当代国际中小学科学教育发展的趋势
我们正处在世纪之交。
回眸20世纪中小学的科学教育，不难发现，它大体经历了如下发展轨迹：
科学知识──科学方法──科学素养
20世纪初的科学教育等同于科学知识的教育，它关注科学事实、科学概念、科学定律、科学原理的传递，因为这些知识符合斯宾塞“为完满生活作准备”的价值标准。教师讲授、实物演示、学生读书是科学知识教学的主要方法，考核也是以知识记忆的多寡为评分标准的。美国斯坦福大学的赫德曾提到的20世纪初美国的一个小学科学大纲就是这样一个典型：“大纲所列的内容绝大部分是研究周围自然界的生物，植物和动物的特性和生活史……。儿童们的学习几乎全是读或者听故事和寓言，看图画，描图样和制作模型。”（注：（美）赫德等《小学科学教育的新方向》，文化教育出版社(1980.)）在一个相对无变化的社会里，科学知识可以为学生提供未来生产、生活所需要的一切，因此斯宾塞的“科学知识最有价值”可以视为这一时期科学教育的最高理念。
科学教育等同于科学知识教育的情况到了20世纪60年代以后有了很大的改变──对科学方法的重视日益凸现，出现这一变化的背景首先是科学方法在科学知识形成中的重要意义日益被认识。很多有识之士意识到，从某种意义上讲，一部自然科学史就是自然科学研究方法的发展史。“任何一门学科走向科学的过程都是形式化、符号化、建立数学模型和实验模型的过程。不同学科构建符合自身研究对象特性的形式、符号和数学模型的方法，就是这门学科特有的思想方法和工作方法”（注：袁振国《反思科学教育》（《中小学管理》1999.12.））其次是科学知识的陈旧率加速，与其掌握各种具体知识勿宁掌握生命力更持久的科学方法。
出现了一批新的科学教育课程和新的教学方法。其特征是：科学课程、教材的编制较少采用定论的方式，而改为将问题史和解决问题的方法结合在一起的课程编制方式。正如BSCS课程设计者施瓦布所言：“不要把科学当作证明或证实某些概念、原理的过程，而要把它当作一个发现的过程，一个揭示自然事物的过程和一种提高我们理解力的方式来发现这此事实之间如何联系起来的过程。”在小学出现了侧重于科学加工过程的课程方案，这种课程方案，十分重视科学探索的一般程序技能的概括与传授，这些程序技能是：(1)观察；(2)认识并使用数字关系；(3)测量；(4)认识并使用时空关系；(5)分类；(6)交流；(7)推理；(8)预测；(9)给概念下工作定义；(10)形成假设；(11)解释资料；(12)控制变量；(13)实验。（注：丁邦平《国际小学科学教育的发展趋势》（《教育研究与实验》1998.3.））在教学方法上，则采取类似于科学家探究事物过程的发现法。“方法比知识更重要”成为科学教育中的新格言。
20世纪最后的二十多年里，科学教育又出现了以科学素养的培养为科学教育最高宗旨的发展趋势。科学素养概念的内涵远比科学知识、科学方法丰富，尽管后者仍是科学素养的重要组成部分。根据克劳普法（L·E·Klopfer）的解释，科学素养是指“每个人所应具备的对科学的基本理解。它有五个方面：(1)了解重要的科学事实、概念原则和理论；(2)把有关科学知识应用于日常生活情境中的能力；(3)具有利用科学探究过程的能力；(4)理解科学性质的一般原理和关于科学、技术与社会的相互作用；(5)具有明智的对待科学的态度以及具有与科学有关的事物的兴趣”（注：丁邦平《国际小学科学教育的发展趋势》（《教育研究与实验》1998.3.））很显然，科学素养是一个融科学知识、科学方法、科学态度、科学价值观等多种因素为一体的复合概念。
科学素养概念的提出是基于科学技术高速发展及其给人类生产生活带来的巨大影响。高科技时代，科学素养不再是少数科学家的专利，“在科学探究的产物触目皆是的世界，具有良好的科学素养是每个人必不可少的需要。每个人每一天都有不少事情需要运用科学知识作出适当决策；每个人都需要有能力有见地参加就涉及科学技术的重大问题而举行的公共讨论和辩论；每个人都应该有机会去领略一番因领悟和探明自然界事物而可能产生的那种兴奋之情和自我满足感。”（注：《美国国家科学教育标准》，科学技术文献出版社(1999.1)）科学素养概念的提出还缘于人类日益增长的征服自然的能力和欲望使人类居住的地球环境日益恶化所敲响的警钟。与科学知识，科学方法相比，科学素养的人文色彩明显加强，科学教育不再是“无情无义”的了，教育的新格言──“还教育的另一半”，为世纪之交的科学教育开辟了新的视野。
二、以科学素养为宗旨的科学教育的基本特征
（一）在科学教育课程的目标方面：许多国家既对中学教育结束时学生应具有的科学素养作了具体的描绘，也对终极性的目标进行分级分层，以便使终极性目标的实现能建立在起始性、次级性目标达成的基础上。例如英国的科学课大纲设有若干个目标，这些目标表明了在每一教育阶段的结束时对不同能力及成熟程度的学生所期望达到的知识、技能与理解力，每个目标又分为十级。第一阶段（5～7岁）为1～3级；第二阶段（7－11岁）为2－5级；第三阶段（11～14岁）为3～7级；第四阶段（14～16岁）为4～10级。
（二）在科学教育的内容方面：突破了以事实、概念和验证性实验为主的逻辑框架，增加了与培养科学素养有关的其它内容。例如美国国家科学教育标准将科学教育的内容分为八类，即：
(1)科学的统一概念和过程（具体包括：系统，秩序和组织：证据、模型和解释；变化、恒定性和测量；演变与平衡；形式和功能等。）
(2)作为探究过程之科学（该内容强调了进行探究的能力和对科学探究的理解力）
(3)物质科学
(4)生命科学
(5)地球与空间科学
(6)科学与技术
(7)从个人和社会视角所见的科学
(8)科学的历史与本质（注：《美国国家科学教育标准》，科学技术文献出版社(1999.1)）
该标准强调，八个方面的内容是一个完整的体系，不能任意取舍，否则会在期待学生们具备的那些科学素养上面造成空白。
在科学教育内容的选择上，许多国家都强调要饶有趣味，要跟学生生活相适应；在课程教材的编排上则强调要围绕探究加以组织，而且要同其它学科（如数学）相联系。
（三）在科学教育的方法方面：60年代兴起的探究、发现法继续受到青睐，但有所发展，反映在探究性思维和探究性活动的完善与规范。完整的探究性活动包括“提出问题、制定调查研究计划并付诸实践，利用有关工具和技术收集数据，对证据与解释之间的关系进行批判性和逻辑性的思考，构造和分析其它解释方法以及科学论点的交流等”。强调探究并不意味教师只能用这一种方式教科学，以科学素养为宗旨的课程目标是多元的，实现目标的教学方式、方法也应该是多样的。一个显而易见的事实是仅用诉诸理性的讲授、探究还难以形成坏境意识、科学道德等与情感相联系的科学素养。这些素养的形成与某种“体验”有关，只有经历一些学习体验才会使学生逐渐形成积极的、正确的价值观和态度。至于某些科学技能、能力的形成更是需要通过广泛的迁移和长期的练习方可形成。许多国家为此专门设计了专题作业这种练习形式，专题题目可由学生自己确定，学生们的题目可谓五花八门：“白老鼠和黑老鼠哪个更聪明”“音乐（古典音乐、流行音乐、摇滚音乐）对植物生长的影响”“食品色彩对食欲的影响”……。每个专题持续的时间可以从数周至数月，这种专题作业是综合培养学生科学素养的有效途径。
（四）在科学教育的评价方面：建构了与科学教育目标相匹配的评价体系。科学教育目标的达成离不开科学教育的评价，科学教育评价具有比科学教育目标更强的导向作用。为了实现科学素养培养的理想，许多国家都在努力探索建构与科学教育目标相匹配的科学评价指标体系与评价方法。
