徐土根 许嘉盈 陆吉健 | STEM视角下中国和南非初中科学教材的比较研究

作 者 简 介

徐土根

杭州师范大学经亨颐教育学院副教授，中国教育现代化研究院成员

许嘉盈

杭州师范大学经亨颐教育学院硕士研究生

陆吉健

杭州师范大学经亨颐教育学院副教授，中国教育现代化研究院成员

摘   要

南非是非洲最具影响力的“金砖国家”，南非《自然科学》和我国《科学》都是初中综合性课程教科书，在编写理念与选材方面有许多可相互借鉴之处。为了给我国未来支援非洲科学教育的志愿者提供参考教材以及为我国科学教科书编写和课程改革提供借鉴与启示，分别选取中国和南非初中科学教科书各6本为研究对象，在STEM跨学科视域下，采用定性结合定量的方法，就内容选取、编排结构、情境创设和目标导向等内涵开展质性分析，对教科书中物理、化学、生物、地理四大主题中STEM元学科下知识点分布及频次进行编码统计分析。研究发现，相较于我国初中科学教科书，南非《自然科学》教科书STEM理念注重工程教育和数学教育，内容选取侧重南非国情与通用知识相结合，内容编排重视以科学学科为中心与其他各学科的交互融合，情境创设强调情境的真实性与问题解决的有效性，目标导向注重STEM视域下的学生科学素养提升。对我国科学教科书编写和课程改革有如下启示：重视工程学教育，关注跨学科融合；关注跨学科概念整合，聚焦科学本质传递；依托理性思维活动，培养学生科学素养；教材内容编排方式，借鉴南非分科范式。

南非位于非洲大陆的最南端，是非洲最具影响力的“金砖国家”，是推动中非战略关系发展的关键枢纽。在中非合作论坛及金砖国家框架下，中国与南非间的人文教育交流呈现蓬勃发展的势头。我国对非洲基础教育援助的主要形式是以孔子学院为媒介开展的语言文化教育援助。自2005年在非洲设立第一所孔子学院以来，非洲孔子学院采用“一院多点”的模式，以孔子学院为中心，向周围政府、学校和机构辐射汉语教学和文化交流，扩大非洲汉语教学的范围，增进中非文化交流。截至2020年，中国在非洲46个国家合作设立了61所孔子学院和48所孔子学堂，南非是非洲设立孔子学院和孔子学堂最多的国家，建有6所孔子学院和3所孔子学堂，汉语已被纳入其国民教育体系。由于孔子学院以中国文化输出作为主要教学内容，而理科教育因其普遍性和中立性，更易于对别国开展教育援助。近年来，我国理科顶尖学科已达到世界一流学科的水平，因此，我国对非教育援助将由人文教育交流转向理科教育援助，迈入STEM跨学科教育援助新阶段。

本研究基于STEM跨学科视域，对中国和南非初中科学教科书进行数据统计和质性分析，旨在为我国未来支援非洲科学教育的志愿者提供参考教材，同时为我国初中科学课程改革和教科书编写中渗透STEM教育理念提供借鉴。

一、研究现状

从教科书分析的研究视角来看，科学教科书的发展一直受到国内外研究者的关注，并且中国科学教科书已经成为国内外研究的热点对象，在国际教科书比较领域已有不少研究成果。在国内，闫蒙钢等人就美国STC教材的内容模块、结构组织、课程活动设计模式等方面对美国STC教材进行了详细的介绍，并选取我国教科版、苏教版和粤教版小学科学教材与STC教材开展比较研究，透视中美科学教材的差异，提出针对中国科学教材编写的建议。李荟等人从内容编制特点、学科知识分布、知识广度相关性三个维度对中国和澳大利亚两国具有代表性的科学教材进行差异探析，发现我国科学教材侧重理论掌握、教材难度较高、知识广度差异大。钱燕娜对比了初中科学教材中国《科学》和美国《科学探究》（Science Explore）的栏目设置频次和特点，分别为我国综合科学课程教学与校本资源、生活资源和社会资源的整合提出了科学建议。

