本文目录结构
一、研究设计
（一）研究对象
（二）分析框架
（三）信度分析
二、科学与工程实践内容与呈现
（一）以科学探究为主、工程实践为辅的活动体系构建
（二）侧重性突出、学习者主体彰显的实践环节设计
（三）兼顾科学与工程实践本质观理解的设计理念
三、发挥科学与工程实践育人价值的建议
（一）丰富科学探究任务类型，关注学习者主体性进阶发展路径
（二）彰显工程实践的核心教育价值，重视活动设计的广度拓展与深度挖掘
（三）显性呈现科学与工程实践本质观，助力学习者深度理解与内化构建
作者简介：黄晓，浙江师范大学堪萨斯大学联合教育学院院长，中非大学联盟交流机制中方研究院院长，中非数字教育区域合作中心执行负责人；李佳慧，浙江师范大学教育学院硕士研究生；Knowledge Chikundi，津巴布韦科学博览会主任。
引文格式：黄晓, 李佳慧, Knowledge Chikundi. 津巴布韦科学教科书中科学与工程实践内容与呈现评析[J]. 中小学科学教育, 2026(4): 52-61.
科学与工程实践是科学教育的核心维度，是推动学生素养全面发展的关键路径。2013年，美国颁布《下一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards, NGSS），创新性地以“科学与工程实践”取代传统“科学探究”，并将其定位于“科学实践”与“工程实践”的二元复合体，为全球科学教育改革提供了重要参照。津巴布韦作为非洲南部具有重要影响力的发展中国家，是中国在非洲的全天候命运共同体伙伴。2025年，中津关系正式上升为全天候命运共同体，中非教育合作迈入深度互鉴的新阶段，其中科学教育领域的协同发展成为重要发力点。当前，津巴布韦正积极推进基础教育课程改革，其《综合科学大纲》（Combined Science Syllabus）明确将“学习者为中心”“培育科学思维与实践应用能力”列为核心目标，与国际科学教育改革趋势高度契合。科学教科书作为科学课程理念落地的核心载体与教学实施的重要依据，其科学与工程实践内容的设计质量，不仅直接关系到津巴布韦本土学生科学素养的培育成效，更成为中非科学教育合作能否找到“可对接、可借鉴、可推广”实践样本的关键所在。当前国际学界对非洲国家科学教科书的实证研究整体偏少，针对津巴布韦科学教科书的系统分析较为匮乏，这一研究现状严重制约了中非科学教育合作的精准推进。本文选择对非洲津巴布韦科学教科书中科学与工程实践内容进行研究分析，旨在揭示非洲发展中国家科学教育实践的真实样态，为我国面向非洲的科学教育援助、教材共建与师资培训提供实证依据与参考资料，以更好助力深化中非教育合作、构建人类命运共同体。
一
研究设计
（一）研究对象
津巴布韦在中等教育阶段广泛使用综合科学教科书《聚焦综合科学》（1，2，3，4分册）（Focus on Combined Science，form 1，2，3，4），包括生物学、物理与化学领域的核心内容。全书以主题模块形式组织呈现，4册教科书在主题设置上保持一致，各分册对同一主题的学习按照循序渐进原则进行编排。主题下设有若干个科学探究或工程实践活动栏目，将活动设计作为研究对象，共计150个分析单元。
（二）分析框架
1. 环节—学习者主体性水平