二维测验蓝图的提出为科学素养的评价提供了框架。测验蓝图摒弃了仅从知识点的覆盖面、记忆程度考虑评估思路，增加了科学方法、科学价值观、科学态度、科学精神的评价指标。而新的体系又离不开新的评价方法，一些新的评价科学过程、科学态度，科学价值观的方法正逐步形成。例如为了综合考核学生科学方法的掌握情况，设计了这样的题目：给学生一个命题──“堆肥是有机物腐烂的结果”。然后让学生提一个问题，再建立一个问题的假设并设计一个实验检验自己的假设；最后还要将实验的结果科学地表达出来，教师则对提出问题、形成假设、实验设计、结果表达等水平逐项打分。学生若能提出“我感兴趣堆肥制作的快慢和什么因素有关”这样的问题，能建立“可能和加水的多少有关”的假设，能设计“用两个塑料口袋分别放入香蕉皮，一个口袋加水，一个口袋不加水”的实验，最后还能用一定的方法将实验的过程、结果科学地表达出来，就可以被认为较好地掌握了科学探究的方法。和情意态度有关的科学素养的评估被认为是比较困难的，但也不是毫无办法，例如为了测试学生是否形成了关心环境意识，一可以要求学生从一份发给的日报中挑两条他认为最重要的消息，该报纸登有该国附近海面发现赤潮的消息，学生若能挑出这条消息就可以被认为具有了关心环境的意识。
总之，为了形成学生的科学素养，世界各国在科学课程的目标、内容、方法、评价上都作了很大的改革。
三、国际中小学科学教育发展趋势对我国科学教育改革的启示
从国际中小学科学教育发展的趋势中考察我国中小学科学教育，我们不难发现，较为突出的问题在以下几个方面：
（一）科学教育的课时过少。和国际上许多发达国家相比，我国的科学课程所占的课时比例偏少，若加上专题作业、非正规科学教育的时间，我国中小学生接受科学教育的时间就更少，这与科教兴国的国策和国际上普遍重视中小学科学教育的趋势是很不相符的。
（二）缺乏全面的有层次的科学教育目标体系。和国际科学教育课程相比，我国的目标明显偏向知识领域，较少触及科学方法、科学态度、科学价值观、科学史等对科学素养来说十分重要的领域，即便有所涉及，也因表达过于抽象、笼统，缺乏层次性而只能停留在一般口号水平。过于抽象的目标（如爱科学）使教师难以把握，（怎样才算爱科学）也使教师难以形成任务意识（如不知道某个年级要达到什么目标），这样，许多目标就难以落实。
（三）小学与中学的科学教育缺乏衔接。我国中小学科学课程的设计各自为政，缺乏沟通，这就难免出现交叉重复的现象，学生从幼儿园起就学根茎叶花果实种子，到了小学、初中又要再学一遍。所谓的螺旋上升，不过是多了一些名词术语，并没有质的改变。
（四）过于强调经典的知识内容及学科体系的完整，致使内容过多，学生难有探索的时间空间，难与现实生活形成联系，因此也难以对生活产生真正的影响。例如，学生在小学就知道人体的生长发育需要七大营养要素，但绝少有学生关心他自己的营养卫生更甭说关心家人的营养卫生了。科学知识以“纯粹”的形式出现，也以“纯粹”的形式保留在学生的脑袋里，科学知识变成了与学生生活无关的东西。
（五）教学方法单一。尽管探究—研讨等科学教育方法在我国（主要在小学）已产生一定影响，但勿庸置疑，因教学的重心仍在科学知识上，讲授加实验验证的科学教育模式在课堂教学中仍占据绝对的统治地位。单一的教学方法很难引起学生学习科学的兴趣和产生探究的欲望，理应是中小学生最喜欢的课程之一的科学在全国九省市大样本的调查（1997年）中并未显示出优势，甚至还不如语文、数学，这一情况十分令人担忧。因为有研究表明，人在早期确立起的对科学的兴趣、态度，对其成年时在科学素养方面所能达到的境界会产生决定性的影响。对科学方法、科学态度、科学价值观的教育我们尚缺乏有效的教学方法与教学策略。
（六）过分关注课堂内的学习和单一的教科书课程资源的使用。显见的事实是，学生在课堂内学习的时间十分有限，他们在课内习得的知识、技能、态度若不向课外、校外、家庭迁移拓展，很难形成真正的科学素养；而课外、校外、家庭又存在着丰富的课程资源，它们可以为课内学习提供广阔的智力背景，充分利用这些资源，可以使课内外的学习相得益彰。在科学课程资源的开发利用上，我们的视野还很狭窄。
探寻国际中小学科学教育发展趋势及我国中小学科学教育现状之间的差距，有利于我们建构科学教育的改革思路。
笔者认为，我国小学科学教育改革的基本思路应该是──
1.在课程目标方面：
应构建既符合世界科学教育共同价值取向又符合中国国情及小学生年龄特点的小学科学课程目标体系。该目标体系将描述具有良好科学素养的小学毕业生该是什么样子，他需要知道什么、能做什么以及关心、偏爱什么或疏远、摒弃什么。
2.在课程内容方面：
小学科学课程内容的变化重点应如下：
不强调
更强调
1.知识的系统性。
1.关键概念的反复重申性，如能量、生态等关键概念。
2.单纯科学知识的学习。
2.科学知识、科学态度、科学价值等综合内容的学习。
3.验证性实验技能的学习。
3.探索性实验技能的学习。
4.科学方法和科学探索分开。
4.科学方法与科学探索过程的整合。（如将科学思维方法与形成科学解释结合在一起）
5.与学生的生活、社会生产实际毫无联系的“纯知识”学习。
5.知识与儿童生活经验、社会生产实际的联系。
6.分散的、无联系的知识。
6.用系统方法统合的知识网络。
7.概念一次形成。
7.概念的开放性和多次形成性。
8.经典科学知识的份量。
8.现代科技的比重。
9.科学与技术的分离。
9.科学与技术的结合。
10.学科的独立性。
10.科学与数学的结合。（如制作并运用表格、图形来描述状态）
11.知识的量。
11.给学生的探索活动留有更多的时间、空间。
3.在课程实施方面：
(1)课程设计
要提倡用多种逻辑框架构建小学科学课程，如可以以STS（科学·技术·社会）作为课程的逻辑主线；也可以以科学方法作为课程的逻辑主线；还可以以儿童身边的自然现象作为课程的逻辑主线等。
主线改变结论式（包括现行的填充式）加以验证性实验的教材编写方式，代之以学习材料加学习方式指导性的教材编写方式。
教材要给教师的创造和满足不同学生的学习兴趣留有余地。
(2)教学方法
应综合运用多种教学方法
科学素养的形成是多种教育方法的结果，仅靠单一的传递──接受式教学模式是难以奏效的。科学方法、科学态度、科学价值观，很大程度上要通过“做”、通过“体验”来养成。儿童只有通过探究才能认识并掌握科学研究的一般方法和过程；儿童只有在实际体验了科学技术给人类生产、生活带来的福祗和问题后才能领悟科学双刃剑的确切含义……
应特别重视探究学习在科学素养形成中的作用。
(3)课程资源的作用
应广泛开发，利用多种课程资源。
社会、家庭存在着丰富的教科书以外的科学课程资源：厨房、田野、植物园、图书馆、科研机构、博物馆、信息网……要充分重视这些课程资源在科学教育中的价值，应将这些课程资源作为整个科学教育课程资源的有机组成部分。要“拆除”教室的围墙，使学生在课堂上习得的科学知识、科学方法、科学态度、科学价值观有迁移运用的机会并使除教科书以外的课程资源成为学生课堂学习的重要智力背景。
4.在课程评价方面
要建立起与科学素养培养目标相匹配的评价体系。评价指标应包括多样化的科学教育成果，其中包括：探究的能力；运用科学知识、科学方法进行个人事务决策和形成对社会问题看法的意识和能力；好奇心、求知欲以及与浅显的日常生活、周围环境有关的科技基本知识。在评价方法上，应考虑除了纸笔测验以外的方法，如观察法、“档案夹”法、实际作业法等。评价的主体应从教师个体转移到教师、学生个人、学生集体及家长评价主体联合体。
5.课程衔接方面：
应考虑小学科学课程与幼儿科学教育及初中综合理科的衔接问题。要避免造成不必要的重复和虚假的螺旋上升，如仅是知识量的增加，而不是思维方式的拓宽加深。
发布于2006年03月15日 13:14 | 评论数(11) 阅读数(11445) 我的文章
什么是科学探究
一、 为什么要通过科学探究来进行教学其中有很多理由，而我们所要强调的是，我们的小学生应该用类似于像科学家研究科学的方法那样来进行学习。
