摘要:随着“双减”政策的推行,校外活动场所在课后服务中起到了愈发重要的作用,加强科学教育成为了全社会的共同责任。在利用科普资源助推“双减”工作的过程中,如何设计科学化、规范化的课程体系成为了校外科学课程建设的重点。基于上述政策及背景,本文阐述融合建构主义理论的“风车”课程体系的开发,提出将场景式、体验式、探究式与互动式等要素融入体系架构,并基于此进行场馆科学课程的优化设计,为未来校外科学课程的建设和架构提供建议。

　　关键词:校外科学课程,“风车”体系,框架建构

　　2021年7月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》,正式推行“双减”政策,在工作目标中明确提出了“学校课后服务水平,满足学生多样化需求”,更进一步阐述了“拓展课后服务渠道”的指导意见,明确指出“充分利用社会资源,发挥好少年宫、青少年活动中心等校外活动场所在课后服务中的作用”。

　　基于“双减”政策及科学教育的重要时代背景,2021年12月,教育部办公厅、中国科协办公厅发布《关于利用科普资源助推“双减”工作的通知》。2022年4月,北京市科学技术委员会、北京市教育委员会则发布《关于印发北京市利用科普资源助推“双减”工作措施的通知》,均提出开展“场景式、体验式、互动式、探究式科学实践活动”,并切实增强科普课程的“科学性、系统性、适宜性和趣味性”。科学教育的国家政策导向为课程体系的建构指出了重要方向。

　　一、课程体系概述

　　在政策引领的基础上,北京科学中心基于校外科学教育环境,研发了适宜于校外科学教育开展的整体性课程体系。该体系由主轴、基座、扇叶三个部分构成,整体形似“风车”,命名为“风车”体系(见图1)。风车主轴为北京科学中心主展馆的“三生”特色主题,作为校外场馆科学教育类课程,应关注课程实施的场所,充分利用场馆资源及特色优势,以“三生”主题和课程体系规划与实施有效结合,可确保后续课程框架使用时,使全部课程均可在“三生”主题中找到明确的定位,发挥校外场馆科学课程的特色。风车基座是课程体系中课程设计的基础,即确保纳入体系中的每一节课均能满足基座所描述的基本要求。体系中该部分基于国家政策文件的要求进行设计,在科学教育理论、学生学习理论的基础上,确保每一节课的内容都符合科学性、系统性、适宜性和趣味性的要求。风车的4个扇叶分别以国家政策文件导向中的“场景式、体验式、互动式、探究式”命名。不同内容的扇叶用不同颜色加以区分。每一片扇叶放大展开后均可构成一个4*3的矩阵,分别描述了1节课所应体现的4个不同层面的水平,使每一节课均可在每个扇叶中找到对应的位置。4片扇叶的纵轴一致,为学生的学段水平,划分为小学低段、小学中段、小学高段、初中及以上。扇叶的横轴则依据4个扇叶的维度有不同的划分。整个扇叶分类在符合国家政策引领基础上符合建构主义理论的基本要求,也即建构主义理论在此体系中作为维持风车扇叶和谐转动的内驱力。

　　二、课程体系分维度阐述

　　1.建构主义理论作为内驱力

　　在建构主义观点下,学习是学生主动建构知识的过程。学生不是简单被动地接受信息,而是主动地建构知识的意义。学习者根据自己的经验背景,对外部信息进行主动地选择、加工和处理。对所接收的信息进行解释,生成个人的意义或自己的理解。由此,教学不能无视学习者已有的知识经验,不能简单地强硬地从外部对学习者实施知识“填灌”,而是应该把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点,引导学习者从原有的知识经验中主动建构新的知识经验。教师和学生、学生与学生之间需要共同探索,并在探索的过程中相互交流和质疑。

　　有学者指出了建构主义理论中的四项要素,分别是情境、协作、会话和意义建构,即学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构;教师、学生之间的社会性活动帮助学生个体形成意义建构;学习小组成员之间必须通过会话商讨如何完成规定的学习任务的计划,协作学习过程也是会话过程;意义构建则是整个学习最终的目标。而这些要素与本研究提出的风车体系中四个维度具有高度对应关系。

　　维度一“场景式”与建构主义理论的要素“情境”直接对应。情境是学生发生体验的环境,是刺激学生产生认知冲突、让旧有经验与现实情况产生矛盾的契机。在真实有效的情境下,学生才会意识到旧有经验的不完整或不准确,从而产生出构建新的意义的强烈动机,从而引发一系列的持续学习行为。

