“大概念”對(duì)科學(xué)教育至關(guān)重要
——《科學(xué)教育的原則和大概念》①導(dǎo)讀

劉 晟

好書(shū)評(píng)述

“大概念”對(duì)科學(xué)教育至關(guān)重要
——《科學(xué)教育的原則和大概念》①導(dǎo)讀

劉 晟②

旨在提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的科學(xué)教育，應(yīng)通過(guò)各學(xué)段連貫一致的整體課程設(shè)計(jì)，從學(xué)生感興趣并與他們生活相關(guān)的課題開(kāi)始，幫助他們逐步形成一些數(shù)量相對(duì)較少的科學(xué)概念和關(guān)于科學(xué)的“大概念”?！犊茖W(xué)教育的原則和大概念》一書(shū)言簡(jiǎn)意賅地呈現(xiàn)出科學(xué)教育的10項(xiàng)原則和14個(gè)科學(xué)概念與關(guān)于科學(xué)的大概念，與當(dāng)代科學(xué)教育發(fā)展趨勢(shì)及研究成果相互印證，是適合全體科學(xué)教育從業(yè)者閱讀的重要譯著。

科學(xué)教育；大概念；科學(xué)本質(zhì)；連貫一致

伴隨著科技的飛速發(fā)展和知識(shí)的爆炸式增長(zhǎng)，試圖在學(xué)校教學(xué)中覆蓋盡可能多的內(nèi)容，即追求知識(shí)的廣度(width)而非深度(depth)，往往會(huì)使科學(xué)課程內(nèi)容呈現(xiàn)為一系列細(xì)節(jié)與不相關(guān)事實(shí)的羅列。在這一做法下，學(xué)習(xí)者在完成學(xué)業(yè)時(shí)，往往只會(huì)在頭腦中留下一些剝離的知識(shí)碎片及毫無(wú)意義的學(xué)校教學(xué)成果，缺乏對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中真實(shí)事物的深入理解。[1，2]維果斯基曾指出，兒童通過(guò)與現(xiàn)實(shí)世界的直接接觸，會(huì)自發(fā)地形成一套對(duì)這個(gè)世界如何運(yùn)轉(zhuǎn)的理解體系，即日常概念(或稱自發(fā)概念)。[3]而兒童從學(xué)校教學(xué)中所獲得的科學(xué)的基本原理，則是“科學(xué)概念”。只有當(dāng)兒童生活過(guò)程中原已形成的日常概念與學(xué)校教學(xué)中期待學(xué)生掌握的科學(xué)概念建立起相互聯(lián)系時(shí)，才能形成有意義的學(xué)習(xí)。

當(dāng)代科學(xué)教育研究的成果顯示，那些能夠在紙筆測(cè)試中取得好成績(jī)的學(xué)生，并不一定能很好地理解學(xué)校課堂上所學(xué)的知識(shí)并將其用于解決課堂以外的問(wèn)題。[4]哈佛大學(xué)史密森天體物理學(xué)中心曾做過(guò)一項(xiàng)研究，給哈佛大學(xué)的畢業(yè)生展示一粒種子和一段木頭，然后問(wèn)他們“種子長(zhǎng)成參天大樹(shù)所需的物質(zhì)主要來(lái)源于哪里?”絕大多數(shù)畢業(yè)生都認(rèn)為來(lái)源于土壤或水——這是一種典型的兒童直接接觸自然后自發(fā)形成的日常概念。[5]而實(shí)際上，學(xué)?？茖W(xué)教學(xué)所期待學(xué)生掌握的科學(xué)概念是——構(gòu)成參天大樹(shù)的物質(zhì)主要是由植物光合作用吸收并轉(zhuǎn)化空氣中的CO2形成的，即其所需的物質(zhì)主要來(lái)源于空氣中的CO2。這表明，學(xué)生的日常概念并沒(méi)有與學(xué)校教學(xué)中的科學(xué)概念建立起有意義的聯(lián)系。

