美国科学教材FOSS、STC、INSIGHTS 比较分析

2024年3月22日发(作者：孤灯不明思欲绝)

美国科学教材FOSS、STC、INSIGHTS 比较

分析

作者：刘思研，杨培禾

来源：《基础教育》 2011年第6期

刘思研，杨培禾

（首都师范大学 初等教育学院，北京 100037）

摘要：

FOSS、STC、INSIGHTS是在20世纪80年代末美国新一轮科学课程改革的背景下，在

“2061计划”的推动下启动的三项科学课程研究项目，也是当下美国较为流行的三套小学科学

课程教材。本文对三套教材的出台背景作简要介绍，并通过对三套教材的课程内容、教学资源、

特点等进行对比，透视美国科学教育的特点及整体发展趋势。

关键词：FOSS；STC；INSIGHTS；科学教材

中图分类号：G423.3 文献标识码：A 文章编号：1005-2232(2011)06-0097-06

美国相关机构为小学阶段的孩子们设计了FOSS（Fu11 Option Science System）、STC

（Science and Technology for Children）、INSIGHTS（An Elementary Hands-On Inquiry

Science Curriculum）三项科学教育计划。这三项计划与美国科学课程改革相伴随，是对科学

教材研制和开发后的产物，现均已形成独立的科学课程教材。其中，FOSS是一套涵盖从幼儿园

到8年级的科学课程，于25年前被开发［1］；STC教材为1至6年级学生设计了24个有关科

学主题的单元，1997年开发，1999年正式出版［2］；INSIGHT教材为幼儿园至6年级的学生

提供了17个科学主题单元的内容，1997年开发，于2003至2006年陆续出版了四种不同年级

的Insights课程教材［3］。从课程的开发时间来看，FOSS是美国科学课程改革之后最早出版

的教材。三套教材均是在《国家科学教育标准》指导下编写的，旨在培养学生的科学素养，是

美国现行的、使用范围较为广泛的小学科学教育课程教材。

一、FOSS、STC、INSIGHTS的出台背景

自20世纪50年代起，伴随着社会、经济、科技和教育的高速发展，世界科学教育进入了

持续的课程改革运动时期。20世纪60年代世界科学课程经历了三次改革浪潮，分别称为“作

为学科知识的科学时期”（science as discipline knowledge）、“作为相关知识的科学时

期”(science as relevant knowledge)和“作为不完善知识的科学时期”（science as

imperfect knowledge) ［4］。到20世纪80年代美国经历了前几次科学课程的改革浪潮后，

相继开发了“小学科学研究”（ESS）、“科学课程改进研究”（SCIS）与“科学—过程探讨研

究”（SAPA）等多种中小学科学课程，这些科学课程对美国基础教育产生了深刻的影响，如美

国小学由开设自然课程转变为开设真正的科学课程，将先进的科学技术内容融入科学课程之中，

注重探究和实验室教学等。然而，这些科学课程因仅注重科学知识本身的结构，忽视了儿童的

认知发展规律而受到质疑。80年代末以来，在科学哲学和认知科学研究成果的基础上，美国进

行了新一轮的科学课程改革。1985年美国科学促进会（AAAS）提出了一个跨世纪的科学教育改

革计划—“2061计划”，提出了未来儿童和青少年从小学到高中应掌握的科学、数学和技术领

域的基础知识的框架。1995年美国国家科学院下属的国家研究理事会（NRC）制定了美国历史

上第一部《国家科学教育标准》，其后为了标准更好地实施，在“2061计划”的推动下，美国

国家科学基金会启动了“FOSS”“INSIGHTS”等科学课程项目的研究，美国国家科学资源中心

启动了“STC”等科学课程项目的研究。这样，FOSS、STC、INSIGHTS三项科学课程项目应运而

生。

二、FOSS、STC、INSIGHTS三套教材比较分析

（一）FOSS、STC、INSIGHTS教学资源比较分析

比较FOSS、STC、INSIGHTS三套教材的教学资源发现，FOSS的教学资源更加全面，更为系

统，包括：教师指导手册—工具包—备用录像带—阅读材料—FOSS科学故事—FOSS网站。FOSS

的这些教学资源构成了一个完整的体系，教师可以利用这一系列的资源丰富自身科学知识，提

高自身专业技能，更好地指导备课，实施教学。学生不仅可以在课堂上，也可以在家里与家长