国际关于科学教科书的比较研究包括：Kim和Shin以中国和韩国小学科学教材为研究对象，审查了两国科学教材体系和生活部分的共同点和差异，为基础科学教科书开发提供了一些建议。Jeong等人在中国和韩国生物教材探究活动的分析中，选取探究水平和科学过程技能为考察依据，发现中国教材对学生更高层次的过程技能提出了挑战。Park根据课程构成要素、知识与探究的整合、学科与生活的融合、与其他学科的联系以及整合的重点五个方面，选取并分析韩国、美国和英国的科学基础教科书中生物的相关内容，为韩国基础科学教科书改进提出增加与生活相关问题等五条建议。

以“科学教材”和“比较研究”为关键词在中国知网检索，发现在中国科学教科书的国际比较研究中，以中美、中韩教材比较研究最受关注。而南非教科书的发展一直被国内外研究者忽视，在科学教育领域有关南非科学教科书分析的研究成果较为稀缺。即使扩大检索范围，以“南非”和“教材”为关键词检索，也仅仅检索到57篇相关文献，并且其中国内研究主要依然停留在“汉语教材”“汉语教学”等人文教育研究主题中。

总体而言，关于我国科学教科书的国际比较研究中，以中美、中韩比较的视角为主，中国和南非科学教科书的比较研究较为缺少；研究方法以定性的思辨性对比居多，定量研究较少；研究内容以教材内容选取、编排结构、活动设计等为主，如内容的深度和广度、栏目的设置等，鲜有结合科学教育理论开展教科书的比较研究。

二、研究设计

（一）研究问题

STEM教育的本质是发现学科知识间的内在联系，本研究基于STEM结构框架对中国和南非科学教科书的知识点按具体学科编码，将学科知识量化，结合对教科书的质性分析，探讨两个问题：（1）中国和南非科学教科书中STEM知识点的分布是否存在差异？（2）中国和南非科学教科书中STEM内容编排等方面有何特色？

（二）研究对象

本研究分别选取中国和南非各6本初中科学教科书为研究对象。中国初中科学教科书《科学》，由浙江教育出版社于2012－2013年出版发行；南非初中科学教科书《自然科学》，由南非沙索基金会（Sasol Inzalo Foundation）资助，经基础教育部于2013－2014年出版发行。自20世纪80年代，国家教委启动综合科学课程改革以来，浙江在过去的30多年中初中综合科学课程经历了多轮课程改革，成为全国综合科学课程领域的领军省份，为初中课程改革做了有益的探索。南非《自然科学》和我国《科学》都是初中综合性课程教科书，均涵盖物理、化学、生物和地理四个不同学科主题，跨越7－9三个年级，在编写理念与选材方面有许多可相互借鉴之处。

此外，南非科学教育的基本状况与我国颇为相似，为两国科学教育相互借鉴提供了便利。南非基础教育为R－12年级（R表示学前教育，R－12表示学前教育和1－9年级教育），大致分为四个阶段：基础阶段（R－3年级）、中级阶段（4－6年级）、高级阶段（7－9年级）和中等教育（10－12年级，属于非义务教育阶段）。由此可见，南非基础教育总体框架和我国基本一致。由于课程标准对教科书编写的引领作用，选取两国科学教育的课程标准的课程目标进行横向比较。

中国和南非科学课程标准虽然目标维度的设置存在差异，但具体目标基本一致。中国科学课程目标紧紧围绕义务教育阶段科学核心素养展开，即科学观念、科学思维、科学探究和态度责任。南非课程标准中，“做科学”要求学习者计划和做简单的调查，解决需要一些实际能力的问题，科学思维和科学探究支撑着这种能力；“了解主题内容并建立联系”指教学的主要任务是为学习者建立一个知识框架，并帮助他们头脑中的思想和概念之间建立联系，当学习者做一项活动时，问题和讨论必须遵循并与以前获得的知识和经验联系，必须建立联系，这一课程目标与我国科学观念保持一致；“理解科学的用途” 指在学校学习的科学应该培养出那些理解学校科学可以与日常生活相关的学习者，如改善水质、在不破坏土地的情况下种植粮食和建造节能房屋等问题都是应用的例子，欣赏科学发现的历史，以及它们与土著知识和不同世界观的关系，丰富对科学与社会之间联系的理解，这是我国态度责任核心素养在南非科学课程标准中的锚点。总体而言，两国课程标准目标设置的指导思想基本一致，重视科学素养的培养，着眼于学生的长远发展，强调学生主体地位，关注科学与社会和环境关系的意义，注重科学态度、价值观和社会责任感的培养。

