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本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自外灘教育（ID：TBEducation），作者鄭鋼 
本文共4078字，仔細閱讀需11分鐘 美國的初中科學(xué)是不分物理或化學(xué)學(xué)科，而是以科學(xué)課的課程形式將幾門學(xué)科整合起來，包含了物理、化學(xué)、生物和地理，課表上只有科學(xué)課，內(nèi)容卻是五花八門。美國2013年頒布的《未來一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了科學(xué)教育的三大維度：科學(xué)實踐、學(xué)科核心概念和跨學(xué)科共同概念，為他們的科學(xué)課指明了方向。在格倫初中的一節(jié)八年級科學(xué)課堂，老師帶領(lǐng)學(xué)生正在制作一座塔。教師拿出一個車模，問學(xué)生如果要制造一輛車，應(yīng)該如何根據(jù)車模去衡量確定尺寸大小。很快學(xué)生開始了熱烈的討論，有的說根據(jù)車模量一量，有的說根據(jù)商店量一量。教師一邊傾聽學(xué)生討論，然后一邊引導(dǎo)他們?nèi)绾螌④嚹５拇笮〖白兓Y(jié)合起來，用同比例放大的方法去確定。教師通過“小變大”的方法去幫助學(xué)生建立測量和制圖中同比例放大或縮小的概念。之后，教師將一個垃圾桶放在講臺上，然后提供給學(xué)生帶有格子的繪圖紙，要求學(xué)生上臺測量，并繪制橫切面。
這是一個“大變小”的過程，有的學(xué)生很快理解老師的要求和意圖，完成的很好，而有的學(xué)生無法理解同比列增加的概念，畫出來的圖像不符合要求，也不成比例。教師就要求他們上臺去比較和分析，直到符合要求。同比例分析、演算，并設(shè)計和繪制圖紙是制造塔重要的知識基礎(chǔ)，教師并沒有直接告訴學(xué)生將垃圾桶測量，然后按照一定的比例將其縮小。她卻從舉例來分析，引導(dǎo)學(xué)生建立同比例的概念，然后通過現(xiàn)場事件應(yīng)用，將垃圾桶同比例畫圖。一節(jié)課的容量其實很少，只是掌握數(shù)學(xué)上同比例大小變化的概念，但是教師通過兩個案例的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生充分思考、分析和推理，強調(diào)地是學(xué)生概念自主建構(gòu)和思維有效激發(fā)。很多美國課堂不強調(diào)知識落實，強調(diào)探究的過程，把更多的時間放在學(xué)生的主動動手探究上。課堂不是強調(diào)零碎的知識片段和細枝末技內(nèi)容的記憶，而是圍繞核心概念進行教學(xué)，聚焦主干知識的理解和掌握，使得學(xué)生可以用概念去解釋現(xiàn)象并應(yīng)用于動手實踐之中。知識固然重要，但在當(dāng)今的社會，知識不是太少而是太多了。并且，隨著社會發(fā)展，科技進步，知識會越來越多。一個人應(yīng)該學(xué)會的是方法和思維，面對最多知識，也能成為知識的主人，而不是奴隸。這節(jié)課已經(jīng)是單元的第三節(jié)課，是美國科學(xué)教育課堂模式（EEEASR）的第三“E”，也就是“解釋（Explain）”，在這個環(huán)節(jié)里，學(xué)生還自學(xué)詞匯單有關(guān)建塔的詞匯，如：力、壓縮、張力、重力、負(fù)荷、波束、地基、比例、比例項間的比率、坐標(biāo)方格、地面波、抗力等二十個詞匯。他們從網(wǎng)上去找尋解釋，了解這些專門名詞的意思。這節(jié)課就是給學(xué)生實踐經(jīng)驗，使得學(xué)生在現(xiàn)場測繪和制作中理解這些概念。在設(shè)計和制作中運用、創(chuàng)造 科學(xué)教育課堂模式（EEEASR）的前兩個教學(xué)環(huán)節(jié)是：“激發(fā)興趣（Engage）”和“探索Explore”，激發(fā)興趣環(huán)節(jié)是組織一個繪畫埃菲爾特塔的比賽，看誰將鐵塔畫的最好，第二個環(huán)節(jié)是探索影響塔制作的重要要素。