1可以保持儿童的好奇心。本来好奇心就是人与生俱有的，但后来不知道为什么，到了小学毕业的时候，孩子们的这种好奇心反而逐渐减弱了。通过科学探究保持这种好奇心实在是太重要了。我一直在找一张照片，一直没有找着，那就是在国外的机场上，两位大胖子物理学诺贝尔奖获得者（我不知道他们叫什么名字）在看，看什么呢?在看地上的陀螺，那个陀螺一直在地上转，先是在反过来转，转转转，后来正着转了，两位大胖子物理学家一直在盯着看，看这个陀螺是怎么回事。其实科学家和我们常人相比，不同在哪儿?不同在他们的好奇心能保持终生。前年法国专家到我们南京来，孩子们问他：把糖块放到水里，体积会不会改变?科学家一时回答不上来。然而，第二天早晨，人们把这事给忘了，到底是物理学诺贝尔奖获得者，他却念念不忘，先不吃早饭，而是先做这个实验，一块方糖一块方糖地往杯子里加，发现放了8块以后，才看得出体积有一点变化。所以说，保持孩子们的好奇心实在是太重要了。我们用科学探究的方式，就能将孩子们的这种好奇心保持得长一些，我想，从刚才的探究活动中就能看出来了。
2可以让孩子们参与要求高级认识能力的学习活动。我想让老师们明白这样一个道理，教知识可以让人变得更聪明一些，这话似是而非。如果我们总是告诉孩子们各种各样的结论的话，儿童是可以获得很多知识，但是他的智慧并不一定可以同步地成长，因为人的智慧与人的认知技能有很大的关系，也就是认知的方法。法国大学的一个研究成果强调：什么样的知识才算是深刻的理解，知道并不是理解，照本解释不是理解，照本运用也不是理解，它有一套完整的关于理解的标准，就是从知识、方法、目的、形式这四个维度来界定孩子们是否对知识真正理解了。什么是知识，是孤零零的呢，还是在一个网络中间和其他知识建立起了联系，这是衡量知识质量的一个重要标志；第二个指标是方法指标，就是知道这个知识是怎么来的；第三个指标是目的指标，就是不仅知道这个知识是怎么来的，还知道这个知识可以运用到什么地方去，也叫目的维度；第四个指标就是会用各种不同的形式来表达，也叫形式维度。对知识真正理解了，儿童就能用各种方式来表达他对知识的理解。所以，现在对科学教育与20世纪60年代的科学教育的重大区别，在于不仅仅是教知识，而且是通过知识的教育来培养孩子们的高级认知能力。杜威说：“科学教育在培养人的认知能力方面，它的作用是不可替代的，因为教科学方法跟教思维方法是完全相同的。”大教育家杜威在那个时候就看到了科学教育的独特价值——可以让人变得更聪明一些。
3可以培养儿童对科学的积极态度。这一点不用展开，从刚才老师们对探究活动的积极投入，不愿下课，休息的时候都没有休息，这种对科学的积极态度足以体会到了。
4可以培养儿童达到形式操作阶段。什么是形式操作阶段?它是符号运算。皮亚杰说过，11岁以后的儿童才能进行形式运算，就是A＞B，B＞C，那么A就一定大于C。小孩子搞不过来，但是到了初中以后应该可以了，这需要有个铺垫，这个铺垫就是感觉运动阶段和表象阶段之间的一个具象的东西。孩子们搞不懂A＞B，B＞C，那么A就一定大于C这个道理，但请3个高矮不同的同学上来，他比他高，他比他高，他就一定比他高，孩子们马上就理解了。所以，通过操作性的活动，可以为那些还没有经过前面感觉运动阶段和表象阶段的孩子，没有达到和不能达到形式操作阶段的孩子提供具体的经验，因为在探究活动中，他一定是通过具体的物体来操作的。所以，在操作性的探究活动中间，可以让孩子们很好地理解这些知识。很多孩子到了中学对科学就不那么感兴趣了（可能就是没有重视让学生经历科学探究活动）。到20世纪90年代以后，许多国家开始了“动手做”的科学教育项目，用法国物理学诺贝尔奖获得者乔治·夏巴特的说法是，“用这种探究的方式来学科学，孩子们表现出来的科学热情让我感到震撼”，这就是为什么他在80岁高龄的时候，也是在获得诺贝尔奖以后，不再搞他的物理学的研究，而是一头扎到幼儿园、小学的科学教育的项目中来的原因。现在全国很多省份正在推行“做中学”科学教育项目，“做中学”这个项目就是从法国引进的。其实，最早开始是在美国，法国人是看到美国人这样做了以后，感到非常震惊，所以法国人也在做。法国做了以后，韦钰部长到法国去访问，看到了这样一个科学教育项目，她也想开展“做中学”的科学教育项目，她在退休以后专门做这件事情，在中国推广这个“做中学”的项目。
二、 关于科学探究的过程技能
在我们的《课标》中间，涉及到一些科学探究的技能，有很多老师给我们提意见，说20世纪80年代的那些分类啦、推断啦这些东西为什么在《课标》中间看不见了，我觉得这些意见是对的。我们现在的《课标》上面可能过多地强调国外称之谓“综合技能”的东西。现在看了很多资料，觉得可以把科学探究所涉及到的过程技能，分成两大类：一类叫做基础的过程技能，还有一类叫做综合的过程技能。
1基础的过程技能。基础的过程技能有哪些项目呢?不同的资料有不同的说法，大致有五类是一致的：
（1）观察。观察是一种非常重要的基础过程技能。
（2）分类。分类是人在头脑中的一种非常重要的思维活动。
（3）交流。可能与20世纪80年代不同的是强调交流，为什么交流这么重要，因为科学与其他学科不一样，比如就与历史、哲学不一样，历史学家，或者是哲学家他们的结论是怎么得出来的呢?我不能说他们是拍脑袋拍出来的，但可以是一个人有一个人的想法，有人不是说“历史是个小姑娘，是可以任人打扮的”嘛，你的认识可以对历史作出这种解释，我也可以作出另外一种解释，但是科学不行。科学与其他学科，与历史、哲学不一样在哪里?它的最大特点是在于它的实证，你作出的这种解释对不对呢?我得说出来让更多的人认可，让更多的人来验证，所以交流这种技能就成了科学探究活动中的一种非常重要的技能。
五年级上册的教材里面，我们专门有一项这样的交流训练，怎么训练的呢?让孩子们用纸做一个纸飞机，然后把你做纸飞机的步骤写下来，和你的同桌交换，按你的同桌所写的做纸飞机的方式，再做一个纸飞机，你会发现有的时候做不起来，什么原因做不起来呢?这里有表达的困难。所以，要在有限的时间里面把一个事情很清楚地表达出来，并不是一件那么容易的事情，但是在科学教育中间，它是个非常重要的训练项目。
我们的老师说，每次课堂教学在汇报的时候，他们（学生）都不听，或者他们（学生）只顾自己的汇报。在这个方面我们是要下点功夫的，比如说，要是在比较的过程中，老师提出这样的要求：“说别人没有说过的。”这下子就可以吸引孩子注意听别人说过了什么，等一下我要说别人没有说过的。所以，应该把交流作为科学教育中一种重要的技能。
（4）测量。测量也不用多说，老师们是知道的。
（5）预测和推断。预测和推断有联系，但不是一回事，推断是在事实的基础上面，对事实之间的联系（可以是因果联系啊、整体与部分的联系啊）所作出的一种判断、一种解释，比如说，狗叫了，狗什么原因叫的呢?你可以推断：生人来了。但是，是不是一定是生人来了，不一定的。所以，推断和事实是两回事，推断和根据观察所获得的信息是两回事，我们在五年级教材中，专门有这方面的训练。什么是通过感官获得的事实，什么是在事实的基础上的解释，这是截然不同的两回事，我们很多老师在自己的教学活动中经常搞不清楚。推断，我们随时随地都可能做出来，是我们人独有的一种思考问题的能力。猴子不可能，猴子可能发现这块石头是烫的，但是，它就跳开了，只有人，才能在“石头为什么烫”这个问题上，作出可能是太阳晒的，也可能是地热原因使这块石头变烫的推断。只有我们人才能在这两个事物之间建立起联系来。所以，推断和分类一样，也是属于基础过程技能里面的内容，是非常重要的技能。
预测是推断的一种高级形态，首先是对未来世界所做的一种推断，但是要根据以前的经验，对未来的世界作出一种推断，天气预报就是一种很典型的预测。再如，科学和数学是一对亲姊妹，通过测量，通过计算，一个是数字联系，还有的是时空联系。时空联系是康德提出的一对范畴，老师们认为根本没有什么，但是，如果没有这对范畴，世界会是什么样的?世界永远是乱糟糟的，要是没有时间这个概念的话，达尔文也不会这样有名了，正是有了时空这个概念，才能把乱糟糟的生物世界立刻变得有序了。所以，时空范畴是一对非常了不起的范畴，现在我们已经非常非常熟悉它了。
在小学科学教育过程中，对于这些基础的过程技能，我们可以通过分项的训练来激活某一个知识点。如进行观察的训练、分类的训练，只要有可能，老师们就应该让学生们经常进行这方面的活动。通过这些活动，经常对孩子们进行激活知识点的教育，孩子们就会变得越来越聪明。
2综合的过程技能。和探究有关系的这类过程技能有哪些呢?
