发表在《课程教学研究》2012.05期 吴向东
摘 要：十年课改，当前小学科学课程设计的思想和模式存在着的许多问题均暴露出来，直接影响着小学科学教育的质量。本研究以IRIS（鸢尾花）课程设计与实施模式为范例，以情境认知、迁移的研究成果和建构主义学习环境设计为理论基础，根据对情境课程特征的分析，创建了适合小学科学的情境导向的课程设计模型。
关 键 词：科学教育，课程设计，情境认知，学习环境设计，IRIS模式
中图分类号：G423.04 ；G423.07；G423.3 文献标识码：A
一、引言
小学科学课程改革十年，出版各有特色的《科学》教材10套，对推动我国小学科学教育的发展做出了重要的贡献。但小学科学教材中存在的问题随着使用的深入，也浮现出许多有关理念、呈现方式、对学生的吸引力、实施难易等问题，这些问题的存在直接影响着小学科学教育的质量。本文试图在分析小学科学教材存在的诸多问题的基础上，以建构主义的情境认知为主要理论基础，以实践多年的IRIS（鸢尾花）模式为范例，创建情境导向的课程模型，，试图为解决小学科学课程的设计提供新的思路。
二、我国小学科学课程存在的问题
（一）教材存在的问题
韦钰院士于2006年在她的博客中对我国现行的小学科学教材评价为“不是探究式科学教育的教材”[1]。许多专职科学教师最直接的评价就是“教材难教”。根据笔者10年科学教学的经历，认为当前小学科学教材存在以下一些共性的问题。
1．科学教材过于重视科学事实的学习，对科学概念的学习重视不够。最早对此发出声音的是教育科学出版社小学《科学》教材主编郁波教授，并引起了较大的反响。韦钰院士在她主持修订的小学科学新课标中更是提出小学科学课程要“以科学概念的学习为核心”。
2．以主题组织单元内容，但构成单元的各课之间逻辑关系并不紧密，内容显得松散甚至随意；各课中的内容虽有自己的逻辑关联，但“逐渐深入，渐入佳境”式的体现“一英寸宽、一公里深”的逻辑递进关系体现不够，深入探究的设计较缺乏。
3．各课中观察与实验等实践活动较多甚至较难，教师无法完成这么多的活动，甚至教师自己做实验都难以成功，对学生自主探究产生了明显的障碍。
4．科学阅读材料缺乏，卡通却占据太多版面，体现出对学生科学阅读能力或文献研究能力的培养缺乏关照和精心设计。
5．与真实世界的联系不强，虽然每课都有多个观察和实验，但彼此间显得较孤立，欠缺能统整各观察实验的真实问题情境，对学生的吸引力比较有限。
（二）课程设计思想反思
教材中出现的问题与课程设计的思想是紧密相关，受课程标准中“以探究为核心”理念的偏颇理解的影响，小学科学课程设计普遍出现了弱化科学概念学习而重探究技能训练的倾向，即“重过程，轻结论”。但即便如此，探究技能的训练也因课程对科学概念学习和探究支架设计的不重视等而又难以得到较好的落实。
小学科学探究学习的对象应该是真实的物质世界，探究活动就是对物质世界中的科学现象寻求合规律的解释，从而增进学生对真实世界的科学理解。这就需要营造真实的吸引人的学习情境，让学生沉浸到这样的情境中去探究。也就是说，科学探究学习是要依赖于真实情境的，由此我们可以认为科学探究学习是属于情境认知的活动。
基于这样的理解，我们尝试用情境认知的观点、促进迁移的观点和建构主义学习环境设计模型，去探索适合小学科学课程设计的模型，即“情境导向”的课程设计模型。
三、情境导向课程的理论基础
（一）情境认知的观点
情境认知是建构主义学习理论的重要组成部分。情境认知认为，所有的思维、学习和认知都处在特定的情境中，不存在非情景化的学习；知识和能力的发展依赖于真实情境中不断进行的应用知识的活动；知识是在实习场（实作环境）和实践共同体中建构的[2]。实验观察等科学探究活动本身就是“实习场”，并有赖于实践共同体得以达成。
