科学课程模式发展的科学课程模式研究

摘要:加拿大不列颠哥伦比亚省的科学课程改革以培养具有科学素养的公民为目标。科学课程从内容、大概念和课程能力三个维度联系科学知识、原理与实践，从幼儿园到12年级不断发展学生对“科学故事”的理解以及“提问与预测”“计划与实施”“处理与分析数据和信息”“评价”“应用与创新”和“交流”六个方面的探究能力。在具体实施过程中，科学课程可基于“认知实践理解”模型进行设计，并以科学课程能力为指导进行学生评价。整体上看，科学课程改革特征在于:(1)课程注重基于科学概念的学习，促进探究能力的发展;(2)科学课程能力融合核心能力，指导学生评价;(3)教学环境灵活，促进学生个性化发展。

不列颠哥伦比亚省(BritishColumbia，简称BC省)位于加拿大西部，经济发达且教育体系完备。2000年至2012年期间，BC省全体学生在国际学生评价项目ProgrammeforInternationalStudentAs-sessment，简称PISA)中取得较高的成绩结果，但出现国际排名整体下滑的趋势。与此同时，面对世界巨大而迅速的变化形势，BC省为保持较高的教育水平，培养学生在未来生活中获取成功所需的知识与能力，革新原有的教育课程体系迫在眉睫。因此，该省于2015年8月起启动了教育体系课程改革，期望通过灵活性的选择和高质量的教与学支持学生日益个性化的学习，提高学生的核心素养与能力，实现教育体系的现代化[1]。本文聚焦于BC省的科学课程改革，认识该省的新科学课程模型及三维结构，了解新科学课程的具体实施过程，总结该科学课程模式建构的特征与经验，为我国科学课程建设提供新视角。

一、科学课程改革概述

课程改革目标往往体现了课程改革的背景与需求，并指导了后续课程结构模型的建构过程。本文通过介绍科学课程改革的目标及系统化的课程结构模型，以从整体上概述新科学课程的基本情况。

(一)科学课程改革目标

为实现不列颠哥伦比亚省的社会和经济目标，新课程改革以培养受过良好教育的公民(Well-edu-

catedCitizens)为目的，使其具有批判性和创造性思维并适应世界和社会的变化。这反映到科学领域，即需要新科学课程改革能够帮助学生发展成为具有科学素养的公民(ScientificallyLiterateCitizens)。为实现这一目的，BC省建立了一系列的科学课程目标:(1)发展对科学本质的理解，将其作为一种基于证据的了解自然世界的方式，从而产生描述和解释，并在文化价值观和伦理的背景下进行不断改善;(2)在现有认识(包括对原住民的认识)的基础上，发展基于当地的自然世界知识;(3)发展坚实的科学概念性和程序性知识基础，以解释自然世界，并应用于新的问题、争议和事件，应用于未来学习与生活;(4)培养与科学相关的思维习惯———持续的好奇心，重视提问，对新观点持开放态度并考虑其他选择，对证据的欣赏，对假设的认识和对给定信息的质疑，一种健康的、明智的怀疑，寻求模式、联系和认识以及对社会、伦理和环境影响的考虑;(5)培养对科学的终身兴趣和态度，使其在自己的生活、文化与环境中能够适当地为社会、道德、伦理决策与行动带来科学的观念，成为具有科学素养的公民[2]。

由此，新科学课程需要为学生提供发展科学知识、技能、态度和思维习惯的机会，使其能够使用科学方法进行研究;基于批判性思维、创造性的洞察力和已有的科学知识，通过合作、调查、解决问题、交流、创新、发现并增加他们对科学的认识;发展个人和社会意识，认识自己在环境方面的角色和责任;通过培养对科学领域的欣赏，能在日常生活中应用知识或在未来的职业生涯中为科学做出贡献等。

(二)新科学课程模型

为实现科学改革的一系列目标，新课程改革需要在学生概念学习过程中为其创造能力与素养发展的环境与条件，即支持基于概念的能力驱动的学习方法，以包含学生学习的基本内容，同时关注到学生在各个领域的能力发展。为此，BC省建构了所有学科领域通用的课程模型，并在此基础上进行课程的重新设计。