一起通过FOSS网与教师进行科学知识交流，做科学小游戏，动手解决科学问题等进行科学探究。

总之，FOSS教学材料不仅为教师更好地备课、教学，同时也为学生全方位进行科学学习提供了

充足的资源，这也是FOSS作为三项课程中开发最早，而且使用时间最长的一个重要原因。三项

课程的教学资源中，FOSS和INSIGHTS是没有学生用书的，只有STC的3—6年级有学生活动用

书，且是循环用书，书中的内容主要是对各单元要进行探究活动的简单说明。可见，FOSS、STC、

INSIGHTS教材是真正在教师引导下以学生的探究活动为基础进行教学的，课本只是起到辅助学

生探究活动的作用。此外，三套教学材料中都包括教师指导用书和工具箱，同时也都强调了教

师指导用书在众多教学材料中的重要地位，教师指导用书不仅包括了各单元、各主题活动等课

程内容，更包括教学目标、教学概要、教学策略、教学设计思路分析等课程指导性的内容，是

教师进行教学、学生进行学习的依据，对以FOSS、STC、INSIGHTS三套教学材料为基础展开的

科学教学具有指导性作用。从三套教材的出版时间来考察，呈现出FOSS—STC—INSIGHTS的顺

序，从三套教材教学资源的繁简程度来考察，FOSS、STC、INSIGHTS的教学材料呈现出由复杂

到简单的趋势。从FOSS丰富全面的教学材料到STC增加的学生活动用书，再到INSIGHTS只有

教师用书和工具材料等，这种趋势显然减少了教材对师生所带来的束缚，为教师教学、学生进

行自主探究提供了广阔的天地，这种趋势也正与其课程标准进一步吻合。美国《国家科学教育

标准》（NSES以下简称《标准》）原则与定义一章中指出：学习科学是种能动的过程，强调能

动地学习科学就意味不再把重点放在教师传授知识和讲解科学题目这样一套传统做法上，而是

学生们要亲自动手做不是要别人做给他们看的事情［5］5。

总之，FOSS、STC、INSIGHTS三套教材以“提高学生科学素养”为前提，其教学资源在体

现部分共性与各自特点的同时，也呈现出与《标准》进一步吻合的趋势。三套教学材料均具有

较强的结构性和系统性，这也促使FOSS、STC、INSIGHTS成为了结构完整、易于使用的科学课

程教学体系。

（二）FOSS、STC、INSIGHTS课程内容比较分析

《标准》中提出科学的学习要具有灵活性和选择性。所以，学习目标是以年级段而不是以

年级安排［5］50。与《标准》相似，FOSS、STC、INSIGHTS课程的设置也为各年级提供了很大

的灵活性。所有FOSS、STC、INSIGHTS的课程单元都可以按表1、表2、表3所列上下浮动一个

年级，一年级的单元可以用于幼儿园，例如，STC课程中，根据总体的科学课程或学生能力，

为二年级开发的“土壤”一课也可以在一年级或三年级教授。这种灵活性在四、五年级的交界

变得至关重要，他们跨越了《标准》所规定的k-4、5-8、9-12的年级段划分。这样安排教材，

可以使学区或教师按照本地区或本校的具体情况做出适当的选择，有利于给学生刨造轻松的学

习环境，充分发挥学生学习的积极主动性。表1、表2、表3是FOSS、STC、INSIGHTS三套教材

K-6年级涉及的主题及课程内容。

《标准》中“科学内容标准”一章提到，内容标准分为八类，即：科学的统一概念和过程、

作为探究过程之科学、物质科学、生命科学、地球与空间科学、科学与技术、从个人和社会视

角所见的科学、科学的历史与本质［5］49。各类内容标准均以k-4、5-8、9-12三个年级段为

划分标准，不同的年级段有不同的科学主题来进行学习。从FOSS、STC、INSIGHTS涉及的科学

主题来看（见表1-3），三套教材都涉及了生命科学、物质科学、地球科学，即科学教育的基

本框架。FOSS、STC除了涉及这三个科学主题外，还分别涉及了科学推理和技术设计、技术设

计两大主题。由此看出，FOSS、STC教材的科学内容要比INSIGHTS教材的科学内容更丰富，也

更加符合《标准》对科学内容的规定。《标准》中“地球与空间科学之标准” 部分k-4年级段

要学习的课程为：地球物质的性质、空中的物体、地球和天空的变化、宇宙的起源和演变。5-8

年级段要学习的科学主题为：地球系统的结构、地球发展史、太阳系中的地球；9-12年级段要

学习的科学主题为：地球系统的能量、地球化学周期、地球系统的起源和演变。通过表1-3所

呈现的三套教材的科学主题及课程内容，比较FOSS、STC、INSIGHTS K-6年级课程内容中“地