伴隨著對(duì)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的探討以及當(dāng)代科學(xué)教育研究的不斷深入，越來(lái)越多的科學(xué)教育工作者意識(shí)到科學(xué)教學(xué)應(yīng)遵循“少而精(less is more)”的理念，從課程、教材、教學(xué)、評(píng)價(jià)、教師培訓(xùn)等方面對(duì)科學(xué)教育的各學(xué)段進(jìn)行連貫一致的整體設(shè)計(jì)——聚焦于發(fā)展學(xué)生對(duì)科學(xué)“大概念”的深入理解。[6，7，8]什么是“大概念”?中小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)聚焦于哪些“大概念”?聚焦“大概念”的教學(xué)應(yīng)怎樣開(kāi)展?怎樣從宏觀上保證中小學(xué)科學(xué)教學(xué)具備良好的一致性和連貫性?——閱讀《科學(xué)教育的原則和大概念》一書(shū)將有助于讀者深入思考這些問(wèn)題。

該書(shū)緣自2009年10月一次規(guī)模不大的國(guó)際研討會(huì)。這個(gè)研討會(huì)的初衷就是針對(duì)中小學(xué)科學(xué)教育中大多缺乏連貫性這一現(xiàn)象，提出科學(xué)教育應(yīng)遵循的基本原則，凝練出學(xué)生應(yīng)接觸的“大概念”，從而在宏觀上考慮科學(xué)教育的連貫性。參與研討會(huì)的10位專家中，既有經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)家和工程師，也有長(zhǎng)期從事科學(xué)教育的教育家。通過(guò)會(huì)前文獻(xiàn)資料的收集、會(huì)上的研討、會(huì)后的持續(xù)通信討論，最終形成了一份報(bào)告，即《科學(xué)教育的原則和大概念》。

一、本書(shū)內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)主要圍繞以下五個(gè)問(wèn)題展開(kāi)論述:

1.為什么需要大概念?

2.科學(xué)教育應(yīng)遵循哪些原則?

3.大概念是怎樣被挑選出來(lái)的?

4.應(yīng)以怎樣的路徑幫學(xué)生發(fā)展出這些大概念?

5.從教學(xué)法的角度，應(yīng)怎樣開(kāi)展聚焦于大概念的科學(xué)教學(xué)?

圍繞這些問(wèn)題，本書(shū)的引言部分先與讀者分享了研討會(huì)對(duì)學(xué)生與學(xué)?，F(xiàn)狀的看法——學(xué)生普遍對(duì)科學(xué)缺乏興趣，而學(xué)校的科學(xué)教育無(wú)法幫助許多學(xué)生了解周?chē)挛锬酥脸蔀榫邆淇茖W(xué)素養(yǎng)的公民，并分析指出這一現(xiàn)狀可能與教師難以構(gòu)思和選擇恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)有關(guān)，進(jìn)而提出本書(shū)的核心觀點(diǎn)——科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一堆由事實(shí)和理論堆砌的知識(shí)，而應(yīng)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)趨向于大概念的進(jìn)展過(guò)程，這樣做有助于學(xué)生理解與他們生活相關(guān)的事件和現(xiàn)象。隨后，在第一章中呈現(xiàn)出了本次研討會(huì)上總結(jié)和歸納出的“科學(xué)教育的10項(xiàng)原則”，旨在表達(dá)研討會(huì)成員認(rèn)為在指導(dǎo)科學(xué)教育決策和行動(dòng)中，應(yīng)考慮怎樣的價(jià)值觀和標(biāo)桿以及應(yīng)斟酌哪些決策和行動(dòng)，包括科學(xué)教育的目的、意圖、目標(biāo)和進(jìn)程，以及與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、評(píng)價(jià)、學(xué)?？茖W(xué)項(xiàng)目有關(guān)的原則。

