奇趣科學與美國科學教育體系與教學理念深度解析

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

美國小學科學課程標準及流程

美國小學有4門“主科”，英語、數(shù)學、科學和人文。其中“科學”占了1/4的位置，和英語、數(shù)學并重。美國小學科學課的體系很大。從內(nèi)容上講，包括了物質科學、生命科學、地球和宇宙、工程科學以及科學方法等等；從分科上講，不少我們初中才接觸到的物理、化學、生物知識，也有覆蓋。和其他學科類似，科學課也是循序漸進地從低年級到高年級慢慢遞進。

根據(jù)美國下一代科學課程標準NGSS，他們把科學教育分三個維度：科學和工程實踐（學生要做什么）、跨學科共同概念與思維遷移（學生要思考什么）、核心學科概念（學生要知道什么）。這三個維度中，占據(jù)di一位的是科學和工程實踐，具體來說，就是學科學、學工程，要“動起來”，學會做八件事。這里的“做”，比起我們通常說的“動手做實驗”，涵義要更深刻、更廣泛，并且高度還原真實生活中科學家、工程師的工作方式。這八件事，分別是：

1. 要會問問題（asking questions），搞明白自己到底要解決什么問題（defining problems）

2. 要會建模型（developing and using models）

3. 要會做調查研究（planning and carryng out investigations）

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

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

6. 要能解釋科學現(xiàn)象（construct explanations），設計解決方案（designing solutions）

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

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

在科學課程設計中，以這八項能力為標準，觀察、分析、討論、記錄等實踐貫穿全程，低年級以圖示和簡單描述記錄為主，高年級課程逐漸過渡到嚴密的邏輯分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計，形成一個螺旋上升的能力培養(yǎng)機制。

以一個美國真實小學科學課堂上的學習項目為例：

di一步：我們要解決什么問題

科學不是公式的堆積，而是生活中的現(xiàn)象。老師問同學們：我們?nèi)ヅ郎降臅r候，發(fā)現(xiàn)靠近山頂?shù)纳降澜?jīng)過風吹雨打已發(fā)生嚴重的侵蝕，行人很難通過。我們應該如何修復才能讓行人安全通過呢？美國小學的同學們會以圓桌形式開始積極的討論，并按照步驟完成科學課題。

第二步：學會做背景調查

修復山道，首先要了解這個地區(qū)的天氣和地理特征。美國科學課堂的老師展示了一張山道周圍的等比例地形圖，帶領小學同學們了解山道的海拔環(huán)境和地質情況。

同學們將山道的地理特征記錄下來，并且列出相應的科學問題思考。山道修復重要的要求是什么？山道修復面臨哪些困難？

雖然這是一個簡單的科學分析過程，但其中的辯證方法不僅可以運用在科學課上，還可以應用在自己生活和工作中，幫助美國小學的孩子在未來的生活中做出更合理的決策。

第三步：小組式頭腦風暴

通過小組合作探究，能產(chǎn)生更好效 果。美國小學的課堂上，每個學生在5到10分鐘時間整理出自己的想法，小組輪流發(fā)言，將所有的觀點記錄并整理好。

同學們討論得非常踴躍，提出了諸多科學方案：在山道路邊放石頭，石頭可以阻止水土流失和泥土進一步得侵蝕；在山道周邊的土壤上放山草覆蓋物，泥土得到濕潤，減少侵蝕；在周圍山坡搭建矮墻，阻擋水流沖擊降低土壤侵蝕……

第四步：分析決策，為方案打分

美國教育更喜歡理性的思維和決策。通過決策矩陣，學生可以將重要的點一一列出，再判斷這個方案是否達到了科學課題的要求。

例如“確保人類安全”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：制作模型并測試

為了驗證自己的方案，當然要動手做科學實驗啦！美國小學課堂上，同學們開始做一個同比縮小的山地模型，然后測試自己的方案?？茖W實驗也有非常清晰的步驟：設定目標、列出步驟、動手實驗、得出結論。

