南京大学教育研究院教授、博士生导师（南京 ）。义务教育科学课程标准（年版）要求科学课程以素养为导向，发展学生的科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四大核心素养，并提出以探究实践为主要教学方式，强调按照学生的认知进阶规律进行教学设计。但我国的课程标准主要针对 个学科核心概念的“内容要求”进行了年段进阶设计，对于探究实践素养只是在总目标层面上给出了一个笼统框架，这给教材编写和教学设计带来了极大的挑战。美国于 年发布的新一代科学教育标准（犖犲 狓 狋犌 犲 狀 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲犛 狋 犪 狀 犱 犪 狉 犱 狊，）提出学科核心概念、科学与工程实践、跨学科概念三个维度的课程目标。为了更好地落实 的要求，美国科学教育界编写了一系列与其配套的教材设计原则（）、教学模型（）、设计规范（）等指引文件。本研究将对相关文件进行分析，并重点探讨以下三个问题：（）教材编写决策的依据是什么？（）怎样将教材设计与课程标准相联系？（）怎样评价现行教材并针对其不足制订相应的修订方案？希望这些探讨能为我国教材编写的制度建设提供启示。一、以研究成果作为教材编写的决策依据教材编写需要在单元结构设计、教学活动编排、教学方式选择等具体操作层面作出若干技术性决策。从国际上一系列有关教材编写的研究中可以看出，美国教材编者将相关领域的研究成果 作为上述决策的依据。例如，针对 提出的三维课程目标，教材编者首先要思考已有的学习科学的相关研究成果有哪些。有学者提出，学生要通过体验自然现象、建立相关概念、发展相关科学与工程实践能力，实现 的三维目标。这一观点便以多个领域的研究成果为基础。一方面，该观点基于科学认识论领域的研究成果。当代科学认识论认为，科学方法的本质是建构自然现象的解释模型，回答自然现象是什么、为什么、怎么样等问题，包括现象的模式或过程机制。将科学学习设定为对自然现象进行意义建构，反映了真实科学的认识论特征。另一方面，该观点得到了科学教学领域研究证据的支持。研究表明，在对现象进行意义建构的教学中，学生能够明确自己参与的活动指向现象解释这一学习目标，并能更好地理解他们正在做什么以及为什么要这么做。这有助于学生真正参与到学习活动之中，为实现三维课程目标奠定基础。另外，研究表明，自然现象为学生的学习提供了情境，能帮助他们建立起与现有知识之间的联系。相比脱离情境的概念学习，学生在情境提供的现象中能够更加深入地探索相关科学概念。在 颁布之前，钦（）就指出教材对课堂教学具有重要影响，其中的探究任务对学生发展科学本质的理解至关重要。他在研究中建构了指向真实科学的理论框架，并利用这个框架对初中和小学高年级科学教材中的探究任务进行了分析。钦通过研究发现，很多科学教材中的探究任务不能让学生参与到真实科学探究的认知过程之中，且这些任务没有体现真实科学的认识论特征。对教材编写工作来说，这项研究不仅提供了设计教学活动可以参考的框架，以便让学生参与到一系列真实科学的认知活动之中，还提供了成功的和有待改进的教学活动样例，作为潜在的活动设计素材库。美国科学教材编写工作对研究成果的重视，还体现在教材出版社对本社教材特点的宣传介绍之中。例如，放大科学（犃犿狆 犾 犻 犳狔犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲）在教材介绍中明确其教学设计以有关学习科学的最新研究为基础。这些研究的核心观点包括：（）具有连贯性（）的课程能够支持学生随着学习进程逐渐建构科学概念，并将这些概念连接起来，以便发展对相关概念的综合理解（）；（）让学生在学习中扮演科学家，搞清楚真实世界中的现象，能够提升他们在科学学习中的认知参与（）程度。科学维度（犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲犇 犻犿犲 狀 狊 犻 狅 狀 狊）也在教材介绍 中阐明了教材编写所依据的研究成果。