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教材的思想文化内涵
自然科学在培养健全人格、爱国情怀、批判性思维和创新精神等方面大有可为。小学科学教材要体现新时代的人文精神和价值取向，具有丰富的思想文化内涵，包括科学精神和人文精神，对培养学生形成正确的人生观、世界观和高尚的道德情操也具有重要意义。新编苏教版小学《科学》教材（下文简称“新编教材”）在“地球与宇宙空间领域”内容编写上，就为学生提供观察和认识的独特视角：
综合地看待地球：揭示地球圈层各要素之间的相互联系，把地球环境与人类社会系统或自然现象联系起来;
动态地观察宇宙环境：注重土壤、空气、水资源和人类的相互依赖，体会太阳系星体间的相互依赖性，包括太阳对地球环境的影响（太阳钟的利用），人类对太阳能的利用（太阳对地球的影响）、人类对潮汐能的开发和利用（月球对地球的影响）等;
多样地表述自然：应用图像的、语言的、数学的和数字的方法表述科学事物的空间分布和联系，如对四季成因的探讨等。
从这些独特的视角出发，认识人类赖以生存的地球和宇宙空间环境，认识人类与环境的关系，认识人类自身的发展，可以获得情感态度与价值观方面的提升。
1.建立正确的宇宙观
科学课程要帮助学生树立正确的宇宙观。所谓宇宙观，从字面上讲是指人们对于宇宙的结构、起源和演化的认识，但它的实际内涵要丰富得多，不仅包含人们关于宇宙的认识，更重要的是人类认识宇宙过程中所形成的科学精神、科学思想、科学方法等。
四年级《地球、月球与太阳》单元，从时间和空间两个角度分析人类对地球、月球和太阳的基本认识过程，这是动态地分析问题。第一课，讨论和阐述的是“人类是怎样认识地球形状的”，重点说明人类对一个自然事物的认识要经历曲折的过程，这是建立正确的科学观的基点。教材设计了以下四个内容：
第一，阅读介绍人类认识地球形状历程和地球的资料，提出了不同时期、不同地区的人类对地球形状的认识是不一样的，这些认识是逐步发展和变化的，也是逐渐取得统一认识的过程，这是教会学生综合地看待问题。
第二，教学帆船在球面和平面上进港、出港的模拟实验，重新经历人类经验时代对巨大物体的认识过程，体会推理的重要性。
第三，在地球仪上模拟麦哲伦环球航行，这个活动可以让学生体会到实践的重要性。
第四，参考地球仪，将陆地板块贴纸贴在一个蓝色气球上，这个活动可以让学生真正体验到地球上陆地与海洋之间的关系。
课文中虽然没有直接阐述地球的大小等参数，但是通过实践、思考和分析，会加深学生对地球形状的理解，并且逐渐变为一种价值判断的依据。
传统的天文课程一般是根据天体的空间次序来组织内容，如从太阳、太阳系、恒星到星系、宇宙，这样做的优点是学生可以由浅入深、按部就班地学习天文知识，比较适合理科专业的学生，缺点是历史发展的脉络被割裂了，科学精神和价值理念往往分散在不同章节中，无法有针对性地加以体现。这就如同教师带领学生在天文知识的海洋中遨游，却发现真正的宝藏其实散落在海底的各个角落。对于自然科学基础相对薄弱的小学生，我们根据他们想象力丰富、鉴赏力和敏感度高的特点，重新调整课程设置的思路，结合宇宙观和时空观的发展脉络，设置了八个专题，每个专题通过介绍一个融合科学与哲理的问题，反映天文学研究的方法与成果，揭示宇宙之美及其背后的规律，让学生了解天文学并不神秘，科学可以帮助人们逐步解开宇宙中的一个个未解之谜，同时又不断发现新的挑战和问题。在这个过程中，科学本身的发展也经受了考验和锤炼。
实际上，在科学发展的历史中，人类的宇宙观是在不断变化的，绝对正确的宇宙观是不存在的。当代科技水平的快速发展帮助人们对宇宙有了更加深入全面的理解，其深度和广度远远超越了前人，但现代的宇宙观也不可能是人类认知宇宙的终极，因为知识总会过时、不断更新，而科学的精神、方法和情怀才是真正值得坚守的。
