龔 兵，李慧萍

（湖南師范大學 教育科學學院，湖南 長沙 410081）

科學教科書是針對兒童實施科學啟蒙的重要工具和載體。進一步完善科學教科書的科學啟蒙功能，提升兒童的科學素養(yǎng)，是各國科學教育界都高度關注的話題?！癝cienceFusion”是全球最大的教育出版集團之一的霍頓·米夫林·哈考特集團（Houghton Mifflin Harcourt）于21 世紀初推出的一個科學教育項目。該項目包含K-8年級學生的系列科學教材，為每個學段設計了紙質的教師用書、學生用書，還有數(shù)字教材、學習卡片等豐富的線上和線下的學習資源，力求為學生提供一種有意義的科學學習方式。K 學段是“Science Fusion”項目的起始階段，也是美國學制的起點。K學段的學生用書旨在為K學段（5～6歲）幼兒的自主學習服務，從科學情感、科學知識和科學方法三個維度構建了一個內容豐富、形象生動的紙媒環(huán)境，針對學前兒童開展科學啟蒙教育。這本教科書的編撰思路和理念可以為我國的兒童科學啟蒙教育提供重要的啟示。

一、情感的啟蒙：激發(fā)幼兒“做科學”的興趣

著名的科學史家薩頓曾經(jīng)說過：“無論科學活動的成果會是多么抽象，它本質上是人的活動，是人的滿懷激情的活動?！盵1]38這句話既道出了科學活動的本質，也指出了科學教育的一個重要使命——激發(fā)和培養(yǎng)人類對科學活動的激情?？茖W教育必須有情感的參與?？茖W啟蒙首先應該是科學情感的啟蒙，應該讓兒童充分感受科學世界的神奇和魅力，激發(fā)他們探索科學世界的情感和意趣?？茖W教科書作為兒童學習科學的重要載體，在編撰設計上必須基于兒童的天性，滲透科學啟蒙的意蘊?！癝cience Fusion”項目的K 學段學生用書在設計上非常重視這一點。這本教科書從封面設計、插圖選擇與排版，以及色彩的運用等多種要素入手，全方位地激發(fā)兒童對于科學活動的熱情。

（一）封面設計

書籍封面的職責是讓人第一眼看到就被吸引，從而翻開書籍[2]1。這是當代著名的平面設計師奇普·基德（Chip Kiod）對書籍封面職責的闡述。這個闡述同樣也適用于兒童書籍。“Science Fusion”項目的K 學段學生用書采用了教科書封面設計中非常少見的16 開橫開本，封面的上半部分是一幅以企鵝為主的大幅彩圖，下半部分是幾張與全書內容相關的小幅插圖，整體看上去很像一本兒童繪本。這種版式設計對于教科書來說非常新穎。書籍開本的不同樣式可以表達不同的情緒。橫開本的教科書更容易給人以開闊的感覺，其隱喻科學課程和科學世界的豐富多樣。這種大規(guī)格的橫開本設計也為教科書嵌入更多插圖留下了空間。當兒童看到這種版式的書籍時，很難不被吸引。

（二）插圖選擇

“Science Fusion”項目的K 學段學生用書的每一頁都有多幅插圖，圖片占據(jù)該書的大部分篇幅。根據(jù)兒童的學習心理，對符號和圖片的閱讀是兒童吸收知識、發(fā)展能力的一個重要手段[3]。該書為了配合各個學習單元引入的科學概念，插入了很多高清寫實的攝影圖片。這些圖片以正面和平攝的拍攝視角居多，能夠客觀、清晰地呈現(xiàn)事物的原貌。這些來源于真實世界的高清攝影插圖讓兒童有身臨其境的感覺，極大地滿足了兒童對于科學世界的好奇心，激發(fā)了他們探索科學世界的興趣與熱情。這些圖片為兒童在個體生活與科學世界之間搭建起一座橋梁。

