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1、 刍议“以科学大概念组织科学教育”摘要：本文以生命科学领域教学内容为例阐释对科学大概念的认识及其组织科学教育的思考。笔者认为：“科学大概念”指的是 科学基本知识，并体现出对科学本质的理解。而非传统意义上的科学概念。以“科学大概念”组织科学教育追求科学教育的全面素质化，它是一种方法论。以“科学大概念”组织科学教育能进一步实现教学内容的结构化和知识的系统性，能在明晰教学目标的指引下，提高学生学习的效度。关键词：科学大概念；组织；科学教育国际科学教育改革的趋势是从知识教育走向素质培养，从精英教育变成大众教育，重视公众科学素养的培养。2000 年以后我国课改新的科学课程标准提出了以培养学生的科学素养为
2、宗旨的科学教育理念。200年以来，韦部长率领的团队开始实施并提出了以科学大概念组织科学教育的最新科学教育理念，提炼出小学科学中的 14 个大概念和科学教育的 10 个原则。本文以生命科学领域教学内容为例阐释对科学大概念的认识及其组织科学教育的思考。1.对“科学大概念”的认识“科学大概念”指的是 科学基本知识，并体现出对科学本质的理解。而非传统意义上的科学概念。例如，在提炼出的小学科学 14 个“科学大概念”中有关生命领 域的“科学大概念”包括：生物体是由细胞组成的；生物需要能量和物质的供给，为此它们经常需要依赖其他生物或与其他生物竟争；遗传信息会在生物体中一代代地传递下去；生物的多样性、存活和
3、灭绝都是进化的结果。按照传统观点，这都属于科学知识的范畴。科学知识体系包括科学事实、科学概念、科学定律（或科学规律） 、科学理论。科学事实指人们运用感官或科学仪器获得的以感觉、知觉、直觉、表象形式描述出来的外经验知识，一般回答“是什么”的问题（如：生物体是由细胞组成的。 ） ；科学概念是对科学事实的归类、概括、抽象（如： 动物、植物） ；科学定律（或科学规律）描述两个或多个科学概念之间的联系（如：植物需要水、阳光、空气） ；科学理论是用来解释各种科学事实或科学规律的，回答”为什么”之类的问题，不能直接被证明（如：生物的多样性、存活和灭绝都是进化的结果。 ） 。再如，在个科学教育大概念中，除科学
4、内容的大概念外，关于科学本身的大概念包括：科学认为每一种现象都具有一个或多个原因。科学上给出的解释、理论和模型都是在特定的时间内与事实最为吻合的。科学发现的知识可以用于开发技术和产品，为人类服务。科学的应用经常会对伦理、社会、经济、和政治产生影响。这其中体现了当下正逐渐被认同的科学本质的三个方面。科 学世界观：科学是可知的、科学理论是变化的科学探究：科学需要证据、科学是逻辑与想象的结合、科学能进行解释科学事业：科学是一项复杂的社会活动、科学研究中有普遍接受的道德规范2.以“科学大概念”组织科学教育的特点与意义2.1 实施以“科学大概念”组织科学教育能进一步实现教学内容的结构化和知识的系统性。布
5、鲁纳 指出“不论我们教什么学科，务必使学生理解学科的基本结构” 。为什么要学习学科的基本结构？因为学生只有明晰了学科的基本结构，才易于理解整个学科、 易于记忆、易于迁移 。什么是学科的基本结构 ？学科的基本结构就是学科的基本概念，基本原理及其内在的规律。而“科学大概念”是一种基本科学知识模块。这一模块是包涵了“核心概念主要概念分解概念”的科学概念体系。因此，以科学大概念组织起来的教育内容本身即 强调知识的内在联系和内在规律。2.2 以“科学大概念”组织科学教育能在明晰教学目标的指引下，提高学生学习的效度。例如， 养蚕是普遍在幼儿园和小学中采用的案例，很有中国特色。有的教学中，让学生详细地观察和
6、记录蚕脱了几次皮？每次相隔多少时间？每次脱皮时，蚕有多长？蚕在结茧时是怎么进行的？甚至观察蚕结茧时用了什么样的架子？这些架子是什么材料？是什么形状？等等。当然培养学生仔细观察的能力是好的，可是这些具体的过程和知识学生可能记 不住，也难运用到理解生物的共同特点上。如果我们从了解生物的基本特征：生命周期和生存条件着眼，让学生重点在观察如何从卵开始，蚕经过一个生命周期，从新产卵，延续后代。有条件和时间还可以观察蚕维持生存所需的条件。这样，学生可以通过这个实例，体验到生物都有一个生命的周期，需要一定的生存条件，需要繁殖后代。这些科学概念的形成有利于学生理解其他的生物。3.如何实施以“科学大概念”组织科
7、学教育3.1 教学活动设计要有层递性：厘清“科学大概念”的模块体系，找准学生感兴趣并与他们生活相关的课题。 “科学大概念”是一种基本科学知识模块。这一模块是包涵了“核心概念主要概念分解概念”的科学概念体系。这就需要我们首先要找出汇聚成“科学大概念”的主要概念与分解概念。进而，从学生感兴趣并与他们生活相关的课题开始，逐步进展到掌握大概念。依据“科学大概念”的内涵与特点，结合我国目前小学科学教学的特点，我们认为可以通过以下途径切入到学生感兴趣并与他们生活相关的课题。根据“科学大概念”单元模块理解一节课的教学内容，识别该节课的知识点，明确其所占位置及与“大概念”的关系；把核心概念转化成基本理解，这是