2.建立正确的地球资源观
地球形成至今，很多资源是不可再生的，即便是核能、太阳能等新兴可再生能源，为了制造获取这些能源，人类也需要相当数量的不可再生资源，比如铀、铟、稀土等。一个世纪前恩格斯告诫我们，不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复。他旨在让人们意识到，地球资源并不是无穷无尽的，相反，将比任何时候都更加珍贵。
小学科学课程标准关于合理利用水资源的内容，在新编教材中是由《理想家园》单元中《洁净的水域》來完成的。如何正确地认识水资源与人类社会的关系，是建立正确的资源观的基础，因而也是本课的重点内容（如下图）。
在生活的方方面面，在我们已经注意的以及还没有意识到的地方，我们每时每刻都在使用和消耗着各种资源。对于资源使用态度的转变，首先需要人们对资源的存储及利用有直观的认识。有些资源是无穷无尽的，比如阳光、空气，但更多的资源是有限的，甚至是稀缺的，比如煤炭、石油等。
3.把握分析问题的时空尺度
科学家认为，观察和分析科学事物的时空尺度非常重要，确定了研究对象的时空尺度，才可能科学地了解科学现象的发生原因和过程。科学视角关注的时间尺度包括从地质历史时期到当下每时每刻;空间尺度包括从全球尺度到局部的地方性尺度。转换分析的时空尺度，能够更宏观或更微观地了解科学过程和现象，以及这些过程在不同尺度上是如何相互联系的。新编教材特别关注分析问题的时空尺度，力求增强科学性。
三年级《关心天气》单元中《天气和气候》和五年级《地球的运动》单元中《四季循环》，在介绍“一年四季的天气在不断变化之中”的同时关注到“某一地区每年的天气变化是有规律的”，这就引入了时间尺度。五年级教材中用各类图表说明“季节的气候变化是每天天气变化的背景和分析依据，而不同季节里的天气变化则反映了季节气候变化中的细节”。由此表明，气候变化是长时期大气状态变化的一种反映，不同季节的天气和气候变化是相互依存的。 六年级最后一单元《理想的家园》中第三课《多样的生物》和第四课《健康的土地》，在介绍动植物分布规律时，引入了空间尺度。温度和海陆差异是地球上的动植物分布差异的根本。陆地环境中，地域环境差异是关键，如沙漠与草原，由于不同地区所处的纬度位置、海陆位置和光照不同，从而形成不同的气候类型，因而也存在不同的动植物分布。不同的气候、不同的动植物，又对应了与之统一的植被类型和土壤类型，形成了地球上不同的生态环境。
教材中运用时空尺度，不仅是技术层面的要求，更重要的是它给学生带来一种科学思想，即辩证地、动态地、联系地看待和分析问题的思维品质，这是最有价值的东西。
教材的教学维度
教师在使用一套新教材时，应站在编者的角度钻研全套教材，努力理解和领会教材编写者的教学思想和设计精神，既要认真钻研、理解教材所承载的内容、重点难点、文化内涵和知识体系，还要认真分析、理解其设计意图和活动策略及其对学生的学习策略、情感态度和价值观的影响。只有充分把握教材的特点，才能使之在我们的教学中得以充分体现。
为促进教学改革和学生学习方式的转变，新编教材编写改变过于注重科学知识传承以及导致学生机械学习、死记硬背科学知识的状况，转向突出学生的自主学习，以培养学生搜集、处理科学信息的能力，分析、解决科学问题的能力，以及科学再学习的能力。为此，新编教材从学生学习的角度出发，重视以下几个方面：
有利于激发学生学习科学的兴趣，引导他们主动参与教学过程;
有意识地为学生的自主学习创造条件;
使学生通过自主学习获取一些基本的科学技能和方法。
1.重视动手实验
新编教材重视学生动手实验，设计了相关观察和实验内容（见表1），目的是使学生能够在“做”中理解概念，感悟道理。