我們會發(fā)現(xiàn)，美國小學的科學課是個非常嚴謹?shù)脑O計過程：發(fā)現(xiàn)問題-做研究-提出需求-討論方案-方案決策-測試模型-得出結論。

在美國的小學科學課堂上，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習。這一轉變不僅激發(fā)了孩子們對科學的濃厚興趣，還極大地提升了他們的實踐能力和創(chuàng) 新 思維。

與此同時，奇趣科學的教育理念與美國的這種授課模式高度吻合：

觀察并提出問題-設計并實施實驗-記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)-并撰寫實驗報告-小組成員討論總結實驗結果-小組演講展示實驗結果

這樣的實驗流程共同為孩子們的科學學習之旅注入了新的活力。

奇趣科學與美國小學階段科學教育的方法高度契合

奇趣科學是以“點亮好奇心，激發(fā)探索欲”為教育理念致力于通過科學素養(yǎng)啟蒙課程。課程依托國內(nèi)與國際的青少年發(fā)展標準與要求，即中國學生 發(fā)展核心素養(yǎng)、義務教育小學科學課程標準以及美國下一代科學課程標準NGSS，并由淺入深，分為不同等級的四個階段，逐步引導學生探索物質科學、生命科學、宇宙與地球、工程與技術四大領域。

采用獨特的PTR教學法，即探究式、項目式、小組式及6+6學習法，上課6模塊，實驗6環(huán)節(jié)，逐步引導學生主動探究科學現(xiàn)象，幫助學生 發(fā)現(xiàn)生活中的科學奧秘，以培養(yǎng)學生科學探究與實踐能力。

以奇趣科學的課堂為例：

di一步：這節(jié)課要解決的問題

探秘煉金術。首先，科學老師會以金屬的形態(tài)變化的現(xiàn)象作為開始，讓孩子們對科學產(chǎn)生好奇，引發(fā)思考。

第二步：學會背景調查及建立模型—小組設計實驗并實施

學生知道問題后，老師會引導孩子在什么地方見到過這種現(xiàn)象，聯(lián)系到日常生活和科技發(fā)展中。這樣的背景調查能夠幫助學生理解科學知識的實際應用，增強他們對小組設計實驗產(chǎn)生動力和興趣。

通過不斷的嘗試，在一次次失敗中調整方案，zui后接近目標，完成科學課題。在這個過程中學生不會感覺疲憊，而是加深了對知識的認識和興趣。

第三步：記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)并撰寫實驗報告

在老師的引導下，學生會根據(jù)自己設計的實驗記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗現(xiàn)象總結實驗報告，包括實驗的目的，實驗的步驟，成功或失敗的現(xiàn)象分析原因，為后面小組頭腦風暴作準備。

第四步：頭腦風暴-小組討論總結實驗結果

在這個環(huán)節(jié)，小組的每個成員會有5-10分鐘的時間，輪流發(fā)言，說出自己的實驗結果和觀察到的實驗現(xiàn)象，如果實驗沒有成功，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-小組演講展示實驗成果

在小組頭腦風暴后，委派一名小組成員展示小組的實驗成果，并進行總結性描述，如果小組中有實驗失敗的現(xiàn)象，一并提出失敗的現(xiàn)象并分析失敗的原因。再次實施實驗加以證明。

綜上所述，奇趣科學與美國小學階段科學教育的方法高度契合，均聚焦于培養(yǎng)孩子的實踐能力和創(chuàng) 新?思維。兩者都推崇探究式學習這一核心理念，鼓勵孩子們主動提出問題、設計實驗方案、收集并分析數(shù)據(jù)，zui終得出科學結論。這種學習方式不僅鍛煉了孩子們的獨立思考能力，更讓他們在親身實踐中深刻感受到科學的無窮魅力，從而更加熱愛并投入科學探索的旅程。