儿童科学大概念教学探索

发布时间：2014-12-23 10:47

 

【摘要】 中国的现代科学教育在经历了一个多世纪的不断探索和改革之后，科学教育的目的已经逐渐由培养社会中少数科技精英转变为面向每一个人。小学科学教育在注重培养学生良好的科学素养同时，还应让学生对科学的概念和过程有一个基本理解。科学教育的目标是实现一个趋向于核心概念的进展过程，即“科学上的大概念”。在现代小学科学推进基于探究的科学教育同时，选定大概念进行科学大概念教学成为新出现的学习科学的教学方法和研究重点。本论文在原有的科学大概念理论基础上，联系实际科学教学，对小学科学一些课程进行大概念教学方法教学设计，通过课程设计与反思对科学大概念教学进行研究。在研究了国内外关于儿童科学大概念教学的现状基础上，首先，对科学教育大概念进行了概述，阐述了科学大概念的选择，指出了科学中的十四个大概念，并对科教版小学科学中的概念进行了系统的归类。其次，从儿童科学前概念、认知主义以及建构主义学习理论阐述了科学大概念的理论基础。最后，根据科学大概念教学的基本理念和教学策略，针对我国小学科学课程，对《认识液体》、《种子萌发的条件》、《沉与浮》这三节不同年级的科学课进行教学设计把科学大概念教学的建议赋于教学实践。 

一、科学教育大概念概述

 

（一）科学大概念

1.科学大概念阐述

概念是将一个人的经验组织起来，然后对相关的内容、事件以及信息惊醒总结归纳、分类以及推论和抽象化处理后的知识体系。概念可以让我们在对世界的认识过程中拥有一种认知、发展和交流能力。人的概念的形成源自于婴儿时期。从这个时期人就已经能够对声音、颜色、表情以及容貌等进行分类，并且形成自己独特的概念体系。这些概念中有的是正确的，有的是不正确的。因此，当一个孩子走向学校教育的时候，他们已经拥有了一定的前概念，这些概念是教学工作的起点。因为儿童要形成概念，就必须建立在他已经拥有的认知的基础上，因此，通过情景设计唤起学生的固有记忆是形成概念的前提。同时，在教学的过程中，要针对不同学生的认知特点和知识储备，灵活的组织教学内容，是帮助儿童形成概念的关键所在。

科学概念（Scientific Concepts）则是指经过人的组织而形成的、体系化的科学知识。一方面，他们是科学家们对世界的共识，是人类的宝贵精神财富，另一刚方面，他们又对科学家组织对世界的再认识发挥着推动作用，因此，科学概念的内涵是动态变化的、是开放式的。科学在概念在教学工作中的作用十分重要，是重要的内容之一。科学概念的形式表现一方面是自然形成的语言，另一方面是通过一定的语言规则处理后而表述出来的知识结构。它既是经过是实证研究的知识，也是要被专业人士所认可和接受的知识。同时,科学概念中，有层次性的区别。概念的发展是动态的，随着人类认知自然能力的提升和理论知识的发展而不断得到丰富和完善。例如“数据分析观念”就由“能从统计的角度思考问题、认识统计对决策的作用，并对数据进行处理”改为“统计的核心是数据分析”。

大概念（Big Ideas）和日常教学中提及的“概念”有所不同。美国科学促进会(AAAS)在 2005 年对于大概念的定义是 “能将众多的科学知识联为一致整体的科学学习的核心”《科学教育的原则与大概念》一书中对大概念所包含的内涵以及科学教育的意义的阐释是：“……这些核心观念及其进阶过程能帮助学生理解其生活中的事件和现象，并在其结束学业、迈入社会后，持续发生影响”，一般认为，大概念由共通概念与核心概念组成。其中，共通概念往往是指跨学科内容的组织，例如“能量”“物质”等就属于该类概念；核心概念侧重于整合同一学科内的知识。例如“物质及其相互作用”和“遗传：性状的遗传和变异”等都是该类概念。

 