“科学与工程实践”是对科学家研究自然界，以及工程师设计、构造系统时所进行的工作加以描述。美国《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念与核心概念》(A Framework for K-12 Science Education—Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas，以下简称 《框架》）共定义了8大科学与工程实践，分别是：（1）提出（科学）问题，定义（工程）问题；（2）开发与使用模型；（3）规划与开展研究；（4）分析和解释数据；（5）应用数学思维和计算思维；（6）建构（科学问题的）解释，设计（工程问题的）解决方案；（7）参与基于证据的论证；（8）获取、评估和交流信息。黄瑄等人在《框架》基础上分别梳理了科学探究与工程实践活动的8个环节。实践强调学习者参与活动的具身性，如果只是通过间接学习，而没有亲身经历这些实践，学生将不能理解科学本质，也无法理解真正的科学实践的过程，因此各环节所呈现的学习者主体性水平至关重要。结合对学习者主体性水平层次的研究，本文对津巴布韦科学教科书中的科学与工程实践内容中涉及的环节及其所给予学习者的主体性水平进行分析，具体分析指标见表1。
2. 科学与工程实践本质观呈现
科学与工程实践教学除了要发展学生的探究实践技能，另一个重要目标是帮助学生理解科学探究与工程实践的意义，这与前者同等重要，即“实践”既强调科学探究的过程，还强调对探究和实践的本质内涵的理解。因此，科学与工程实践活动成为提高学生科学素养、发展学生理解科学探究本质与工程实践本质的重要载体。科学探究本质观涵盖了对科学探究本质、科学学科核心以及探究式学习等众多领域的基本认识，可以说科学探究本质观是科学本质的一部分，而工程实践本质观可理解为工程本质的下位概念。以李德曼（Lederman）等人对科学探究本质观（views about scientific inquiry，VASI)的研究以及普莱曾茨（Pleasants）等人从哲学、历史、社会学以及工程领域的角度对工程实践本质观的理解作为分析框架（见表2），考察津巴布韦科学教科书中科学与工程实践内容对科学探究与工程实践本质观的呈现效果。
通过编码实现对教科书中科学与工程实践活动内容分析的量化，按环节—学习主体性水平、本质观呈现两个维度划分与编码，一级指标依据科学探究和工程实践进行细分，再依据各环节—学习者主体性水平进行二级指标划分与编码，具体编码见表3。
（三）信度分析
三位从事科学教育的研究者（A、B、C）选取分册1中45个科学与工程实践活动作为分析对象，依据表3的指标分析各维度呈现数量，统计后计算得出各维度的信度值R均大于0.8，说明独立分析结果具有相当程度上的可靠性（见表4）。
二
科学与工程实践内容与呈现
基于分析框架及各维度的分析指标，对津巴布韦科学教科书中科学与工程实践活动的编码单位进行归类，并对书中150个科学与工程实践活动内容的环节—学习者主体性水平以及本质观呈现两方面进行统计分析，阐述活动内容设计的优点与局限。
（一）以科学探究为主、工程实践为辅的活动体系构建
全书整合生物学、物理与化学三大学科领域，构建了主题多元、内容丰富的科学与工程实践活动体系。从活动数量在各学科的分布情况来看，全书共包含实践活动150个，其中生物学科54个（占比36%）、物理学科51个（占比34%）、化学学科45个（占比30%），三大学科领域的活动配置相对均衡。从活动类型看，共包含141个（占比94%）科学探究活动以及9个（占比6%）工程实践活动。这说明津巴布韦科学教科书在突出科学探究核心地位的同时，关注到了学生工程素养的培育，但可以看出两种活动的配置在数量上存在不均衡现象，工程实践活动数量较少。对已有工程实践活动的内容进行具体分析发现，活动设计中涵盖物质制备、呼吸系统作用机制模型建构、物质相互作用机制探究以及实验装置规范操作等贴近现实生活的多元类型，体现出较强的情境性与实践性，但工程知识与科学、技术等其他领域知识的融合较少。科学探究活动可分为不同的任务类型，如基于变量的任务、逻辑推理任务、测量性任务、建造性任务以及探索性任务等。该书的设计主要围绕探索性任务和测量性任务展开，尤以探究某个既定的科学原理为重，缺乏让学生在真实情境中自主发现问题、提出假设，在开放环境下制订方案、实施方案的深度体验。这种设计虽然有助于学生高效掌握特定的科学概念与原理，但没有发挥多样性科学探究任务的功能，窄化了科学探究的丰富内涵。在反复经历按照既定步骤操作—收集数据—得出结论的循环中，学习者的思维受到局限，不利于形成对科学探究的全面理解。
