發(fā)布時間：2014-12-23 10:47

 

【摘要】 中國的現(xiàn)代科學教育在經(jīng)歷了一個多世紀的不斷探索和改革之后，科學教育的目的已經(jīng)逐漸由培養(yǎng)社會中少數(shù)科技精英轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛎恳粋�人。小學科學教育在注重培養(yǎng)學生良好的科學素養(yǎng)同時，還應讓學生對科學的概念和過程有一個基本理解�？茖W教育的目標是實現(xiàn)一個趨向于核心概念的進展過程，即“科學上的大概念”。在現(xiàn)代小學科學推進基于探究的科學教育同時，選定大概念進行科學大概念教學成為新出現(xiàn)的學習科學的教學方法和研究重點。本論文在原有的科學大概念理論基礎(chǔ)上，聯(lián)系實際科學教學，對小學科學一些課程進行大概念教學方法教學設計，通過課程設計與反思對科學大概念教學進行研究。在研究了國內(nèi)外關(guān)于兒童科學大概念教學的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，首先，對科學教育大概念進行了概述，闡述了科學大概念的選擇，指出了科學中的十四個大概念，并對科教版小學科學中的概念進行了系統(tǒng)的歸類。其次，從兒童科學前概念、認知主義以及建構(gòu)主義學習理論闡述了科學大概念的理論基礎(chǔ)。最后，根據(jù)科學大概念教學的基本理念和教學策略，針對我國小學科學課程，對《認識液體》、《種子萌發(fā)的條件》、《沉與浮》這三節(jié)不同年級的科學課進行教學設計把科學大概念教學的建議賦于教學實踐。 

一、科學教育大概念概述

 

（一）科學大概念

1.科學大概念闡述

概念是將一個人的經(jīng)驗組織起來，然后對相關(guān)的內(nèi)容、事件以及信息驚醒總結(jié)歸納、分類以及推論和抽象化處理后的知識體系。概念可以讓我們在對世界的認識過程中擁有一種認知、發(fā)展和交流能力。人的概念的形成源自于嬰兒時期。從這個時期人就已經(jīng)能夠?qū)β曇�、顏色、表情以及容貌等進行分類，并且形成自己獨特的概念體系。這些概念中有的是正確的，有的是不正確的。因此，當一個孩子走向?qū)W校教育的時候，他們已經(jīng)擁有了一定的前概念，這些概念是教學工作的起點。因為兒童要形成概念，就必須建立在他已經(jīng)擁有的認知的基礎(chǔ)上，因此，通過情景設計喚起學生的固有記憶是形成概念的前提。同時，在教學的過程中，要針對不同學生的認知特點和知識儲備，靈活的組織教學內(nèi)容，是幫助兒童形成概念的關(guān)鍵所在。

科學概念（Scientific Concepts）則是指經(jīng)過人的組織而形成的、體系化的科學知識。一方面，他們是科學家們對世界的共識，是人類的寶貴精神財富，另一剛方面，他們又對科學家組織對世界的再認識發(fā)揮著推動作用，因此，科學概念的內(nèi)涵是動態(tài)變化的、是開放式的�？茖W在概念在教學工作中的作用十分重要，是重要的內(nèi)容之一�？茖W概念的形式表現(xiàn)一方面是自然形成的語言，另一方面是通過一定的語言規(guī)則處理后而表述出來的知識結(jié)構(gòu)。它既是經(jīng)過是實證研究的知識，也是要被專業(yè)人士所認可和接受的知識。同時,科學概念中，有層次性的區(qū)別。概念的發(fā)展是動態(tài)的，隨著人類認知自然能力的提升和理論知識的發(fā)展而不斷得到豐富和完善。例如“數(shù)據(jù)分析觀念”就由“能從統(tǒng)計的角度思考問題、認識統(tǒng)計對決策的作用，并對數(shù)據(jù)進行處理”改為“統(tǒng)計的核心是數(shù)據(jù)分析”。

