奇趣科學(xué)與美國(guó)科學(xué)教育體系與教學(xué)理念深度解析

科學(xué)教育在小學(xué)階段是培養(yǎng)孩子們科學(xué)素養(yǎng)、邏輯思維和實(shí)踐能力的關(guān)鍵。它不僅關(guān)乎孩子們對(duì)自然世界的認(rèn)知，更影響著他們未來(lái)的職業(yè)選擇和生活方式。在全球化的今天，科學(xué)教育方法的交流與借鑒已成為各國(guó)教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。美國(guó)作為擁有重要影響力的教育體系，其小學(xué)階段的科學(xué)教育值得我們深入探討。而奇趣科學(xué)教學(xué)流程與美國(guó)科學(xué)教育高度吻合，為我們提供了一個(gè)全新的視角來(lái)審視科學(xué)教育的創(chuàng) 新與發(fā)展。

美國(guó)小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)及流程

美國(guó)小學(xué)有4門(mén)“主科”，英語(yǔ)、數(shù)學(xué)、科學(xué)和人文。其中“科學(xué)”占了1/4的位置，和英語(yǔ)、數(shù)學(xué)并重。美國(guó)小學(xué)科學(xué)課的體系很大。從內(nèi)容上講，包括了物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球和宇宙、工程科學(xué)以及科學(xué)方法等等；從分科上講，不少我們初中才接觸到的物理、化學(xué)、生物知識(shí)，也有覆蓋。和其他學(xué)科類(lèi)似，科學(xué)課也是循序漸進(jìn)地從低年級(jí)到高年級(jí)慢慢遞進(jìn)。

根據(jù)美國(guó)下一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)NGSS，他們把科學(xué)教育分三個(gè)維度：科學(xué)和工程實(shí)踐（學(xué)生要做什么）、跨學(xué)科共同概念與思維遷移（學(xué)生要思考什么）、核心學(xué)科概念（學(xué)生要知道什么）。這三個(gè)維度中，占據(jù)di一位的是科學(xué)和工程實(shí)踐，具體來(lái)說(shuō)，就是學(xué)科學(xué)、學(xué)工程，要“動(dòng)起來(lái)”，學(xué)會(huì)做八件事。這里的“做”，比起我們通常說(shuō)的“動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)”，涵義要更深刻、更廣泛，并且高度還原真實(shí)生活中科學(xué)家、工程師的工作方式。這八件事，分別是：

1. 要會(huì)問(wèn)問(wèn)題（asking questions），搞明白自己到底要解決什么問(wèn)題（defining problems）

2. 要會(huì)建模型（developing and using models）

3. 要會(huì)做調(diào)查研究（planning and carryng out investigations）

4. 要會(huì)分析數(shù)據(jù)（analyzing and interpreting data）

5. 要有數(shù)學(xué)和算法思維?（using math and computational thinking）

6. 要能解釋科學(xué)現(xiàn)象（construct explanations），設(shè)計(jì)解決方案（designing solutions）

7. 擅于用證據(jù)闡明自己觀點(diǎn)（engaing argument from evidence）

8. 擅于獲取信息，分析表達(dá)?（obtaining, evaluating and communicating information）

在科學(xué)課程設(shè)計(jì)中，以這八項(xiàng)能力為標(biāo)準(zhǔn)，觀察、分析、討論、記錄等實(shí)踐貫穿全程，低年級(jí)以圖示和簡(jiǎn)單描述記錄為主，高年級(jí)課程逐漸過(guò)渡到嚴(yán)密的邏輯分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，形成一個(gè)螺旋上升的能力培養(yǎng)機(jī)制。