（二）侧重性突出、学习者主体彰显的实践环节设计
科学实践并非由固定要素构成的机械程序，其核心要义不在于强求探究环节的完整闭环，而在于通过探究过程促进学习者科学素养的进阶与实践体验的深化。津巴布韦科学教科书对科学与工程实践内容的设计，摒弃了“面面俱到”的实践环节机械化呈现方式，而是选择有所侧重地对某些环节进行深化，体现了对学习者科学与工程实践能力培养的针对性倾斜，对于科学与工程实践活动的理解契合实践本质。但在设计中也出现了某些关键环节严重缺失的情况，忽略了具体环节之于学习者对科学与工程实践理解的重要价值。如在科学实践活动中提出科学问题、设计与实施研究计划、建构科学解释、推理论证以及表达交流等环节出现的比例均在90%以上，体现了该教科书注重学习者动手操作及科学解释能力培养的特点（见表5）。在工程实践活动中，对学习者实施方案作出了详尽的步骤与操作方法提示，要求学习者根据步骤亲历工程实践的过程，做到了“关注学生工程实践过程以及人工造物能力的培养”。但工程实践的核心环节在于模型构建、方案迭代与优化，反观津巴布韦科学教科书工程实践活动的设计，其中对“构建及应用模型”“评估并优化设计”等要素的涉及比例较低，学生所经历的只是被简化的、线性的“手工任务”，而非动态的、充满挑战的“工程设计过程”。这种不完整的工程体验难以培养学生解决复杂现实问题所需的关键能力，如系统性思维、批判性思维、迭代优化意识、创新设计能力等，说明工程实践活动的设计系统性和深度待提高，尚未形成成熟的工程实践活动体系。
“有条件主动”和“主动”水平体现了学习者在实践活动中的主动参与特征，故考察该书在科学与工程实践内容各环节的主体性水平的设计。其中，在操作导向的“实施方案”环节，学习者主动参与率达100%，体现了实践本身的过程属性。在“建构科学解释”“推理论证”和“表达交流”三个环节上，学习者的主动性水平均在90%以上（见表6），活动设计往往提供学习支架或问题引导，以此规划学习者的思考与表达，基本体现了论证式教学的思想，并注重知识获取和思维发展的有效融合。在工程实践活动中，学习者在“设计工程解决方案”与“实施设计方案”两大核心环节具备较高自主性，教科书通常在提出工程问题后，赋予学生自主完成方案设计与实施的空间，对发展学生问题解决与工程实践能力具有重要价值。
《框架》针对不同学段在科学与工程实践中设置了不同层次的要求，阐述了学习者在各个环节中的适宜性行为，这是学习者主体性水平的重要映射，体现了学习进阶的基本理念。对实践活动中各个环节给予学习者的主体性水平随4个分册的变化进行分析，发现教科书普遍采用同质化的活动组织方式，例如在“提出问题”环节，均以直接给定探究问题为主，未能随学段推进逐步拓展学生的自主性空间，各环节在4个分册上无学习进阶的表现。
（三）兼顾科学与工程实践本质观理解的设计理念