第二章則通過(guò)對(duì)四個(gè)問(wèn)題的探討，闡述了本書(shū)中的科學(xué)大概念是遵循怎樣的標(biāo)準(zhǔn)選擇出來(lái)的。這四個(gè)問(wèn)題是:(1)“科學(xué)的概念和科學(xué)教育的概念是相同的嗎”?(2)“大概念應(yīng)該大到什么程度”?(3)“選擇的標(biāo)準(zhǔn)是什么”?(4)“我們應(yīng)該局限于那些來(lái)自科學(xué)研究成果的概念”還是“應(yīng)該包括有關(guān)科學(xué)活動(dòng)的概念和有關(guān)科學(xué)概念運(yùn)用方面的概念”?本章對(duì)這四個(gè)問(wèn)題的探討，主要是圍繞“學(xué)校的科學(xué)”與“真實(shí)的科學(xué)”的關(guān)系、“有關(guān)世界的知識(shí)”與“有關(guān)獲得這些知識(shí)的過(guò)程的知識(shí)”的區(qū)別以及概念間的關(guān)聯(lián)程度及其價(jià)值展開(kāi)的。在本章最后，呈現(xiàn)出本次研討會(huì)篩選出的10條科學(xué)概念(Ideas of science)和4條關(guān)于科學(xué)的概念(Ideas about science)。

第三章旨在探討并描繪“從兒童早期對(duì)他們周?chē)矬w和事件的探索開(kāi)始，以什么樣的路徑發(fā)展出這些科學(xué)大概念和有關(guān)科學(xué)的大概念?”在這一章中，作者首先結(jié)合已有研究和文獻(xiàn)簡(jiǎn)述了兒童對(duì)周?chē)澜缭缙诟拍畹男纬蛇^(guò)程和特點(diǎn)，并總結(jié)和分析了關(guān)于兒童早期概念如何進(jìn)展為科學(xué)概念的三種觀點(diǎn)。隨后，針對(duì)第二章中列出的14條大概念，逐一描述了每條大概念是怎樣從日常生活中的已有經(jīng)驗(yàn)逐步發(fā)展出來(lái)的。

第四章主要聚集于探討“如何學(xué)習(xí)才能達(dá)到發(fā)展大概念的目的，并同時(shí)能符合支撐科學(xué)教育發(fā)展的各項(xiàng)原則”這一問(wèn)題。在這一章中，作者主要從教學(xué)法的角度展開(kāi)分析，依次討論了怎樣將第一章中的原則應(yīng)用到科學(xué)教育的學(xué)生活動(dòng)中、指向大概念的科學(xué)課程有效教學(xué)法具備怎樣的特征以及這種教學(xué)法對(duì)教師帶來(lái)的挑戰(zhàn)并給出建議。

二、本書(shū)的價(jià)值與意義

這本譯著短小精悍，從引言到第四章正文結(jié)束總共55頁(yè)，言簡(jiǎn)意賅地展現(xiàn)出參與研討會(huì)的專家們總結(jié)出的關(guān)于科學(xué)教育的10項(xiàng)原則和14條大概念，是科學(xué)教育從業(yè)者快速了解國(guó)際科學(xué)教育發(fā)展趨勢(shì)、改革動(dòng)向及研究成果的重要譯著。這本譯著在2011年7月首次出版后，又于2015年3月進(jìn)行了第二次印刷。在這本書(shū)的中文版后記中，曾問(wèn)到“一本薄薄的小冊(cè)子，何以能夠吸引眾多教育家和科學(xué)家的關(guān)注呢?”這其中一個(gè)可能的原因就是，本書(shū)所蘊(yùn)含的以下三個(gè)方面的科學(xué)教育思想，與當(dāng)代科學(xué)教育發(fā)展趨勢(shì)及研究成果高度一致、相互印證。

