看看美国小学科学课是怎么上的

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美国的科学教育是从幼儿园就开始的,每个年级都有这样一本厚厚的教材,可见美国对孩子科学教育的重视。这是2017最新版的美国小学科学教科书,叫Science Dimensions。

要知道,我们小学时的自然课不是学校和老师特别重视的课。而进了中学真正开始学数理化,一上来就是大量的概念、公式、习题,会有多少人喜欢呢?大多数都是硬着头皮学;好像大多数时间我们都在做习题、掌握套路,目的就是应付考试。

美国的科学教育要学习四个方面的内容:

科学方法(Scientific Methods):科学、科技、工程 ...
生命科学(Life Science):动物、植物、生态环境 ...
地球和空间科学(Earth and Space):资源、气候、宇宙 ...
物理科学(Physical Science):物质、能量 ...

而翻阅美国小学科学课本,感触良多:当我们的孩子在花大量时间做习题、练套路的时候,他们在学习用科学方法去解决实际生活中的问题。美国小学科学课本编写思路其实也很简单: 从问问题开始,试着去解释你周边的世界 ...
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以书中的案例为例,和大家一起分析下美国的科学教学法,比如,他们是怎么让少不更事的小学生理解高大上的 Design Process 并动手实践的 ... 这是Dimensions五年级的一节课,What is a Design Process(怎么做工程设计?)

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1、从生活现象出发,看看我们要解决什么问题 (Defining a Problem)

一节科学课,往往是从一个生活中常能遇见的现象开始的。比如,这节课从一个孩子极可能遇到的现象开始:你去爬山,发现靠近山顶的山道经过大自然的风吹雨打,发生了严重的侵蚀(erosion),成了一条深深浅浅的沟,很难安全通过,需要修复。

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这就是一个从生活中来的真实问题。事实上,大量的发明创造,就是从生活中一个需求、一个需要解决的问题起步的......

2、做背景研究 (Background Research)

这该怎么解决问题呢?我们很多人遇到问题,或接到任务,往往就直接一头扎进去。做着做着就发现越做越糊涂,不知道为什么而做,不知道这个问题是怎么来的,更不知道需要了解哪些相关知识,以及是否有前人经验可以借鉴。一句话,缺乏研究,没有研究能力。

研究能力主要是在做项目(Project)过程中逐渐形成的。我们的孩子从小学甚至到研究生毕业都没有机会做很多像样的projects,整个学习生涯都在做题,想想也很悲哀。而美国小学科学课,从小就开始做研究 ...

比如,在这个山道修复问题中,提出问题后,第一步就是要做背景研究。

首先,要了解这个地区的天气、地理特征,老师也会给一张等比例地形图,带孩子们读图,让孩子搞明白这个问题是在什么样的情况下发生的,最大程度地靠近现实。

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研究过程中,需要做 Criteria- Constraint 分析,这是一个通用的分析方法。解决任何问题,我们都需要考虑两个重要方面:

1、我们希望达到的标准(Criteria)是什么?比如,你认为这个山道侵蚀问题要解决好,要达到这三项要求:通行安全、能减缓降水对山地的侵蚀、修复过程中尽量少用建筑材料。

2、我们面临的限制(Constraint)有哪些?比如,实施这项工程,资金、材料、空间、时间 ... 有哪些约束条件?

老师会让孩子做点简单练习,理解这个问题中的 Criteria 和 Constraint 分别有哪些?

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这个分析方法几乎可以应用在我们生活和工作的方方面面。什么是对我们重要的,什么是我们的局限所在,对两个方面进行综合考虑,我们才能做出合理的决策。

这个道理,很多人要经历很多年才能明白 ... 而美国的小学科学课,一个小小的案例,就能让年幼的孩子开始领悟这层道理。

3、头脑风暴,碰撞解决方案 (Brainstorming)

发现问题,经过研究,有些初步想法后,就可以来个“头脑风暴”了。头脑风暴的关键是:要心态开放,学会倾听不同意见 ......

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课本上先提供了一些方案建议,老师让孩子们讨论每个方案的优缺点。比如,可以在山道边上放一些大石块,石块可以防止水土流失,降低对山道的侵蚀 ...

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在周边的泥土上放一层山草覆盖物。这样,土壤会比较湿润,湿润的泥土比干燥的会少一些侵蚀 ...