如图1所示，“认知实践理解”模型(“Know-Do-Understand”model)由大概念(BigIdeas)、课程能力(CurricularCompetencies)和内容(Content)三个维度构成，以共同协作支持学生的深度学习:(1)模型中的“大概念”指的是学习领域中重要的关键概念和基本原理，反映了模型中的“理解”部分，代表的是学生在完成本年级课程后将会理解的内容，以及面向未来的综合理解;(2)“内容”是指每个年级的基本主题和知识，反映了模型中的“认知”部分，明确了内容指向的学生学习标准;(3)“课程能力”是指学生随着时间的推移而发展起来的技能与策略等，反映了模型中的“实践”部分，明确了能力指向的学生学习标准[3]。由此，课程形成了规范的、系统化的结构模型，以有效地支持课程改革目标的实现。

虽然模型中各个维度的具体内容根据领域内容的不同而有所区分，但各个学科领域课程都可基于该模型展开有序的课程设计过程，使得每一学科都能在规范、标准的结构框架下进行内容的丰富，既能凸显学科的特殊性，又能与其他学科有效统整，以建构完整一体的新课程。本文所讨论的科学课程同样基于“认知实践理解”模型进行了重新设计，形成了科学学科领域独特的三维课程结构。

二、科学课程的三维结构

科学课程以内容、大概念、课程能力联系对科学的认识、理解和实践，通过将科学知识与实践方法相结合的方式，支持学生学习，从而加深对科学概念的理解和实践应用。

(一)科学课程的大概念与内容

BC省的基础科学教育从幼儿园开始，发展至12年级。其中，K-9年级实行的是综合科学课程，包括生物、化学、物理、地球和空间科学四个领域内容;10年级为科学必修课程，11年级分科为化学、地球科学、环境科学、生命科学、物理学和公民科学，12年级分科为解剖生理学、化学、环境科学、地质学、物理学和专业科学，学生需要在11-12年级选择其中一门作为选修课程以达到毕业要求[2，4]。

新科学课程的大概念通过关键概念和基本原理讲述“科学故事”(thestoryofscience)，强调了对科学基于原理和理论的“理解”。科学各个内容领域的重要概念都在幼儿园被引入，并在随后的年级中逐步得到扩展与深入，从而加深学生对“科学故事”的理解。表1呈现的是化学学科领域中大概念的发展过程，其独有的“化学故事”使得学生对“物质”的理解更为深入[5]。

科学课程的内容契合大概念，概括了学生应该知道的知识，强调科学的“认知”，在内容学习标准中确定了生物、化学、物理、地球、地球和空间科学中的特定概念，要求学生在每个年级进行积极的探索。如表2所示，10年级科学课程的内容在大概念的基础上，明确了该年级学生所需掌握的学习主题与基本内容[6，7]。

(二)科学课程的课程能力

新科学课程基于科学探究形成了6个实践阶段的具体科学课程能力，每一阶段都具备特有的组成及要素，并根据年段纵向发展[8]。

1.课程能力的组成及要素

科学探究是科学学习的核心，是学生获取科学知识、学习与科学实践有关的思维习惯、深度理解科学概念、作为受过科学教育的公民获得核心能力的工具。BC省指出，探究性学习虽不一定总是学习科学某些重要内容(例如，术语、如何使用设备)的有效方法，但其能够促进生成学习这些概念和技能的动机。

基于此，新课程围绕以“实践”为中心的科学探究过程，构建了科学内容领域的课程能力。该过程包括提问与预测(QuestioningandPredicting)、计划与实施(PlanningandConducting)、处理与分析数据和信息(ProcessingandAnalyzingdataandInformation)、评价(Evaluating)、应用与创新(ApplyingandInnovation)和交流(Communicating)6个实践阶段，每一个年级围绕这6个阶段横向地具体展开和发展。例如，8年级科学课程中6个阶段过程包含了27条具体的课程能力子项目(见表3)，这些课程能力子项目阐明了学生在该年级科学学习和探究的每个阶段中应该发展起来的能力，使得科学探究活动的进行更明确，更具有可操作性。

科学课程能力围绕6个阶段，提出学生在每个实践阶段应该具备的能力要素。例如，通过Nvivo11对K-12年级“提问与预测”实践阶段的课程能力子项目进行词频分析，将分组设定为“存留的字根”，将“具有最小长度”设定为5，生成如图2所示的词语云图。可以发现，“提问与预测”阶段的课程能力中出现频率较高的词有questions、curiosity、observations、predictions等，表明学生在该实践阶段普遍需要具备的课程能力要素包括提出问题、有好奇心、观察、预测等。