這樣跳了許多次以后，寶寶有把握不摔倒了，再進(jìn)一步練習(xí)從桌子上跳。寶寶在滿足了這項(xiàng)嘗試后，就不再偷偷去跳了。

(一)圍繞“大概念”展開(kāi)科學(xué)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)、進(jìn)而提高公民科學(xué)素養(yǎng)的必要條件

當(dāng)下我們所居住的世界，已被人類(lèi)通過(guò)多種方式加以探索和改造，如筑壩引水、開(kāi)墾森林、建造公路和鐵路等。不論是在當(dāng)下還是未來(lái)，這種探索和改造仍會(huì)持續(xù)不斷地進(jìn)行，以期讓我們賴以生存的世界變得更加美好。這不僅需要大批具備科技創(chuàng)新能力的專業(yè)人才，而且還要求全體公民都具備良好的科學(xué)素養(yǎng)。在這種背景下，中小學(xué)科學(xué)教育不再以培養(yǎng)新一代的科技人才為首要目標(biāo)，而是要以提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為首要目標(biāo)，以培養(yǎng)未來(lái)公民應(yīng)對(duì)其所處時(shí)代的挑戰(zhàn)，通過(guò)服務(wù)于工作領(lǐng)域和社會(huì)，實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值和負(fù)責(zé)任地生活。[9，10]

這種“面向全體學(xué)生的科學(xué)教育”，意味著必須要在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，選擇對(duì)所有學(xué)習(xí)者都至關(guān)重要的科學(xué)大概念，針對(duì)與這些大概念相關(guān)的學(xué)習(xí)者自發(fā)形成的日常概念展開(kāi)教學(xué)設(shè)計(jì)，才有可能實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)，從而提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。這一觀點(diǎn)在本書(shū)所論述的科學(xué)教育的10項(xiàng)原則、大概念的篩選標(biāo)準(zhǔn)以及基于大概念的教學(xué)法中都得到了體現(xiàn)。而這一觀點(diǎn)背后所蘊(yùn)含的認(rèn)知與學(xué)習(xí)科學(xué)的基本原理，則在美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)的《學(xué)生是如何學(xué)習(xí)的——課堂中的科學(xué)》①National Research Council.(2005).How Students Learn:Science in the Classroom.Washington，D.C.:National Academies Press.中譯本《學(xué)生是如何學(xué)習(xí)的:課堂中的科學(xué)》由廣西師范大學(xué)出版社2011年3月出版，2012年6月重印。一書(shū)中得到了詳細(xì)地闡述和論證。

(二)“科學(xué)概念”與“關(guān)于科學(xué)的概念”都至關(guān)重要

對(duì)于一個(gè)有良好科學(xué)素養(yǎng)的公民，除了理解關(guān)于自然界的“科學(xué)概念”是什么，也應(yīng)知道這些用于解釋周?chē)挛锏母拍钍侨绾蔚玫降摹础瓣P(guān)于科學(xué)的概念”——從而在面對(duì)新的、不熟悉的科學(xué)情境時(shí)做出明智的個(gè)人及社會(huì)決策。而關(guān)于科學(xué)的概念，在國(guó)際科學(xué)教育領(lǐng)域中是一個(gè)專門(mén)的研究領(lǐng)域——科學(xué)本質(zhì)(Nature of Science，NOS)。美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)在《面向全體美國(guó)人的科學(xué)》②American Association for the Advancement of Science(AAAS).(1989).Science for All Americans[M].New York，NY:Oxford University Press Inc.中譯本《面向全體美國(guó)人的科學(xué)》由科學(xué)普及出版社2001年9月出版。和《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》③American Association for the Advancement of Science(AAAS).(1993).Benchmarks for Science Literacy[M]. New York，NY:Oxford University Press Inc.中譯本《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》由科學(xué)普及出版社2001年6月出版。這兩本書(shū)中都從科學(xué)世界觀、科學(xué)探索、科學(xué)事業(yè)三個(gè)角度論述了科學(xué)的性質(zhì)。