　　维度二“体验式”是建构主义理论中学生构建意义发生的基础。体验强调学生要亲自操作实践,并获得生理和心理层面的感受体验,而建构主义认为学生构建意义的过程是将原有经验与所获新信息进行交互,从而构建出新的意义—这些新信息正是学生需要在实践体验的过程中所获得的,而且这些体验应该是真实的、直接的、充分的。

　　维度三“探究式”体现了建构主义理论中科学教育独有的特点。学生以实证的方式,从提出问题开始逐步获取数据形成解释,最终解答问题完成学习。有学者直接认为探究式教学本身就是建构主义理论指导下的一种具体的教学形式,也有学者认为探究式教学自提出时就以建构主义为理论基础。另一方面,从科学本质的角度而言,科学家基于实证主义认识世界的方式与建构主义描述的人认识世界的方式是高度一致的,这也决定了二者天然互洽。

　　维度四“互动式”则高度契合了建构主义理论下的学生观。“互动式”强调学习过程中师生之间、生生之间应该是充满积极的互相干预的,它指向了以学生为主体的教学。此外,建构主义四要素中的协作要素也同样明示了师生、生生在教学过程中要通过社会性行为分享观点、相互启发,会话要素则指出语言作为互动中介,使学生将个人思考清晰明确地外显化这一重要功能。

　　2.“场景式”扇叶维度

　　教育部等十八部门联合印发的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》指出,学校教育要“创造条件丰富内容,拓展科学实践活动”,组织学生前往科学教育场所,开展“场景式”科学实践活动。多田孝志曾对“场景式教学”做出概念界定,强调学生通过感受并应对不断变化的动态场景,在若干已设定的流程和步骤中与他人交流,从而提升创造力、想象力、问题发现及解决力等重要的全球化社会性素养。结合前人界定与本课程体系的创设,“场景式”指在建构主义学习理论的指导下,以具有教学意义的主题作为组织中心,基于科技馆中建设的复杂真实性场景,着重氛围的营造和情境的构建,使学生产生身临其境的沉浸感,激发学生积极性和参与度,令其原有的经验与外界场景产生交互,从而锻炼学生理论联系实际的能力,提升科学素养。

　　科学教育不可局限于科学课堂之中,科技馆作为重要的校外科学教育场所,拥有丰富的课程资源,为多种场景的创设提供了充足的条件。教学情境素材不仅可以来自学生日常生活中的亲身经历,也可为基于演示实验或科学史讨论的再现式情境。因此,体系针对不同年段均设置日常生活、学生实验研学,以及科学家科研生产等三类场景,为学生提供种类丰富的感官与认知体验。依据上述背景,场景式扇叶维度横轴划分为生活场景、研学场景以及科研生产场景3个部分(见图2)。其中,生活场景源自真实的生活实际,指日常生活中常见的科学现象,如“迷你温室”课程中以大家冬天如何吃到新鲜蔬菜为真实生活情境,进而引出与温室相关的知识和探究内容;研学场景是基于学科逻辑呈现的情境,它以学生在教师或者实验室中开展探究实验、研究性学习的形式开展,如“安全着陆”一课中,为引导学生认识空气阻力及其对降落伞降落的影响,创设不同材料降落的科学探究实验;而科研生产场景则是科学家们开展真实科学研究过程或社会生产工作人员进行生产活动的情境,其中前者主要指科学家所处年代和面临问题状况的还原,以便学生感悟科学家的不易,了解真实的科学史历程,结合时代背景了解科学技术的研发意义,如“光纤之父”课程从不同时代的信息传递方式引出光纤材料,提供真实的科学家研究场景,令学生走进故事,深刻认识光纤对时代的影响以及杰出科学家高锟先生在光纤领域的卓越成就,领悟科学家精神;后者主要是在社会中的劳动工作者开展生产劳动活动的过程,帮助学生明确劳动生产的艰难和成果收获的喜悦,如“酸奶酿造”课程中让学生体验酸奶生产车间工作人员生产葡萄酒所涉及的发酵工艺等。