（二）科学中的14 个大概念

作为科学教育改革的核心，科学课程的改革其关键是要回答“学什么”和“怎么学”两个问题，09年10月，由世界七个国家数十位科学家、教育专家等在苏格兰举行了一个研讨会，目的是为了确定学生在科学教育中应该接触到的核心概念。这些核心概念将帮助他们理解周围的自然世界。他们共同编撰的《科学教育的原则与大概念》，首次提出十项科学教育的原则，并挑选出了十个核心科学概念和四个关于科学的概念期望能为正在各国进行的科学教育改革提供帮助。

1.14 个科学大概念所包含的内容

14 个大概念首先包括 10 个科学概念，一是宇宙构成物质是很小的微粒；二是一个物体可以和有一定距离的其它物质发生相互作用；三是要实现改变一个物体运动状态的目标，就必须有一个净力作用在这个物体上；四是事物之间发生变化后，其能量会发生转化，但是宇宙的总能量保持不变；五是地球的构造和它的大气圈以及在其中发生的过程，影响着地球表面的状况和气候；六是宇宙有很多星系组成，银河系中就有我们常见的太阳；七是生物体的组成基础是细胞；八是生物需要能量和营养物质维持生命，所以生物之间为了生存而进行的竞争和依存关系；九是生物的信息具有遗传性；十是生物的进化能力推动了生物物种的多样性，存活或者灭亡都是净化的一种表现方式。 

对于概念的选择，我们要考虑这些大概念的普遍运用性，这些概念能通过不同的内容来展开，可以依据关联度、兴趣和意愿来选择内容，同时这些概念可以运用于新的情况让学习者理解他们一生中可能会遇到的情况和事件。在每一个大概念的标题下，从小的和与周围环境关系密切的概念开始，在小学里通过适当的活动和支持，学生将能够掌握这些概念。

2.14 个科学大概念分类—以科教版教材为例

科教版教材中将14个科学大概念分为四大类：一是宇宙概念。包括宇宙的构成以及组成、地球的构造和它的大气圈以及在其中发生的过程，影响着地球表面的状况和气候。二是物理学方面的概念。例如运动、能量变化等等。三是生物学方面的概念。主要是指生物体是由细胞组成的；生物的生产需要能力，因此导致了生物之间的竞争和依存关系；遗传信息会在生物体中一代代地传递下去；生物的多样性、存活和灭绝都是进化的结果。四是关于科学的概念。一是科学认为每一种现象都具有一个或多个原因；科学上所做出的解释、理论论述和模型构建都是一定时期的契合产物；科学发现的知识能够对人类生产生活带来改善；科学的应用在伦理道德、社会生活、经济发展和政治变革等产生积极影响。

 

二、科学大概念教学理论基础

 

（一）儿童科学前概念理论

1.儿童的前概念

儿童前概念是他们在成长过程中形成的对周围事物初步的看法和认识。前概念对于科学学习有着重要的影响力。在科学概念教学中，我们不能忽视学生的科学前概念。至于充分理解前概念在每个学生身上的具体表现，并由此找到科学概念的生长点，才能真正发展学生的科学概念。

首先，儿童的科学前概念是及其宝贵的，需要给予充分的尊重，并以此为基础引导他们建立科学的学习方法，开展科学学习。既要肯定前概念的价值，也要对其中谬误指出予以纠正。在教学实践中我们会发现，笔耕文化推荐期刊，学生所具有的前概念的形成具有一定的自发性，没有及时的规范和引导，其中错误的成分比较多。对这些不正确的前概念进行纠正是教学工作的主要任务。当然，即便是一些在成年人眼里看来是错误的前概念，如果老师设身处地、或者改变陈旧的思维模式去认识、去了解的时候，往往发现，学生们的与成人的理性世界有差别的前概念有时候是具有很大的创新性的，其中的科学成分并不比理性分析的结果差。这些闪烁着思想火花的前概念，是一个人创新的基础，也是教学工作能够更加有价值的基础，因此，要呵护而不是同质化的纠正。