情境认知并不是非此即彼的学习理论，它可以把三种学习理论融合起来。行为主义原则倾向于从技能的获得来看待学习；认知的原则倾向于从概念理解、思维来看待学习；情境原则倾向于从更有效的参与探究和对话的实践来看待学习，这些实践包括概念意义的建构和技能的使用[3]。这样，情境认知通过其关注点——实践，把行为主义和认知主义整合到一个框架中，使我们对学习本质的理解更加深刻。情境认知对实践的强调与小学科学教育对组织与儿童的现实生活相联系的探究活动的要求是相吻合的，这不仅有利于学生学习明确知识——科学概念，还有利于默会知识的学习和探究技能的培养。
著名的应用情境认知原理设计的贾斯珀系列数学课程[4]，用录像片的方式呈现“真实”的情境，把数学问题融入到吸引人的故事中，营造了有意义的探索数学问题的情境，并且借助这个情境不断加入新的问题来更加深入地推进对数学问题的探索。这对小学科学课程的设计同样具有重要的参考价值。
（二）来自迁移的研究
学习是为了获得知识和技能的迁移，否则就会成为“死读书”。
情境认知认为知识和技能处于它们被获得的情境中，如果学生只是孤立地去做一些观察实验来获取知识，受情境的约束，迁移将是困难的。当我们将其与广泛的外部世界联系，在不同背景下使用知识时，学到的知识和技能将是情境自由的，而不是情境约束的，迁移将会更普遍[5]。这是从横向来看待知识和技能的迁移。
从纵向来看，对某个主题学习得越透彻，沉浸到其中学习的时间越多，就越容易产生“少就是多”的学习效应，越容易迁移到新的情境中[6]。当前小学科学教材内容繁多，要完成这么多的活动，的确难有时间，深入的学习活动难以开展，知识的迁移就会受到影响。这可以解释，为什么中国的学生学得那么多、那么难、那么累，知识与技能应用的能力却还是那么缺乏。笔者曾经撰文阐述“时间是一个决定性的变量”[7]，阐述了有深度的学习情境的建构才能使得学生的知识能力得到充分的孕育。科学课程除了要考虑知识的广泛应用外，尤其要注意探究活动的逻辑递进关系的设计，并在实施时给予学生充足的时间去探究。
（三）建构主义学习环境设计模型的启发
乔纳森建构主义学习环境设计（CLEs）被教学设计专家赖格卢斯评价为“把建构主义领域内的许多研究整合在一个统一的教学框架内”[8]的典范。其主要目标是促进问题的解决和概念的发展，它指向的是界定不良和结构不良的问题。CLEs在课程情境的设计方面，其关于“问题”的观点值得我们关注。“问题”包括三个整合性的组成部分[9]：
1.问题境脉。即实作环境和实践共同体是怎样的。课程设计之初，这是首先要考虑清楚的，以使课程的设计更有针对性。
2.问题表征或模拟。问题表征要有趣，能引出问题，吸引学习者。问题表征要能反映“真实的”情境，除了真实的科学实验等外，录像、虚拟实验、故事等都是表征真实问题的方式。
3.问题操作空间。让学习者操作物理或模拟对象可以促进学习者思考，这在科学学习中是最常见的。但有时候，只要依据收集的证据形成假设或行动计划即可，比如形成易于实施的垃圾分类方案等。所有这些活动都需要为学习者提供指导或支架的支撑，比如记录单、调查表等，以便形成令人信服的证据。当前小学科学教材在记录单和调查表的设计上可能较少从学习支架的角度去做巧妙设计，显得是为了做记录而做记录。笔者在“精简化教学设计的原理”[10]中针对这种情况，对支架的设计已做较深入的探讨。
四、情境导向的小学科学课程模型
根据上述情境导向的理论，结合小学科学教育的特点和多年实践IRIS（鸢尾花）模式的经验，笔者尝试创建了情境导向的小学科学课程设计的结构模型（图1），即，营造真实的与现实科学问题相关的情境，提出有吸引力和有挑战性的劣构问题，提供丰富的情境资源，设计合适的学习支架，通过给予学生长时间的学习和探究活动，建构科学概念，发展探究技能，达到课程的培养目标。
该模型的创建是基于以下对情境导向课程的特征的探讨：
1.课程营造的情境对小学生是有吸引力的和真实的，且能把概念的获得和应用的各环节整合到一个整体连贯的情境中。目前的科学教材对情境的设计还未有足够的重视，常见的情况是，为了学习某个知识，孤立地去做某个或几个实验获取结论，然后去思考或解决与知识结论相关的问题，前后的内容较少整合到一个整体连贯的情境中。