2.不同年段课程能力的发展要求

科学课程的课程能力在“提问与预测”“计划与实施”“处理与分析数据和信息”“评价”“应用与创新”和“交流”的每个阶段中，都呈现出随年级增长而不断承接与递进发展的内容和行为，以“提问与预测”阶段为例进行说明。

这一阶段主要包括的“有好奇心”“观察”“提出问题”和“预测”课程能力要素根据不同年级学生的认知和能力水平做出了具体的要求:(1)学生从对世界的好奇心逐渐聚焦于科学主题，并从个人兴趣问题发展到社会、全球兴趣问题;(2)学生的观察从熟悉情境拓展至不熟悉的情境，最终聚焦于有科学探究目的观察;(3)学生提出的问题从对熟悉事物的提问，发展至提出进行科学探究的问题，而问题的水平也从简单的发展至复杂的、抽象的;(4)在做出预测方面，学生从对熟悉事物做出预测，到基于已有认识做出预测，最终聚焦于对探究做出预测，并从提出单个简单预测拓展至多个预测。

综上所述，该阶段的课程能力从内容上看逐渐聚焦于科学问题，问题从个人拓展至社会甚至是全球，假设和预测变得多样，体现科学的学科特点;从行为上看，课程能力要素由低年级的“有好奇心”“观察”“提问”发展至“有好奇心”“观察”“提问”“做出预测”，涉及和整合该阶段更多方面的能力，对行为的限定词也从“简单的”发展为“复杂的”“抽象的”。

3.科学课程能力与核心能力的关系

核心能力是所有学生深度学习(DeepLearning)和终身学习(Life-longLearning)所需发展的智力、个人、社交和情感方面的能力。BC省经过商讨和修订，最终提出了三大核心能力(CoreCompe-tency):思维能力(ThinkingCompetency)、沟通能力(CommunicationCompetency)和个人与社交能力(PersonalandSocialCompetency)，每个核心能力下又细分了不同的子能力，体现对学生整体的、综合的学习期望[9]。那么，科学课程能力与三大核心能力有什么关系呢?

在新课程中，三大核心能力以一种融合的形式嵌入了更具学科特殊性的课程能力之中。如表5所示，在8年级科学课程的“提问与预测”阶段中，学生能够对一个科学主题或个人感兴趣的问题有持续的理智的好奇心，体现了学生应该具备的思维能力;在“交流”阶段中，学生能够适当地使用科学语言，表征及数字技术来交流想法，发现和问题的解决方案，体现了学生应该具备的沟通能力;在“应用与创新”阶段中，学生能够通过个人或协作的方式来关心自己、他人、社区和世界，体现了学生应该具备的个人与社交能力[5]。

三、科学课程的设计与学生评价

科学课程基于大概念、内容与课程能力三个维度形成了新的课程结构，为后续科学课程的设计与学生评价奠定了基础。

(一)基于课程模型进行课程设计

新科学课程以概念学习和探究为重点，通过不同的方式组合科学知识与实践方法，也就是对课程能力、大概念和内容进行选择和有机的结合，以此提供给学生多样化的学习机会，从而促进学生对科学概念的深度理解。

以8年级“夸克和轻子”一课的课程设计为例进行说明。在学生熟悉原子由三种亚原子微粒:质子、中子和电子组成的基础上，该课程以进一步探索物质的组成部分为目标，通过明确课程的大概念、内容指向和课程能力指向的学习标准:(1)大概念:物质的行为可以用动力学分子和原子理论来解释;(2)内容:原子理论与模型(质子、中子和夸克，以及电子和轻子);(3)课程能力:提问与预测(为明确自己关于自然世界的问题而进行观察)、处理与分析数据和信息(建构和使用一系列的方法，包括合适的表、图、箭头、模型和数字技术，以表示数据中的模式和关系;通过自己的调查和间接资源寻找数据中的模式和联系)以及应用与创新(把学习转移和应用到新的环境中)，构成了具体的课程三维模型，形成课程的基本问题:世界上所有物质都是由什么构成的，指导了后续课程的流程设计。如图3所示，课程让学生通过曲奇成分(面粉、糖、蛋、巧克力豆等)卡片的分类活动，将探索巧克力曲奇组成的模式迁移至对原子组成模式的理解中，如通过探究巧克力豆分为黑巧克力和白巧克力，黑巧克力的成分有可可粉和可可脂，白巧克力主要由可可脂制成，以此来理解原子核中质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子由一个上夸克和两个下夸克组成。在这样的类比和建模方式下，课程在灵活的教学环境中向学生介绍了基本微粒(夸克和轻子)的概念，并培养了学生“提问与预测”“处理与分析数据和信息”“应用与创新”实践阶段的科学课程能力[10]。