大概念（Big Ideas）和日常教學中提及的“概念”有所不同。美國科學促進會(AAAS)在 2005 年對于大概念的定義是 “能將眾多的科學知識聯(lián)為一致整體的科學學習的核心”《科學教育的原則與大概念》一書中對大概念所包含的內(nèi)涵以及科學教育的意義的闡釋是：“……這些核心觀念及其進階過程能幫助學生理解其生活中的事件和現(xiàn)象，并在其結(jié)束學業(yè)、邁入社會后，持續(xù)發(fā)生影響”，一般認為，大概念由共通概念與核心概念組成。其中，共通概念往往是指跨學科內(nèi)容的組織，例如“能量”“物質(zhì)”等就屬于該類概念；核心概念側(cè)重于整合同一學科內(nèi)的知識。例如“物質(zhì)及其相互作用”和“遺傳：性狀的遺傳和變異”等都是該類概念。

 

（二）科學中的14 個大概念

作為科學教育改革的核心，科學課程的改革其關(guān)鍵是要回答“學什么”和“怎么學”兩個問題，09年10月，由世界七個國家數(shù)十位科學家、教育專家等在蘇格蘭舉行了一個研討會，目的是為了確定學生在科學教育中應該接觸到的核心概念。這些核心概念將幫助他們理解周圍的自然世界。他們共同編撰的《科學教育的原則與大概念》，首次提出十項科學教育的原則，并挑選出了十個核心科學概念和四個關(guān)于科學的概念期望能為正在各國進行的科學教育改革提供幫助。

1.14 個科學大概念所包含的內(nèi)容

14 個大概念首先包括 10 個科學概念，一是宇宙構(gòu)成物質(zhì)是很小的微粒；二是一個物體可以和有一定距離的其它物質(zhì)發(fā)生相互作用；三是要實現(xiàn)改變一個物體運動狀態(tài)的目標，就必須有一個凈力作用在這個物體上；四是事物之間發(fā)生變化后，其能量會發(fā)生轉(zhuǎn)化，但是宇宙的總能量保持不變；五是地球的構(gòu)造和它的大氣圈以及在其中發(fā)生的過程，影響著地球表面的狀況和氣候；六是宇宙有很多星系組成，銀河系中就有我們常見的太陽；七是生物體的組成基礎(chǔ)是細胞；八是生物需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)維持生命，所以生物之間為了生存而進行的競爭和依存關(guān)系；九是生物的信息具有遺傳性；十是生物的進化能力推動了生物物種的多樣性，存活或者滅亡都是凈化的一種表現(xiàn)方式。 

對于概念的選擇，我們要考慮這些大概念的普遍運用性，這些概念能通過不同的內(nèi)容來展開，可以依據(jù)關(guān)聯(lián)度、興趣和意愿來選擇內(nèi)容，同時這些概念可以運用于新的情況讓學習者理解他們一生中可能會遇到的情況和事件。在每一個大概念的標題下，從小的和與周圍環(huán)境關(guān)系密切的概念開始，在小學里通過適當?shù)幕顒雍椭С�，學生將能夠掌握這些概念。

2.14 個科學大概念分類—以科教版教材為例

科教版教材中將14個科學大概念分為四大類：一是宇宙概念。包括宇宙的構(gòu)成以及組成、地球的構(gòu)造和它的大氣圈以及在其中發(fā)生的過程，影響著地球表面的狀況和氣候。二是物理學方面的概念。例如運動、能量變化等等。三是生物學方面的概念。主要是指生物體是由細胞組成的；生物的生產(chǎn)需要能力，因此導致了生物之間的競爭和依存關(guān)系；遺傳信息會在生物體中一代代地傳遞下去；生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結(jié)果。四是關(guān)于科學的概念。一是科學認為每一種現(xiàn)象都具有一個或多個原因；科學上所做出的解釋、理論論述和模型構(gòu)建都是一定時期的契合產(chǎn)物；科學發(fā)現(xiàn)的知識能夠?qū)θ祟惿�產(chǎn)生活帶來改善；科學的應用在倫理道德、社會生活、經(jīng)濟發(fā)展和政治變革等產(chǎn)生積極影響。