（1）识别和控制变量。比如说，乒乓球反弹与什么因素有关?可能与起始的高度有关，可能与地平的材料有关，可能与乒乓球的质量有关。为了公平起见，我们在研究的时候，在进行实验时，必须对有关变量进行控制，才能研究自变量和因变量之间的关系，才能得出正确的结论，不可能同时研究乒乓球的起始高度和地平材料对乒乓球反弹的影响，这是实验的公平性问题。所以，综合过程技能与实验研究更紧密地联系在一起了，在科学探究过程中识别和控制变量是十分重要的。
（2）形成和验证假设。假设和推论有没有关系?是不是一回事呢?差别在哪里?假设可否看成待验证的推断?推断是随时都可以作出的，例如，狗叫了，生人来了，到底是不是生人来了，不一定去验证。但假设是科学研究专有的术语，一旦是假设的话，接下来的活动一定要有验证性的活动，假设和推断有联系，但假设和推断的最大区别就在于推断不一定要验证，而假设了的就一定要进行验证。
（3）下操作性定义。老师们可能对“下操作性定义”这个词不很熟悉，其实就是实验研究。你们在每做一个实验时，都要对所做的实验进行界定，这个界定就是你们对该实验所下的操作性定义。如做摆的实验，在验证摆线的长短与摆的快慢有关时，你们会在实验步骤里这么描述：“取50厘米长的绳子一根，取100厘米长的绳子一根……”这个“取50厘米长的绳子一根，取100厘米长的绳子一根……”就是你们对当下所做实验下的（操作性）定义。有时我们对反应变量也要下定义，如施肥的多少或施肥的时间对植物生长的影响，这是你们想研究的问题，那么，反应变量就是植物生长的好坏对不对?生长的好坏可以从哪些方面来看呢?可以从植物的高矮、大小、茎的粗细、叶的厚薄等等对不对?有的时候，你们要把问题说清楚，光高矮可能还不行，还要对茎的粗细、叶的厚薄等做个界定是不是?这个定义是你对当下实验所做的。操作变量、反应变量都可以下定义，然后做实验，做数据分析和解释，有时我们所做的解释，还要用模型的方式来解释。所以，建立模型也是科学教育中一种非常重要的活动，我们在五年级上册的教材中有专门的单元来训练。综合过程技能，也就是我们平时所说的比较严谨的实验研究。
三、 探究的不同类型
探究存在着不同的类型，有的老师说这是探究，有的老师说这不是探究，究竟谁是探究、谁不是探究呢?我们可以对探究作不同的划分，大致有如下四种不同的类型。
1提问法。提问是不是探究?老师用可以操作的材料，向学生提出一种现象，如小车在地上直转直转不往前走，先提出一种现象，然后指导学生得出一种科学的概括；老师演示一种现象，让孩子们针对这种现象，研究后得出一种科学结论来。这些都是我们在课堂上经常做的，这就是一种探究，尤其在低年级时，我们经常用这种方式来让学生探究，别一讲到探究，就是有实验，就是有变量。
2发现法。有的老师搞不清楚发现法和探究的关系，发现法是探究中的一种类型，但是它没有变量。发现法有两种：
（1）纯粹的发现。如玩磁铁，在玩磁铁的过程中，孩子们会有很多的发现，不但发现磁铁可以吸铁，还可以隔着书吸，隔着水杯也可以吸；如果把条形磁铁调一个头，它们不仅不吸了，而且还相斥，所以，孩子们在玩磁铁的过程中可能会有一种纯粹的发现。像我们教材中的《照镜子》也是，让孩子们有一种纯粹的发现，在照镜子的过程中，看哪个学生能发现很多很多他原来不知道的东西。
（2）指导下的发现。当我们希望孩子们都具备这种经验时，可以采用指导下的发现。比如当孩子们并没有知道磁铁还可以隔着水杯对铁起作用时，老师们可以建议孩子们这样去试试看，这就是指导下的发现。在一学期的活动中间要有1~2次这种用发现。
3实验法。这才是严格意义上的探究。狭义的实验有假设、数据搜集、数据分析、解释结论等，实验法实际上就是叙述你认为正确的东西，并找到一种方法来检验你正确的叙述，这是严格意义上的实验。4研究法。它有一定的程序，也要搜集数据，但是没有假设，也没有变量。比如说：“月相是怎么变化的”，我并不知道，我可以去观察，每天记录，有一定的数据，这就和前面讲到的“乒乓球反弹与什么因素有关”不一样了，它有一定的程序，有数据的搜集分析，但没有假设，也没有变量的控制，所以，我们把它叫做研究法。
对于孩子们来说，以上四种方法不一定要让他们去区分它，我们老师们心中有数就可以了，不要把什么东西都看成是探究，也不要只把狭义的、第三种实验法称之为探究，其他都不叫做探究，现在我们有很多老师这样认为，这是不对的。
最后我想说的一句话是： 探究是不是惟一的?不是的。有人说，今年流行西北风。一讲到探究，就认为不是探究的就不是好课。千万不是的！其实教学中，探究只是其中的一种策略。探究固然有很多好处，但比较费时间，不可能所有的课都上成探究课。最近我们在翻译一本书，叫做《科学探究的策略》，我们可以发现，里面有很多有趣的策略，刚才带你们做的活动，都是《策略》书里面的一部分，有各种各样，包括实施有利于孩子记忆的策略……可以看到，科学教育有很多方法，有几十种策略。
四、 在科学教育中教师究竟应该扮演怎样的角色我对这个问题是非常欣赏的，大家知道，探究能力的形成，不可能一蹴而就，它是要慢慢培养的，所以说，探究有一个阶梯。阶梯的两极，一种是“传统的动手做”——所有的都为孩子们设计得好好的，孩子们就照着做去吧，以前验证性研究和验证性实验是不是这样的?前面的做得好好的，但探究的成分实在太有限了；还有一种是“大撒把式”的——任孩子们随便怎样探究去吧。这是一个问题的两个极端，一个是“扶”得太厉害，一个是“放”得太厉害。其实，“扶”和“放”是一个辩证的关系，老师在这中间究竟应该扮演一个怎样的角色呢?我们可以看到，如果我们把探究进行一下梳理的话，大体上包括这样的程序：主题的确定、问题的提出、材料的选择、步骤的设计、结果的分析、结论的得出，我们把探究的程序罗列出来，可以发现，老师和学生在这里面有这样一个关系。（见下表）
一种是从问题的提出到结论的得出都由老师来完成，老师滔滔不绝地对学生讲，偶然穿插一些提问，这在我们平时的教学中经常看到。但是，我们老师可不可以在探究过程中间适当放开一些?如刚开始时，探究的主题、问题由老师提出，材料是由老师提供的，步骤是由老师设计的，结果/分析能不能由师生共同完成，有可能的吧；结论能不能由学生自己得出，然后慢慢来放？步骤的设计有没有可能?也可能吧，不要以为步骤的设计只有老师才行，其实孩子们也能想得出来。所以，在步骤设计的时候，能“放”的话，应该适当“放”开一点，老师和学生一块儿来商量，我小学科学探究的阶梯