此外，南非科学课程标准中制定的课程目标具备自身特色，值得我国借鉴。南非课程标准将“做科学”这一课程目标置于“了解主题内容并建立联系”和“理解科学的用途”之前，突出体现了南非科学课程对探究活动、调查活动等动手实践操作的重视。相反，我国科学课程标准在课程目标的制定上仍优先强调“双基”目标（基础知识和基本技能）。因此，中国和南非两国科学课程目标的一致性较高，适用于开展教材的比较研究，并且南非科学课程目标与我国新课程改革强调的“实践性”更加贴切，值得进一步深入研究，以期相互借鉴。

（三）研究工具

Georgette Yakman提出的STΣ@M金字塔模型以STEM教育为基础，解释了如何整合传统的科学、技术、工程、艺术和数学等学科，以此制定课程计划。在该金字塔模型中界定了科学、技术、工程、数学元学科分别包含的具体学科，本研究对这些具体学科进行分类整合（见表1），建立STEM教材分析框架。

（四）研究方法

本研究采用质性与量化相结合的内容分析法。通过量化统计，尝试对教科书的STEM知识点分布等进行分析；通过质性描述，分析教科书的内容选取、编排结构、情境创设和目标导向等内容。

量化分析中，以表1确定的STEM教材分析框架建立STEM编码表，分解中国和南非初中科学教科书中涉及的科学、技术、工程、数学文本内容为其所要传播的知识点，运用内容分析法，编码统计涉及的STEM知识点的分布和频次，将教材内容量化，得出科学、技术、工程、数学各学科知识点在教科书中的分布情况。为保证本研究的信度，两位编码者独立使用STEM编码表进行预编码，并对编码结果进行一致性检验，得出克隆巴赫系数α值为0.98，表明编码具有良好的可靠性，后续各自独立编码，最后对编码分歧处逐一通过讨论取得一致性意见。质性分析主要是就内容选取、编排结构、情境创设和目标导向等文本进行整体对比描述和深入解读，发掘中国和南非科学教科书编写的不同特点。

三、研究结果

（一）知识点分布的整体情况

根据编码统计结果，中国《科学》教科书中涵盖的科学、技术、工程、数学知识点的总数为1666个，其中以科学S类知识点最多，共1059个，所占比例为63.6%，其次是技术T类知识点，共270个，所占比例为16.2%，工程E类和数学M类知识点为148个和189个，分别占比8.9%和11.3%，较为接近。南非《自然科学》教科书中涵盖的科学、技术、工程、数学知识点总数为931个，其中以科学S类知识点最多，共581个，所占比例为62.4%。其次是工程E类知识点，共143个，所占比例为15.4%，技术T类和数学M类知识点为85个和122个，分别占9.1%和13.1%。可见，中国和南非科学教科书紧密围绕科学知识展开，并与技术、工程、数学学科相互融合。

然而，中国和南非科学教科书中STEM知识点的分布，在数量上呈现出显著差异：中国《科学》教科书中数量分布为S、T、M、E（从多到少），南非《自然科学》教科书中数量分布为S、E、M、T（从多到少），凸显南非对工程教育和数学教育的重视。在《自然科学》教科书中，工程E类活动的组织形式也与实际工程团队更为接近，学生不再是“单干者”，而是以团队成员的身份参与问题解决，在小组合作过程中，实现理论知识和实践经验的有机融合。南非《自然科学》数学M类知识注重学生问题解决、推理与证明能力的培养，凸显理科课程对学生逻辑思维能力培养的重视。教材涵盖大量技术T类知识点，但数量略少于工程E类和数学M类知识点，表明技术是影响国家发展的重要因素。