教科書在插圖的設計上試圖體現(xiàn)“以兒童為中心，以學習者的學習為中心”的設計理念[4]。插圖中的人物也以兒童為主，只有極少數(shù)的成人出現(xiàn)在某些活動的場景中，且這些成人都是以兒童從事科學活動時的引導者和輔助者的角色出現(xiàn)。插圖中的兒童的年齡與教材使用者的年齡相仿，男女兒童的性別比例基本一致，有著不同的種族背景。插圖中的兒童或獨立或協(xié)作，都自由且專注地開展著科學探究和實踐。他們的著裝都非常生活化，表情和神態(tài)真實逼真。

（三）色彩呈現(xiàn)

色彩的呈現(xiàn)也是兒童教科書的編撰者需要重點考慮的一大要素。這本教科書的服務對象是5～6 歲的K 學段兒童，這個年齡段的兒童大都偏愛絢麗的色彩。教科書采用了大量飽和度和明度都很高的顏色，如橙色、綠色、藍色、紅色、紫色等，并根據(jù)不同學習內容的特點，對這些顏色進行巧妙的運用和搭配，從而也滿足了兒童的色彩心理和審美需要。教科書的每一課都確定了一個主色調，背景顏色、標題顏色、文字與插圖加框的顏色都與主色調保持一致。這樣既保證了每個版面的鮮艷醒目，同時又能避免顏色過于駁雜會干擾或影響兒童的閱讀和學習。這些顏色的呈現(xiàn)及色彩的搭配并非僅僅考慮美學和設計的需要，也反映了大自然中各種真實場景的色彩呈現(xiàn)。兒童接觸這些色彩的同時也會被大自然及科學世界的美與壯觀所打動和震撼。

教科書力求通過顏色的對比來突出核心概念。每一課的大標題都采用了統(tǒng)一的主色調，課中引入的概念和詞匯則采用黑色粗體字并配上白色背景，同時用彩色邊框予以突出，邊框顏色與這一課的主色調保持一致。這種處理方式既突出了科學概念的嚴肅性，又保留了兒童讀物應有的活潑與趣味。

版式、色彩、插圖等都是教科書外觀設計中的重要元素。這本教科書中將這幾個元素以不同的形式分別作用于兒童的感官。當兒童閱讀教科書的時候，這些元素得以串聯(lián)在一起構成一個豐富的科學世界。多種元素的疊加與融合賦予這本教科書原本靜態(tài)的紙媒空間以靈性和動感，為兒童的科學學習提供了極佳的情緒背景。兒童使用這樣的教科書能夠使他們的感知覺、思維、情感、意志、價值觀等全面參與到科學課程的學習中，從而輕松地實現(xiàn)科學情感的啟蒙。經(jīng)由這種啟蒙，兒童被塑造成具體的、鮮活的、有溫度的科學學習者，而不是無感情的、抽象的、被動學習的個體[5]。兒童接觸和閱讀這樣的教科書，能夠受到科學情感的啟蒙，內心被激發(fā)出探索科學問題的樂趣，有助于提高他們在后續(xù)的科學學習中的具體表現(xiàn)[6]。

二、知識的啟蒙：構建“做科學”的學習單元

學校開展的系統(tǒng)科學教育肩負著滿足學生高認知要求，使學生能為未來的學習和職業(yè)生涯做好充分準備的任務。這本科學教科書通過十個富有挑戰(zhàn)性的學習單元，實現(xiàn)對兒童的科學知識啟蒙，促使兒童初步感知科學知識的魅力。表1 顯示的是這本教科書所包含的學習單元，也凸顯出該書的內容和框架。

表1 顯示，該書的十個“學習單元”可以分為三個部分。第一部分為第一、二單元，涉及科學探究和科學實踐的具體方法和工具；第二部分為第三到第十單元，包含物質、能源、運動、地球資源、天氣和季節(jié)、白天和夜晚、動物、植物等多個主題；第三部分則是三個STEM活動，分別穿插于第五、第八和第十單元之后，體現(xiàn)出教科書對于STEM教育的滲透。

