“科学与工程实践”提出的意义
为什么是“实践”而不是“探究”
20世纪60年代 科学的方法 科学的过程 60年代—90年代 科学的过程 科学探究 90年代以后 科学实践——《把科学带进学校》 能够了解、应用并阐述关于自然界的科学解释 能够生成和评估科学证据和解释 能够理解科学知识的性质和产生的过程 能够有效地参与科学实践和科学论述 结论：“实践”可以指为了变得更精通而重复做一些事 （例如练习吹号）；它也可以指彻底地学习某件事以致其成 为了一种习惯（例如践行节俭）；它还可以指用一个人的知 识去实现一个目标（例如法律实践或教学实践）。
3.以学习进阶的研究来理解学生
“学习进阶”是以概念序列的方式描述学生在各年
级学习某一主题时所表现的连贯的、逐渐深入的概念理
解过程。这一概念序列的特点在于：一是充分考虑学生 对概念的实际理解过程而不是单纯从科学知识逻辑出发；
二是聚焦于概念理解深度的发展，提升其复杂性、应用
性和严密性，而不是科学事实或信息的增加。同时，某 一概念的学习进阶可能存在多种路径，不能僵化对待； 当作为教学工具时，应当视之为给教学提供的一种假设。
获取、评估和交流信息
如果科学家不能清晰、令人信服地 如果工程师设计的优点不能被清晰、 交流他们的发现，或者学习了解他 令人信服地表达出来，工程领域不 人的发现，科学领域就不能取得进 可能产生新的或改进的技术。工程 步。因此，科学实践的一个重要方 师需要具备相应能力，用口头和书 面就是用口头和书面形式，用表格、 面形式，用表格、图表、绘画或模 图表、曲线图和方程，以及长期参 型，以及长期参与同行讨论的方式 与同行讨论等方式交流研究的想法 来表达他们的想法。此外，像科学 和探究的结果。科学家需要具备对 家一样，他们需要能够从同行的专 论文、互联网、研讨会或讲座等形 业文字中引申出意义，评估信息并 式的科学文本进行理解的能力，以 有效地应用。 便评价所获得信息的科学有效性， 从而将这些信息整合到所提出的解 释之中。
二、学生的实践能力是如何支持和培养起来的
（一）动手量起来——臂展长度和身高之间的关系
第一天：确定问题、推测、选择方法（需要什么工
具、如何收集和再现数据等）。 第二天：通过测量和记录同学臂展以及身高来进行 数据收集，并根据结果作一个合理的表述。 第三天：学生将收集到的数据来对自己的推测进行 评估，看看身高和他们测量的臂展的长度有什么关系。
实践、跨学科概念以及学科核心概Leabharlann 。科学探究 科学与工程实践
“科学探究”向“科学与工程实践”转向的基础
一是人类对学习本质的深入理解——学生是如何学
习的。
二是人类对科学本质的进一步理解——科学是如何 发展的。 结论：学生应该像科学家了解、认识自然世界的过 程那样来学习科学。从教学的层面上可以具体理解为， 学生需要通过实践进行核心概念的有效学习，这种实践 应该与科学家的研究更为相似。
从“探究”到“实践”
——我的科学教学实践与思考
江光华 衢州市开化县实验小学校长 浙江省特级教师 高级教师 khjgh1977@
一、“科学与工程实践”解读
2013年4月9日，美国公布《美国新一代科学教育 标准》，它是在2011年7月正式发布的《K—12科学教 育框架：实践、跨学科概念和核心概念》的基础上制 定的，强调了科学课程构建的三个维度：科学与工程
利用数学和计算思维
在科学领域，数学和计算 是表征物理变量及其相互 关系的基本工具，被广泛 应用于诸如构建仿真、数 据统计分析，以及定量关 系的确认、表达和应用等 方面。利用数学和计算方 法可以做出对物理系统性 能的预测，并对此预测进 行测试。此外，统计技术 对于确定重要的模式和建 立相关性关系方面作用巨 大。 在工程领域，已确立的关 系与原理的各种数学和计 算表征是设计过程中的主 要部分。例如，结构工程 师需要对设计进行数学分 析，计算其是否能够承受 预期的使用压力，以及是 否能在一个可以接受的预 算范围内完成设计。此外， 如果需要，模拟是一种非 常有效的测试平台，可以 发展设计出难题的解决方 案并对其进行改进。
2.增加社会文化的视角开展课堂交往
以科学的实践转向审视我们的课堂教学，需要深化两 方面的认识：课堂活动目的与课堂交往。我们要纠正将课 堂活动目的偏向于学生验证已知或者过分强调学生体验科 学探究过程的认识，要在促进学生理解作为实践的科学的 层面上开展“形神兼备”的实践以提升学生的科学素养。 在课堂交往方面，要纠正教学只关注知识的认知需求 而忽视交往主体——学生的需求这种“技术理性”，增加 社会与文化的视角来理解和组织实践中的交往，从而架构 交往的感性与理性通道以提升实践的实效和质量。
基于证据的论证
在科学中，推理和论证对于 阐明一系列证据的优势和弱 点，以及找出关于一种自然 现象的最佳解释来说，都是 至关重要的。科学家必须要 为自己的解释辩护，在可靠 数据的基础之上形成自己的 证据，利用他人的证据和评 论来检查自己的解释，以及 与同行合作探寻所研究现象 的最佳解释。 在工程领域，推理和论证对 于找到问题的最佳解决方案 至关重要。在整个设计过程 中，工程师都要与同行合作， 并经历一个关键阶段，即从 诸多相互竞争的想法中选出 一个最有希望的解决方案。 工程师运用系统性的方法去 比较各种选项，基于测试数 据形成证据，用论证的方式 为自己的结论辩护，批判性 地评价别人的想法，并且为 了找到最佳的解决方案而不 断修正自己的设计。