 

二、科學大概念教學理論基礎(chǔ)

 

（一）兒童科學前概念理論

1.兒童的前概念

兒童前概念是他們在成長過程中形成的對周圍事物初步的看法和認識。前概念對于科學學習有著重要的影響力。在科學概念教學中，我們不能忽視學生的科學前概念。至于充分理解前概念在每個學生身上的具體表現(xiàn)，并由此找到科學概念的生長點，才能真正發(fā)展學生的科學概念。

首先，兒童的科學前概念是及其寶貴的，需要給予充分的尊重，并以此為基礎(chǔ)引導他們建立科學的學習方法，開展科學學習。既要肯定前概念的價值，也要對其中謬誤指出予以糾正。在教學實踐中我們會發(fā)現(xiàn)，筆耕文化推薦期刊，學生所具有的前概念的形成具有一定的自發(fā)性，沒有及時的規(guī)范和引導，其中錯誤的成分比較多。對這些不正確的前概念進行糾正是教學工作的主要任務。當然，即便是一些在成年人眼里看來是錯誤的前概念，如果老師設身處地、或者改變陳舊的思維模式去認識、去了解的時候，往往發(fā)現(xiàn)，學生們的與成人的理性世界有差別的前概念有時候是具有很大的創(chuàng)新性的，其中的科學成分并不比理性分析的結(jié)果差。這些閃爍著思想火花的前概念，是一個人創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也是教學工作能夠更加有價值的基礎(chǔ)，因此，要呵護而不是同質(zhì)化的糾正。

其次，兒童既有的科學前概念是教學工作的一種教學資源，有助于因材施教，要千方百計進行發(fā)掘和掌握。要對收集到的兒童前概念進行認真分析、系統(tǒng)梳理和分別歸類，這個過程就是為教學工作做準備的過程。了解了教育對象的前概念狀況，教學工作將更有針對性和目標性。由于兒童的前概念形成過程并不是一個科學規(guī)范的過程，因此它的表現(xiàn)形式也具有非顯性、差異化以及廣泛性的特點。這就為教學工作中收集兒童前概念帶來了一定的難度。收集兒童的前概念一方面有利于當下的教學工作，而且也可以由此及彼，推測到?jīng)]有被發(fā)掘的其他前概念認識，進而進行分析、歸類，從中得出學生性格、學習能力等方面存在的差異化的原因，并能夠形成有效地應對方法，提升教學、教育工作時效性。

第三，兒童的科學前概念中的錯誤成分是教學工作的重要對象，要積極引導改變。前概念的特點之一是比較頑固，在兒童的意識領(lǐng)域占據(jù)著非常重要的地位。要幫助兒童的改變錯誤的前概念，需要花費一定的時間、精力乃至心血。關(guān)于如何改變兒童的錯誤前概念，很多專家學者進行了持續(xù)深入地探索。其中具有一定影響力的理論是美國學者納斯伯姆與諾威克曾經(jīng)提出的“矛盾事件”法。這種方法要求在教學中要通過模擬場景、對話辯論等方式充分引導兒童把已經(jīng)形成的前概念暴露出來，然后引導兒童在解釋一個和他既有的前概念沖突的矛盾的事件或者現(xiàn)象中，進行教育活動，改變兒童不正確的前概念。這就需要在教學的過程中注意策劃好教學內(nèi)容，讓學生在矛盾中思考、突破人后提升認識，糾正錯誤的概念，建立正確的新概念。

 