表1 Science Fusion K 學段學生用書的單元與課

（一）《新框架》和《新標準》對教科書內容的影響

根據(jù)2011—2013 年美國出臺的《K-12 核心概念、跨學科概念、工程實踐框架》（以下簡稱《新框架》）和《新一代科學教育標準》（以下簡稱《新標準》）的要求，K-5 年級需要認識和學習的核心概念基本一致，只是針對不同年級的學生要體現(xiàn)學習進階的要求。K 學段與低年級主要側重于識別概念[7]2。這本教科書對K學段的設計注重該學段未來與其他學段的接軌。因而，這本K 學段的教科書所引入的科學概念和原理同樣也覆蓋了四個領域：物質科學、生命科學、地球和空間科學及過程、技術和科學的應用[7]14。這說明這本教科書的內容受到《新框架》及《新標準》這兩個政策文本的直接影響。盡管這兩個政策文件對于各州的科學教育及科學教科書的編寫并不具有強制性，但在客觀上，兩者對于美國科學教育領域的權威影響卻是不可忽略的。

本文考察的這本教科書是在美國得克薩斯州發(fā)行和使用的。根據(jù)得克薩斯州的法令，教科書的內容必須嚴格遵循該州的相關政策——得克薩斯州的教育法規(guī)及科學課程的知識和技能標準，也就是通常所說的TEKS（全稱為Texas Essential Knowledge and Skills for Science）。TEKS 對于得克薩斯州的教科書具有法律效應，是所有在該州發(fā)行和使用的科學教科書都必須嚴格遵循的標準。這本K 學段的教科書在每一課首頁的頁腳處都標注了“TEKS”字樣，同時每一課的內容所對應的TEKS 中的具體條款也標注在“TEKS”字樣之后。表1 最右邊的兩欄充分體現(xiàn)出州標準在課程領域中的絕對權威性。

（二）TEKS 的強制要求

TEKS 是關于“學生應該知道和能夠做什么的州標準”[8]。針對K 學段幼兒應該了解的概念及需要具備的能力，TEKS 有如下描述：兒童的學習主題涉及物質和能量、力、運動和能量、地球和空間生物體和環(huán)境；兒童應學會提出問題，創(chuàng)建適當?shù)姆椒ń鉀Q問題，用科學工具進行探索，如科學調查和推理部分，強調實踐安全程序，可引導兒童提出有關自然世界的問題，并通過描述性調查中使用的簡單觀察來尋求這些問題的答案[8]。

從TEKS 對于K 學段學生需要具備的能力的描述中可以發(fā)現(xiàn)，TEKS 與《新標準》有著諸多的共通性。且TEKS 曾多次修訂，不斷吸收新的科學教育理念，確保標準的內容能夠與時俱進。TEKS 與《新標準》《新框架》在理念上趨同，都注重在學前兒童教科書中引入基本的科學概念，重視對學前兒童的科學認知提出明確的要求，認為兒童學習科學概念不能僅僅停留于識記層面，而需要通過科學實踐培養(yǎng)兒童的科學精神及運用科學方法的能力。州標準和國家標準突破了幼兒只能用游戲的方式接觸科學的傳統(tǒng)觀念，促使幼兒“學科學”“做科學”，以此實現(xiàn)科學啟蒙。這一理念在學習單元內部每一課的內容設計中體現(xiàn)得尤為明顯。

這本教科書的每個學習單元都包含2～3課。每一“課”都引入了明確的概念及多項學習任務。教科書并不要求兒童單純地記憶這些科學概念或主題，而是盡力將核心概念加工或轉化成兒童能夠理解的現(xiàn)象或問題，以此激發(fā)兒童學科學、做科學的興趣和動力[9]40，提升兒童的科學探究和實踐能力。

以第二單元為例。該單元的主題為“科學與技術”，分為兩課。第一課的主題是“解決問題”?！敖鉀Q問題”對于兒童來說是一個較為寬泛和抽象的主題。為此，教科書將“解決問題”分解和轉化成兒童更容易理解的問題——工程師如何解決問題？這使得兒童擺脫了寬泛和模糊的學習任務和實踐要求，得以將學習任務與現(xiàn)實生活中特定職業(yè)群體所面對的“解決問題”聯(lián)系起來，更便于兒童的理解。由此，兒童得以將知識與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，也賦予科學知識更強的現(xiàn)實意義，增強兒童發(fā)現(xiàn)、認識、面對和解決問題的能力。