学生们怎样来设计这个实验。我觉得在这方面，我们的小学老师做得比中学老师好。我最近看了一个中学的实验报告，哑然失笑，我们小学老师肯定会对其持批判态度的。这是某某出版社刚刚出版的一本新课标教材上的学生实验报告，说的是种子萌发需要什么样的外界条件。他把目的要求写出来了，需用的器材也规定好了，然后实验步骤是在一根玻璃棒上面绑上三颗成熟的豌豆，一颗完全浸到水里面，一颗接触水面，一颗暴露在空气中。你说这个活动，中学生了，还要给他这样规定吗?能不能让孩子自己想象?非要用成熟的豌豆啊，黄豆行不行?所以，在这些环节中，哪些该“放”，哪些该“扶”，全部的教学艺术都在这个地方。有的时候，问题的提出可不可以由学生自己提出?可以啊！既然提问是科学探究很重要的一个环节的话，那么老师就应该经常给孩子这样的机会，让孩子自己提问啊！有人担心学生会海题，海题完了别怕，适当收口就是了，选择适合我们可以研究的问题，学生慢慢就学会了，找一个我们自己可以研究的问题，他的能力慢慢慢慢就能提高了。所以，全部的教学艺术就在“扶”和“放”之间，看你怎么“扶”，要巧妙地“扶”。有的时候，我们老师会“错了、错了”，其实最好的“扶”是老师反过来问一句，让他自己去发现矛盾之所在，而不要直接地去告诉他。比如摩擦力产生的条件，大连的老师讲了，孩子也意识到摩擦力产生要两个物体。有了两个物体，不运动也产生不了摩擦呀，但是老师不直接讲，反过来问同学，这两个物体我这么放（不运动）行不行?孩子们意识到了，刚才说的“两个物体”不严谨，孩子们说：“要两个物体运动。”这样一来，问题的矫正是由学生自己做了。所以，鉴别一堂课的好坏，一个是在这些环节中，要看能“放”的“放”了没有，“放”了多少。好课要有挑战性，在这些环节方面有没有“放”?在“放”的过程中，老师又是怎么来“扶”的?这个“扶”，我们非常强调，用教育部刘坚老师的话来说，就是“讨价还价式的对话”。对话，不是问答，有时老师为了发挥学生的主动性，经常“你说，你说，你说”，全班学生都说过了，就是看不到老师的主体作用。是要对话，一方面你是平等对话中的一员，但是，你又是平等对话中的首席。所以，一个巧妙的反问，也是对话，就是在这个反问中间，孩子们一下子意识到了他的问题出在哪里了。冯凌老师在上《认识液体》时，孩子们说：“液体之间有轻重的不一样。”她反问一下：“那我拎一桶油来和一杯水比，哪个轻哪个重啊?”孩子们立刻发现这个话说得不严谨了，所以他们后来说：“要倒出同样多的来。”因此，好的引导的话，一个问题反问过去，就能让孩子们意识到问题出在哪里了。好的课堂教学要看该“放”的时候是怎样“放”的，该“扶”的时候又是怎么“扶”的。我们提倡今后老师们写精彩的对话片断，老师们不要花那么多的精力去写空对空的论文，精彩的对话片断那是最有价值的科研论文。我在东北的时候，听了一堂数学课，老师叫孩子们研究角的特征，东北的孩子们喜欢用报纸折大的“四角”，我们小时候折过的，放在地上掼，看谁能把它掼翻过去，老师叫每个孩子折一个“四角”，然后来探究角的特征，孩子们探究出角的第一个特征是“角是尖尖的”，老师说：“请同学们打开铅笔盒，拿出铅笔戳戳自己。”孩子们一下子就意识到了，“角是尖尖的”不是角的最重要的特征，因为铅笔尖也是尖尖的啊，老师就是这样一步一步引导孩子们自己得出角的特征的。所以，精彩的东西就在和孩子们的对话中间，你既是平等对话中的一员，又是平等对话中的引导者、平等对话中的首席，好课的评价标准就在这两个标准上面，当然，这需要经验，也需要老师的智慧。当老师难，甚至比当医生还难，为什么呢?孩子发烧了，可以判定是哪个地方有炎症了，但有时候小孩子说的话，成人却不知道他说的是什么意思，对不对?你要在瞬间，特别是在有人听课的情况下，判断出他为什么这么说，他的问题出在哪里了，然后还要作出相应的回应，这是一件非常困难的事情，这真的是需要智慧的。我有一次在某地听课，老师带孩子们到室外去寻找有生命的物体，孩子们找来了“花有生命”、“草有生命”、“树有生命”，没想到三个孩子进来说“云彩有生命”、“地球有生命”、“火山有生命”。当时有很多老师在听课，执教老师很紧张，不敢就这个话题展开，而是说“这个问题我们课后去解决”，其实，精彩的对话就应该从这个地方开始。所以，老师们今后可以经常回忆，课堂上总有这样精彩的东西吧，把这些精彩的东西写下来，到时候我们专门来搞一个《精彩对话集》。
发布于2006年03月15日 13:11 | 评论数(20) 阅读数(20493) 我的文章
教育研究与实验
对科学方法的重视促成了一批有关科学方法、科学哲学等专著的问世。然而，对于科学教育来说，科学方法的引入却是20世纪后半叶的事，20世纪前半叶的科学教育只有科学知识的教育。
一、科学教育中科学方法教育理念的凸现
综观20世纪科学教育的历程，我们可以粗略地把它划分为三个阶段，即知识本位、方法本位和人本位阶段。
在知识本位阶段，科学教育的重心在科学知识本身。教师们信奉斯宾塞的名言——“科学知识最有价值”。美国学者卡尔·罗杰斯在考察了澳大利亚一个土著居民部落以后阐明了传授知识对人的生存价值：“怎样找水源、怎样追踪猎物、怎样在荒无人迹的沙漠中不迷失方向……在一种敌意的和相对无变化的环境中，教授知识，为它提供了生存之路。”（注：转引自方展画：《罗杰斯“学生为中心”教学理论述评》，教育科学出版社1990年版，第73—74页。）
科学教育局限于科学知识的教育情况在60年代初受到了挑战。人们发现，社会在科学技术的影响下变化加速起来，一个人终身享用在校习得的知识已不再可能。 “对现代人来说，如果只有一个真理的话，那么，这就是他生活在一个不断变化的环境中……现在教给学生的物理学，10年之后将会过时……化学、生物学、遗传学、社会学都处于这种不断变化之中，以至今天作出的定论，到人有时间和精力应用这些知识的时候，几乎必定被更改了。”（注：转引自方展画：《罗杰斯“学生为中心”教学理论述评》，教育科学出版社1990年版，第73—74页。）社会变化加速的现实，促使教育家思考在科学方法和科学知识之间谁的价值更深远，结论多倾向于前者。许多科学家、教育家反思科学教育中存在的重知识、轻方法问题。物理学家奥斯特瓦尔特(Ostwarla)指出：“虽然用现在的教授方法很成功地讲授了在其现今发展状态中的科学知识，但是，杰出的和有远见卓识的人不得不一而再地指出时常出现在当前我们的青年科学教育中的一个缺点，这就是缺乏历史感和缺少关于作为科学大厦基础的一些重大研究的知识。”（注：转引自赵玉林：《困惑与出路——现代科学方法导引》“引言”，湖北教育出版社1989 年版。）更有学者直截了当地说：“我们必须很快地改变我们对教育的概念，今天所教的80%—90%都应放在科学方法、教育方法、学习方法、推理方法、搜集资料的方法、从事实中做结论的方法以及分析事实和综合事实的能力上。”（注：转引自赵玉林：《困惑与出路——现代科学方法导引》“引言”，湖北教育出版社 1989年版。）“科学知识最有价值”的科学教育理念让位于“方法比知识更重要”，科学教育从以科学知识为重心转向以科学方法为重心。美国60年代科学课程改革明显地反映出这一特征。
科学教育中“人本位”观念的兴起，是教育家对本世纪70年代中期以后科学技术双刃剑带来的社会问题反思的结果，科学教育中的伦理道德、价值观教育被提到重要议事日程。面对科学技术发展给人类带来的负面影响，教育家们幡然醒悟：科学教育不能仅仅是“颈部以上”的教育，它应该包括更完整的人的教育。至此，科学教育从单一科学知识教育演变为包括科学知识、科学方法、科学态度、科学精神、科学价值观、科学史等复合的科学素养教育。值得一提的是，科学方法的教育不再是仅对精英而言，而成为对所有学生的普遍要求，因为没有科学的思维习惯，“公民就很容易成为教条主义和胡言乱语的骗子们的牺牲品，用简单方法解决复杂问题”。（注：美国《2061计划》。）
本文仅选择科学方法的教育问题作专门论述。
二、科学方法教育现状综述
综观世界各国的科学教育，不难发现，科学方法的教育明显加强了，这表现在以下诸方面：
（一）在课题目标上