学生在科学与工程实践内容的学习中理解并形成科学与工程实践本质与活动内容的设计密切相关。活动中不存在显性呈现科学与工程实践本质观的专门内容，而是将本质观隐性融合在具体的过程中。例如，在某一活动中提供两种实验思路，学习者通过不同的步骤得到了相同的结论，由此产生“科学探究没有单一的步骤和方法”的探究认知。而将涉及的本质观条目与实践环节及学习者在其中的主体性水平进行比较发现，两者具有内在一致性。以全书141个科学探究活动为样本，对科学探究本质观各条目呈现情况的统计分析结果如下（见表7）。其中，B（S）（1）、B（S）-（3）、B（S）-（6）、B（S）-（8）这4个条目的本质观呈现率均达90%以上，说明活动的设计注重提出明确的探究问题，并着力引导学生构建“科学探究要围绕提出的问题进行且在步骤和方法上具有可选择性”的观念，除此之外，在活动环节的设计上注重培养学习者的循证思维与数据素养，进而帮助其形成科学结论与证据之间关系的科学探究本质认知。在工程实践活动中，B（E）-（1）这一本质观的呈现率达100%，与工程实践活动设计中均包含“定义问题”这一环节相呼应，说明教科书中对于工程实践活动的设计均明确定义了工程问题，有助于学习者理解“工程实践要定义和界定工程问题，确定工程范围”这一工程本质观。而其他本质观条目的呈现率均不足30%，说明工程实践活动的设计不够成熟，尚未关照到其他关键实践环节及其所反映的工程实践本质观。
三
发挥科学与工程实践育人价值的建议
该套教科书作为津巴布韦紧跟国际科学教育改革浪潮，主动推进科学课程革新的重要实践成果，其科学与工程实践内容的设计，为学习者深度理解科学知识、进阶提升科学素养提供了积极支撑。其中所呈现的不足也折射了全球范围内多数国家在以教科书为载体的实践活动设计中面临的共性困境。为充分释放科学与工程实践的育人效能，进一步优化科学教科书的内容设计体系，需要丰富科学探究任务类型、彰显工程实践核心教育价值、显性呈现科学与工程实践本质观。
（一）丰富科学探究任务类型，关注学习者主体性进阶发展路径
科学探究任务的不同决定了实践所承载的教育目标的不同，同时决定了实践的核心环节以及学习者在各环节中适宜的主体性水平的差异。这意味着，丰富的科学探究任务不仅契合无须机械地包含所有环节的实践本质，而且能从不同任务的经历中拓宽对于科学探究的理解及探究能力的训练。探索性任务和测量性任务是津巴布韦科学教科书中科学探究活动的主要任务类型，而对于要求学习者根据主题或问题作出科学假设并通过控制变量验证假设，以及强调学习者进行逻辑推理的实践任务少之又少。这为科学探究活动内容的设计提供启发：应明确不同实践任务所具有的教育功能，在此基础上合理统筹并均衡配置各类实践任务的比例，尤其增加引导学习者根据问题作出科学假设，通过控制变量进行探究以及侧重逻辑推理的实践任务，助力提高学生的科学思维和推理论证能力，加深对科学方法的认识与应用，确保科学探究活动的设计能全面提升学习者的科学素养。
学习进阶体现个体认知及思维发展的连续性与递进性，科学与工程实践的学习进阶维度包括学习者在探究与实践的态度、认知以及具体能力上由表层到深层、由外显到内化的螺旋上升过程。教科书中有关实践内容的设计应以学习进阶理念为指导，把握学生在不同阶段的思维特征与能力水平。具体而言，应遵循由表及里、由扶到放的原则，设计具有梯度的探究任务与学习支架。在初始阶段，可侧重提供结构化的引导，帮助学生建立基本的探究规范与认知模型；随着学生探究能力的提升，应逐步减少外部指导，赋予学生更多自主设计、决策、论证与反思的空间。如在科学学习的初级阶段为学习者呈现明确的科学探究问题，随着学习的深入逐步引导学习者提出探究问题，当学习者具有一定程度的科学探究能力时完全给予其提出问题的自主性，让学生自己提出有价值的探究问题，通过这一过程能够逐步释放学习者的主动性水平，提高学生提出科学问题的能力。借由构建层级递进的实践任务体系，推动学习者在核心环节上的主动性水平持续进阶，最终实现从依赖探究路径指引向自主开展实践的转变，推动其探究能力与实践素养的有序发展和持续构建。
（二）彰显工程实践的核心教育价值，重视活动设计的广度拓展与深度挖掘