教師組織學(xué)生閱讀兩篇關(guān)于地震的材料，討論和分析如果要建造塔的話，如何考慮地震因素以及防震。這節(jié)課后是應(yīng)用（Apply）環(huán)節(jié)，也就是制作環(huán)節(jié)，教師提供四張大報紙、一米的粘帶、剪刀以及幾根細棒等材料，然后發(fā)給學(xué)生一張學(xué)習(xí)單“如果我是設(shè)計師”，單子列出了五道題目：確定問題； 網(wǎng)上調(diào)查并寫出防震建筑要考慮的因素；提供一個網(wǎng)站，必須要有學(xué)生能夠理解的、關(guān)于防震的有關(guān)信息和知識；在你自己的設(shè)計圖紙上有何特征使得你的塔具有抗震功能，并解釋如何用報紙和粘帶制作。
這些任務(wù)幫助學(xué)生梳理設(shè)計和制作的思路及整個過程，學(xué)生在完成和交流后，就開始動手制作了，而在接下來的環(huán)節(jié)就是展示和分享(Share)，學(xué)生會將做好的塔向全班展示，并解釋設(shè)計的要素，如高度、比例和抗震等。
而老師則會將紙塔放在桌子上，以切變的運動和水平的方向移動，模擬地面波，測驗紙塔的抗震能力。完成展示和測驗后，就是反饋和評估（Reflect）環(huán)節(jié)，教師會根據(jù)量規(guī)評價表，對學(xué)生的作品進行評分，同時對學(xué)生提出修改或完善建議。這一成績也就是他們這個單元的學(xué)習(xí)成績。
制作紙塔是一節(jié)科學(xué)課，其實也是當(dāng)今美國教育非常重視的STEM教育，運用了地理、數(shù)學(xué)和物理等學(xué)科知識，并最終以工程設(shè)計的形式完成任務(wù)。這節(jié)課并不高大上，也不深奧或者尖端，材料來源很簡單，只是一些廢舊報紙和粘帶而已，然而將知識學(xué)習(xí)融合起來，將各學(xué)科知識糅合起來，并應(yīng)用于實踐制作之中。如今在國內(nèi)Stem教育正在引起人們的關(guān)注，不少學(xué)校嘗試推進這一全新模式。然而也出現(xiàn)了諸多問題影響著STEM深入推進。如傳統(tǒng)課堂如何轉(zhuǎn)型去迎接Steam教育，學(xué)科知識如何整合和滲透，低成本輕獲取的材料如何開發(fā)，主題如何選擇和確定等等。紙塔制作單元的EEEASR教學(xué)模式以及如何充分挖掘現(xiàn)成的制作材料，或許對于開展科學(xué)教育和STEM教育是一種啟發(fā)。在格倫初中，幾乎每個年級科學(xué)課每學(xué)期都會安排主題式科學(xué)制作，時間跨度較長，常常會持續(xù)兩三周，教師設(shè)計不同的任務(wù)，從易到難，從簡單到復(fù)雜，在原來的基礎(chǔ)上會有升級版，越到后面對學(xué)生的挑戰(zhàn)越大。就在我們研修的一段時間，有的年級在制作過山車、有的在制作機器人、有的在用餅干和奶油制作模型展示地殼運動，有的在制作多米諾骨牌等等，所有的科學(xué)課堂儼然是制作工場，學(xué)生們設(shè)計、制作、展示和交流。美國的科技全世界領(lǐng)先，重要的一個原因在于大力推進科學(xué)教育，課堂教學(xué)重視學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力培養(yǎng)。像制作“會飛”的飛機、過山車、可以在上面行走的橋梁、機器人和各種形狀的塔是美國學(xué)生在學(xué)校里必須做的項目，是美國科學(xué)課堂的基本配置，是每個學(xué)生必須有的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。這些學(xué)習(xí)活動是在《美國未來一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》后新動態(tài)和方向，體現(xiàn)了科學(xué)教育的三大維度：科學(xué)實踐、學(xué)科核心概念和跨學(xué)科共同概念。這樣改變了以往科學(xué)學(xué)科知識相互獨立，科學(xué)知識與科學(xué)實踐互不相干的想象，而是將三者有機的融合使得過去鮮被關(guān)注的跨學(xué)科概念、科學(xué)和工程實踐進入課堂，成為科學(xué)教育的主體。