以一個(gè)美國(guó)真實(shí)小學(xué)科學(xué)課堂上的學(xué)習(xí)項(xiàng)目為例：

di一步：我們要解決什么問(wèn)題

科學(xué)不是公式的堆積，而是生活中的現(xiàn)象。老師問(wèn)同學(xué)們：我們?nèi)ヅ郎降臅r(shí)候，發(fā)現(xiàn)靠近山頂?shù)纳降澜?jīng)過(guò)風(fēng)吹雨打已發(fā)生嚴(yán)重的侵蝕，行人很難通過(guò)。我們應(yīng)該如何修復(fù)才能讓行人安全通過(guò)呢？美國(guó)小學(xué)的同學(xué)們會(huì)以圓桌形式開(kāi)始積極的討論，并按照步驟完成科學(xué)課題。

第二步：學(xué)會(huì)做背景調(diào)查

修復(fù)山道，首先要了解這個(gè)地區(qū)的天氣和地理特征。美國(guó)科學(xué)課堂的老師展示了一張山道周?chē)牡缺壤匦螆D，帶領(lǐng)小學(xué)同學(xué)們了解山道的海拔環(huán)境和地質(zhì)情況。

同學(xué)們將山道的地理特征記錄下來(lái)，并且列出相應(yīng)的科學(xué)問(wèn)題思考。山道修復(fù)重要的要求是什么？山道修復(fù)面臨哪些困難？

雖然這是一個(gè)簡(jiǎn)單的科學(xué)分析過(guò)程，但其中的辯證方法不僅可以運(yùn)用在科學(xué)課上，還可以應(yīng)用在自己生活和工作中，幫助美國(guó)小學(xué)的孩子在未來(lái)的生活中做出更合理的決策。

第三步：小組式頭腦風(fēng)暴

通過(guò)小組合作探究，能產(chǎn)生更好效 果。美國(guó)小學(xué)的課堂上，每個(gè)學(xué)生在5到10分鐘時(shí)間整理出自己的想法，小組輪流發(fā)言，將所有的觀點(diǎn)記錄并整理好。

同學(xué)們討論得非常踴躍，提出了諸多科學(xué)方案：在山道路邊放石頭，石頭可以阻止水土流失和泥土進(jìn)一步得侵蝕；在山道周邊的土壤上放山草覆蓋物，泥土得到濕潤(rùn)，減少侵蝕；在周?chē)狡麓罱ò珘?，阻擋水流沖擊降低土壤侵蝕……

第四步：分析決策，為方案打分

美國(guó)教育更喜歡理性的思維和決策。通過(guò)決策矩陣，學(xué)生可以將重要的點(diǎn)一一列出，再判斷這個(gè)方案是否達(dá)到了科學(xué)課題的要求。

例如“確保人類(lèi)安全”要求，不同方案能打幾分？“防止泥土侵蝕”，不同方案又能打幾分？zui后將所有分值相加，得到zui高分的即是zui佳方案。

第五步：制作模型并測(cè)試

為了驗(yàn)證自己的方案，當(dāng)然要?jiǎng)邮肿隹茖W(xué)實(shí)驗(yàn)啦！美國(guó)小學(xué)課堂上，同學(xué)們開(kāi)始做一個(gè)同比縮小的山地模型，然后測(cè)試自己的方案?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)也有非常清晰的步驟：設(shè)定目標(biāo)、列出步驟、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論。

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，美國(guó)小學(xué)的科學(xué)課是個(gè)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)過(guò)程：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-做研究-提出需求-討論方案-方案決策-測(cè)試模型-得出結(jié)論。

在美國(guó)的小學(xué)科學(xué)課堂上，傳統(tǒng)的死記硬背早已被摒棄，取而代之的是讓孩子們親身參與其中的探究式學(xué)習(xí)。這一轉(zhuǎn)變不僅激發(fā)了孩子們對(duì)科學(xué)的濃厚興趣，還極大地提升了他們的實(shí)踐能力和創(chuàng) 新 思維。

與此同時(shí)，奇趣科學(xué)的教育理念與美國(guó)的這種授課模式高度吻合：

觀察并提出問(wèn)題-設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)-記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)-并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-小組成員討論總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果-小組演講展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果