（二）教材四大主题的 STEM 知识点分布情况

根据教材中物理、化学、生物、地理四大主题，进行STEM内容的数据编码，统计分析各主题中STEM知识的出现频次和分布情况（见图1）。

图1 中国和南非科学教科书中各主题STEM知识出现频次和分布

科学S类知识点在中国和南非初中科学教科书的四大主题中的分布存在共性，均重点呈现科学探究过程和各主题的引领元学科知识（如物理主题重点呈现物质科学），体现了利用科学探究过程重点培养学生科学思维方法的国际共识。其次是科学本质及概念、生物化学等综合性知识的呈现，突显出中国和南非科学教科书内容选取的学科融合性。

从技术T类知识点的统计频次来看，中国和南非科学教科书的四大主题存在明显的差异。中国《科学》教科书的技术T类知识侧重生产制造和医学农业知识，通信能源内容相对较少；而南非《自然科学》教科书的技术T类知识则均匀分布于生产制造、医学农业和通信能源三方面。具体分析四大主题，中国和南非科学教科书又存在一定的共性和个性。在物理和生物主题中，中国和南非科学教科书技术T类知识点数量多，且分布集中，分别重点呈现生产与制造和医学农业内容；中国《科学》教科书地理主题中技术T类占比最低，集中于生产制造知识，而南非《自然科学》教科书化学和地理主题中技术T类占比保持一致，相对较多分布于生产制造和通信能源。

中国和南非科学教育强调生产制造和医学农业知识的共识，与国际技术与工程教育家协会（International Technology and Engineering Educators Association，ITEEA）发布的《技术与工程素养标准》（Standards for Technological and Engineering Literacy: The Role of Technology and Engineering in STEM Education）中提出的“支持场景化学习的技术与工程环境”高度重合。其中，建议创设“材料转换与加工”“运输与物流”“建筑环境”“医疗和卫生相关技术”“农业和生物技术”等教学情境，推进学生对生产与运输、建设与制造、生物技术与医学、农业等生产制造和医学农业相关技术类知识的认识。这也与美国《下一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards）提出的教学建议相一致，即教师可以结合医药学、农学、生物学、建筑学等多样化学科背景激发学生理解科学技术原理在生产实践中的运用和推广。

工程E类知识点中，中国和南非科学教科书在统计频次上存在显著差异，中国《科学》教科书中以环境土木内容占比最高，化工电气内容次之；而南非《自然科学》教科书则以 化工电气为主，环境土木次之。具体分析四大主题发现，中国和南非科学教科书在物理、化学、地理三个主题中的分布存在共性，即分别均侧重化工电气、化工电气和环境土木、环境土木知识点；但在生物主题工程E类知识点的分布中又存在显著差异，中国《科学》教科书集中于环境土木内容，而南非《自然科学》教科书仅少量涉及化工电气和环境土木知识。

中国和南非科学教科书中最受重视的工程E类知识分别为环境土木和化工电气，这与两国所处的经济发展水平有关。改革开放40年来，我国工程教育专业结构逐渐趋于合理化和多元化，改革开放初期重工业的工程教育专业（如电气、机械、电子等专业）比例逐渐降低，新兴工程教育专业（如环境、土木、建筑等专业）类别逐渐丰富。基于尚无一个非洲国家完成工业化转型的发展困境，非盟在《2063年议程》（Goals & Priority Areas of Agenda 2063）中制定了非洲工业化长远战略和近期战略，可见工业化发展仍是非洲大陆发展的首要目标。

从四大主题的数学M类知识统计中可以发现，中国和南非科学教科书在统计频次上保持一致，均侧重度量运算与概率分析、问题解决与推理证明。各主题中数学M类知识点的分布情况和出现频次也保持一致，集中呈现度量运算与概率分析、问题解决与推理证明相关内容，且数学M类知识点在物理主题中出现频次最高，化学、生物主题次之，地理主题最少，这凸显出重视理性逻辑思维培养的国际共识。

