我国的科学教材仍以学术性知识为逻辑框架，而国外科学课程则是学术、人文并重，教材呈现相关内容，由教师决定取舍，但教材的组织线索已不是学术性知识而是综合主题了。

目前科学教材中的活动较之以往已有大幅度的增加，但无论从量上还是质上，与发达国家的教材相比还有较大差距。

对于教材设计者来说，最大的挑战是站在学生的立场上进行设计，而不是从教材设计者自身的立场出发。然而，后一种情况常常发生。

我国现阶段的考试制度不会使科学教材向主题式的内容组织思路上偏转，就连教材上少得可怜的科学、技术和社会（STS）内容也常被边缘化，科学素养目标能否达成令人担忧。

科学教材面临多方挑战

【教材教学化意味着学生学习活动化，它有效地矫正了教师照本宣科的传统做法。】

众所周知，教材是课程的重要载体。对教材的界定，有广义和狭义之分。广义教材指一切教学材料，包括教科书、教参、教学辅助材料等；狭义教材就指教科书。不同历史时期的教科书有着很大的差别。教科书差异的背后是教育理念的变化，是教材观的变化，而教育理念、教材观的变化又受一定社会发展需求和学术思想的影响。本文试图通过科学课程教材的变化，来了解新世纪中国教育改革的理念和当代的教材观，以及新课程改革下中国教材建设面临的机遇与挑战。

教材教学化与心理化

新世纪中国科学教育改革的方向和世界科学教育改革的方向是一致的，这就是强调科学探究、强调科学素养、强调科学技术与社会的关系。前者是对20世纪60年代科学课程改革理念的继承，后两者是对20世纪60年代科学课程改革理念的修正。

新世纪科学教材的改革还与教材功能的变化联系在一起。早先的教材主要是供教师使用的，故编写时偏重严谨的知识序，且知识多以定论的方式呈现。以后的教材不仅为教师所用，也为学生所用，从此，便有了教材教学化和心理化的改革，这一改革方向延续至今。

所谓的教材教学化就是教材不再是简单的定论性知识的信息库，而变成活动方案加信息库。这一变化从中小学直至大学都有。加强了活动设计，这是教材的一大进步。其中杜威、泰勒功不可没。这两位大师认为课程目标的达成，经验的选择至关重要。学习不是靠教师告诉了学生什么，而是靠学生自己经历了什么，做了什么。教材教学化意味着学生学习活动化，教材的这一变化有效地矫正了教师照本宣科的传统做法，科学课上大量学生活动的涌现正得益于此。

教材的心理化始于赫尔巴特，乌申斯基也曾在教材的心理化研究上作出过重大贡献，他从把教材作为学生自学活动的对象着眼，研究学生认识教材的心理特点。泰勒提出了“心理序”这一对教材设计来说十分重要的概念。他说：“多年来，人们已普遍认识到逻辑组织与心理组织之间的差别。当作出这种区别时，我们是想要指出，学科领域专家对课程要素之间关系的看法，与学习者对这些关系的看法是不同的……学科领域专家所看到的关系，与对学习者具有意义的发展之间，有时会有很大的差别。”泰勒的论述提醒教材编写者关注儿童认识事物的心理序。

加涅的任务分析直接影响到科学教材的编写。任务分析的核心思想是：把要完成的终极任务（目标）向下分解，直到起始的任务（目标）。例如为了学习压强这个概念，学生要先学习压力和面积这两个概念；为了学习面积这个概念，学生要先学习长和宽……任务分析对课程设计和教学设计都是十分重要的。美国加州大学伯克利分校按加涅的任务分析思想对科学探究过程技能作了细致的分析，并编制出了著名的SAPA小学科学课程，该课程可视为教材心理化的典范。

布鲁纳的思想对教材的心理化也有很大的影响。他提出了儿童把握世界的三种方式，即行为把握、表象把握和符号把握。他认为这是儿童认识事物的心理序，这个序不可逆转、不可跨越。例如儿童只有在接触过真实的树叶后才可以对图片上的树叶进行思维运算，最后才能对树叶的词汇作各种思维运算。