其次，儿童既有的科学前概念是教学工作的一种教学资源，有助于因材施教，要千方百计进行发掘和掌握。要对收集到的儿童前概念进行认真分析、系统梳理和分别归类，这个过程就是为教学工作做准备的过程。了解了教育对象的前概念状况，教学工作将更有针对性和目标性。由于儿童的前概念形成过程并不是一个科学规范的过程，因此它的表现形式也具有非显性、差异化以及广泛性的特点。这就为教学工作中收集儿童前概念带来了一定的难度。收集儿童的前概念一方面有利于当下的教学工作，而且也可以由此及彼，推测到没有被发掘的其他前概念认识，进而进行分析、归类，从中得出学生性格、学习能力等方面存在的差异化的原因，并能够形成有效地应对方法，提升教学、教育工作时效性。

第三，儿童的科学前概念中的错误成分是教学工作的重要对象，要积极引导改变。前概念的特点之一是比较顽固，在儿童的意识领域占据着非常重要的地位。要帮助儿童的改变错误的前概念，需要花费一定的时间、精力乃至心血。关于如何改变儿童的错误前概念，很多专家学者进行了持续深入地探索。其中具有一定影响力的理论是美国学者纳斯伯姆与诺威克曾经提出的“矛盾事件”法。这种方法要求在教学中要通过模拟场景、对话辩论等方式充分引导儿童把已经形成的前概念暴露出来，然后引导儿童在解释一个和他既有的前概念冲突的矛盾的事件或者现象中，进行教育活动，改变儿童不正确的前概念。这就需要在教学的过程中注意策划好教学内容，让学生在矛盾中思考、突破人后提升认识，纠正错误的概念，建立正确的新概念。

 

（二）儿童概念转变理论

1.认知主义学习理论

认知主义学习理论脱胎于格式塔学派的学习论。经历一个时期的沉寂之后，又再次活跃起来，而逐步引起了教育界的重视。该理论认为，学习的过程中要注重通过问题情境的处理和体验，经过内心的积极组织，最终形成自己的理论知识结构这样的一个过程，认知的过程对于完善知识体系来说十分重要。该学派认为学习最重要的是能够促进内部认知结构发生变化，要注重对学习目的和意义的解释和控制，认为这些内容才是影响学习的变量因素。综合而言，他们的学说主要包含两方面意思，一是认为学习是一个有目的的活动；二是学习条件、环境、情景对于实现学习目的有着重要的影响力。

该学派的理论贡献在他发现和强调了学习过程中人的主观能动的价值；二是强调在学习过程中要充分发挥认知、思考等意识活动作用；三是强调人在学习过程中要有一个准备状态。也就是说一个人的知识储备和认知结构记忆非认知因素对于学习的影响力非常大。这种准备是学习能够继续开展的前提；四是强调学习过程的强化的作用；五是重视学习主体的创造性、主动性、灵活性。要求在教学实践过程中，要为学生创造观察生活、探索奥秘和开展实验研究的条件，培养他们的创造能力和独立思考能力，在这过程中使他们掌握知识。该学说的不足点在于对学习过程中的心理结构重视和揭示不够。

该学派的理论对于儿童大概念教学的指导意义在于，在教学过程中要树立以学生为本的思想，要注重情景教学方法的应用，要通过协作的方式完成学习任务；要在教学中通过模拟还原以及情景教育，让学生在自主学习和探究的过程中，发挥主观能动性，提升学习效果。

2.建构主义学习理论

建构主义学习理论对于学习的主动性情境性和社会性也给予了高度重视。该学派认为每个人对于事物的认识都是有片面性的，因此在教学过程中,为了促进前概念向科学大概念转变，就要注重学生之间的合作，使学生能够吸收不同的观点而丰富完善自己的知识结构。强调学习的合作性。