2.课程设计的主题指向结构不良的问题。乔纳森认为，这样的问题给学生提供了确定具体问题或学习目标的自主权，这是有意义学习的关键[11]。结构不良的问题的特征是：
1）有着未阐明的目标和限制条件；
2）有多个解决方案和解决途径，或根本就无法解决；
3）有评价解决方案的多个标准；
4）不能确定哪些概念、规则和原理是解决问题所必须的，或它们的组织方式不明确；
5）不能提供用于描述或预测大多数案例结果的一般性规则或原理；
6）需要学习者对问题作出判断并通过表述个人意见或观点捍卫自己的判断[12]。
结构不良的问题情境具有开放性，限制性小。目前小学科学教材所反映的主要是界定明晰的良构问题，观察实验活动的设计似乎直接指向知识结论，形式上虽然是探究的，但目的却还是为了获得确定的知识结论。这样的课程设计也直接影响着教师的教学态度，教师对探究过程的控制太多，学生自主探究的空间受到挤压。笔者在《控制与失控》一文中对此有较深入的分析[13]。
3.支架支撑的“渐入佳境”的情境设计。学习支架是学生思维和自主探究的主要支撑，在情境导向的课程设计中，支架要巧妙地嵌入。学习支架还包括针对基础知识的学习而设计的良构问题，其示范作用可以为解决劣构问题奠基，这样可以把良构与劣构问题统一在一个情境中互为促进。这就要求在整个课程的设计中，从概念的获取到应用要有逻辑递进的关系，前面内容的学习可以作为后续内容学习的基础，形成逐渐深入、“渐入佳境”的情境，以利于概念的理解和迁移。
4.情境资源的丰富性和多样性。情境认知会一定程度地限制知识技能向新的情境迁移，而丰富的和多样化的情境有助于知识技能突破限制而获得更广泛的迁移。所以，小学科学课程从不同的侧面多提供一些可供选择的情境资源是非常必要的。特别是在网络等信息技术发达的当代，网页、社交网络、照片、视频、虚拟实验、传感器等可以作为课程呈现工具、认知工具、交流工具、协作工具、泛在资源的汇集工具等，形成丰富的信息化的情境资源[14]。随着智能手机、平板电脑等无线设备的普及，电子书包的兴起，信息化的情境资源建设将更加凸显其课程价值。
5.时间是情境中的一个隐性的但极其重要的变量。图1中，箭头代表学生沉浸到情境中去探究的“时间”。如果说上述的情境设计构建的是三维空间的物理情境的话，那么时间就是情境导向课程的第四维，使空间得以灵动，使学习能够发生、发展、冲突、演化。如同看不见的温床，通过十月怀胎般的长时间孕育，最终使学生达到学习的目标。
关于学生探究的时间，体现在课程设计上，各项活动所需的时间要有预估，以便根据总体的时间安排，遵循“少就是多”的原则，对内容进行取舍，使课程能精简化[15]；体现在教学实施上，教师要能采取适当的策略使用课程内容，并有足够的耐心，给学生尽可能多的自主探究的时间[16]。
六、情境导向课程的设计范例：IRIS模式
IRIS模式是笔者于2007年提出的一种适合信息技术环境下的数字化探究学习模式[17]，见图2，这是一种典型的情境导向的课程设计模式。其基本理念是“从阅读走向实践，做知行合一的真人”，将阅读与实践紧密结合，避免“死读书”，培养学生的实践能力和创新精神。IRIS模式的基本结构是“引言（Introduction）—阅读（Reading）—探究（Inquiry）—分享（Sharing）”，IRIS是其英文简称，意思是“鸢尾花”，因而也称为鸢尾花模式。在将IRIS模式应用于信息技术环境下的科学课程和教学的设计时，我们把“阅读（Reading）”和“探究（Inquiry）”交融在一起，以系列“任务”的方式呈现，即“引言（Introduction）—任务（Task）—分享（Sharing）”，从而形成了IRIS（鸢尾花）模式的变式[18]。
笔者在论文《IRIS虚拟科学探究实验室的设计和应用》中提供的课程样例《美国登月是造假吗？》[19]设计的就是与现行小学科学教材上呈现的与现有课程不一样的情境，对比如图3。