很多国家和地区在考虑制定科学课程的目标时，都将科学方法列为目标之一。例如，日本近期公布的理科改善的基本方针之一为“通过有目的、有意识的观察、实验，培养科学的调查研究能力和态度，同时养成科学的见解和思考方法”。美国近期颁布的国家科学标准则将作为探索过程的科学列为科学教育的八大内容之一，专门制定了作为探索过程的科学教育标准。该标准强调了要培养学生进行科学探索的能力和对科学探索的理解力。标准指出：“各个学科、所有年级的学生都应该有机会进行科学探索并且培养进行探索性思维和探索性活动的能力，包括提出问题、制定调查研究计划并付诸实验、利用有关工具和技术收集数据、对证据与解释之间的关系进行批判性的逻辑思考、构造和分析其他解释方法以及科学论点的交流等。”（注：《美国国家科学教育标准》。）课程目标上的这些变化和半个世纪前的科学课程目标相比，的确有了很大的变化。
为了将培养学生的科学方法意识和运用科学方法的能力落到实处，很多国家还针对不同年段的学生提出不同的要求。如英国国家科学课程标准，从设计实验程序、获得证据、分析证据并得出结论、评价证据第4个方面规定了每一年级的学生应当学习的层次。科学方法目标的具体化、层次化为科学课程的实施提供了便利，它使科学方法的教育不再停留在口号上。课程目标上的这些变化和半个世纪前的科学教育课程目标相比，的确有了很大变化。
（二）在教材的编写上
科学方法以各种形式嵌入在教科书中：
1.在不改变以科学知识为教材逻辑主线的情况下，插入有关科学方法知识的内容。例如，俄罗斯教学论专家列尔涅尔主张，在阐述牛顿第一定理时，可以插入如下一些内容：“惯性定理实质上是由伽利略概述出来的。牛顿定理的基础是脑子里的试想。脑子里的试想被用于科学中，通常呈现为两种形式：原则上不能完成的和实践中不能完成的。试想——这是一种可近不可及的试想，可以接近它们，但不管如何近，仍不能完成它们，因为它们采用的是理念性的客体。借助脑内实验曾得出了古典物理学的一些基本定理和原理……”（注：（俄）沃·维·克拉耶夫斯基：《教学过程的理论基础》，江西教育出版社1996年版，第128页。）列尔涅尔认为插入科学方法的重要性在于，学生是不知道科学上总结的本质的，也不懂得从事实向假设的创造性过渡，而假定中体现着学者对经验资料的看法，所以应该给学生提供某一理论研究方法的观念，以及该方法对科学的意义和知识。他还认为，学生所掌握的那些方法论性质的认识结构，拥有广泛迁移作用的趋向，是现代思维的成分之一。
2.把一门学科的发展历史（即学科的问题史）与解决这些问题的种种尝试结合起来。美国物理科学研究委员会(PSSC)编制的物理学课程是这种模式的一个典型。美国PSSC物理教材较早进入光学领域，这样做的理由是光模型的建立是包括物理在内的所有自然科学研究的一个典型方法：先建立光的粒子模型，用它来解释光的行为，一些行为被合理地解释，而另一些却遇到了困难，甚至矛盾。因此，物理学家面临着两种选择：其一是推翻旧模型，建立新模型；其二是修改旧模型，使它更完善。物理学家作了后一种选择，引入波现象，形成波理论，观察一系列光行为，用波理论解释它们，由此建立光的波模型。据称，尽早地让学生了解物理史上的光模型建立，有助于他们树立科学探索的方法论思想。
3.将科学方法与科学知识史紧密地融合在一起，使科学方法的教育更具操作性。正如施瓦布所说：“不把科学当作证明或证实某些概念、原理的过程，而要把它当作一个发现的过程，一个揭示自然事物的过程和一种提高我们理解力的方式来发现这些事实之间如何联系起来的过程。”匈牙利的高中物理教材堪称此类教材的典范。例如，该教材结合气体、液体、固体的知识系统地培养学生建立物理模型的意识和方法，详细指导学生如何通过观察和实验积累经验，如何在经验的基础上建立物理模型，如何用建立的物理模型解决实际问题、预言未知现象，如何用新的实验现象检验这个物理模型的适用范围，进一步修正物理模型。教材的这种编排方式可以使学生不仅知道科学家是怎么做的，而且自己也学会了如何去做。
4.用增加完整的探索性作业的方式来培养学生的科学方法意识和科学探索能力，例如美国BSCS生物教材就穿插了62项具体的探索项目，中国浙江省的中学理科教材也安排了一些完全由学生独立探索的作业。学者们认为这是培养学生自己从事完整探索活动能力的重要途径。
（三）在教学方法上
为了培养学生理解、运用科学方法的能力，从60年代开始，在中小学的科学教育中出现了大力提倡探索式、发现式学习的倾向。一批统称为信息加工的教学模型应运而生，如萨其曼的探究教学模式、塔巴的概括教学模式等。这类教学模式的共同特征是把科学知识作为掌握科学方法的手段、工具而不是目的，学生在探索、发现的过程中，学会如何建立假设和验证假设等过程技能才是教学的终极目的所在。
仔细考察各种冠之以发现、探索的教学方法，不难发现，它们还是有一定区别的。
部分教育家强调学生的独立探索、自主活动。他们指出：当学校把教学力量放在自我发动和自我调节的“发现”学习活动上时，学校就是好的。英国艾萨克斯夫人的做法是一个典型：她和她的同事在剑桥的一所学校里，严格排除成人的一切干预，把学生引进一间相当于真实的、设备完善的实验室，让学生自行组织他们的实验。年龄从3岁到8岁的儿童，享有大量的原材料和仪器、试管、烧杯、酒精灯等等，随他们处置。这部分教育家相信，儿童通过与环境的交互作用，是获得有关的认知技能、操作技能的必要条件。他们是个体建构心理学的实践者。
部分教育家持社会建构立场，认为“人的一切形式的精神活动，包括科学活动，都不是由孤立的个人进行的，而是一种社会过程。它们都拥有社会——历史地形成下来的建构和运用客体并将客体加以观念化，加以定型和改造的方式和手段”。因此，主张一种有引导的发现，通过师生的共同活动和交往，去了解和占有科学方法。
不论理论上的倾向如何，大部分理科教师现在都或多或少熟悉了“主动参与”、“发现”、“探索”这些教学的新概念了。对科学方法教育的重视，也引起了科学教育评价的改革，对科学方法掌握情况的考核日益受到重视，对科学方法的理解和掌握的考核标准、试题的研究十分丰富。
然而，承认成就并不排斥对科学方法教育的状况给予批判性分析的必要性。
三、对科学方法教育的若干问题思考
（一）个体发现与种系发现的关系问题
使学生积极主动地参与教学过程已是科学教育公认的一条重要原则。美国一些州的科学教育标准中提出的指导原则之一是“学生的好奇和主动的参与应该在所有年级的教学中得到保持。学生要描述物体和事件，提出问题、作出解答，用不同的方式验证答案并同其他人交流他们的看法，这要求体力和脑力的共同参与……”这一原则要求把教学重点由教师单方面的传授知识转向通过学生主动的参与来学习。问题在于如何提出问题、如何建立假设、如何验证假设等方面学生是不可能生而知之的，它只能经教师加以揭示。换言之，仅仅倡导探究、发现、主动参与是不够的，学生在自己探究、发现之前，首先应对科学是如何运用一定的方法，对经验资料作假设、作解释的过程有所了解，尤其是对那些具有迁移性质的科学思维方法的了解，否则，发现将是盲目的。这里有一个个体认识方法与种系（类）认识方法之间的联系问题。正是在这一点上，施瓦布写道：“仅仅向儿童提供刺激环境并指望他们自己去发现和学习是不够的。”