工程实践融入科学教育是基础教育阶段的创新实践。美国《下一代科学教育标准》认为K-12阶段工程教育的主要目标有两个：主线目标（工程通识教育）和输送目标（为工程职业做准备）。完成工程实践教育的上述两个目标，不仅要做好工程实践内容的广度设计，还要做好实践内容的深度设计。
“广”在于打破学科壁垒与资源局限，构建开放多元的工程实践体系。这不仅要求设计融合多学科知识与能力的工程任务，而且要开发丰富多样的工程实践活动，以此落实工程通识教育。具体而言，一方面要深化跨学科整合，有机融合科学、技术、工程与数学等领域的基础知识与技能，强化学生对知识的综合应用；另一方面，要积极挖掘本土工程实践素材，进行地域化或校本化的内容设计与实践。应紧密结合区域产业特色、标志性工程及地方发展需求，将本土典型的工程案例、生产实践与技术应用转化为适宜的教学内容，通过丰富的工程实践活动让学生深刻感知工程与日常生活、地域发展的紧密联系，形成对工程实践性质及特点的基本了解。
真实情境中的工程实践是高度综合和复杂的，工程师需要熟练运用领域特定概念，并深刻把握系统、优化、权衡、决策等共通概念，以系统视角和优化策略评估各种解决方案。这意味着学习者唯有亲身经历从定义工程问题、设计方案、实施方案到不断迭代优化的完整工程闭环，才能真正理解工程实践的本质，提高工程实践能力与素养。津巴布韦科学教科书对于工程实践活动的设计尚不成熟，9个工程实践活动中虽都定义了工程问题并且给予了操作步骤，但均未包含数学计算、构建及应用模型以及迭代优化等关键要素，工程实践沦为单纯的动手操作活动。故“深”体现在教科书中工程实践活动的设计应尽可能地涵盖定义问题、设计与评估方案、实施方案、模型构建与迭代优化等核心环节，深度凸显工程实践的特点与本质，帮助学生形成对工程实践过程全面且深入的认识，为未来的工程职业打下坚实基础。
（三）显性呈现科学与工程实践本质观，助力学习者深度理解与内化构建
好的科学与工程实践教学是体现科学与工程实践本质观的教学，提高学习者对科学与工程实践本质观的理解是开展科学与工程实践活动教学的核心目标。津巴布韦科学教科书中科学与工程实践内容的设计关照到了学习者对于本质观的理解，但是均以隐性方式呈现，即依托于实践环节的设计隐性体现本质观。此种呈现方式高度依赖教师对本质观的教学敏感性以及学习者的深度感悟，任一方的缺失或不足都有可能削弱学习者对本质观的理解与内化。因此，科学与工程实践本质观需在实践内容中显性呈现。
在教科书科学与工程实践内容的设计中专门设置明确的有关本质观的文本材料。一方面，通过构建系统化的显性栏目来直接呈现科学与工程实践本质观，例如设置“科学史话”“科学家的思考”或“本质观透视”等专栏，利用科学史实和经典实验案例，专门阐述科学探究与工程实践的本质，将原本隐含在实践背后的认识论和方法论转化为可视化的文本材料；另一方面，在科学与工程实践内容的表达交流环节设置本质观思考问题，引导学生讨论、交流其对科学与工程实践的看法，帮助学生在掌握科学观念、提升科学思维的同时，能够直接反思并内化关于科学与工程实践的本质认识。
针对科学教师开展科学与工程实践本质观理解与教学的专项培训。教师是落实科学与工程本质观教学的重要主体，通过专项培训提高教师对科学与工程本质观的理解是实现本质观显性呈现的另一重要举措。一方面，设计关于“本质观深度解析”的主题培训，深刻阐述科学探究本质观与工程实践本质观的内容，并基于两者之间的差异进行对比，结合权威的、最新的相关研究成果帮助教师理解与内化；另一方面，组织教师参与具体的实践项目，在真实的情境中感悟实践的过程，体会科学与工程实践的本质。此外，教授教师进行教学转化的策略，结合课例研讨，指导教师将本质观融入教学设计，如讲解引导学生反思实验中的假设与证据的方法，传授开发显性渗透本质观的课堂活动的路径等，切实提高教师的理解水平与教学效果。