这项研究发现获得了国内外研究结果的支持。美国联邦教育部《用技术支持STEM学习的九个维度》（Nine Dimensions for Supporting Powerful STEM Learning with Technology）报告响应“北极星计划”提高数学素养和计算素养的目标要求，提出有效开展STEM教学的三个层次和九个维度，涵盖协作推理、计算思维、问题解决（思维方式、过程、能力、评价）等九个维度。余胜泉等人提出基于证据导向的STEM教学模式，强调综合运用跨学科知识和原理解决问题，有助于学生夯实科学基础知识，提升创新实践能力，实现创新型人才的培养。

四、南非科学教科书的主要特征

教材是课程的核心，教材开发是课程改革的重点，本研究采用质性结合定量的方法，基于STEM跨学科视域对中国和南非初中科学教科书进行编码数据分析。中国和南非初中科学课程均强调学科之间的交互作用和相互融合，旨在全面提高学生的科学素养，体现了STEM教育理念。针对两个研究问题得出如下结论，南非科学教科书主要具备以下五个重要特征，以供未来支援非洲科学教育的志愿者参考：

（一）STEM 教育理念注重工程教育和数学教育

工程教育肩负推动国家科技发展的重大使命，致力于培养能驱动国家现代化高速发展的政策提出者、项目实践者和思想创新者，引导发展中国家紧跟全球发展节奏。国际、地方间工程教育资源分布的不均衡现状，导致发展中国家特别是非洲国家内高素质工程师缺乏，难以满足国家发展的需求。数学是理科教育的核心，而南非的数学教育在学科内容、教学方法等方面均存在缺位现象，间接导致南非教育整体质量下降，从长远来看，不利于教育的可持续发展。因此，对于南非这样的发展中国家而言，在基础教育中强调工程教育和数学教育是时代发展的必然要求。

（二）内容选取侧重南非国情与通用知识相结合

教学和学习必须基于系统课程实施的社会背景。非洲南部有着悠久的历史，社区环境内蕴含相当规模的本土技术和知识，这些技术和知识使得非洲社会在西方科学到来之前得以生存和繁衍。但纯粹的非洲本土科学技术缺乏认可和合法性，这些本土知识需要与普遍知识相结合，成为系统科学课程的起点。例如，以南非丰富的矿产资源和先进的采矿业为依托，《自然科学》从勘探到精炼矿物逐步详细地阐释如何从地球环境中获取资源。南非国情与普遍知识相结合消除了正式和非正式学校之间的界限，将学校带入社会、社会融入学校，使STEM教育对利用非洲当地资源促进可持续发展的人力具有相关性和积极意义。

（三）内容编排重视以科学学科为中心与其他各学科间的交互融合

科学教科书编排倾向于打破学科界限，通常综合运用两门及以上学科的知识和方法探讨一个核心问题，其课程的整体性和综合性是区别于物理、化学、生物、地理等分科课程的重要特征。南非《自然科学》教科书涉及科学、技术、工程和数学领域，以科学学科为中心与各学科交织融合，形成“综合课程”，体现课程的整合性。例如，微生物可以用于生产食品，如酵母菌常用于酿造啤酒、烘焙面包等，这是S和E的内部融合；利用磁分离技术分离磁性不同的矿石则是S和T的相互渗透。同时，物理、化学、生物、地理四大主题由于教学侧重点不同，S、T、E、M知识点在分布上存在着差异性。《自然科学》各主题中处于主体地位的元学科的学科特点和学习要求不同，导致进行STEM知识跨学科融合时，各主题的内容选取和整合方式也不同，从而凸显出学科差异。STEM教育的价值在于促进每个学科发展的同时，又保持各学科的特殊性，实现科学、技术、工程、数学等学科之间相互渗透。

（四）情境创设强调情境的真实性与问题解决的有效性

综合运用多种学科知识解决生活实际问题是STEM教育的核心。南非《自然科学》的内容包括生物主题中的生物多样性、物理主题中的分离混合物、化学主题中的铁锈形成、地理主题中的太阳和地球的关系等内容都与真实生活紧密贴近，有助于培养学生理论联系实际，解决生产生活、科技、自然等实际问题的能力。南非《自然科学》教科书以生活情境为依托，以问题解决为导向，实现隐性知识的显性化；以生产生活实际为载体，实现知识灵活迁移运用；以社会问题为背景，指向树立社会责任感。这使得科学学科的学习不再是简单地停留在知识层面，而是多角度、多层次地与社会、科技、生活、自然相连接，促进知识的结构化，改变教学与生活割裂的现状，实现“真实性学习”。