三個維度中，科學(xué)實踐處于核心的地位，不是孤立存在，而是與核心概念和跨學(xué)科概念相互結(jié)合，主要體現(xiàn)為8個方面：提出問題（科學(xué)）和明確需解決的難題（工程）； 建構(gòu)解釋（科學(xué)）和設(shè)計解決方案（工程）；基于證據(jù)的論證和辯論；獲取、評價和交流信息。這些“實踐”代替了“研究”，強調(diào)了做”與“學(xué)”無法真正的分開 ，更廣義地體現(xiàn)科學(xué)學(xué)習(xí)的特點。除了EEEASR科學(xué)教育模式之外，如今美國科學(xué)教育協(xié)會正在推進科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計的“5E”（Engage、Explore、Explain、Elaborate和Evaluate）模式，這與EEEASR模式異曲同工。第一“E”是學(xué)生參與，教師設(shè)計開放性的活動，將以前學(xué)到的知識能緊密地聯(lián)系起來，激發(fā)學(xué)生的興趣和參與，生成問題；
在第二“E”（探索）中，分發(fā)所需的材料，解釋問題；
第三個“E”是解釋，組織學(xué)生解釋和理解概念，并確定核心詞匯；第四個“E”是詳盡闡述，主要體現(xiàn)在運用和延伸，將所學(xué)的知識動手實踐，制作作品；
最后的“E”是評價，根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)形成基于問題和討論的形成評價和基于項目、報告和測試的總結(jié)性評價。
還有一種模式在美國科學(xué)實驗課堂也很為流行，那就是“POE”模式，加州大學(xué)洛杉磯分校教育學(xué)院的教授在培訓(xùn)時讓我們體驗了“Predict（預(yù)測）、Observe（觀察）、Explain（解釋）”的教學(xué)模式。
在“WATER WONDERS”的實驗中，我們先猜測三種不同的材料，藍沙、白色粉末、彩色珠子在水中可能發(fā)生什么呢？大家動用了全部的感官，發(fā)揮了所有的想象，可是結(jié)果與我們猜測的南轅北轍，藍沙結(jié)果浮在水面上，聚集在一起；白色粉末也不是我們所想象的人工雪，會溶解在水里，而是遇水會迅速膨大，變成了小粒的晶體；還有彩色珠子原來是我們常見的“水精靈”，在水中會慢慢變大，而且變得富有彈性。
這個模式啟示我們，科學(xué)學(xué)習(xí)或研究首先需要學(xué)生根據(jù)已知的科學(xué)事實和科學(xué)原理，對所研究的自然現(xiàn)象及規(guī)律提出一種假定性的推測與說明，這是很重要的科學(xué)方法，鼓勵學(xué)生大膽地創(chuàng)新。
而且在動手實踐中，要學(xué)會觀察，分析現(xiàn)象與假設(shè)之間的關(guān)系，當(dāng)然學(xué)生還要學(xué)會解釋現(xiàn)象的原理，解釋為什么會出現(xiàn)這樣或那樣的現(xiàn)象，這就是科學(xué)教育強調(diào)的創(chuàng)新素養(yǎng)。無論是EEEASR模式，還是5E模式，或是POE模式，都鼓勵學(xué)生動手實踐，啟發(fā)學(xué)生積極思考和提出問題，注重學(xué)生創(chuàng)造性思維、解決問題及發(fā)現(xiàn)問題能力的培養(yǎng)，努力使學(xué)生像科學(xué)家一樣思考和像工程師一樣實踐。
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