社会建构心理学的这些理论提醒教育工作者，在运用发现法、探索法时要对“何时用、怎样用”做深思熟虑的回答，而不是简单地提供自主探索、独立发现的机会。
笔者认为在运用发现法时需考虑“什么样的知识更值得重新发现”。
发现法教学方法一般是指对结论性知识的重新发现。显而易见的事实是在课堂教学中不可能对所有的结论性知识都去重新发现，那样做没有必要，时间也不允许。那么该选择什么样的知识去重新发现呢？这需要考察知识中的含金量——具有方法和方法论意义的大小，只有那些具有重要方法和方法论意义的知识才值得去重新发现。因为在知识的重新发现过程中，会使个人达到在他本人的发现活动中再现历史形成的人类已有的科学方法。换言之，发现的目的很大程度上是要让学生重新经历人类发现的过程，以便将镌刻在知识中的种系（类）科学方法内化到学生身上。
一般而言，任何一种揭示客观事物及规律的知识，都具有方法的意义，但意义的大小不同。事实性知识与原理性知识相比，后者的方法价值更大。原理、理论知识是学者们运用一定的科学思维方法对感性经验进行加工得来的，正如“进化论本身并不是自然史单纯事实，而是科学的假设，它对有机生命的现象提供了更完全更首尾一至的概观，一种全新的系统解释”。（注：（德）恩斯特·卡西尔：《人论》，上海译文出版社1985年版，第266页。）进化论是一种有关生物发展变化规律的理论，也是一种认识生命本质的重要方法，为了让学生掌握这一重要的思想方法，重新发现该知识，重现该知识的形成过程是值得的，哪怕需要耗费较多的时间。而有些知识，如事实性知识、平行性知识——用同一种科学方法形成的知识（如各类具体的动植物形态知识）就大可不必都去重新经历发现了。这些知识对学生来说可能是新的知识，但对于科学方法来说，却是雷同的，均涉及到观察、解剖、分类等方法。学生一旦习得了这类研究生物性状的方法就没有必要再循环往复了，应将重新发现的时间留给新的研究方法。发现法应给予那些镌刻着对人类发现产生过重大影响且至今仍有价值的科学方法的知识。
（二）如何教科学方法
既然重新发现的目的是为了使学生占有种系（类）已累积的科学认识方法，展示各种科学方法，并通过师生互动完成转化就是发现法理所当然关心的事了。
展示可以是直接的——由教师提示某科学原理所运用的方法；也可以是间接的——通过教师精心设计提问，方法好像是学生自己提出来的。为了让学生真正把握某科学方法精髓，我们提倡间接的展示。例如，南京师范大学附中的一位物理老师在教“比热容”时对学生进行了多方面的科学方法教育。首先，他引导学生结合日常生活经验讨论得出水在温度升高时吸收的热量与水的质量及水温升高的度数有关，并推广至别的物质也具有这一特点。然后老师向学生提问：“所有的物质在温度升高时吸收的热量是不是一样多呢？”此问题的设计是为了让学生能考虑到，只有在质量相同、温度升高的度数也相等时来研究不同物质吸热是否相同才有意义。看似平常的一问一答，学生习得了物理学上重要的一种科学方法——控制变量法。其次，在比热概念建立过程中运用科学猜想。教师向学生提问：相同质量的水和煤油升高相同的温度，哪一个吸热较多？引导学生运用科学猜想，建立如下假设：(1)水吸热多；(2)煤油吸热多；(3)水和煤油吸热一样多。在此基础上给学生介绍猜想方法在科学发现中的重要作用。最后还可以通过类比方法帮助学生建立比热概念，即激发学生根据密度的定义归纳出“比热容”的定义，并告诉学生，从已知的知识所具有的某种性质推出新知识具有的相应的性质，这种科学方法就是类比。控制变量法、科学猜想法、类比法就这样在师生的互动中悄然转移到学生的认识结构中。
（三）对科学方法在教材中嵌入方式的思考
翻阅不同的理科教材，不难发现，大多数教材或多或少都渗透了科学方法的教育，这和以往结论式的教材编写方式——由科学事实、科学原理、公式、理论构成教材内容的方式相比，的确是一个很大进步，因为一门学科的逻辑结构也许不能对学生怎样才能发现它或学习它提供任何有用的指导。爱因斯坦是怎样提出相对论的，这在表述这一原理的方程中并不明显，正如欧几里德的思想变化，在以他的名字命名的定理中并不明显一样。需要有对科学方法的专门介绍。问题在于以往把科学方法与科学内容完全脱节，专门介绍观察比较、分类、归纳、实验、分析、综合、调查、假设等科学方法的做法值得商榷。专门介绍科学方法的益处是各种科学方法的性质、操作程序、适用范围可以一目了解，但学生学了这些有关方法的知识以后，未必就拥有这些方法的经验。因为，第一，这些方法离开了具体构造科学解释的过程变得十分抽象。例如，学生很难通过模型化方法的介绍就能掌握模型化方法。第二，由于缺乏具体的操作过程，科学方法只能静止地存贮在学生的意识中，这就像知道游泳动作要领与实际会游泳是两码事一样。与专门介绍各种科学方法相比，笔者主张应将方法融于结论性知识的陈述中。
本文仅从教学过程和教材编写两个方面论及了科学方法的教育问题，更多的科学方法教育问题有待进一步探讨。
发布于2006年03月11日 10:26 | 评论数(4) 阅读数(13580) 我的文章
儿童思维发展的主要阶段及其特征
美国著名科学教育专家劳威(Lowery)教授在他撰写的《思维和学习的生物学基础》一文中，将儿童按其对事物进行分类和模式识别能力的发展特点从出生至成年分为七个阶段。但考虑到我国学制及本书读者的特点，我们决定按下面四个主要阶段进行相对综合的讨论：
阶段1：随意表征
处于这一时期的儿童的思维是高度感性化的，他们对外界世界的认知主要是通过感官得到的感性知识：如通过观看获得关于物体的颜色及形状等信息，通过触摸物体而获得其软硬程度有关的信息，通过品尝物体而获得其风味、软硬度等方面的信息等。处于这一阶段的儿童，不能有意识地进行模式设计或排列。但是，如果在把玩物体的过程中，儿童发现有些事物或形状是很熟悉的话，就会对这种形状排列进行命名或做出解释。比如，某天某两岁幼儿用笔在纸上经过一番随意涂抹，然后向他妈妈解释说他画的是猫，其实大家心里都明白，这不过是一种偶然的巧合，而不是经过事先设计的“作品”。依据皮亚杰的说法，这一阶段的儿童处于“感觉运动”时期。
阶段2：相似性分类
认知发展的第二个阶段大约从3岁开始。处于这一时期的儿童的行为通常发生在大脑对该行为的思考之后。例如：如果将一堆颜色、形状、大小各异的硬卡片放在一个未经特殊训练的4岁儿童面前，让他分类，该儿童可能会对这堆卡片进行适当的观察、思考，然后按某一特征(如颜色或形状等)将其分成两两成对的一组或一串卡片，如图2—5。
如果你发现他将两个以上的卡片置于同一组内，究其原因往往会得到类似的回答： “我先把这个方块与那个方块放在一起(如图2—6(1))，再把另一个方块与这两个方块放在一起(如图2—6(2))。”
尽管他最终可能会将所有的方块卡片归为一组，但整个过程是经过一连串的两两配对而完成的。这一时期的儿童尚未对匹配或分类形成完整的概念，在解决问题的过程中，往往一次只注意到一个变量，不能理解“守恒”的概念。以下是一位教师与一4岁儿童的对话(参见图2—7)：
教师：“彼得，请你数一数第一排有几个硬币，好吗?”
儿童：“1，2，3，4，5，5个。”
教师：“很好。请你再数一数第二排有几个硬币，好吗?”
儿童：“1，2，3，4，5，5个。”
教师：“太好了。你说这两排中哪一排硬币比较多呢?”