（二）兒童概念轉(zhuǎn)變理論

1.認知主義學習理論

認知主義學習理論脫胎于格式塔學派的學習論。經(jīng)歷一個時期的沉寂之后，又再次活躍起來，而逐步引起了教育界的重視。該理論認為，學習的過程中要注重通過問題情境的處理和體驗，經(jīng)過內(nèi)心的積極組織，最終形成自己的理論知識結(jié)構(gòu)這樣的一個過程，認知的過程對于完善知識體系來說十分重要。該學派認為學習最重要的是能夠促進內(nèi)部認知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，要注重對學習目的和意義的解釋和控制，認為這些內(nèi)容才是影響學習的變量因素。綜合而言，他們的學說主要包含兩方面意思，一是認為學習是一個有目的的活動；二是學習條件、環(huán)境、情景對于實現(xiàn)學習目的有著重要的影響力。

該學派的理論貢獻在他發(fā)現(xiàn)和強調(diào)了學習過程中人的主觀能動的價值；二是強調(diào)在學習過程中要充分發(fā)揮認知、思考等意識活動作用；三是強調(diào)人在學習過程中要有一個準備狀態(tài)。也就是說一個人的知識儲備和認知結(jié)構(gòu)記憶非認知因素對于學習的影響力非常大。這種準備是學習能夠繼續(xù)開展的前提；四是強調(diào)學習過程的強化的作用；五是重視學習主體的創(chuàng)造性、主動性、靈活性。要求在教學實踐過程中，要為學生創(chuàng)造觀察生活、探索奧秘和開展實驗研究的條件，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造能力和獨立思考能力，在這過程中使他們掌握知識。該學說的不足點在于對學習過程中的心理結(jié)構(gòu)重視和揭示不夠。

該學派的理論對于兒童大概念教學的指導意義在于，在教學過程中要樹立以學生為本的思想，要注重情景教學方法的應用，要通過協(xié)作的方式完成學習任務；要在教學中通過模擬還原以及情景教育，讓學生在自主學習和探究的過程中，發(fā)揮主觀能動性，提升學習效果。

2.建構(gòu)主義學習理論

建構(gòu)主義學習理論對于學習的主動性情境性和社會性也給予了高度重視。該學派認為每個人對于事物的認識都是有片面性的，因此在教學過程中,為了促進前概念向科學大概念轉(zhuǎn)變，就要注重學生之間的合作，使學生能夠吸收不同的觀點而豐富完善自己的知識結(jié)構(gòu)。強調(diào)學習的合作性。

該學說的貢獻在于重視學習主體的主觀能動性和構(gòu)建性，對學習進行了高級與初級的劃分。并強調(diào)了在教育實踐中團隊學習和情景教育的重要性。

該學派的理論要求在兒童大概念形成過程中，在教學工作上要從以下幾方面入手：一是在教學的過程中，要重視學生的既有的知識經(jīng)驗，而把其作為學習新知識的起點。二是教學過程中要突出學生的主體地位，教學過程更一個知識體系的轉(zhuǎn)化和優(yōu)化的過程，不僅僅是被動的接受知識灌輸?shù)男袨椤＠蠋熞獙�學生的各種理解和認識進行認真分析，然后通過引導進行糾正或者進一步幫助其豐富完善。三是要通過情境模擬、思想交流、協(xié)作學習和意義構(gòu)建等方式，為兒童創(chuàng)造出有利于實現(xiàn)大小概念轉(zhuǎn)化的良好學習環(huán)境。四是要尊重學生的思想。學生的概念是與其生活環(huán)境和成長過程息息相關(guān)的。學士是一種社會建構(gòu)，教學雙方必須形成共識，共同構(gòu)建知識。五是強調(diào)互動式學習。這樣有助于思想的碰撞和知識的交流，通過交流消除認知差異。

 