（三）“課”與深度學習

這本教科書中的每一“課”都是基于核心概念的深度加工，意在使抽象的學習主題與兒童的認知水平與生活經(jīng)驗發(fā)生關聯(lián)，充分關照到幼兒的心理特點，促使幼兒從自身的經(jīng)驗出發(fā)進行積極思考，同時也幫助兒童將既有的經(jīng)驗打破和重構，接受科學思維的訓練。這符合美國教育界所重視的深度學習的要求。深度學習將知識的掌握視為學習的手段，學習的最終目的在于學生能夠作為主體“參與”（雖然只是簡約地、模擬地參與）人類的生活實踐[5]。根據(jù)邁克爾·富蘭（Michael Fullan）的理解，深度學習通常體現(xiàn)在知識運用、解決現(xiàn)實問題的過程之中[10]。這本K 學段的教科書力求培養(yǎng)幼兒的“問題意識”與“實踐意識”，促使幼兒在“做科學”的過程中體驗深度學習。這本教科書雖然引入了若干科學概念和原理，但卻沒有讓兒童將其學習經(jīng)驗和學習結果鎖定為對概念的識記，而是通過情境和問題的設計體現(xiàn)對幼兒的問題解決、合作、創(chuàng)造性、批判性思維等各方面能力的提升[10]。這實際上就是《新標準》中所強調的預期表現(xiàn)，也就是希望通過學習促使幼兒能夠在學習活動的終點“表現(xiàn)出對科學的精通”[7]11，這包含培養(yǎng)幼兒具有與其年齡相符的科學能力與素質，具體包括：提出問題；開發(fā)和使用模型；計劃和開展研究；分析和解讀數(shù)據(jù)；設計解決方案；參與基于論據(jù)的論證；獲取、評價和交流信息[7]3。

整體而言，這本教科書的內容體系既嚴格遵循了TEKS 的要求，也全面滲透了《新標準》和《新框架》的理念。這本K 學段的學生用書通過設置若干“具有挑戰(zhàn)性的學習單元”，實現(xiàn)了對兒童的科學知識啟蒙。這種學習單元的設計形式使得這本教科書的知識體系超越了傳統(tǒng)設計中常見的孤立、平列、散在的知識點的形式，有助于兒童形成對自然世界、科學世界的全方位的認知和體驗，最終在促使兒童理解科學與日常生活的聯(lián)系的基礎上，實現(xiàn)對其科學知識的啟蒙[11]。

三、方法的啟蒙：引入“做科學”的學習策略

科學通常被認為由科學知識、科學方法及科學精神三個部分構成?？茖W啟蒙也可以從這三個方面進行考慮。這本教科書除了重視兒童的科學情感和科學知識的啟蒙，也非常注重兒童運用科學方法的啟蒙，具體則是通過在教科書中引入學習策略來實現(xiàn)的。

這本K 學段的學生用書非常重視引導兒童掌握科學方法——既包含科學課程的學習方法，也有科學活動的實踐和探究方法。這本書圍繞書中的科學概念設計了諸多練習。這些練習既能夠加深兒童對概念的認知，也能使兒童在閱讀教科書、學習科學概念的同時有機會開展科學實踐。這本書所設計的練習也并非要求學生圍繞概念的掌握而進行機械訓練，而是力圖讓兒童親歷科學實踐的真實過程，具體做法是通過引入多種學習策略而實現(xiàn)對科學概念的理解（見表2）。這些學習策略既是培養(yǎng)個體學習能力的重要手段，也是影響學習效果的主要因素[12]。為了讓這些學習策略與科學概念融為一體，設計者將這些策略隱含在每一課的練習中。這意味著只要兒童參與練習就有機會接觸并運用這些策略，習得科學方法，進而增強科學探究和實踐的能力。

表2 Science Fusion K 學段學生用書引入的學習策略

（一）學習策略的基本類型

所謂學習策略通常指的是一些能夠促進學習者有效學習的規(guī)則、方法和技巧等[12]。學習策略大體可以分為：認知策略、元認知策略和資源管理策略等幾種類型[13]。其中，認知策略最為常見，通常又可以分為復述策略、圖解策略和組織加工策略[13]。