本書(shū)所提出的支撐科學(xué)教育的基本原則中的第三條就提到，科學(xué)教育應(yīng)致力于理解一些科學(xué)上有關(guān)的大概念，包括科學(xué)概念以及關(guān)于科學(xué)本身和科學(xué)在社會(huì)中所起作用的關(guān)于科學(xué)的概念(即上面兩本書(shū)中論述的科學(xué)的性質(zhì))。同時(shí)，還在14條大概念中列出了4條關(guān)于科學(xué)的概念——“科學(xué)認(rèn)為每一種現(xiàn)象都具有一個(gè)或多個(gè)原因”“科學(xué)上給出的解釋、理論和模型都是在特定的時(shí)期內(nèi)與事實(shí)最為吻合的”“科學(xué)發(fā)現(xiàn)的知識(shí)可以用于開(kāi)發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品，為人類(lèi)服務(wù)”以及“科學(xué)的應(yīng)用經(jīng)常會(huì)對(duì)倫理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治產(chǎn)生影響”。

(三)“大概念”的形成須從兒童早期概念為起點(diǎn)，通過(guò)連貫一致的課程得到逐步發(fā)展

關(guān)于學(xué)習(xí)進(jìn)階的相關(guān)研究揭示，要關(guān)注學(xué)生認(rèn)知發(fā)展和已有生活經(jīng)驗(yàn)，就必須要設(shè)計(jì)出少而精、同一年級(jí)內(nèi)以及跨年級(jí)之間連貫一致的中小學(xué)課程。美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)在《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》第一輯①American Association for the Advancement of Science(AAAS).(2001).Atlas of Science Literacy，Volumes 1[M] .New York:Oxford University Press Inc.中譯本《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》由科學(xué)普及出版社2008年9月出版。與第二輯②American Association for the Advancement of Science(AAAS).(2007).Atlas of Science Literacy，Volumes 2[M]. New York:Oxford University Press Inc.兩冊(cè)書(shū)中明確闡釋了科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)等主題之間的內(nèi)在聯(lián)系，并對(duì)每一主題相對(duì)應(yīng)的幼兒園至十二年級(jí)的學(xué)習(xí)目標(biāo)提出了建議，進(jìn)而為學(xué)生創(chuàng)造了一種可能:隨著學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的進(jìn)步，他們可以有更高的水平來(lái)理解概念，從而發(fā)展他們對(duì)周?chē)澜绲恼J(rèn)知能力。

本書(shū)所提出的支撐科學(xué)教育的基本原則中第4條和第5條就分別提到，“應(yīng)給出為了達(dá)到科學(xué)教育各個(gè)方面目標(biāo)的清晰進(jìn)程，指出在不同階段需要掌握的概念”以及“應(yīng)該從學(xué)生感興趣并與他們生活相關(guān)的課題開(kāi)始，逐步進(jìn)展到掌握大概念”。同時(shí)，還在第三章依次描繪出了14條大概念的進(jìn)展路徑。

三、本書(shū)對(duì)科技博物館科學(xué)教育帶來(lái)的啟示

(一)圍繞“科學(xué)概念”與“關(guān)于科學(xué)的概念”進(jìn)行展品及教育活動(dòng)設(shè)計(jì)