球科学”部分课程内容，发现INSIGHTS教材K-5年级段是没有涉及任何“地球科学”相关内容，

而FOSS和STC 教材则从K-1年级就开始了“地球科学”相关课程的教学，所涉及的课程内容

也与《标准》中“地球与空间科学之标准”的规定较符。从以上两点来看，FOSS、STC两套教

材的课程内容无论从其丰富程度还是与《标准》的适应程度都要优于INSIGHTS这套教材。

综上分析，从FOSS到STC，再到INSIGHTS教材，教学资源表现出由丰富到简单且与《标

准》进一步吻合的趋势，而课程内容虽也呈现出由丰富到简单的趋势，却并没有与《标准》加

强吻合。教学资源和课程内容由繁到简虽减少了教材对学生的束缚，但同时也加大了教师进行

授课，学生进行探究的难度，是一个辩证的问题，值得我们进一步思考。

（三）FOSS、STC、INSIGHTS特点比较分析

1．FOSS、STC、INSIGHTS三套教材的共性

（1）以探究为中心环节

FOSS、STC、INSIGHTS三套教材是在美国进行科学课程改革并制定历史上第一部《国家科

学教育标准》后陆续被开发的。第一部《国家科学教育标准》强调探究［5］7，与之相适应，

FOSS、STC、INSIGHTS是三套强调探究的教材。三套教材的每个科学主题之下，都是由几个大

活动组成的，这便为学生进行科学探究提供了平台，也是三套教材“以探究为中心环节”的意

图所在。科学探究由问题开始，问题激发起学生探究的兴趣和好奇心，随后学生在努力寻求问

题解决的过程中，自己动手试验、调查、收集和分析有关数据并得出结论，表达、交流自己的

观点。例如，FOSS中 K年级的一个主题单元——树，主要通过三个大活动（每个大活动包括几

个小活动）——秋天的树、树叶、树的季节变化，使学生亲身体验、主动参与探索树、树叶，

树的季节变化过程，以达到不断增长学生对组成世界的生物的好奇心和兴趣，观察和描述校园

里的树、树叶的特性，以及树的季节变化，并比较所观察到的树和树叶的相同性、不同性及树

叶的大小和边缘，用图画或口头描述观察和比较的情况，整个的活动安排与科学探究的过程是

一致的，学生通过科学探究理解重要的科学概念。STC采用了“聚焦——探索——反思——应

用” 的学习过程［12］，来进行科学探究。INSIGHTS通过“动手做”以主题的方式展开探究

活动设计。总之，三套教材以科学活动为载体，以探究为形式，使学生进行有效的科学学习。

（2）注重多领域知识的融合

FOSS、STC、INSIGHTS三套教材，在围绕某一个主题组织教学的过程中，通常结合了语言、

数学、社会等领域的学习。如，FOSS的主题单元“水的调查3（水蒸气）”中，语言（再生水

的研究）、数学（测量表面积并绘制图表）、社会和科学（研究水的储存和传送系统，调查湿

度如何影响蒸发）等领域融合在一个学习单元中。如，STC课程内容中学生用写作记录其实验

结果，这正是发展其语言技能的一种有效方式。又如，INSIGHTS的结构体系中也建议科学教学

要开展与数学、语言、社会等学科相联系的活动和附加的科学探索活动［3］。三套教材都十分

重视与其他学科领域知识的融合。

2. FOSS、STC、INSIGHTS三套教材的个性

（1）FOSS：教材体系完整，教学材料丰富与STC、INSIGHTS教材相比，FOSS作为美国科

学课程改革之后最早被开发的科学课程教材，其教学材料最为丰富、教材体系最为完整，FOSS

教材体系中教师指导手册、工具包、备用录像带、阅读材料、FOSS科学故事与FOSS网站等每

一部分又分别包括一些具体的材料，其教学材料的丰富程度要远远超过STC与INSIGHTS两套教

材。此外，FOSS教材体系不只停留在课堂，还延伸到家庭、延伸到课外，并配合各种多媒体、

网络等形式，使FOSS成为体系全面而完整的教材。

（2）STC：注重探究内容的深层次挖掘

与教学材料丰富的FOSS教材相比，STC最大的特点在于以完整的教材体系为基础，注重探

究内容的深层次的挖掘。STC教材在处理探究内容的广度和深度的问题上采取了减内容、加深

度的措施［2］。这里指的深度是指探究活动的深入。例如，“变化”这一主题单元第12课：

“气泡和嘶嘶声——观察一种化学反应”，探究活动的最终落点在让学生讨论把小苏打分别放

入水和食醋的过程中究竟发生了什么变化。这对于小学2年级学生来说，探究活动挖掘的层次

之深是不言而喻的。

（3）INSIGHTS：强调以“动手做”为主的多种学习方式的融合

INSIGHTS课程设计了一系列的活动让学生通过“动手做”的形式来学习。例如，在“电路”