這本教科書基于K 學段幼兒的身心特點，強化了對幼兒認知策略的引導。表2 中出現(xiàn)的描述、討論、解釋等都可以歸為復述策略；繪畫、畫圈、涂色則可以歸為圖解策略或者表現(xiàn)加工策略；觀察、信息收集、分類、比較、排序、示范、預測、設想、展示等則可以歸為組織策略。這些學習策略分布于每個學習單元，通常出現(xiàn)在每一課的練習和小結中。這種處理和設計意味著這本教科書引入學習策略的目的不僅僅是“教”，更側重于“學”——促使兒童自主思考，并運用特定的學習策略解決問題，同時通過多次練習、反復體驗，達到鞏固和掌握學習策略的目的。由此，兒童做練習的過程也成為認識、實踐和掌握學習策略的過程，也就是學會學習的過程。

復述是幼兒認知活動尤其是記憶中非常重要的一種儲存策略。幼兒最主要的復述方式是出聲復述。這本教科書設計了若干要求學生針對特定問題進行描述、討論或解釋的練習，促使學生反復運用復述策略。例如，第五單元“運動”的第二課“物體在哪里”中，教科書要求學生描述一個物體與另一個物體所處位置的關系。這個練習明確要求學生采用“描述”的策略，檢驗和鍛煉了兒童的語言表達；另外，這個學習任務要求兒童判斷物體所處的方位，這樣不但培養(yǎng)了兒童的觀察能力，還促進了兒童積極主動的思維。

學前幼兒的思維基本處于前運算階段，剛剛能夠運用符號來表征事物和從事簡單的思考活動。圖畫是一種特殊的符號。這本教科書有很多練習都要求兒童用圖畫的形式表達對問題的看法，這實際上是在引導學生運用和實踐圖解策略。這本教科書設計了很多類似的練習，要求兒童根據(jù)特定的要求進行繪畫。圖畫不但形象直觀，而且有高度濃縮信息的功能，不僅能幫助兒童思考和把握物體的特點、形狀等，還能促使兒童加深記憶和理解。教科書引入圖解策略使得兒童必須將問題以圖畫的形式展示出來，有助于幼兒理解題意并思考解題的思路。

組織策略也是一種常見的學習策略，旨在對學習材料進行一定的歸類與整理，減少認知資源的耗費，提高學習效果[14]。分類是一種最常見的組織策略。研究表明：幼兒在形成概念、發(fā)展思維的過程中，歸類能力已得到了較好的發(fā)展，幼兒完全可以學習并實踐分類策略。這本教科書中出現(xiàn)了很多有關分類策略的練習：有的是連線，如讓兒童將屬性一致的物體劃線連接；有的是涂色、畫圈，如給同類物體涂上同一種顏色、針對選中的物體畫圈等。這些分類練習既培養(yǎng)了兒童的思維，同時也將組織策略與圖畫策略有機地聯(lián)系起來。

（二）學習策略的反復出現(xiàn)

這本教科書中的學習策略都不是單獨出現(xiàn)，而是蘊含在每一課的練習與實踐活動的操作要求之中。這本教科書會根據(jù)新的學習內容設計對應的練習，與此同時也會圍繞這個練習提出相應的行動要求與學習策略，使兒童形成對特定策略的初次印象。這本教科書中學習策略的引入力圖與特定的學習內容及學習要求相配合。由于這些策略會在教科書中反復出現(xiàn)，這就使兒童能夠在不同的情境中反復實踐這些策略，因而可以把握學習策略與環(huán)境的關系，了解在具體情境中如何有針對性地選擇合適的策略，解決相應的問題。在這個過程中，兒童不但發(fā)展了科學思維，而且實踐能力也得到提升。

多種學習策略在這本K 學段學生用書中反復出現(xiàn)，非常符合幼兒學習的及時強化原則。這本書在每一課的小結部分設計了若干有針對性的練習，旨在使學生進一步熟悉和鞏固策略，形成對學習策略的情感認同，最終學會熟練運用策略?？紤]到幼兒的理解能力與學習心理，這本書沒有對特定策略進行理論性的說明或解釋，而是結合具體的操作過程以明確和規(guī)范的方式予以說明，促使兒童將特定問題與適切的學習策略建立聯(lián)系。這種設計充分考慮到了學前兒童的認知特點，避免兒童生硬地掌握學習策略，防止教科書設計中忽略對幼兒學習意識及學習能力的啟蒙。