這樣的實(shí)驗(yàn)流程共同為孩子們的科學(xué)學(xué)習(xí)之旅注入了新的活力。

奇趣科學(xué)與美國(guó)小學(xué)階段科學(xué)教育的方法高度契合

奇趣科學(xué)是以“點(diǎn)亮好奇心，激發(fā)探索欲”為教育理念致力于通過(guò)科學(xué)素養(yǎng)啟蒙課程。課程依托國(guó)內(nèi)與國(guó)際的青少年發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)與要求，即中國(guó)學(xué)生 發(fā)展核心素養(yǎng)、義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)以及美國(guó)下一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)NGSS，并由淺入深，分為不同等級(jí)的四個(gè)階段，逐步引導(dǎo)學(xué)生探索物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、宇宙與地球、工程與技術(shù)四大領(lǐng)域。

采用獨(dú)特的PTR教學(xué)法，即探究式、項(xiàng)目式、小組式及6+6學(xué)習(xí)法，上課6模塊，實(shí)驗(yàn)6環(huán)節(jié)，逐步引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究科學(xué)現(xiàn)象，幫助學(xué)生 發(fā)現(xiàn)生活中的科學(xué)奧秘，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐能力。

以奇趣科學(xué)的課堂為例：

di一步：這節(jié)課要解決的問(wèn)題

探秘?zé)捊鹦g(shù)。首先，科學(xué)老師會(huì)以金屬的形態(tài)變化的現(xiàn)象作為開(kāi)始，讓孩子們對(duì)科學(xué)產(chǎn)生好奇，引發(fā)思考。

第二步：學(xué)會(huì)背景調(diào)查及建立模型—小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并實(shí)施

學(xué)生知道問(wèn)題后，老師會(huì)引導(dǎo)孩子在什么地方見(jiàn)到過(guò)這種現(xiàn)象，聯(lián)系到日常生活和科技發(fā)展中。這樣的背景調(diào)查能夠幫助學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，增強(qiáng)他們對(duì)小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生動(dòng)力和興趣。

通過(guò)不斷的嘗試，在一次次失敗中調(diào)整方案，zui后接近目標(biāo)，完成科學(xué)課題。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生不會(huì)感覺(jué)疲憊，而是加深了對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和興趣。

第三步：記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

在老師的引導(dǎo)下，學(xué)生會(huì)根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)驗(yàn)的步驟，成功或失敗的現(xiàn)象分析原因，為后面小組頭腦風(fēng)暴作準(zhǔn)備。

第四步：頭腦風(fēng)暴-小組討論總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在這個(gè)環(huán)節(jié)，小組的每個(gè)成員會(huì)有5-10分鐘的時(shí)間，輪流發(fā)言，說(shuō)出自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如果實(shí)驗(yàn)沒(méi)有成功，分析原因，并與其他小組成員討論原因的合理性。

第五步：闡明自己觀點(diǎn)-小組演講展示實(shí)驗(yàn)成果

在小組頭腦風(fēng)暴后，委派一名小組成員展示小組的實(shí)驗(yàn)成果，并進(jìn)行總結(jié)性描述，如果小組中有實(shí)驗(yàn)失敗的現(xiàn)象，一并提出失敗的現(xiàn)象并分析失敗的原因。再次實(shí)施實(shí)驗(yàn)加以證明。

綜上所述，奇趣科學(xué)與美國(guó)小學(xué)階段科學(xué)教育的方法高度契合，均聚焦于培養(yǎng)孩子的實(shí)踐能力和創(chuàng) 新?思維。兩者都推崇探究式學(xué)習(xí)這一核心理念，鼓勵(lì)孩子們主動(dòng)提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集并分析數(shù)據(jù)，zui終得出科學(xué)結(jié)論。這種學(xué)習(xí)方式不僅鍛煉了孩子們的獨(dú)立思考能力，更讓他們?cè)谟H身實(shí)踐中深刻感受到科學(xué)的無(wú)窮魅力，從而更加熱愛(ài)并投入科學(xué)探索的旅程。