小学科学教材上的课程是要学生完成月球知识的收集和分享工作，为帮助学生完成任务，设计了记录卡，知识目标是月球知识的获取，能力目标是培养信息收集和整理的能力。这对于小学六年级的学生来说，实在是显得简单而且没什么挑战性，属于低层级的思维活动，更缺乏情境的设计。
情境导向的课程设计，从“美国登月是造假吗”的标题上就把学生吸引了进来，提供的月球知识文本是为了给后续批判性思考各种质疑作铺垫，知识目标是结合月球知识应用已有科学概念做分析，属于知识的应用，这种应用更有利于知识的迁移。各种质疑也多属于劣构问题，需要学生联系小学阶段所学的科学概念去判断甚至去做实验验证，每个质疑后做了简单的提示（支架），提供的各种资源为寻求证据又提供了丰富的情境，“分享”部分则为以证据为基的科学推理提供了“通过表述个人意见或观点捍卫自己的判断”的场所，从能力目标上更鲜明地反映出对高级思维能力的培养。
根据课时的长短，本课程的课堂教学建议分为两种方式：（1）每个小组选取一个质疑，告一段落后全班分享，适合1~2个课时；（2）每人选择多个质疑，小组内交流结论后修正，而后全班分享，适合2~3课时。情境搭好了，有挑战性的问题呈现了，学生就会自动地沉浸其中。在教学时我们观察到，学生之间形成了浓郁的批判性的交流氛围，学习共同体自然而然地运作了起来，形成了一道靓丽的自组织的风景。
《月球》IRIS情境课程是需要在信息技术支持的环境下的，如果是在农村缺乏技术支持的环境下，依靠本课程提供的印刷品（有必要的照片证据）和/或录像放映即可。
六、结语
情境导向的小学科学课程设计是在IRIS（鸢尾花）模式多年实践的基础上的一个尝试性的归纳，能反映小学生科学学习的特点，是科学学习的建构主义特征——情境认知的具体反映。以劣构问题为主题的情境构建更有利于引起学生的探究兴趣、激发学生的挑战和发展学生的高级思维能力，更有利于知识的理解和迁移。同时，本模型的提出，为突破当前小学科学课程设计的局限提供了新的范式。
参考文献
[1] 韦钰.关于“做中学”科学教育的评测（5）(DB/OL). http://blog.handsbrain.com/weiyu/entry/11876.
[2] [3] (美)威尔逊,迈尔斯.理论与实践境脉中的情境认知[A].(美)戴维•H•乔纳森等编,郑太年等译.学习环境的理论基础[M].上海:华东师范大学出版社,2002:66,70
[4]王文静,郑秋贤.贾斯珀系列——基于情境认知的美国数学学习案例研究[J].教育发展研究,2001,(08):39-42.
[5][6](美)珍尼•埃利斯•奥姆罗德著,龚少英主译.教育心理学（第六版）[M].北京:中国人民大学出版社,2011:282,280
[7][18]吴向东.时间是一个决定性的变量[J],科学课.2011,(02):8-9
[8][9][11][12] (美)戴维••乔纳森.设计建构主义学习环境[A]. (美)赖格卢斯主编,裴新宁等译.教学设计的理论与模型：教学理论的新范式（第二卷）[M].北京:教育科学出版社,2011:266,270-273,269,269
[10][15][16]吴向东.精简化教学设计的原理与实施[J].科学课,2011,(11):47-49.
[13]吴向东.控制与失控[J].科学课,2011,(11):1.
[14][17]吴向东. 学习情境导向的信息化课程资源建设[J].中国电化教育,2008,(07):51-55.
[18][19]吴向东.IRIS虚拟科学探究实验室的设计和应用[J]. 中国电化教育,2012,(04).
* ［基金项目］广东省中小学教学研究十二五规划课题《基于儿童Linux系统的学习环境设计研究——以小学科学为例》（编号：J11-095）；广州市教育科学十一五规划课题《小学科学课程的数字化重构和实验研究》（编号：06A005）