　　3.“体验式”扇叶维度

　　体验式教学以美国心理学家大卫·库伯1971年提出的体验式学习理论为基础,他在总结约翰·杜威(John Dewey)、库尔特·勒温(Kurt Lewin)以及皮亚杰对经验学习相关论述的基础上,提出“人的学习是一个基于体验的循环过程”,即经验学习圈(experientiallearning)。经验学习圈包括四个环节:具体经验、反思观察、抽象概括和主动应用。首先,学习者通过体验或观察获得具体经验;其次,学习者经过比较和评价形成反思性观察;再次,学习者进行模仿和分析,将获得的具体经验内化为自己的理解;最后,学习者要验证这些理解,并主动将它们运用到实践中去。

　　基于体验式学习理论可知,体验式教学具有以下特点:一是主张以学习者为中心;二是通过创设情境引导学习;三是强调主动学习;四是指向实践。有学者认为,体验式教学就是通过实践来认识周围事物,用亲身的经历去感知、理解、感悟、验证教学内容的一种教学模式。结合体验式学习理论,体验式教学可以定义为一种教师通过创设情境,引导学生在体验或观察中,主动领会教学内容并内化为自己的理解,并将之在实践中验证和进一步运用的教学方式。依照体验开展的不同情况,体系中的该扇叶横轴划分为直接体验、模拟体验和反思体验(见图3)。其中,直接体验指学生能在真实的场景中进行实际体验,如前往工厂、田野、实验室中体验真实的角色;模拟体验又被称为间接体验,是指在不完全真实的情境中进行的体验或观察,包括情境仿真和角色体验。当需要创设的情境缺乏现实条件时,采用模拟体验开展教学。学生在人为创设的某种高度类似真实世界的情境中进行学习的过程,为情境仿真;学生通过扮演不同的角色模拟真实情境而进行学习的过程,为角色扮演。如在教室环境中扮演科学家、管理员、工程技术人员等开展相应的模拟探究活动;反思体验则区别于上述两者,不依托于某一具体的角色,而是由教师引导学生积极反思、主动将原有体验与新体验相互作用,产生情感体验及心理感受。

　　如在宇航主题课程中,若带领学生前往空间站或训练基地体验宇航员的训练过程,即属于“直接体验”;若在教室中带领学生扮演宇航员开展探究活动,则属于“角色体验”;若教师不要求学生扮演角色,而是通过视频、资料讲解等方式带领学生了解宇航员生活,感受宇航活动的艰辛,培养民族自豪感等,就属于“反思体验”。

　　4.“互动式”扇叶维度

　　美国社会学家乔治·赫伯特·米德(Mead,George Herbert)于20世纪初提出符号互动理论,认为人类的社会互动就是通过象征符号为基础的行动过程。互动教学是在现代教学理论的指导下逐渐形成的一种先进的主体性的教学方法,目的在于提升学生的综合素质,是指教师和学生、学生和学生之间互相沟通交流,以对话、小组学习、研讨和交流等学习方式开展,形成互动学习机制,调动学生学习的主动性,营造良好的学习氛围,达到提高授课效果的教学模式。

　　从师生互动的信息传递方式角度看,有效的教学互动主要有双向型、多向型、网状型三种维度,在教学过程中,三种互动维度互相交织,体现了不同的互动程度。该扇叶维度也依据这一分类标准进行了横轴的划分,其中双向互动指向教师与学生之间进行信息的相互发送、接收和反馈,主要表现为教师提问、学生回答或学生提问、教师回答的对话形式(见图4)。教师和学生的能动性、学生的求知欲和师生间的有效配合是双向互动教学模式形成的基础,其有效性取决于教师和学生的积极性、主动性和创造性;多向互动指除师生之间的相互交流,学生之间也存在信息的相互沟通,强调教学内容信息的多方向发送、接收和反馈,常见的方式有小组讨论、小组合作学习、小组竞赛、小组课题展示等;网状互动指向教师和学生形成紧密联系的网状结构,每位教师和学生都是网中的一个结点。网状互动教学模式更强调教师和学生在参与教学活动过程中是平等的,接收到的信息全面开放,不仅仅是教师掌握学习资源渠道。在此互动教学模式下,课堂中每个人包括教师和学生都担当着重要的角色,起到牵一发而动全身的作用,充分考验学生的自主探究性,使得互动教学的拥有更广的辐射范围,促使课程的科学性、系统性、适宜性、趣味性达到最大化。