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还可以在周围山坡上放一些障碍物,比如建一个木头或混凝土的矮墙,这样能减弱山上下来的水流,降低对土壤的侵蚀 ...

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这些方案有一个特点:都是真实的,让孩子真切感受到解决实际问题的“现场感”。满足所有要求的完美方案一般不会有,每个方案都有人赞成,有人反对 ... 接下来怎么办呢?

4、用决策矩阵来确定方案取舍(Decision Matrix)

这节科学课上,面对前面说的各种方案,到底该如何取舍呢?这时候,老师会引导孩子用一个矩阵框架,做决策分析。这个矩阵框架一般会用思维导图来做,把思维可视化,常见的工具有Thinking Maps, Mind Maps, Anchor Chart, Graphic Organizers等等。在欧美中小学教科书里,Graphic Organizer 是用得最多的。

针对每个标准(Criteria),给每个方案打分,再参考每个Criteria的优先级;如果一个方案的总分比较高,而且在优先级高的Criteria上得分比较高,那么就可能成为最后被选中的方案。

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选好了方案,下面进入制作模型和测试阶段了 ...

5、动手做模型,测试自己的方案(Hands on Activity)

科学课里,一大部分是跟着课本、跟着老师亲手做实验。但有些很难去实地做实验,比如这个案例,不可能带着孩子去山上做实验。那怎么办呢?老师会要求五年级的孩子做一个山地的 Scale Model(按比例缩小的立体模型),去测试自己的解决方案。

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比如,模拟降水情况,看看这个方案是否可行 ...

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即使是做这么一个实验,也是分四部分12个步骤一步步走下来的,这四个部分是确定实验目标(Objectives),设定实验步骤(Procedures),分析实验结果(Analyze Results),得出结论(Draw Conclusions)。非常详细,满满的方法论。

做完实验,也许结果并不完美,这时,就要不断改进解决方案,通过数次尝试,逐渐靠近目标,让孩子体会到 Design Process 其实也是一个 trial and error process(试错过程)。有句话孩子听到耳朵都能起老茧:

If at first you do not succeed, try, and try again.

一次不能成功,那就继续尝试吧!

而亲自去解决一个实际问题,就能让他理解这句老话的真实含义,并去做到这一点。

6、体验完整的设计过程(It's a Process)

走了这么一大段路,现在,和孩子总结一下什么叫 Design Process,就水到渠成了 ...

发现问题或需求-做研究-精确定义问题所在-共同讨论解决方案-做方案评价并选择最优-做测试模型(model, prototype)-评价测试结果

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说起来,真的不难;但做起来,并不容易。这种从小养成的思维习惯和技能,对于未来从事任何“和发明创造、解决问题有关的工作”,都是非常宝贵的财富。

7、放宽眼界,相信自己可以改变世界(Take it Further)

美国科学课本和中国一样,也会用一些科学家的事例鼓励孩子们进行科学研究。但不同的是选择案例的视角。我们课本上的科学家不是牛顿,就是爱因斯坦,感觉离我们好遥远 ... 即便我们被同一个苹果砸中,都不会让我对研究物理多一分兴趣。

但是,美国小学科学课本里介绍的这些生活在当代、平凡的科学家却让我感到亲切和动容。比如这节课里提到的是一位黑人女性科学家,叫 Wangari Maathai,她出生在肯尼亚,在美国和德国接受过教育。她的专业领域是地质侵蚀(erosion)和森林流失(deforestation),这正是肯尼亚目前面临的两大问题,也是这位女科学家正在努力研究和解决的问题。

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解决这么大的一个问题,原理和方法与解决课本里的“山道修复”也差不多,也是在限制条件下(Constraint)寻求最优解的过程。老师还告诉孩子,可以把大问题分解成小问题,一个个去解决。

所以,站在更高处看科学,科学不是冷冰的公式和定律,科学更不是一大串习题,科学是有趣的,也是有意义的,我们可以用它去改变世界——这是我们可以引导孩子去拥有的格局。

必须说,中国孩子在数理化基本功上其实很不错,如果能借鉴一些国外科学学习方法,真的会“如虎添翼”,成为一个真正热爱科学的人;因为只有热爱,才能找到发明创造之路。

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1 条评论
  • 沙发 lllllllll 

    这篇文章真好

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