知过程和社会交往方面的作用。
如何从教学的角度理解“科学与工程实践”
对“科学与工程实践”需要从学习成果和教学策略两个
方面思考。它既代表了教育的目标，也代表了教学的指导方
法。首先，学生应该发展科学实践中所涉及的各种能力，并 且要理解作为科学与工程实践的结果，科学知识和工程结果 是如何产生的。其次，作为一种教学策略，实践提供了一种 手段让学生获得上述学习成果和其他有价值的成果。简言之，
设计和实施调查研究
科学调查研究可以在野外 或者实验室进行。科学家 的主要任务是设计并实施 一个系统性的调查，还需 要明确哪些是数据，哪些 是实验中的变量。 工程研究的开展，是为了 获得特定标准或参数而收 集重要数据，以及检测提 出的设计。像科学家一样， 工程师必须明确相关变量， 考虑如何测量变量，并收 集数据进行分析。调查研 究可以让他们确定设计在 不同条件下的有效性、效 率和持久性。
2
是 是
学生利用图表来阐明数据， 是 并利用数据得出一个解释 学生利用其他解释来评估 自己的解释 学生交流和验证解释 是 是
（二）科学辩论：培养学生的口头与书面论述能力
案例：固体和液体的不同 “当你将一个固体放入容器中，它不会改变它的形状，而当你 将一种液体放入容器中，它确实改变了形状，它变成了……好吧， 它看起来像这个容器的形状。我知道这是因为固体有他们自己的形 状而液体没有。”（一位学生的描述） 从证据出发争辩一个观点并非易事。教学中发现，学生往往能 够就一个观点发表看法并且有时能够给出某种解释，但他们难以用 证据支撑他们的论断。当学生进行科学讨论和科学写作时，他们关 注的是自己在做什么，而不是在学什么——他们并没有参与科学辩 论。经验表明，在学生记录科学笔记和进行科学讨论的时候，需要 帮助他学习如何利用证据来支撑他们的观点。
建立和使用模型
科学经常包含建立和使用 模型，并通过模拟的方法 来帮助形成对自然现象的 解释。模型有可能超越可 观察的范围，并模拟一个 尚未能见的世界。模型可 以是“如果……那么…… 因此……”形式的预测， 以便可以对假设的解释进 行验证。 工程学用模型和模拟的方 法分析已有的系统，找出 可能存在的缺陷或者去测 试一个关于新问题的可能 的解决方案。工程师设计 和使用各种模型去测试提 出的系统，发现设计中的 优点和局限。
分析和解释数据
科学调查研究所生成的数据 工程研究包括分析对设计进 必须经过分析以获取其含义。 行测试时收集的数据，从而 因为数据本身往往不能自明， 可以比较不同的解决方案并 科学家要利用一系列工具， 确认各自在多大程度上满足 包括制表、图解、可视化以 了特定的设计标准，也就是 及统计分析，去阐明数据中 说，在一定条件下哪个设计 的重要特点和模型，还需要 最好地解决了难题。像科学 确定误差来源和计算确定程 家一样，工程师需要利用一 度。现代技术使大量数据的 系列工具来确认主要的模式 收集变得更加容易，从而为 并对结果进行解释。科学的 分析提供了第二手数据来源。 进步使对提出的解决方案的 分析变得更加快捷而有效。
在上述实践中融入了包括测量和数据的不同维度、 统计与概率以及数学实践等。除了加入相关的数学标准 外，科学实践也是核心之一。例如，学生参与处理科学 问题“臂展的长度和身高之间有关系吗？”学生们计划 并展开调查，他们需要考虑测量的变量、使用的单位以 及测量和组织数据的步骤。接下来，学生们要通过用图 表汇总数据来分析和解释数据，然后讨论统计，还要将 自己的图表与同学的图表进行比较。当学生们用收集来 的数据对他们的推测进行验证时，他们就利用证据形成 了解释。最后，在学生展示调查结果时，鼓励他们用其 他解释来评估自己的解释。
建构解释和设计解决方案
科学的目标是建立能为物质 世界提供解释的理论。一种 理论，当其具有多种独立的 实证证据、更强大的解释能 力、能说明更广泛的现象， 以及一致而简洁的解释时， 才能被接受。 工程设计的目标是基于物质 世界的科学知识和模型的难 题而提出的一个系统性的解 决方案。每一个解决方案的 提出都是一个平衡达到要求 的功能、技术的灵活性、成 本、安全性、审美以及符合 法律要求等诸多相互矛盾的 标准的过程。最佳方案取决 于提出的解决方案在多大程 度上满足了标准和约束条件。
科学辩论的意义：辩论在科学中的目的不同于在其他背景下的目
的，因为它是用于“促进对某一情形尽可能多的理解，以及说服同事
实践既代表了学生应该知道的和会做的一面，也代表了如何
教他们知道和会做。
“科学与工程实践”对我国科学教育的启示
1.理解作为实践的科学 首先，要正确理解科学的实践转向并不否定科学的探 究属性；相反，恰是对其的丰富和拓展。从《框架》的实 践内容看，其核心仍是对问题基于证据的解释，即探究。 其次，要理解科学教育实践转向的“整合”理念。整 合，不是停留在内容方面的分科抑或综合，而是在课程观 与教学观上统整科学的实践转向、学习科学以学习者为中 心的倾向以及科学与人文的融合倾向，从而构架起一个体 现科学自身开放、动态属性的科学教育体系。