美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)(National Research Council，NRC)在《非正式環(huán)境中的科學(xué)學(xué)習(xí):人、場(chǎng)所與活動(dòng)》③National Research Council.(2009).Learning Science in Informal Environments:People，Places，and Pursuits. Washington D.C.:The National Academies Press.中譯本《非正式環(huán)境中的科學(xué)學(xué)習(xí):人、場(chǎng)所與活動(dòng)》由科學(xué)普及出版社2015年2月出版。這一報(bào)告中指出，在科技博物館等場(chǎng)所中開(kāi)展科學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，應(yīng)聚焦于六個(gè)方面的目標(biāo)。這其中就包括了“逐步概括、理解、記憶和運(yùn)用與科學(xué)有關(guān)的概念、解釋、論點(diǎn)、模型和事實(shí)”以及“反思科學(xué)，以此作為認(rèn)識(shí)的方式；反思科學(xué)的過(guò)程、概念和機(jī)制；以及反思題目通過(guò)現(xiàn)象學(xué)習(xí)的過(guò)程”。而這兩方面的學(xué)習(xí)目標(biāo)所指向的內(nèi)容，正是本書(shū)中所提及的“科學(xué)概念”和“關(guān)于科學(xué)的概念”。在面向公眾設(shè)計(jì)和規(guī)劃展品和教育活動(dòng)時(shí)，應(yīng)偏重于發(fā)展參觀者的哪些科學(xué)概念和關(guān)于科學(xué)的概念，才能讓展品及教育活動(dòng)設(shè)計(jì)盡量符合參觀者的認(rèn)知水平、聚集于最具教育價(jià)值的內(nèi)容上。閱讀《科學(xué)教育的原則和大概念》一書(shū)及上文中介紹的相關(guān)書(shū)目將有助于對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)深入的思考和分析。

(二)引發(fā)參觀者對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的情緒或感官反應(yīng)，觸動(dòng)其基于直覺(jué)的日常概念，形成科學(xué)的理解

在科技博物館等環(huán)境下，科學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)及結(jié)果會(huì)受到興趣與動(dòng)機(jī)、情感反應(yīng)以及在生活中基于直覺(jué)形成的日常概念等因素的影響。而在科技博物館這類(lèi)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的場(chǎng)所展開(kāi)科學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，最重要的挑戰(zhàn)之一就是將參觀者情緒的和感官的反應(yīng)與具體的科學(xué)現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，將科學(xué)思維與具有魅力和令人愉悅的活動(dòng)以及真實(shí)世界的結(jié)果聯(lián)系起來(lái)。[11]《科學(xué)教育的原則和大概念》一書(shū)中提出的“科學(xué)教育的10項(xiàng)原則”亦可作為博物館產(chǎn)品設(shè)計(jì)的參考原則，以深入思考怎樣引發(fā)參觀者對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的情緒或感官反應(yīng)。此外，學(xué)習(xí)本書(shū)第三章中所描繪的科學(xué)概念發(fā)展進(jìn)程，并輔以上文推薦的相關(guān)書(shū)目的閱讀，也將有助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)者理解參觀者在真實(shí)世界中基于直覺(jué)形成的日常概念如何逐步發(fā)展為科學(xué)的概念。

[1]Lisa Fratt.Less is more:trimming the overstuffed curriculum[EB/OL].[2017－06－09].https:// florida.iat.com/pdf/articles/Less_is_More.pdf.

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The Great Significance of Big Ideas to Science Education——Guides for Reading the Book“Principles and Big Ideas of Science Education”

Liu Cheng

To improve scientific literacy for all citizens，it is essential and necessary to help students develop some scientific concept and“big idea”by means of coherent curriculum design，especially focusing on the interesting topic relevant to the real life.The book，“Principles and Big Ideas of Science Education”outlines ten principles of science education and fourteen big ideas of science and about science.The opinions and perspectives shown in this book are consistent with the current development and research findings in science education.This book is an important translation work for all practitioners in science education.

science education，big ideas，nature of science，coherent

①《科學(xué)教育的原則和大概念》一書(shū)由英國(guó)溫·哈倫編著，韋鈺譯，科學(xué)普及出版社2011年7月出版。

②劉 晟:北京師范大學(xué)講師，博士；研究方向:概念教學(xué)、科學(xué)探究及科學(xué)本質(zhì)；通訊地址:北京市海淀區(qū)新街口外大街19號(hào)北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；郵編:100875；Email:liucheng＠bnu.edu.cn。