2.突出案例分析
案例分析是科学教学中行之有效的教学方法。新编教材更加强化了案例的设计和运用，呈现在教材中的案例，大体有以下两种方式。
第一，案例随课文要求相对独立出现，主要目的是对课文所述原理起诠释、实证、应用的作用，并为学生探究问题提供素材（见表2）。
第二，案例作为分析的素材出现，是课文内容的延续。例如，《地球上的水资源》单元中各课的内容并不拘泥于一个特定的地区，而是以此作为分析问题的基础，就某一个主题向其他区域延伸。例如第二课《地下水》，案例扩展到我国西部的荒漠化、新疆的坎儿井，还扩展到江南水乡自然水井的开发。教材内容如此“收”“放”有致的设计，一方面减少单一案例分析可能带来的某种局限性，另一方面提供了知识和能力迁移的平台。在案例的呈现上，更加强调“分析”，具有“边叙边析”的特色。
3.优化教学设计
教材在内容的编排上，考虑教学过程的需要，设计了丰富多样的呈现方式，给教学提供“话题”和“情境”，使教学“活”起来。新编教材的设计有以下主要内容。
（1）情境与话题。每课的起始活动用设问或资料的形式导出研究话题，帮助学生聚焦本课所学的主要内容，有利于他们对学习内容的再现和灵活应用。
（2）“观察、实验”或“模拟实验”的设计。“观察、实验”或“模拟实验”是新编教材的主要组成部分，它不是穿插在课文之间，而是和课题表述形成完全融洽的逻辑关系，一般是就一个科学现象、事实或原理，引导学生探究，主要有资源分析、动手、辩论等活动形式。
（3）“研究问题”的设计。“问题”的选择注意典型性和导向性。
（4）“阅读”的安排。“阅读”是对知识的必要扩展，体现教材内容的层次性和选择性。
（5）“思考”和“讨论”一般安排在活动之后。“思考”主要是引导学生对活动内容和资料内容的进一步探究，“讨论”注重开放性和拓展性，对实验数据和实践体会进行回顾与整理。
（6）“拓展活动”的设计。“拓展活动”安排在每课之后，就本课或本单元的重要问题引导学生自主探究，为他们自主学习和探究学习提供条件，并使他们通过探究加深对相关问题的理解和认识。
教材的特色
通过对上面三个维度的分析，我们可以归纳出新编教材“地球与宇宙空间领域”内容编写的特色。
1.重视科学观念和哲学视角
新编教材把综合、动态观察世界的科学思维方式作为分析地球科学问题的立足点和出发点，始终把人与宇宙的协调观、人和自然环境的可持续发展观等作为教材编写的指导思想，努力体现：世界是物质的，物质是运动和变化的，運动和变化是有规律的，世界是有联系的统一整体。
2.紧密联系社会实际和学生的体验
新编教材编写抓住科学史主题和社会环境热点，紧密联系生产、生活实际以及学生已有的经验和体验，将理论与实际结合起来，使所学内容变得生动、鲜活，既培养学生学习科学的兴趣，又使他们体会到科学对自己的终身发展具有重要作用。
3.积极提倡探究性学习的思想与方法
新编教材本着探究性学习的思想与方法，努力使学习内容具有阶梯性、逻辑性、实践性和开放性，把教学过程变为探究过程，从而使学生学习新知的过程成为情感态度与价值观的培养和能力提高的过程。
4.关注学生对学习内容的再现和灵活应用
新编教材编写有意识地避免死记硬背、机械训练的教学，注重学生对学习内容的再现和灵活应用的能力，以实现学以致用，最终形成公民必备的素质。为此，教学内容的组织和安排，有意识地强化联系的和综合的观点，加强基本的科学技能和科学方法的训练，把握学习内容的要点和内在联系。
5.为教学改革留下广阔的空间
新编教材的编写力图促进教学的改革，为教学留下广阔的空间。教材对有些问题不直接给出结论，而通过一定方式的组织和设计内容，在教学过程中灵活处理，使教师教学不能照本宣科。教材注重内容的层次性和可选择性，鼓励教师对教学内容灵活处理，以利于不同教师根据不同的教学内容和学生状况而灵活采取教学方法。