儿童：“第二排硬币比较多。”
教师：“为什么呢?第一排有5个硬币，第二排也有5个硬币，为什么不是一样多呢?”
儿童：“因为第二排比较长。”……
这一时期的儿童的认知机能以相对具体性、自我中心性和刻板性等为特征，在皮亚杰的研究中称为具体运演时期的前运演分其习(pre－operational)。
阶段3：一致详尽的分类及多重分类
这一阶段的儿童(6～11岁)对物体分类的能力的主要特征是：开始能根据某一种共同的特征对所有的物体进行分类。例如：某儿童先将所有的蓝色物体放在一起，然后又继续把其余剩下的物体按红色、黄色等分别归类，最后宣布：“我已经将所有的物体按其颜色的不同而进行了分类。”
随着年龄及经验的逐渐积累，儿童能够同时根据一种以上的特征或特性对物体进行分类，从而开始具备多重分类的能力(8～11岁)。这时的儿童认识到了事物固有特征的同时性，也就是说一个物体既是红色的，又是方的，而不是先是红色的，再是方的。根据皮亚杰的分类，处于阶段3的儿童属于具体运演时期，在这个时期中，儿童逐渐从知觉定向占优势的水平过渡到较大程度的思维灵活性为特征的认知水平。在这个阶段，儿童逐渐显示出认知运演的可逆性。比如，当孩子看到随温度不断升高，食糖(或食盐)在水里的溶解量越来越多，他们可以推断出一旦温度逐步下降，食糖(或食盐)也会不断地从水中析出。同时儿童也开始逐步理解某些变量在物体的形状或结构的变化过程中守恒的概念(如图2—8)。
发布于2006年03月11日 10:26 | 评论数(2) 阅读数(5921) 我的文章
美国FOSS科学教育项目介绍 (一)
FOSS(Full Option Science System)是由美国国家科学基金会资助，旨在推进国家科学教育的三大科学教育项目——Insights、STC(Science and Technology for Children)、 FOSS ——之一，由加洲大学劳伦斯科学馆(Lawrence Hall of Science)开发。它是一套涵盖了从幼儿园到八年级的科学课程(本文只涉及它的幼儿园到六年级部分)，提供了总计36个(本文所涉及的幼儿园以及小学部分共有27个)供研究的科学主题单元(module)，人们可以根据当地的课程标准从中选择使用所需要的内容。它吸收了脑科学、认知科学以及人工智能研究等的科学成果，建立在建构主义关于学习本质的认识基础上。这种课程设计强调经验、强调探究、强调教师与学生共同参与，注重提供给学生通过自主探索以及分析、交流来建构科学概念的机会。这些思想与我国的新课程改革的思想有着诸多相通之处。本文将从FOSS的目标、FOSS的基本设计思想、它的组成结构以及各个单元的基本框架结构等方面对这一套教材作一比较详细的介绍。
一、 FOSS教材的基本特点
(一) 密切联系脑科学、认知科学的研究成果，使课程设计与学生的认知发展水平保持一致。这一点表现在其宏观的基本框架结构安排与具体的教学活动设计两个方面。
脑科学与认知科学的研究表明：人的认知发展要经历有序的几个阶段：感觉运动阶段、直觉阶段、前运算阶段、具体运算阶段、前形式阶段、形式运算阶段与辨证思维阶段。FOSS教材为处于不同认知发展阶段的学生，设计了不同的主题单元作为其学习内容，培养其不同层次的思维技能。例如：在幼儿园安排了《两两成对的动物》与《树》两个比较贴近学生生活的主题单元。而在5—6年级设计了《杠杆与滑轮》《模型与设计》等相对抽象的主题单元。而且，对于低年级的小学生，主要培养其观察、比较以及简单组织观察结果的能力；如在《两两成对的动物》单元，FOSS教材要求学生“观察古比鱼与金鱼，比较其结构以及活动方式，并交流观察结果”。而对于高年级的学生，要求其通过比较、分类、推断、实验等方式获得对高级概念的理解。如《模型与设计》单元的“黑匣子”游戏，学生通过感觉黑匣子内的物体运动方式来对黑匣子的内部结构作出推断，进而理解“模式”这一抽象概念。
具体教学中的活动设计也体现出FOSS教材与脑科学以及认知科学的密切联系。科学家依据学习者所使用学习材料的具体与抽象程度将学习分成第一手经验、第二手经验与最后一手经验。对于小学生来说，学习需要从第一手经验开始，即运用对实际材料进行操作的“动手做”学习形式；然后过渡到第二手经验，即运用图片、音像资料等进行学习；最后才是最后一手经验，即通过语言文字进行学习。如在《地形》单元学习地图的活动。老师先给学生一个拆开的“山”的模型，让学生运用自己关于“山”的知识(下面大、上面小)将它们拼到一起。然后在带有一个中线的图纸上将这个山的模型画出来(将模型拆开，一个部分一个部分地进行)。这时，学生自己将实物变成了图形。第三步，让学生根据画出的图形说出“从哪里上山最近但最困难(因为它很陡)？从哪里上山最远但比较容易(因为它的坡度比较大)？”这时，教师引出了“等高线”概念。第四步，老师将准备好的地图拿出来(模型是依据美国一座非常著名的山，按照同样的比例尺制作的)，让学生将模型放到地图上，他们便会发现，模型和地图的一部分完全重合，这时教师再根据模型讲解地图上的各种地形的形成以及特点等。这样的活动设计既确保了科学性(模型与真实地图的比例尺相同)，又实现了趣味性。它通过让学生经历一个自己来组织模型、自己来画出地图的过程，将一些原本抽象的概念形象化、具体化，学生便可以在具体体验中清楚地理解这些原本抽象的概念。
与传统的教材宽泛而又表面化地涉及到许多的主题不同，FOSS采取的是大单元的形式。从生命科学、物质科学、地球科学以及科学推理与技术几大领域精选了少数几个但是对学生发展比较有意义的主题。每个学期只学习一到两个主题，但学的深入、学的透彻。各个年级的教学内容也是按照学生认知发展水平来组织安排［具体安排见本文第四部分FOSS内容范围和结构安排］。
(二) 通过“动手做”的方式，促进学生的积极学习(Handson Active Leaning)。“做中学”是FOSS教材设计的一个基本理念，“动手做”即是其主要教学形式。
脑科学的研究表明：大脑获取信息的惟一途径就是身体的五种感官，所获取的不同信息由大脑的不同部位来储存。当学习者回忆某一经验时，一种联系组织(树突/突触)可以将相关部位联系起来，这时相关的储存系统和路径都被激活而形成一个图象，学习过的知识得以再现出来，人的思维能力在不断的激活中也得到不断的提高。所以，只有当学习者处于一个有着多种多样的联系与刺激的环境中时，学习者才能更好地建构自己有价值的知识并迅速发展其思维能力。与传统的讲演、演示等教学方法只能激活少量的大脑通路，也就只能片面而又慢速地发展其思维能力相比，“动手做”的方式是一种积极的学习方式，它给学生提供了对物体进行实际动手操作的机会。“动手做”对学生是有很强的刺激作用的，它可以很容易地激起学生的好奇心与创造力，使学生能够积极参与。学生通过“动手做”的积极学习形式，可以自己来观察、实验、收集材料、整理结果，并试着作出结论。
比如，在《人体》这一单元对于“骨骼”的学习中，FOSS设计了一系列的活动让学生通过“动手做”的形式来学习。首先，让学生自己来摸一下身上某个部位有多少块骨头，然后小组讨论。他们发现他们得到了不同的答案。这一活动将学生的好奇心激发了起来，他们发现自己并不真正了解自己的骨骼。然后出示各个部分的人体骨骼图，学生便会非常认真、仔细地观察人体骨骼图，数出各个部分有多少块。第三步，让学生试着将拆开的人体骨骼模型按照自己的想法组装起来。最后再出示整个人体的骨骼图，让学生仔细观察后再去组装一次。通过这样的活动，学生对人体骨骼的认识是不是要比传统的“告诉”深刻得多，也有意义得多呢？“听会忘记，看能记住，做才能理解”。“动手做”的教学方法已经在全世界的科学教育中得到了认可。
发布于2006年03月07日 21:28 | 评论数(38) 阅读数(10200) 我的文章
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