相比个人知识或经验，相关领域的研究成果能够最大限度地保证教材落实课程标准的要求，支持课堂教学质量的提升。同时，学习科学研究成果像其他科学研究成果一样，具有自我修正（）的功能。在教材使用过程中，教材编者可以基于理论更为有效地解读各方反馈的问题，提出改进的方向，进而生发出本土化的学习科学理论。二、研制教材编写的评估标准科学教材尤其是小学科学教材的学科综合性和教学实践性很强，因而其编写队伍通常较为庞大和复杂，包括学科教学专家、各学科领域的科学研究人员、教研员以及教材试验学校的教师等。由于编者的个人经验和专业领域存在巨大差异，不同编者对同一问题的视角通常是不同的甚至存在冲突的。为了解决这一问题，美国的科学教材研发团队制定了一系列的设计原则、教学模型和设计规范，并编制了相应的指引文件来详细阐释这些内容。（一）有效教学活动设计标准设计原则这一概念源自设计本位的研究范式（）。设计原则是一种有关教材编写中教学设计的原理，用来描述什么样的学习和教学过程能够实现预期目标。设计原则是从相关理论和实证研究成果中推导出来的，而非基于教学经验的判断。相比“以理论和实践研究为基础”“以学生学习为中心”“具备科学性”等一般意义上的编写原则，设计原则更加具体地描述了什么样的教学设计能够支持学生达成课程标准提出的目标。在教材编写的指引文件中，一些教材研发团队提出了一系列设计原则，包括“要发挥现象和挑战设计的核心作用”（）、“为逐步实现意义建构而设计”（）、“学生视角的连贯性”（）等。以“要发挥现象和挑战设计的核心作用”为例。该原则引导教材编者将单元和课的学习目标设定为解释自然现象，并以此驱动后续的教学活动。赖泽（）等人从单元设计的层面提出了类似的设计原则，要求教材“将学生的科学学习锚定在班级提出的问题上”，并由这些问题驱动学生后续的知识建构。他们还进一步界定了什么样的现象适合为学生的学习提供情境。这一原则能够帮助教材编者明确现象在教学中的作用，并引导他们选择合适的锚定现象进行单元设计。（二）教学活动编排模式标准研究发现，教材编写在设计原则的落实上面临着一定挑战。例如，“要发挥现象和挑战设计的核心作用”原则要求教材在每个单元中都以解释自然现象为认识目标，帮助学生通过探究现象建构知识。但评估结果显示，很多教材都只是在一个单元的前一两节课中引入一个有情境的现象，在后面的课中学习一些与该现象有关的概念，未能对这个现象进行意义建构。此外，有些教材虽然声称其秉持了一些设计原则，但实际上并没有真正落实它们。为了应对这一挑战，一些教材研发团队开发或应用了一些教学模型。所谓教学模型，就是教学活动要包括哪些必要的环节（），以便落实课程标准的要求。例如，“开放科学教育”（）系列教材采用了赖泽等人研发的“故事线”教学模型。该模型包括以下五个必要的教学环节：（）锚定现象（），利用一个现象引起学生的好奇，驱动整个单元教学；（）开展研究（），带领学生研究与现象有关的问题，通过科学实践理解现象、发展知识；（）前后衔接（），回顾研究进展，规划下一步要做什么；（）整合学习内容（），帮助学生把在各小节中形成的概念整合起来，从而建构对锚定现象的解释；（）反思（），揭示现有解释存在的不足，激励学生延伸或修正现有的解释。上述教学环节等同于给出了教学活动的编写模式（）。类似地，放大科学的编写团队也提出了一个教学模型，引导学生在单元学习过程中围绕真实世界的问题收集证据，逐步建构、完善和拓展他们的解释。参考这些教学模型，教材编者能够明确一个单元或一节课中要安排哪些教学活动，以便支持学生对现象的意义建构。（三）教材结构的一致性标准“开放科学教育”系列教材的研发团队意识到教材编写需要更加细致的规范，以确保不同编者负责的单元和学段在结构上具有一致性。于是，该团队组织各方面的专家学者研发了 项设计规范，对教材如何落实“教学模型”“教育公平”“提出问题”“计划和实施研究”等要求给出了详细的描述。以教学模型为例，这些设计规范进一步明确了学生在整个单元和每节课中需要经历怎样的科学学习，以及单元中的各节课之间如何连接。