自然科学在培养健全人格、爱国情怀、批判性思维和创新精神等方面大有可为。小学科学教材要体现新时代的人文精神和价值取向，具有丰富的思想文化内涵，包括科学精神和人文精神，对培养学生形成正确的人生观、世界观和高尚的道德情操也具有重要意义。新编苏教版小学《科学》教材（下文简称“新编教材”）在“地球与宇宙空间领域”内容编写上，就为学生提供观察和认识的独特视角：
综合地看待地球：揭示地球圈层各要素之间的相互联系，把地球环境与人类社会系统或自然现象联系起来;
动态地观察宇宙环境：注重土壤、空气、水资源和人类的相互依赖，体会太阳系星体间的相互依赖性，包括太阳对地球环境的影响（太阳钟的利用），人类对太阳能的利用（太阳对地球的影响）、人类对潮汐能的开发和利用（月球对地球的影响）等;
多样地表述自然：应用图像的、语言的、数学的和数字的方法表述科学事物的空间分布和联系，如对四季成因的探讨等。
从这些独特的视角出发，认识人类赖以生存的地球和宇宙空间环境，认识人类与环境的关系，认识人类自身的发展，可以获得情感态度与价值观方面的提升。
1.建立正确的宇宙观
科学课程要帮助学生树立正确的宇宙观。所谓宇宙观，从字面上讲是指人们对于宇宙的结构、起源和演化的认识，但它的实际内涵要丰富得多，不仅包含人们关于宇宙的认识，更重要的是人类认识宇宙过程中所形成的科学精神、科学思想、科学方法等。
四年级《地球、月球与太阳》单元，从时间和空间两个角度分析人类对地球、月球和太阳的基本认识过程，这是动态地分析问题。第一课，讨论和阐述的是“人类是怎样认识地球形状的”，重点说明人类对一个自然事物的认识要经历曲折的过程，这是建立正确的科学观的基点。教材设计了以下四个内容：
第一，阅读介绍人类认识地球形状历程和地球的资料，提出了不同时期、不同地区的人类对地球形状的认识是不一样的，这些认识是逐步发展和变化的，也是逐渐取得统一认识的过程，这是教会学生综合地看待问题。
第二，教学帆船在球面和平面上进港、出港的模拟实验，重新经历人类经验时代对巨大物体的认识过程，体会推理的重要性。
第三，在地球仪上模拟麦哲伦环球航行，这个活动可以让学生体会到实践的重要性。
第四，参考地球仪，将陆地板块贴纸贴在一个蓝色气球上，这个活动可以让学生真正体验到地球上陆地与海洋之间的关系。
课文中虽然没有直接阐述地球的大小等参数，但是通过实践、思考和分析，会加深学生对地球形状的理解，并且逐渐变为一种价值判断的依据。
传统的天文课程一般是根据天体的空间次序来组织内容，如从太阳、太阳系、恒星到星系、宇宙，这样做的优点是学生可以由浅入深、按部就班地学习天文知识，比较适合理科专业的学生，缺点是历史发展的脉络被割裂了，科学精神和价值理念往往分散在不同章节中，无法有针对性地加以体现。这就如同教师带领学生在天文知识的海洋中遨游，却发现真正的宝藏其实散落在海底的各个角落。对于自然科学基础相对薄弱的小学生，我们根据他们想象力丰富、鉴赏力和敏感度高的特点，重新调整课程设置的思路，结合宇宙观和时空观的发展脉络，设置了八个专题，每个专题通过介绍一个融合科学与哲理的问题，反映天文学研究的方法与成果，揭示宇宙之美及其背后的规律，让学生了解天文学并不神秘，科学可以帮助人们逐步解开宇宙中的一个个未解之谜，同时又不断发现新的挑战和问题。在这个过程中，科学本身的发展也经受了考验和锤炼。
实际上，在科学发展的历史中，人类的宇宙观是在不断变化的，绝对正确的宇宙观是不存在的。当代科技水平的快速发展帮助人们对宇宙有了更加深入全面的理解，其深度和广度远远超越了前人，但现代的宇宙观也不可能是人类认知宇宙的终极，因为知识总会过时、不断更新，而科学的精神、方法和情怀才是真正值得坚守的。