（五）目标导向注重 STEM 视域下的学生科学素养提升

根据《2063年议程》，非洲基础教育的目标是培养学生对STEM技能的基本认知，以抓住发展的新兴机遇，为南非新型经济发展培养优秀人才。这与STEM理念的“整体有机论”不谋而合，即STEM教育不以产品为导向，而是以真实实践项目为核心，丰富学生真实活动的经验，通过真实问题的解决导向高阶思维的发展，实现个人发展和生活需求的有机整合。南非《自然科学》教科书突出体现了对学生思维习惯、科学技能、理性分析以及树立社会责任意识等素养的重视，将STEM视角下的综合科学素养和STEM学科的核心要求进行整合，强调在新的背景下应用STEM学科的综合知识和技能的能力，以及理解和处理真实世界事件的综合能力。例如，在生命与生活主题中，要求学生基于酵母菌生长的最佳糖量的实验，自主设计探究酵母菌生长的最佳温度，增强学生知识迁移运用能力。

五、启示

STEM教育已经成为国内外课程改革的关注焦点，如何将跨学科知识有效地整合到科学课程中，是我国基础教育课程改革的研究热点。通过中国和南非初中科学教科书对比分析为实现STEM教育在我国科学教材开发和课程改革中的整合提供了如下启示：

（一）重视工程学教育，关注跨学科融合

教育部颁布的《义务教育科学课程标准（2022年版）》中，将核心素养中的“科学探究”修改为“探究实践”，新增“技术与工程实践”的内容要求。创造性、实践性、产出性等工程学属性在很大程度上丰富了基础教育课程的内涵和育人价值，为科学等相关基础教育课程增强学生科学实践、创造性解决问题、推理论证等能力提供了支撑，为核心素养和教学目标的实现提供了途径，使得工程学在基础教育课程中显示出日益突出的价值和地位。但基于对中国和南非初中科学教科书的数据统计分析，南非《自然科学》教科书中工程学知识占比15.4%，而我国《科学》教科书中仅占8.9%，体现出我国基础教育阶段对工程学教育的关注存在缺位现象。

跨学科是技术与工程学的基本属性，是STEM教育的学科整合者。技术与工程并非在实践中与科学相互割裂，相反它们是以科学为中心紧密联系、相辅相成，科学原理可以用于指导技术与工程的设计，而技术与工程的成果也可以反哺作为科学探究的工具或模型，这样就使得科学、技术与工程在科学课程中构成一个闭环。利用工程学背景创设科学学习情境，或通过开展工程设计、模型制作等工程实践活动，都可以有效实现工程学教育与科学教学或STEM教育的整合。基于工程学教育对学生科学素养发展的独特价值，我国科学课程与教材研究人员应高度重视工程学教育，围绕工程学统整STEM教育，实现STEM教育高质量融入我国基础教育科学课程和教材。

（二）关注跨学科概念整合，聚焦科学本质传递

基于上文的数据统计分析可知，中国和南非初中科学教科书涉及的科学、技术、工程、数学知识点数存在差异，我国分别涉及知识点为1059个（其中科学本质及概念仅涉及17处）、270个、148个、189个，而南非分别涉及知识点为581个（其中科学本质及概念涉及54处）、85个、143个、122个，充分体现出我国科学教科书在跨学科概念整合和科学本质传递方面的编写不足。理想的科学教科书应是依托跨学科概念的整合，聚焦对科学本质的传递。

科学教科书以学科核心概念为基石，紧扣各个元学科的独有特征和属性，构建跨学科概念相互渗透、交互融合的深层次教学框架。关注跨学科概念的整合，应根据学生认知发展顺序，将横向水平连接纵向水平，对跨学科概念发展进行内在一致性排序，实现螺旋式课程组织教学和概念体系建设。从基本概念到高级概念的螺旋式上升，随着螺旋环的循环，主题的讨论越来越深入，更有利于学习强化的发生，这是科学教科书连贯性的一个关键特征。此外，可以结合科学史、科学探究过程等内容，在整合跨学科概念的过程中传递科学本质，培养学生STEM科学素养。