首先，在单元设计层面，设计规范要求教材给出单元的锚定现象和驱动问题，按一定的序列编排学习活动，利用它们分别解释锚定现象涉及的相关概念，并将这些概念整合起来构成现象解释的完整模型；强调每个单元都要为学生提供多次机会以综合他们在各节课中建立的概念。其次，在单节课设计层面，设计规范要求每节课都有一个明确的目标，如深化现象解释的模型或拓展模型的某个方面；每节课都应由学生提出指向现象解释的驱动问题；问题应来自单元中的锚定现象，或学生在建构现象解释模型的过程中遇到的阻碍；每节课都应让学生通过科学实践搞清楚一部分概念，从而在问题解决上取得一定的进展，逐步推进概念的深化与拓展，完善对锚定现象的解释。最后，针对单元中各节课之间的联结，设计规范要求每节课的最后都要产生新问题，作为后续课的研究目的。换句话说，各节课之间是连贯的，后续课上要不断综合和修正完善前面课上获得的概念。每节课都要安排讨论环节，以帮助学生明确当前已经建构的解释模型，同时提出尚未回答、有待解决的问题，以便将该节课与后续课的研究联系起来。此外，这些设计规范还给出了教材落实科学 与工程实践、跨学科概念等课程目标的具体方式。例如，针对科学与工程实践中的“提出科学问题和界定工程问题”，设计规范提出了三条要求：（）由学生提出的问题或发现的难题来驱动；（）让学生理解科学和工程实践的作用就是解决难题，且这些难题的解决方案不会是一劳永逸或完美无缺的；（）要在每节课和整个单元中为学生提供有效的提问机会。上述每条要求都包含更加细致的条目，以阐明如何实现这些要求。例如，针对第三条，设计规范要求教材单元要包括关键的过渡环节，以方便学生对当前的理解进行反思或质疑，驱动他们提出不同的问题或改进现有的问题以展开新的研究。总之，在设计原则和教学模型的基础上，设计规范进一步在方法和策略层面为教材落实课程标准提供了全局性的指导。三、提供教材评估服务基础教育教材的编写工作是一项系统工程，不仅要制定一系列原则、模型、规范来指导教材落实课程标准，还要对其进行具有权威性的评估和反馈。美国通过专业性社会评估机构研发了多套教材评估工具，并提供教材评估服务，以支持教材的编写修订工作。（一）教材评估的常见指标美国的一些教育研究机构研发了多套科学教材评估指标体系。这些指标体系的一个共同特点就是重在考查教材中的教学设计是否体现了真实科学的特征和过程。例如，“成就”（，）机构研发的教育者使用的教材评价量规（犈犱 狌 犮 犪 狋 狅 狉 狊犈狏 犪 犾 狌 犪 狋 犻 狀 犵狋 犺 犲犙狌 犪 犾 犻 狋 狔狅 犳犐 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅 狀 犪 犾犘狉 狅 犱 狌 犮 狋 狊，）主要用于评估教材中单元和课的设计是否符合 的要求。该评价量规包括三维目标的教学设计、教学支持和学生发展三项一级指标。其下对应的各项二级指标分别为解释现象或设计解决方案、三维目标、整合三维目标；相关性和真实性、联系学生的想法、建立进阶、科学准确性、有差异的教学；监控学生三维表现、形成性评价、提供评分指引。除了考查教材是否落实了三维目标，该评价量规还专门关注教材中的教学设计是否指向真实科学。例如，指标“解释现象或设计解决方案”要求以现象的意义建构驱动学生的学习，强调通过学生对有关现象提出的问题和先前经验驱动他们的意义建构。“生命科学课程研究”（，）组织 和“教育报道”（）组织 研发的教材评估标准中也有类似的指标，用以考查教材是否支持学生以解释现象为目的参与一系列真实的科学实践，逐步建构对自然现象的解释。在这些教材评估标准中，还有一系列指标集中关注教材是否体现了学生中心的教学理念。在“教育报道”组织开发的教材评估标准 中，有多项指标关注学生在科学学习过程中的主动作用。例如，指标“使用现象或问题驱动学习”要求教材利用科学现象驱动学习，其中一项分指标要求尽量给学生呈现他们能够直接经历的现象，另一项分指标专门关注教材能否调动学生建立现象和先前知识与经验的联系。