(二)基于课程能力进行学生评价

评价的基本目的是了解学生能力与素养发展的程度，而不是他们执行特定任务、解决特定问题的情况。为此，新课程提出了一个以课程能力为核心的学生评价框架，并在该框架下开展各个学科领域的评价活动。

1.学生评价概念框架

学生评价概念框架将评价重点放在了学生能力上。首先，课程能力不等同于评价标准，但却是评价的关键，因此学生评价标准依据课程能力确定可观察的5个标准类别(CriteriaCate-gories)，以反映学习领域的重要方面;其次，在明确标准类别的基础上制定适合学生发展的具体标准(Criteria);最后，开发基于标准的评价应用(Applications)程序，具体包括观察/报告类别(Obser-vation/ReportingCategories)、水平评价规则(Continuum/rubric)、反思提示/自我评价(ReflectionPrompts/Self-Assessments)、任务设计规范(DesignSpecifications)、访谈/会议指南(Interview/ConferenceGuidelines)和教师/同伴反馈(Teacher/PeerFeedback)6个类型的评价活动。

2.科学课程的学生评价

在科学课程中，评价标准依据科学课程能力分为了提问(Questioning)、过程和证据(ProceduresandEvidence)、分析(Analysis)、伦理道德(Ethics)和交流(Communicating)5个标准类别，并由此制定了一系列可观察的、可开发的、在不同年级间有所区分的具体标准。以表6中7-8年级和9年级的标准为例进行说明。一方面，这些评价标准与科学课程能力的要求有非常高的一致性，可以说科学课程的评价标准是一些关键的、可观察的科学课程能力;另一方面，9年级相较于7-8年级所需具备的有关5个类别的能力都有所提升，如在提问类别中，7-8年级学生需要做到的是形成一个假设，而9年级学生需要达到的水平标准则是形成多个假设[11]。

那么，如何利用这些评价标准指导学生评价呢?本文以评价应用程序中的“任务设计规范”为例，介绍教师如何利用评价标准进行科学课程的单元测试开发。如表6所示，教师可依据9年级评价标准对学生能力的要求进行相应的问题内容导向设计，以平衡、客观地对学生的学习表现进行评价[12]。总的来说，BC省的学生评价基于课程能力驱动(competency-driven)而非任务驱动(task-driven)，任务仅是展示一个或多个素养的工具。

四、科学课程改革的特征

目前，不列颠哥伦比亚省K-9年级的新科学课程已于2016/2017年全面实现，10年级于2018/2019年实现过渡，而11-12年级将在2019/2020年实现完全过渡[13]。本文介绍了BC省新科学课程改革的基本情况，包括改革目标、课程结构(大概念、内容和课程能力)及后续的实施过程(课程设计、学生评价)。从整体上看，新科学课程关注学生的能力培养与个性发展，具备以下三大特征:

(一)课程注重基于科学概念的学习，促进探究能力的发展

BC省改革后的科学课程通过大概念和内容组织了生物、化学、物理、地球与空间等科学各个领域的知识与基本原理，使学生从幼儿园至12年级能够围绕科学领域中的关键概念，对内容主题和知识进行不断深入的探索和了解。同时，在学习科学知识与概念的基础上，科学课程应让学生有机会发展技能、态度和科学思维习惯，使他们能够使用科学方法进行研究。新科学课程通过“提问与预测”“计划与实施”“处理与分析数据和信息”“评价”“应用与创新”和“交流”六个阶段的探究实践技能、策略和过程，有层次地发展了学生随年级增长所需具备的探究能力。