该学说的贡献在于重视学习主体的主观能动性和构建性，对学习进行了高级与初级的划分。并强调了在教育实践中团队学习和情景教育的重要性。

该学派的理论要求在儿童大概念形成过程中，在教学工作上要从以下几方面入手：一是在教学的过程中，要重视学生的既有的知识经验，而把其作为学习新知识的起点。二是教学过程中要突出学生的主体地位，教学过程更一个知识体系的转化和优化的过程，不仅仅是被动的接受知识灌输的行为。老师要对学生的各种理解和认识进行认真分析，然后通过引导进行纠正或者进一步帮助其丰富完善。三是要通过情境模拟、思想交流、协作学习和意义构建等方式，为儿童创造出有利于实现大小概念转化的良好学习环境。四是要尊重学生的思想。学生的概念是与其生活环境和成长过程息息相关的。学士是一种社会建构，教学双方必须形成共识，共同构建知识。五是强调互动式学习。这样有助于思想的碰撞和知识的交流，通过交流消除认知差异。

 

三、科学大概念教学策略.........13

（一）从结构走向建构的科学大概念教学..............13

1.学生科学前概念的诊断.................. 13

2.基于前概念的科学大概念建构............. 14

（二）从情景走向理性的科学大概念教学............15

1.建立儿童生活科学情景.................. 15

2.在情景中生成科学大概念.................... 15

四、大概念教学案例设计................19

（一）基于学生前概念的《认识液体》教学设计......19

1.教法分析............ 19

 

四、大概念教学案例设计

 

（一）基于学生前概念的《认识液体》教学设计

1.教法分析

以学生之前在日常生活中对各类液体了解为基础，通过集中对选择液体的观察和比较，以及简单的实操游戏，让学生更全面直观的了解液体所具有的各类性质及彼此的区别，让学生形成较系统的科学概念。

本设计包含了“科学认识是随着人类社会的发展而发展的”科学大概念，通过实验前提问的方式了解学生的前概念，最后通过观察比较的方式将其转化为大概念。

2.学法分析

学法两步走，首先让学生对所选的几种液体通过看、嗅的方式去掌握液体的外在特征及区别；其次设计游戏场景，用直观的表现手法让学生去认识液体内在的一些特性。本课所选用的学法可以直观的去了解认识液体的基本性质及差异，且操作方式简单，观察过程融入实践活动，更好的激发学生的学习热情。

3.教学目标

通过此课程的教学，让学生掌握各种液体的性质及差异，培养学生的观察能力、探索能力及各类实验器材的使用方法、注意事项等，融入实操游戏增加教学过程趣味性，促进学生之间交流。 

4.教学特点

本课程的难点在于如何了解学生对液体的前概念状况，并将多种液体的特质通过外在形式直观的表现出来，形成对学生原有认识错误的纠偏。重点是教会学生如何掌握简单器材的使用方法，借助器材全面了解液体性质。

 

结束语

科学教育无论是对科学的未来还是对世界的未来都是极为重要的。随着科学技术成现代社会第一生产力，科学态度、科学方法、人文和科学精神成为现代公民基本的素质，几乎所有国家都认识到科学教育关乎国家和民族的兴衰。在经历不断探索和改革之后，科学教育的目的已经逐渐由培养社会中少数科技精英转变为面向每一个人。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。

科学大概念做为一系列的科学基本知识，体现出对科学本质的理解，以“科学大概念”组织科学教育是追求科学教育全面素质化的一种表现，做为一种教学方法论，它能进一步实现教学内容结构化和知识系统性的统一，并能在明确教学目标的指引下提高学生的学习效果。因此我们在指定教学策略时，一方面要遵循其“科学大概念”把握教学的方向性；另一方面也要根据具体内容，灵活采取不同的教学方法进行教学。

本文的研究把韦钰等科学家提出的科学大概念教学的建议赋于实践，能够丰富教师科学教师教育的理论和实践指导，提升教师科学教育理念，完善科学教育方法指导，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。通过科学大概念教学设计，重新激发儿童对科学的探索以及学习兴趣，系统形成科学知识体系，培养科学素养，为科学教师提供更有效的建构儿童科学知识，为社会培养科学人才。

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本文编号：10829