教材评估标准 中也有类似的指标，如“联系学生的想法”。洛厄尔（）等人在对科学教材进行评价研究时使用了包括基于现象、三维目标、学生学习的能动性、连贯性四个维度的框架指标。其中，第一个维度关注前面讨论的“真实科学”，后两个维度则关注教材是否体现了学生中心的设计。“学生学习的能动性”指标要求教材支持学生成为求知者和科学知识的主动建构者。在知识建构的实践中，学生要承担推动和管控研究进程的责任，而不只是简单地照搬教师给定的步骤。学生需要和教师一起搞清楚研究什么问题、如何研究、进展如何以及下一步要做什么。“连贯性”指标关注学生是否理解教材中的学习活动之间如何关联以及这些活动是如何帮助他们深化对某个现象的认识的。这两项指标都旨在考查教材在多大程度上关注学生的学习并从学生视角出发进行教学设计。共提出了以下八项科学与工程实践：提出科学问题和界定工程问题；规划和实施调查；分析和解释数据；发展和使用模型；使用数学和计算思维；建构解释；基于证据的论证；获取、评估和交流信息。（二）教材评估及其反馈美国的教育研究机构不仅会研制评估指标以引导教材编写的方向，还会提供教材评估服务并以评估报告的形式进行反馈。评估报告不只是针对单套教材，还会指出多套参评教材的共性问题。评估既有终结性的也有形成性的。评估标准和评估报告都是公开发布的。首先，评估报告会指出多套参评教材存在的共性问题。由“教育报道”组织和“下一代科学”（）组织联合开发的教材编写指引符合新课标的教材设计关键特征（犆 狉 犻 狋 犻 犮 犪 犾犉 犲 犪 狋 狌 狉 犲 狊狅 犳犐 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅 狀 犪 犾犕犪 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊犇犲 狊 犻 犵 狀犳 狅 狉犜狅 犱 犪 狔 狊犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲犛 狋 犪 狀 犱 犪 狉 犱 狊）给出了一系列教材设计的关键特征，并以案例分析的形式针对每条特征指出了参评教材存在的共性问题。例如，针对“使用现象或问题驱动学习”这一特征，该指引指出很多教材存在以下两种错误的设计方式：（）在某个单元的前一两节课中给出一个现象诱发学生的兴趣，但在之后的几节课中仅讲解能够解释这个现象的概念，并未引导学生通过探究这个现象发展相关概念；（）在某个单元的大部分课中，先让学生学习一些科学原理，然后让他们应用这些原理来预测或解释某个真实现象。在上述设计中，现象被当作诱发学生兴趣的工具或应用科学原理的例子，没有从实质上驱动学生的科学学习。这样的反馈有助于教材编者认识到自身对课程标准的错误理解并明确改进方向。其次，评估报告会针对具体指标指出问题，并用教材中的案例加以说明。以“教育报道”组织的教材评估项目为例，该组织会在其官网上给出参评教材的评估报告。这份报告不但会逐条给出各项指标的评估结果，还会给出教材中符合或不符合各项指标的片段实例。以“使用现象或问题驱动学习”为例，该指标包含一系列更加具体的要求，如教材中的现象要与所在年级的学科核心概念相关联，要尽可能直接地呈现给学生，要驱动学生在每节课和每个活动中使用三维目标的要素等。评估报告会指出参评教材是否符合每项要求，并给出详细的依据，如教材中与各项要求有关的实例，某个单元、某节课、某个片段是如何设计的，这种设计为什么符合或不符合这项要求。再次，评估标准和评估报告是公开发布的。这样一来，教材编者能够看到其他教材使用了怎样的单元结构、内容素材及活动，是如何体现课程标准要求的，为教材编写提供了参考。相比自行阅读其他教材，公开的评估报告有助于编者从标准的视角对各套教材进行审视和比较，为不同教材之间的交流互鉴提供了共同框架。最后，评估活动包括终结性评估和形成性评估。参评教材可能处于不同的开发阶段：有的已经出版并投入使用，有的刚刚完成几轮课堂试验正在修订，有的则刚刚立项，处于开发初期。