這本書對于學習策略的隱性設計有助于兒童知識的結構化，從而使得兒童不再碎片化、孤立化地保有知識[15]。學習策略的引入促使幼兒圍繞與科學概念相關的現(xiàn)象展開深層次思考，有助于知識在幼兒的頭腦中保持長久，最終促進策略的遷移[16]322-324。當兒童反復實踐學習策略并將其理解為一種認識外部世界的習慣和方式，就能在認識并實踐學習策略的過程中主動建構知識。幼兒使用這樣的教科書，有機會以整合、組織、闡釋、遷移、反思等多種方式開展對知識的運用和反思，從而解決真實問題，勝任對復雜情境的挑戰(zhàn)，獲得一種深度學習的體驗[17]。

四、結語與思考

根據(jù)“Science Fusion”項目官網(wǎng)的介紹，此項目的主要編寫團隊由三位在科學教育、兒童教育、教材研究領域極富經(jīng)驗的資深專家組成，分別是瑪喬麗·弗蘭肯（Marjorie Frank）、邁克·迪斯拜齊奧（Michael DiSpezio）及邁克·海特豪森（Mike Heithaus）[18]。其中，K-2 年級的教材編撰由瑪喬麗·弗蘭肯負責。她是一位受過訓練的教育者和語音學家，被人們視為一位天生的作家和詩人，同時她也為兒童雜志撰寫科學期刊文章，從事過基于游戲的數(shù)字評估。瑪喬麗·弗蘭力圖在科學教科書的編寫中將《新標準》與州的知識技能標準有機地聯(lián)系起來。當兒童閱讀教科書時，可以受到科學教育、文化教育、藝術教育?？梢?，學前兒童的科學啟蒙不僅僅是被動地“學科學”，還可以成為一段生動、有趣并極富意義的旅程。這也意味著科學教科書的編撰必須突破傳統(tǒng)的藩籬。

“Science Fusion”是一個線上線下融合的教育項目，包含K-8 學段多種形式的學習資源，旨在全方位地為學生的學習服務。這種設計思路符合世界范圍內教材功能轉變的趨勢——從教的方面向學的方面轉化[19]。因而，這個項目推出的教科書無論是編制理念、編寫過程、編制方法的確定，還是教材內容的選擇,都將重點置于學生學習的能力、興趣和需要,把促進學生的發(fā)展放在首要位置。

師生共用的教科書的編撰必須兼顧師生雙方的需要，容易出現(xiàn)忽略師生在教學活動中的角色差異及師生使用教科書的需求差異的現(xiàn)象。而這本K 學段的教科書分別編撰教師用書和學生用書，有助于兒童的自主探究和學習，也便于在學生用書中滲透深度學習理念，為K學段兒童學習品質的提升提供有效的支持。

長期以來，我國科學教育界對于如何開展幼兒的科學啟蒙教育關注較少。美國的這本K學段教科書為我們提供了一個參考和學習的模板。學前兒童科學教育必須突破傳統(tǒng)思維，擺脫單純的以游戲與活動為主的淺層學習的模式，滲透更多的科學意識與科學精神的培養(yǎng)。推動兒童科學啟蒙教育的意義不僅在于兒童本身，更多的是基于對社群及這個社會的健康和福祉的考慮[20]6。

在美國，學前兒童科學教育是K-12 科學教育體系的起始階段和基礎環(huán)節(jié)[21]4。近年來，伴隨STEM 教育的蓬勃興起和發(fā)展，美國又加強了從幼兒園（pre-kindergarten）到大學后的STEM教育計劃和項目（即P-16/P-20①P 指的是preschool，一般面向3 歲以上的幼兒，相當于我國幼兒園的小班和中班階段。的STEM教育）。美國教育界對于科學技術教育的系統(tǒng)發(fā)展與長遠規(guī)劃，均建立在對科學啟蒙教育的高度重視的基礎之上。目前，我國的科學教育體系正處于不斷完善之中，科學啟蒙教育應該受到更多的關注。如何以學前兒童的科學教育為基礎，構筑適合我國兒童的系統(tǒng)化科學教育體系，是我們需要面對和解決的一個重要問題。