的主题学习中，首先让学生自制一个简单的电路来探索电的特征和发展对电的理解，然后让学

生运用电池、电线、灯泡和发动机或小汽车自制一个完整的电路来探索完整的电路概念，最后

请学生自制串联电路和并联电路，制作神奇的电子箱来理解传导和电阻的概念。在这样的动手

活动中，学生通过主动探究建构了对电的新认识。同时，INSIGHTS课程还设计了科学活动和其

他领域的整合活动以及学生之间的合作学习活动和观察、倾听等运用多种感官的活动。

通过比较，FOSS—STC—NSIGHTS教学资源与课程内容呈现出由繁到简的整体趋势，但与

《标准》的吻合程度却有所不同。此外，三套教材在表现出“以探究为中心环节”“注重多领

域知识的融合”等共性的同时又分别具有各自的特点，使得三套教材成为既一脉相承又特色鲜

明的科学课程体系。

三、三套教材反映的美国小学科学教育整体趋势

由FOSS、STC、INSIGHTS的介绍及比较分析，可透视出美国小学科学教育的一些趋势和特

点。

（一）多方专家参与课程的开发

FOSS、STC、INSIGHTS三套教材的设计与美国传统课程设计的系统性改革紧密联系。美国

的系统性改革旨在实现从学生对科学概念的被动学习向学生通过真实体验进行积极探究学习的

转变。因而，美国发动了一些科学技术公司与学校系统一起进行合作开发课程，开发团队主要

由科学家、教育家、心理学家以及教师等组成，力图以国家的科学教育标准为依据，推动国家

科学教育的系统性改革。FOSS是由美国国家科学基金会资助、加州大学劳伦斯科学馆

（Lawrence Hall of Science）开发的［15］，由科学家、教育家、心理学家和教师组成的

FOSS项目组来设计课程。STC是由NSRC（美国国家科学资源中心）发起，国家科学院和工程学

院运作实施的［16］，在研究和设计STC的过程中，科学家和教育工作者（包括有经验的小学

教师）担当了教师——设计者的角色，他们研究、试讲并撰写了STC全部单元。

INSIGHTS是由美国教育发展中心（EDC）在国家科学基金会资助下开发的，是由教育发展

中心的科学课程专家、具有创造性的小学教师和肯德尔/亨特出版公司（Kendall/Hunt

Publishing Company）合作研究的，对课程进行了大规模的修订和反复试用，最终出版的［3］。

三套教材吸收了当前有关儿童、教学和教育政策的最新理论研究成果，以脑科学、认知科学与

建构主义理论为基础，由多方专家参与课程的开发设计，课程体系完整，不仅专业知识权威、

适合教师教学，更加适合不同年龄段学生进行科学学习，均是科学化较强的科学课程。

（二）以探究为中心开展教学

FOSS、STC、INSIGHTS是三套强调探究的教材。三套教材的教学材料系统丰富，为教师和

学生以探究为中心开展教学奠定了基础。FOSS教材以主题单元设计，还开发了工具箱、教学录

像、阅读材料和科学故事等资源，使学生有充足的机会和良好的条件进行科学探究。这不仅激

发了学生学习科学的兴趣和好奇心，也培养了学生观察、比较、表达交流、组织、推理等科学

思维技能。STC课程所设计的“聚焦——探索——思考——应用”的科学学习流程充分体现了

探究学习的思想。聚焦：探索、查明学生对主题已经具备的相关知识。探索：使儿童能够从事