对后两者的评估就属于形成性评估。教材的编写和修订通常要在课程标准颁布后的一两年内完成，时间异常紧迫。在教材即将出版时，即便通过评估发现了问题，也很难在结构编排方面再做较大的调整。因此，在编写过程中对教材进行形成性评估，有助于编者及时发现编写方向和课程标准理解方面的问题，以便即时调整。这样一来，教材评估便不再只是为了审定和筛选，而是能切实发挥提升教材质量的作用。四、对我国科学教材编写与修订工作的启示（一）重视研究成果对教材编写的指导作用如前所述，教材编写是一项兼具理论性和实践性的活动，需要进行包括单元结构设计、教学活动编排、教学方式选择在内的一系列复杂决策。作出这些决策的依据包括但不限于对课程目标和理念的理解，有关学生学习和教师教学的观念以及对教材设计有效性的认识等。借鉴国际经验，我国教材编者亟须转变既有编写观念，从更多依赖个人经验转向研究与经验相结合，更加重视研究成果在设计决策中的指导作用。这需要编者既能认识到自己作出设计决策的依据是什么，存在哪些偏差，可能导致哪些教材和教学中的问题，又能意识到相关研究领域及其成果对教材编写的重要价值。同时，我国教材编者和研究者要逐步梳理与教材编写相关的研究成果，并围绕教材的关键决策将这些研究成果组织起来，使它们进一步转化为适合中国本土实践的系列化指引文献。教材编写工作不仅需要严密的行政管理体系，还需要明确而完善的指引文件。美国的一些教材编 写和研究团队研发了教材设计原则、教学模型与设计规范等指引文件。这些文件以研究成果为基础，明确了教材落实课程标准要求的具体原则、方式与途径，在不同层面上为教材编写提供了设计“图纸”，有助于编者按照统一的要求编写教材，更加充分、准确地落实课程标准。（二）加强教材评估的专业性与规范性如前所述，美国的一些专业性社会评估机构研发了多套教材评估工具，并提供公开透明的教材评估服务。从教材编写过程的角度看，评估活动不仅应包括终结性评估，还应包括形成性评估。当前，我国亟须研发明确的教材评估标准，以帮助编写团队明确现行教材需要进行哪些修订以及正在编修中的教材在多大程度上落实了课程标准要求。评估指标要重点关注课程标准具体要求背后的教学改革创新理念。评估结果要及时公开，形成接受公众监督和正当批评的机制。另外，教材审定部门可以要求编写团队在送审报告中阐明教材编写的研究基础以及这些研究基础如何影响或支持具体的设计决策，以推动研究成果在教材编写过程中的应用。（三）推动科学教育共同体支持相关工作教材编写需要在各个阶段获得来自不同领域的智慧支持。如前所述，美国的科学教育研究者、教师、教育管理部门、非营利机构等都深度参与到教材编写、研究和评估工作之中。我国的科学教材编写不仅面临着科学教育观念更新的问题，还面临着特殊的制度性挑战，诸如教材编写、出版的体制机制问题，科学研究系统与教育行政管理系统的合作问题，科学课程在基础教育中的地位问题，等等。具体地说，包括科学课程课时较少导致对教材篇幅的限制，难以深入开展以学生为中心的真实科学探究；科学学科地位低下导致优质师资缺乏。就近期亟待解决的问题而言，笔者期待教材管理部门为科学家、科学课程和教材开发者、科学教育研究者和科学教师提供更多的合作机会与平台，鼓励他们在教材编写的各个阶段进行实质性研讨与交流，从而提高理论与实践层面的共识度，提高教材编写质量。此外，期待从日常教学课时分配、教师评价、高考科目设置等方面确保科学教育在学校课程体系中的重要地位。参考文献：中华人民共和国教育部义务教育科学课程标准（年版）北京：北京师范大学出版社，：，：，：，：，：，（），：，：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，：，：，：，：，（）：，？，（）：，：，（）：，：，：，（责任编辑：郭晨跃）犇 犲 犮 犻 狊 犻 狅 狀犅 犪 狊 犻 狊，犈 狏 犪 犾 狌 犪 狋 犻 狅 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