国内外科学教育改革的新方向和教材改革的新方向使新世纪科学教材的建设面临多方面的挑战。

来自科学素养方面的挑战

科学素养是个“复数”。美国国家科学教育标准列出了和科学素养有关的8个方面的课程内容，它们是：统一的概念和过程、作为探究的科学、物质科学、生命科学、地球与空间科学、科学与技术、从个人和社会角度看的科学、科学史和科学的性质。中国的科学课程与美国相比略少几项。如此多的内容维度如何兼顾，如何在突出重点的同时又能保持一定的平衡，在课时不可能大幅度增加的情况下这的确是一个挑战。处理不好，历史上科学课程的钟摆现象会不断重复上演——一时摆向学术性知识，一时摆向应用性知识，随着科学课程内容维度的不断增加，钟摆现象还可能演变为圆周现象。

中国现在的科学教材是以学术性知识为逻辑框架的，英国的科学课程（STS）则是学术、人文并重。教材呈现相关内容，由教师决定取舍，但教材的组织线索已不是学术性知识而是综合主题了。例如肾脏构造的知识包括在“肾功能衰竭的人如何生活”这一主题中，其内容既有解剖学的、病理学的，也有技术、社会方面的。如介绍透析的原理、技术、费用，还有换肾遭遇到的肾源不足等问题。教材甚至还附有让学生自愿填写的一张捐献卡。

有学者预测，为了培养学生的科学素养，“未来的科学课程将会按照科学意义上的、社会意义上的人类适应主题来组织……科学原理将被当作一种处理个人和社会关心的问题的方法来学习，而不是为了学习原理而学习。”

中国现阶段的考试制度不会使科学教材向主题式的内容组织思路上偏转，就连教材上少得可怜的STS内容都常被边缘化，科学素养目标能否达成令人担忧。问题在于学术性的科学课程在培养学术型人才上也未见得优秀，倒是倡导STS的英国出了那么多科学诺贝尔奖获得者。

来自科学探究方面的挑战

对科学探究的重视，使原本结论加验证性实验的教材编写模式受到了冲击。强调探究的课程究竟应该如何设计？教材又该如何呈现？这些成为科学课程设计者费思量的事情。明显的事实是不可能也不必要把所有的科学知识都让学生通过探究的方式习得，时间和学生的探究能力都不允许。只有那些需要持久理解的知识才提倡用探究的方式学习。

值得持久理解的知识既具有超越课堂的持久价值，又是各科学领域中的关键性概念、原理和方法，它们是值得花时间探究的。即使对这些知识也还要经过两个“筛子”的再过滤：一方面这些知识是儿童易于误解的，如“运动的物体是有力作用于它”；另一方面这些内容对儿童是有吸引力的，且探究又是力所能及的。总之，对探究的内容应该精心设计和挑选。

来自教材教学化方面的挑战

教材教学化对教材设计者的挑战是要花大力气研究经验的选择或活动的设计。坦率地说，现在科学教材的活动较之以往已有大幅度的增加，但无论从量上还是质上，与发达国家的教材相比还有较大的差距。问题的关键在于教材编写者大多是学科专家，而学科专家未必是教育专家，没有对教育对象的深切了解，没有对教育干预方案效果的系统研究，是很难设计出好的活动的。因为他们不理解，在他们那儿不是问题的问题怎么到了孩子那儿就成了问题，更不知道该设计什么活动能帮助学生理解这个问题。

这里不仅需要有立场的转换——要从带着学科走向儿童转变为带着儿童走向学科，还需要有创造性的想象和落实想象的技能。我们试以“力与运动”内容为例。这部分内容在专家那儿没什么难的，但在儿童那儿就有较多的问题，这一点，仅从学生的考卷中就不难发现。产生困难的原因是多方面的，可能是：（1）与儿童的经验相佐。自行车不蹬不走，自然就会得出“运动的物体是因为有力作用于它”，这一想法会成为他学习牛顿第一运动定律的障碍。（2）儿童感到抽象。例如加速度，看不见摸不着的，老师讲得再清楚，大部分学生也只能是一知半解。看来，仅靠“讲”是难以解决问题的。