2.建立正确的地球资源观
地球形成至今，很多资源是不可再生的，即便是核能、太阳能等新兴可再生能源，为了制造获取这些能源，人类也需要相当数量的不可再生资源，比如铀、铟、稀土等。一个世纪前恩格斯告诫我们，不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复。他旨在让人们意识到，地球资源并不是无穷无尽的，相反，将比任何时候都更加珍贵。
小学科学课程标准关于合理利用水资源的内容，在新编教材中是由《理想家园》单元中《洁净的水域》來完成的。如何正确地认识水资源与人类社会的关系，是建立正确的资源观的基础，因而也是本课的重点内容（如下图）。
在生活的方方面面，在我们已经注意的以及还没有意识到的地方，我们每时每刻都在使用和消耗着各种资源。对于资源使用态度的转变，首先需要人们对资源的存储及利用有直观的认识。有些资源是无穷无尽的，比如阳光、空气，但更多的资源是有限的，甚至是稀缺的，比如煤炭、石油等。
3.把握分析问题的时空尺度
科学家认为，观察和分析科学事物的时空尺度非常重要，确定了研究对象的时空尺度，才可能科学地了解科学现象的发生原因和过程。科学视角关注的时间尺度包括从地质历史时期到当下每时每刻;空间尺度包括从全球尺度到局部的地方性尺度。转换分析的时空尺度，能够更宏观或更微观地了解科学过程和现象，以及这些过程在不同尺度上是如何相互联系的。新编教材特别关注分析问题的时空尺度，力求增强科学性。
三年级《关心天气》单元中《天气和气候》和五年级《地球的运动》单元中《四季循环》，在介绍“一年四季的天气在不断变化之中”的同时关注到“某一地区每年的天气变化是有规律的”，这就引入了时间尺度。五年级教材中用各类图表说明“季节的气候变化是每天天气变化的背景和分析依据，而不同季节里的天气变化则反映了季节气候变化中的细节”。由此表明，气候变化是长时期大气状态变化的一种反映，不同季节的天气和气候变化是相互依存的。 六年级最后一单元《理想的家园》中第三课《多样的生物》和第四课《健康的土地》，在介绍动植物分布规律时，引入了空间尺度。温度和海陆差异是地球上的动植物分布差异的根本。陆地环境中，地域环境差异是关键，如沙漠与草原，由于不同地区所处的纬度位置、海陆位置和光照不同，从而形成不同的气候类型，因而也存在不同的动植物分布。不同的气候、不同的动植物，又对应了与之统一的植被类型和土壤类型，形成了地球上不同的生态环境。
教材中运用时空尺度，不仅是技术层面的要求，更重要的是它给学生带来一种科学思想，即辩证地、动态地、联系地看待和分析问题的思维品质，这是最有价值的东西。
教材的教学维度
教师在使用一套新教材时，应站在编者的角度钻研全套教材，努力理解和领会教材编写者的教学思想和设计精神，既要认真钻研、理解教材所承载的内容、重点难点、文化内涵和知识体系，还要认真分析、理解其设计意图和活动策略及其对学生的学习策略、情感态度和价值观的影响。只有充分把握教材的特点，才能使之在我们的教学中得以充分体现。
为促进教学改革和学生学习方式的转变，新编教材编写改变过于注重科学知识传承以及导致学生机械学习、死记硬背科学知识的状况，转向突出学生的自主学习，以培养学生搜集、处理科学信息的能力，分析、解决科学问题的能力，以及科学再学习的能力。为此，新编教材从学生学习的角度出发，重视以下几个方面：
有利于激发学生学习科学的兴趣，引导他们主动参与教学过程;
有意识地为学生的自主学习创造条件;
使学生通过自主学习获取一些基本的科学技能和方法。
1.重视动手实验
新编教材重视学生动手实验，设计了相关观察和实验内容（见表1），目的是使学生能够在“做”中理解概念，感悟道理。
2.突出案例分析