（三）依托理性思维活动，培养学生科学素养

本研究发现南非基础教育重视工程教育和数学教育，其中突出显示出对学生理性思维能力的重视，如问题解决、推理证明等能力。而我国科学基础教育对理性思维相对没有南非重视。教科书的内容选取和编排要充分给予学生动手实践的机会，使其在亲身实践过程中完成新概念的构建，同时增强科学探究、问题解决、推理证明等理性思维能力。

高阶思维能力需要经过系统培养才能获得，科学教科书设置的实践活动应体现科学来源于实践的科学本质，包含问题解决、科学探究、推理证明等内容要求的实践活动是培养学生高层次的理性思维能力的有效工具。与南非《自然科学》教科书一样，实践活动的编排应遵循螺旋式设计，实现实践活动的难度与学生认知的发展保持高度连贯性，在章节末尾可以设置开放性的创新设计活动，请学生发散思维想象所给的物件如何进行创新设计，并且同一物件会在不同阶段重复出现，加强对学生创新思维的培养。此外，教材可以借鉴南非教科书中的信息化配置，充分利用互联网信息技术和网络教学资源，为使用者提供全面的学习配套资源，如教材中设置的大量“访问”（VISIT）栏目和谷歌检索活动，给定趣味性和科普性的网址链接等，为培养学生科学探究、问题解决、推理证明等理性思维能力提供有效载体。

（四）教材内容编排方式，借鉴南非分科范式

南非《自然科学》教科书打破了年级边界，遵循学生认知发展阶段，将四个主题（生命与生活、物质与材料、能源与变化、地球与其他星球）的知识点按照学科严格分组，每一学年教授四个学科单元，在学段上纵向延伸，内容选取由浅入深、由易到难、由表及里，由宏观到本质、由普识到聚焦，采用层层递进螺旋式上升的方式进行编排，体现出课程的延续性和发展性。我国《科学》教科书突破学科界限，物理、化学、生物、地理四个学科的知识有时分散在同一单元内，往往一本科学教科书中涵盖四个学科内容，属于通才的编排方法。因此，南非分科的教科书编排方式有利于学生螺旋式构建新知识，或许我国科学课程与教材的研究人员可以考虑借鉴该分科编排范式。

当然，中国科学教科书的优势也是南非学习的对象，南非科学教科书可以从如下几个方面优化：（1）加强技术教育。科学教科书蕴含的科学技术思想与国家科技发展水平密切关联，我国经济、科技发展强于南非的国际背景，使得我国科学教科书中涵盖更多先进的科学技术。基于教育在国家发展中的基础性、全局性、先导性地位，南非《自然科学》教科书可以适当增加前沿顶尖的技术知识。（2）横向拓宽知识的覆盖面，纵向提高知识的层次性。南非在初中科学教科书内容的选取上应进一步拓宽知识的覆盖面，如增加建设与制造、海军和海洋、代数学与几何学等方面的内容，拓宽学生的科学视野；教学内容编排需要遵循螺旋式课程准则，随着学段上升由浅入深逐渐加深学习的纵向深度。（3）重视环境保护观念树立。在加快推进实现工业化进程的同时要关注全球环境污染问题，注重培养公民的环境保护意识。而在整个社会大环境中，学校是帮助树立环境保护意识的重要教育基地。

科学教育的改革和发展，离不开学科专家、研究人员、师生等社会各方力量的共同参与，既要有理论上的指引，又要有实践上的支持。教材的编写、课程的建设、资源的配置等各个环节都不能忽视。本研究采用质性结合定量的方法，基于STEM跨学科视域对中国和南非科学教科书进行数据统计和质性分析，得出了以上结论和启示，期望能为我国未来支援非洲科学教育的志愿者提供参考教材，以及对我国科学教科书编写和课程改革能有所启迪。

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● 引用本文

徐土根,许嘉盈,陆吉健.STEM视角下中国和南非初中科学教材的比较研究[J].比较教育学报,2023(05):160-172.