　　5.“探究式”扇叶维度

　　《义务教育科学课程标准(2022年版)》指出,“探究实践主要指在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题,以及技术与工程实践过程中,形成的科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力”。同时,将科学探究能力界定为“理解科学探究的一般过程和方法;提出科学问题,并针对科学问题进行合理猜想与假设;制订计划并搜集证据,分析证据并得出结论;对结果进行解释与评估;准确表达观点,反思探究过程与结果”。探究教学的目的就在于引导学生像科学家一样思考,遇到新问题时能够利用所学的知识、方法进行探索,并获得相关的知识或结论以解决实际问题。

　　为更好地培养学生的科学探究能力,该体系以科学探究内涵为根本,在施瓦布(Schwab)以及加利恩(Gallison)的探究水平划分基础上,基于学生探究能力发展提出三维度的探究水平方式,将探究分为结构性探究、引导性探究和半开放性探究三个水平,每个水平均按照“提出问题、设计方案、得出结论”三个活动要素展开,这三个活动要素涵盖了科学探究过程最核心的阶段。区分探究水平的主要依据是活动要素的实施主体,即科技辅导员和学生在探究过程中的不同地位:若三个活动要素均由科技辅导员直接提供,则意味着具有较强的结构性;

　　反之,若活动要素由学生自主进行,则意味着具有较强的开放性。具体的探究水平划分情况如表1和图5所示。体系中,“探究式”扇叶维度的划分即按照上表内容展开。其中结构性探究是指提出问题、设计方案、得出结论这三个活动要素都由科技辅导员主要实施,学生仅观摩教师活动,或按照教师提示重复操作即可;引导性探究分2种情况,均首先由科技辅导员提出问题,学生自主设计方案完成探究后由教师总结得出结论或教师给出设计方案,学生按照教师的方案完成探究自主得出结论;半开放性探究则是由科技辅导员提出问题,需要学生不但能够自主提出方案并实施完成方案,最终还能够在教师的引导下自主得出结论。从结构性探究到半开放性探究的发展过程中,科技辅导员的主导作用逐渐减弱,学生的自主学习逐步增强。

　　三、课程体系特点

　　1.引领性:体系架构基于政策文件

　　风车体系在提出伊始充分考虑了当前我国的“双减”政策背景,从基底架构到扇叶内容维度选择均参照了教育部办公厅、中国科协办公厅《关于利用科普资源助推“双减”工作的通知》,及北京市科学技术委员会、北京市教育委员会《关于印发北京市利用科普资源助推“双减”工作措施的通知》文件中的明确要求,确保整个课程体系从整体上具备坚实的政策支撑性。引领性的特点能够保证该课程体系应用于校外科学教育课程设计和优化时“有据可依”。

　　2.理论性:扎实科学教育理论支撑

　　理论性是课程体系应用于科学教育领域的重要深度支撑,它能够确保该体系对课程的划分符合学生认知发展需求,为后续数据分析打磨提供坚实基础,因此,在引领性的基础上,风车的设计还充分考虑了理论性。无论是风车4个扇叶矩阵中的维度划分,还是作为风车转动的内驱力,体系中的每一个要素的提出、分类标准的制定都有国内外相关理论文献及研究成果作为支撑,在确保课程整体适宜、有趣的基础上,兼顾科研理论深度,确保课程体系严谨、扎实、可推敲。

　　3.全面性:涵盖课程所需各个方面

　　作为上位性的引领,课程体系应当尽可能地包含课程所需的各个方面内容,以此确保不同内容的校外科学教育课程均能在体系中找到属于自己的合适定位。基于这一考量,风车课程体系的设计充分体现了全面性,也即覆盖作为一堂活动课程所需要的各个方面。例如,从课程引入的情境、课程交互的方式、课程组织的策略以及活动课程的体验形式等几个不同层面入手,每一个维度的切入均可以对课程进行一次系统性的归类,确认不同课程在体系中的定位,确保该体系可以尽可能地适用于各类不同的校外科学教育课程。

　　4.适龄性:符合场馆年龄层次定位

　　课程体系设计充分考虑到科学中心作为青少年科技教育培训场所的定位,由于其面向的大多数为小学、初中学段的学生及学生家长,学生主体年龄较小。为符合受众的年龄层次定位,风车体系在设计时融入了更多直观、活泼、鲜艳的元素。如将各个维度的内容在体系中进行直观化表示、整个风车的属性符合青少年儿童喜欢的玩具造型、不同的扇叶选择了对比度和区分度较强的不同颜色等,使得体系能够更加贴合场馆科学教育的目标人群需求,同时也在满足引领性、理论性和全面性的基础上,充分体现校外场馆的课程体系特色。

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