案例分析是科学教学中行之有效的教学方法。新编教材更加强化了案例的设计和运用，呈现在教材中的案例，大体有以下两种方式。
第一，案例随课文要求相对独立出现，主要目的是对课文所述原理起诠释、实证、应用的作用，并为学生探究问题提供素材（见表2）。
第二，案例作为分析的素材出现，是课文内容的延续。例如，《地球上的水资源》单元中各课的内容并不拘泥于一个特定的地区，而是以此作为分析问题的基础，就某一个主题向其他区域延伸。例如第二课《地下水》，案例扩展到我国西部的荒漠化、新疆的坎儿井，还扩展到江南水乡自然水井的开发。教材内容如此“收”“放”有致的设计，一方面减少单一案例分析可能带来的某种局限性，另一方面提供了知识和能力迁移的平台。在案例的呈现上，更加强调“分析”，具有“边叙边析”的特色。
3.优化教学设计
教材在内容的编排上，考虑教学过程的需要，设计了丰富多样的呈现方式，给教学提供“话题”和“情境”，使教学“活”起来。新编教材的设计有以下主要内容。
（1）情境与话题。每课的起始活动用设问或资料的形式导出研究话题，帮助学生聚焦本课所学的主要内容，有利于他们对学习内容的再现和灵活应用。
（2）“观察、实验”或“模拟实验”的设计。“观察、实验”或“模拟实验”是新编教材的主要组成部分，它不是穿插在课文之间，而是和课题表述形成完全融洽的逻辑关系，一般是就一个科学现象、事实或原理，引导学生探究，主要有资源分析、动手、辩论等活动形式。
（3）“研究问题”的设计。“问题”的选择注意典型性和导向性。
（4）“阅读”的安排。“阅读”是对知识的必要扩展，体现教材内容的层次性和选择性。
（5）“思考”和“讨论”一般安排在活动之后。“思考”主要是引导学生对活动内容和资料内容的进一步探究，“讨论”注重开放性和拓展性，对实验数据和实践体会进行回顾与整理。
（6）“拓展活动”的设计。“拓展活动”安排在每课之后，就本课或本单元的重要问题引导学生自主探究，为他们自主学习和探究学习提供条件，并使他们通过探究加深对相关问题的理解和认识。
教材的特色
通过对上面三个维度的分析，我们可以归纳出新编教材“地球与宇宙空间领域”内容编写的特色。
1.重视科学观念和哲学视角
新编教材把综合、动态观察世界的科学思维方式作为分析地球科学问题的立足点和出发点，始终把人与宇宙的协调观、人和自然环境的可持续发展观等作为教材编写的指导思想，努力体现：世界是物质的，物质是运动和变化的，運动和变化是有规律的，世界是有联系的统一整体。
2.紧密联系社会实际和学生的体验
新编教材编写抓住科学史主题和社会环境热点，紧密联系生产、生活实际以及学生已有的经验和体验，将理论与实际结合起来，使所学内容变得生动、鲜活，既培养学生学习科学的兴趣，又使他们体会到科学对自己的终身发展具有重要作用。
3.积极提倡探究性学习的思想与方法
新编教材本着探究性学习的思想与方法，努力使学习内容具有阶梯性、逻辑性、实践性和开放性，把教学过程变为探究过程，从而使学生学习新知的过程成为情感态度与价值观的培养和能力提高的过程。
4.关注学生对学习内容的再现和灵活应用
新编教材编写有意识地避免死记硬背、机械训练的教学，注重学生对学习内容的再现和灵活应用的能力，以实现学以致用，最终形成公民必备的素质。为此，教学内容的组织和安排，有意识地强化联系的和综合的观点，加强基本的科学技能和科学方法的训练，把握学习内容的要点和内在联系。
5.为教学改革留下广阔的空间
新编教材的编写力图促进教学的改革，为教学留下广阔的空间。教材对有些问题不直接给出结论，而通过一定方式的组织和设计内容，在教学过程中灵活处理，使教师教学不能照本宣科。教材注重内容的层次性和可选择性，鼓励教师对教学内容灵活处理，以利于不同教师根据不同的教学内容和学生状况而灵活采取教学方法。