对物体、组织及科学现象的探索。思考：鼓励儿童讨论他们观察到的现象，并达成一致。应用：

帮助儿童讨论和应用他们在新情境中所产生的新想法。“聚焦——探索——思考——应用” 的

学习流程围绕学生主动研究、发现的活动展开，渗透于STC各个单元，每个学习者都可以积极

的建构知识，在实地实验环境当中进行他们自己的发现活动，充分体现了探究的思想。

INSIGHTS通过“引入——探索发现——意义加工——拓展学习经验”四个阶段来展开科学探究。

引入：将学习经验介绍给学生，分享他们当前关于学习经验的想法，或是提供一个问题、挑战

或探索。探索发现：学生对主题、问题或挑战有关的活动进行探索并得出自己的结论。意义加

工：教师引导学生进行讨论，帮助他们理解探索、收集的数据的意义。拓展学习经验：提供给

学生几个可供探索的拓展活动，拓展活动可能与数学、语言、社会科学或其他领域相关。

INSIGHTS强调关注并引发学生的探究兴趣，并强调科学活动以提出问题、设计假设、寻找答案

的过程的探究方式进行。INSIGHTS课程鼓励学生通过亲身经验在自然环境中进行问题解决，对

问题进行假设、检验并做出解释。FOSS、STC、INSIGHTS强调探究，并将其付诸于教与学的实

践过程中，在科学探究中进行科学学习，掌握正确的科学研究方法、形成正确的科学态度。

（三）突出教师的指导作用

《标准》中第二章“科学教学标准”和第四章“教师专业进修标准”为美国科学教师在进

行科学教学和专业进修两方面提出了标准。“科学教学标准”一章指出“科学教师要为学生制

订一个以探究为基础的科学大纲”。教师专业进修标准一章指出“科学教师的专业进修要求教

师通过探究的各种角度和方法来学习基本的科学内容” ［5］26。《标准》中为教师制定的这

两部分标准从教学、进修的角度提出了探究的重要性。可见，在探究活动贯穿整个课程的FOSS、

STC和INSIGHTS教材中，教师的主体性作用应是无可替代的。三套课程的每一个探究步骤、流

程都需要教师的帮助与指导，发挥教师的指导作用。如在STC的聚焦阶段，教师要了解学生们

的特殊兴趣、知识水平和现有技能、了解学生们以前产生的问题和形成的理念、他们的认识潜

能、发育状况、身体素质、情感发展和行为动机，尤其是他们是怎样学习的等。在探索阶段，

因材施教地为学生制订一个以探究为基础的科学学习计划，并确定在什么时候以及为了什么目

的运用全班性教学、小组合作和个人单独工作这样一些方式，使所有学生都有平等的机会参与

到科学探究活动中来。在思考和应用阶段，教师则组织讨论学生们探究和实施学习计划的成果，

并鼓励他们将结果应用到现实生活当中去。三套课程都十分注重教师指导作用的发挥，以使课

程能更好地体现其价值，完成课程的使命。

本文通过对美国新一轮科学课程改革的背景下，在“2061计划”的推动下，启动的三项科

学课程研究项目，也即当下美国较为流行的三套小学科学课程教材：FOSS、STC、INSIGHTS的

教学资源、课程内容、特点等的介绍与比较分析，透视出了现今美国科学教育多方专家参与课

程开发、以主题探究活动为中心开展教学、突出教师指导作用的特点及整体趋势。以期对我国

小学科学教材的编写、课程的开发与设计等方面有所启示。

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