8、期望学生从学习中逐渐形成的；把基本理解以“基本问题”的形式表达，目的是在实际教学活动中，以这些问题去驱动教学，促进学生的基 本理解。在整个问题确定的设计过程中，教师都要反复思考这样的问题：通过本节课的教学，最终希望学生知道什么、理解什么？实际上是以“科学大概念”为定向标准去选准基本问题。这一点非常重要，因为这体现了“科学大概念”对科学教育的引领与组织作用，规避目前小学科学教学中普遍存在的假自主、真自流的“泛探究”现象。厘清“科学大概念”的模块体系，并找准学生感兴趣并与他们生活相关的课题，才能有的放矢设计并实施我们的教育活动。3.2 学习行为要体现自主性，更要追求高效性：探究活动类型要与学习内容
9、相适切。基本问题解决的过程就是大概念建构的过程。学生问题的不断解决就是学生从建构分解概念到主要概念，最终掌握核心大概念。重视对主要科学概念的学习已被当今国际科学教育所认同。温哈伦指出：学生必须建构概念，因为概念有助于他们把经验整合起来；他们必须学会如何获取信息、组织信息以及应用并检验理论的方法，这有利于发展学生的能力，以便他们更好地理解周围的世界因此，强调“以科学大概念组织教学”并不等于要回到过去的“知识本位” ，概念作为思维的基本单位，引导学生自下而上地建构科学大概念的过程，实际上就是一个培养学生归纳性科学思维的过程。这一切都说明“以科学大概念组织教学”的科学学习仍然要强调以探究为核心。 探
10、究、合作、自主是当今学习领域研究的三大主题。 “以科学大概念组织教学”更加强调学习内容的结构性与方向性，势必更加追求学习的高效性。曾听过一位老师执教的食物的消化一课，受到了许多人的质疑，也引发了我对探究学习有效性的思考。全课的大体过程是：首先，通过谈话引入之后，提出问题：吃的食物哪里去了？食物在体内经过了哪些消化器官？发生了怎样的变化？接着，让学生对上述问题进行猜想：先点了两个同学说，然后给每人发一张记录单，让学生用文字、图画、符号等将自己的猜想表示出来；再给每个小组发一张记录单，将小组同学的意见集中起来，然后将各组的记录单贴在黑板上。然后，汇报与交流：选了两个小组的代表，上前汇报本组的意见，
11、老师在黑板上贴出一张空白的人体轮廓图，根据学生的发言画图，并留了一些问号。比如，当学生的意见不一致时，老师说：“到底胃是在左边还是在右边？大肠是在小肠之前还是之后，我也不清楚。 ”大概老师的意图是想把答案留给学生自己去探究吧。最后，思考“解暗箱”的方法。老师说，人体好比一个“暗箱” ，接着问学生， “要弄清这些问题，你们有什么更好的方法？”小组讨论之后，请学生汇报自己想出的方法。老师小结之后，又问： “你打算怎么去做？”然后告诉学生回去后按自己的方法去找答案。课上到这儿，就结束了。听完课后，许多老师直摇头，我也深感失望。虽然说这节课也有一些优点，如关注了学生的前概念，关注了科学方法的教育等，但
12、总体来看，课堂效率太低。一节课 40 分钟过去了，学生有多少收获？在这节课中，学生多数情况下是在猜想或交流自己的猜想，没有获得关于食物消化的有价值的信息，或者说，学生的认识还停留在原来的水平，错误的前概念没有得到提升和纠正。为什么会造成这样探究的低效状况？我认为主要不妥之处在于：学习内容与学习方式不适切。原因在于教师对探究式科学教学的理解窄化，操作模式僵化。首先，探究式科学教学并不是一种具体的教学方法，而是学生在教师创设的有结构的教学情境中主动获取科学知识、发展能力、获得情感体验的教学方式。这种行为方式的标志是“学生主动” 。因而，探究式科学教学方式既可是发现式探究（学生自主发现知识） ，也可
13、以是建构式探究（教师与学生一起共同建构知识） ，还可以是接受式探究（教师有意义的讲授，学生有意义地学习） 。其次，探究式科学教学是一种教学行为。因而，这种行为就应该具有鲜明的指向性（指向相关概念） 。很显然，本案例中选取发现式探究与教学内容是不匹配的。笔者认为花大量的时间让学生去猜想“食物会经过哪些器官” 、 “先小肠还是先大肠”是没有意义的；更可怕 的是，一旦错误的认识在学生头脑中形成了，隔一段时间再去纠正，将是很困难的。3.3 教学方法要有灵活性：追求科学教育的全面素质化。教学方法，是教学过程中教师与学生为实现教学目的和教学任务要求，在教学活动中所采取的行为方式的总称。它的本质特点包括：教
14、学方法体现了特定的教育和教学的价值观念，它指向实现特定的教学目标要求。教学方法受到特定的教学内容的制约。教学方法要受到具体的教学组织形式的影响和制约。从上文对“科学大概念”的构成分析，我们已经得到这样的认识：“科学大概念”并非传统意义上的大的科学概念。它指的是 科学基本知识，并体现出对科学本质的理解。它不是具体的教学内容，兼有教学内容与教育目标的成分，包涵了学生科学素养全面要求。因此，“以科学大概念组织科学教育”就是追求科学教育的全面素质化。它也不是一种具体方法，而是一种由教学方法指导思想、基本方法、具体方法、教学方式四个层面组成的方法论。因此，我们在解决基本问题时，一方面要观照其“科学大概念”把握教学的方向性；另一方面，又要依据具体内容，灵活采取不同的教学方法进行教学。