由此，新科学课程通过“基于科学概念的学习”与“促进探究能力的发展”两种方式，突出了科学独特的学科价值，也以一种相互补充的培养模式有效促进了学生的高层次思维发展和深层次的学习，以支持学生在理念与技术等不断变化的21世纪中获得成功。

(二)科学课程能力融合核心能力，指导学生评价

从科学课程的理念和目标上看，科学课程注重科学的特殊性，重在培养学生的科学素养，通过科学课程能力表述对每个年级学生在科学领域的能力期望。同时，科学课程能力也承载了新课程改革提出的核心能力的素养教育目标，是核心能力在科学领域的落实与融合。随着科学课程的进行与展开，核心能力也就自然地呈现出来了。同科学课程一样，BC省综合数学、应用设计、技能和技术、语言、艺术教育等其它各个学科领域的课程能力，以最终实现学生思维能力、沟通能力和个人与社交能力的发展。从科学课程后续的实施过程上看，新科学课程从科学课程能力出发，制定了学生评价标准，指导了诸如观察、提示反馈、测试、访谈等一系列科学领域评价活动的展开，从能力的角度关注了学生面对未来的发展要求。

总的来说，作为学生核心能力发展的重要载体，科学课程能力从上层的理念和目标上与核心能力相融合，到下层的具体实施过程中指导了学生评价活动的展开，始终贯穿于课程建设的前后，使科学课程从理念、结构到实施各个组成部分紧密结合在一起，系统化地支持新课程的教与学。

(三)教学环境灵活，促进学生个性化发展

个性化发展强调了学生认识、理解、实践过程中会有不一样的学习速度，不一样的学习环境及不一样的学习方式与方法。个性化发展的重点是让学生对学习的内容、方式和环境能拥有更多的选择和发言权，从而提高学生的学习参与度，逐步实现自主学习。新课程不再像以前那样具有特别强的规范性，允许教育者在设计教与学的过程时具有创造性和创新性，为教师和学生提供灵活性和选择。

新科学课程的三个维度———大概念、内容和课程能力之间有不同的组合方式，这提供给教师多样化的选择和设计思路，鼓励教师根据学生的兴趣和目标，使用诸如基于探究、跨学科、STEM等方式创建多类型的科学课程和科学单元。在这样灵活的教学环境下，学生能够实现基本的科学概念学习和科学能力发展，并满足自己其他方面的不同学习需求，如实验操作、人文体验等，由此学生能对学习持有足够的兴趣和求知欲，积极主动地在学习过程中不断反思、不断设定新的目标以更好地调控自己的学习，最终实现高质量的个性化发展。

参考文献:

[1]BritishColumbiaMinistryofEducation.CurriculumOverview[EB/OL].[2020-04-10].https://curriculum.gov.bc.ca/curriculum/overview.

[2]BritishColumbiaMinistryofEducation.GoalsandRationale[EB/OL].[2020-04-29].https://curriculum.gov.bc.ca/curriculum/science/core/goals-and-rationale.

[3]BritishColumbiaMinistryofEducation.NewCurriculumInfo[EB/OL].[2020-04-29].https://curriculum.gov.bc.ca/curriculum-info.

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[5]BritishColumbiaMinistryofEducation.Introduction[EB/OL].[2020-04-10].https://curriculum.gov.bc.ca/curriculum/science/core/introduc-tion.

[6]BritishColumbiaMinistryofEducation.ScienceK-10-BigIdeas[EB/OL].[2020-04-10].https://curriculum.gov.bc.ca/sites/curriculum.gov.

bc.ca/files/curriculum/continuous-views/en_science_k-10_big-ideas.pdf.

[7]BritishColumbiaMinistryofEducation.ScienceK-10-Content[EB/OL].[2020-04-10].https://curriculum.gov.bc.ca/sites/curriculum.gov.bc.ca/files/curriculum/continuous-views/en_science_k-10_content.pdf.

[8]BritishColumbiaMinistryofEducation.ScienceK-10-CurricularCompetencies[EB/OL].[2020-04-10].https://curriculum.gov.bc.ca/sites/curriculum.gov.bc.ca/files/curriculum/continuous-views/en_science_k-10_curricular-competencies.pdf.

[9]BritishColumbiaMinistryofEducation.CoreCompetencies[EB/OL].[2020-04-10].https://curriculum.gov.bc.ca/competencies.