三、科學大概念教學策略.........13

（一）從結(jié)構(gòu)走向建構(gòu)的科學大概念教學..............13

1.學生科學前概念的診斷.................. 13

2.基于前概念的科學大概念建構(gòu)............. 14

（二）從情景走向理性的科學大概念教學............15

1.建立兒童生活科學情景.................. 15

2.在情景中生成科學大概念.................... 15

四、大概念教學案例設計................19

（一）基于學生前概念的《認識液體》教學設計......19

1.教法分析............ 19

 

四、大概念教學案例設計

 

（一）基于學生前概念的《認識液體》教學設計

1.教法分析

以學生之前在日常生活中對各類液體了解為基礎(chǔ)，通過集中對選擇液體的觀察和比較，以及簡單的實操游戲，讓學生更全面直觀的了解液體所具有的各類性質(zhì)及彼此的區(qū)別，讓學生形成較系統(tǒng)的科學概念。

本設計包含了“科學認識是隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展的”科學大概念，通過實驗前提問的方式了解學生的前概念，最后通過觀察比較的方式將其轉(zhuǎn)化為大概念。

2.學法分析

學法兩步走，首先讓學生對所選的幾種液體通過看、嗅的方式去掌握液體的外在特征及區(qū)別；其次設計游戲場景，用直觀的表現(xiàn)手法讓學生去認識液體內(nèi)在的一些特性。本課所選用的學法可以直觀的去了解認識液體的基本性質(zhì)及差異，且操作方式簡單，觀察過程融入實踐活動，更好的激發(fā)學生的學習熱情。

3.教學目標

通過此課程的教學，讓學生掌握各種液體的性質(zhì)及差異，培養(yǎng)學生的觀察能力、探索能力及各類實驗器材的使用方法、注意事項等，融入實操游戲增加教學過程趣味性，促進學生之間交流。 

4.教學特點

本課程的難點在于如何了解學生對液體的前概念狀況，并將多種液體的特質(zhì)通過外在形式直觀的表現(xiàn)出來，形成對學生原有認識錯誤的糾偏。重點是教會學生如何掌握簡單器材的使用方法，借助器材全面了解液體性質(zhì)。

 

結(jié)束語

科學教育無論是對科學的未來還是對世界的未來都是極為重要的。隨著科學技術(shù)成現(xiàn)代社會第一生產(chǎn)力，科學態(tài)度、科學方法、人文和科學精神成為現(xiàn)代公民基本的素質(zhì)，幾乎所有國家都認識到科學教育關(guān)乎國家和民族的興衰。在經(jīng)歷不斷探索和改革之后，科學教育的目的已經(jīng)逐漸由培養(yǎng)社會中少數(shù)科技精英轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛎恳粋�人。國際科學教育改革的趨勢是從知識教育走向素質(zhì)培養(yǎng)，從精英教育變成大眾教育，重視公眾科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。

科學大概念做為一系列的科學基本知識，體現(xiàn)出對科學本質(zhì)的理解，以“科學大概念”組織科學教育是追求科學教育全面素質(zhì)化的一種表現(xiàn)，做為一種教學方法論，它能進一步實現(xiàn)教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)化和知識系統(tǒng)性的統(tǒng)一，并能在明確教學目標的指引下提高學生的學習效果。因此我們在指定教學策略時，一方面要遵循其“科學大概念”把握教學的方向性；另一方面也要根據(jù)具體內(nèi)容，靈活采取不同的教學方法進行教學。

本文的研究把韋鈺等科學家提出的科學大概念教學的建議賦于實踐，能夠豐富教師科學教師教育的理論和實踐指導，提升教師科學教育理念，完善科學教育方法指導，實現(xiàn)教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化和知識的系統(tǒng)性，能在明晰教學目標的指引下，提高學生學習的效度。通過科學大概念教學設計，重新激發(fā)兒童對科學的探索以及學習興趣，系統(tǒng)形成科學知識體系，培養(yǎng)科學素養(yǎng)，為科學教師提供更有效的建構(gòu)兒童科學知識，為社會培養(yǎng)科學人才。

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本文編號：10829