西方科学教育现在十分信奉“听，会忘记；看，能记住；做，能理解”的理念，因此许多科学课程设计出了很多好的活动帮助学生。以美国加州大学伯克利分校的FOSS教材为例。整个单元的运动部分设计了5个大的探究活动，它们分别是：从这里到那里、速度、比较速度、典型运动、加速度。每个大的探究活动又各由3、4个小的探究活动组成。

试以“从这里到那里”为例。活动一：放飞空中小飞机——学生沿着一条尼龙直线放一个装有橡皮筋的玩具飞机，他们用参照点来确定飞机的起点和终点，以确定玩具的距离，运动被定义为位置的改变。

活动二：制作曲线图——学生参与设计实验，以确定橡皮筋缠绕的圈数和小飞机飞行距离的关系。在获得不同圈数的实验数据后，画出曲线图以发现它们之间的关系。

活动三：公路比赛——学生分析几个比赛中的图示，确定许多不同交通工具的距离，以练习参照点、符号及运用运算法则计算距离的技能（d=xf-xi）。实验表明，学生对这些活动表现出很高的学习热情，对相关概念理解的测试成绩也令人鼓舞。

选择一个好的经验，设计一个好的活动，不是件容易的事，它要经过反复的实验，收集各种数据来检验活动的设计是否符合儿童的兴趣，是否符合儿童的认知规律，是否能有效地达成课程目标……在教材的教学化（活动化）方面中西方还是有较大差异的，这就是为什么西方的科学教材都有一个大的工具箱（实为学具箱），它是教材的核心组成部分，而我们的教材还是以教科书为主。

让我们打开人体单元的工具箱看看里面都装了些什么：跳绳——用来观察跳绳时人体有哪些部位在动；人体骨骼拼装图——用来组装人体；铝箔包的猫头鹰呕吐物——用来研究动物的骨骼；橡皮筋、上面有孔的小木棍、小木片、回形针——用来做大腿模型；各种人造的骨关节——用以研究关节的连接方式……中国的科学教材在活动及工具箱的设计上还有很大的发展空间。

来自教材心理化方面的挑战

【教材的心理化运动对教材设计者提出了认识教育对象学习心理的诉求。】

外行人觉得学科专家甚至是科学家编中小学科学教材是手到擒来的事，其实不然。威金斯和麦克泰说得很对：课程设计的工作极为复杂，它们在专家身上与非专家身上表现出很大的差别。对于某些概念来说，成年人理解时不会存在任何问题，但是，它们对于青少年学生则会显得抽象而晦涩，没有意义与价值。

对于设计者来说，最大的挑战是站在学生的立场上进行设计，而不是从设计者自身的立场出发。后一种情况常常发生，例如在教材编写中，对学生来说重要的观念常常被压缩为极为简略的概述。

我国科学教材上述现象还是较为严重的。笔者曾在另一篇文中提到过两个案例，一个是我国科学教材中有关密度的表述：单位体积的某种物质的质量叫这种物质的密度。密度计算公式是ρ=m/v。一个是国外一套科学教材中有关细胞运输的表述，主动运输：如果你曾经骑自行车下山的话肯定知道，不费力气就可以骑得飞快。如果再骑回山顶，那就费力了。对于细胞而言，依靠扩散和渗透使物质通过细胞膜就像骑车下山一样，不需要消耗能量。所谓被动运输就是指细胞不消耗能量而使物质通过细胞膜的运输方式。如果当一种物质的细胞外浓度低于细胞内的时候，细胞怎么才能摄取该物质呢？那意味着细胞必须以和扩散相反的方向运输物质。细胞要做到这一点，就必须消耗能量——正如你需要花力气才能骑回山顶一样。