我們周圍的世界是如此的廣闊、深邃、復(fù)雜而又變幻不定。在認(rèn)識客觀世界時，人類具有特有的高級思維能力，能夠進(jìn)行類比、推理和抽象。人類進(jìn)行高級思維的基石在于能夠?qū)Ω兄?、客體、特征和事件進(jìn)行分類、歸納和概括，找出其本質(zhì)的共同點(diǎn)，組織成為概念。因此就能夠：①進(jìn)行有效的記憶；②鑒別客觀世界的不同事物；③進(jìn)行類比和推理；④想象和認(rèn)識更多的新的事物和情境，擴(kuò)展已有的知識；⑤構(gòu)建更加復(fù)雜的理論。所以，形成概念是人類認(rèn)知的重要途徑，概念是人類知識的基石。
　　愛因斯坦(Albert EinStein)說：“在科學(xué)上形成概念的方法和我們在日常生活中用來形成一些觀念的方法有聯(lián)系，但是不同，它需要更加周密地進(jìn)行概念的定義和得出結(jié)論，更加辛勤地和系統(tǒng)地選擇試驗(yàn)素材和格外地重視邏輯推理”’。
　　下面以“光”的概念為例，說明什么是科學(xué)概念，以及它和日常概念的區(qū)別。
　　“光”是不是一個科學(xué)概念?在一些科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)和書籍中習(xí)慣用一個詞“光”來表達(dá)一個科學(xué)概念，這樣的表達(dá)至少是不明確的，或者說是不科學(xué)的?！肮狻笔且粋€概念，但是不同的情況下它可以代表不同的含義。例如有描述人情感反應(yīng)的“淚光”；有宗教里用的“開光”、“佛光”；還有“紅星閃閃放光彩”，其中的“光”表達(dá)了一種價值取向。這些“光”都是表達(dá)某種帶有主觀感覺或是虛擬的光，而不是客觀存在的物理學(xué)中使用的“光”的概念。所以“光”是一個概念，但它并沒有表達(dá)科學(xué)知識，用一個單詞來表達(dá)科學(xué)概念，不是正確的表達(dá)方式。
　　如果采用這樣的表述——“光在空氣中沿著直線傳播”，這就是一個科學(xué)概念。為什么呢?因?yàn)樗硎隽艘粋€科學(xué)事實(shí)。這句話表達(dá)的是科學(xué)知識，但是，它之所以可以被認(rèn)為是科學(xué)知識，并不是由于我們大多數(shù)人日常生活中都有這樣的感知“太陽光是直射的”，不是因?yàn)槿藗冇羞@樣的體驗(yàn)，所以它就是科學(xué)事實(shí)了。要知道，常?！把垡姴⒉粸閷?shí)”。比如我們?nèi)タ大w育比賽，很多人手里會拿著各種顏色的光棒，當(dāng)人的手在抖動時，光好像也會彎曲。當(dāng)然，如果你了解光纖的原理，你會理解這個現(xiàn)象；而對沒有接受過物理學(xué)教育的人來說，是不是會得到光也會彎曲的結(jié)論呢?所以“光在空氣中沿著直線傳播”需要用更仔細(xì)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)。能證實(shí)這樣一個科學(xué)概念的著名實(shí)驗(yàn)是我們中國在2000多年以前就發(fā)明的“小孔成像”。最早涉及該現(xiàn)象的當(dāng)屬先秦時期的墨家，墨家以研究自然現(xiàn)象著稱，在其2300多年前的代表作《墨經(jīng)》中就記述了小孔成像的現(xiàn)象：“景到，在午有端，與景長，說在端。”“景。光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在遠(yuǎn)近有端，與于光，故景庫內(nèi)也”。所以，用感官觀察到的事實(shí)，同樣需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，才能夠被稱為科學(xué)概念。因此“光在空氣中沿著直線傳輸”是科學(xué)概念，因?yàn)樗硎隽艘粋€經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的客觀事實(shí)。在小學(xué)階段科學(xué)教育中所涉及的科學(xué)概念，多數(shù)都是我們能夠直接觀察到和感知到的，但是需要強(qiáng)調(diào)的是，它們之所以被稱為科學(xué)概念，并不是因?yàn)榛谌祟愔苯拥母兄陀^察，而是因?yàn)樗鼈兪墙?jīng)過一定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的事實(shí)，才成為科學(xué)概念。
　　當(dāng)光行進(jìn)到兩種不同物質(zhì)的界面時，會發(fā)生反射和折射。荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾(Willebrord Snellius)基于科學(xué)事實(shí)，抽象出用數(shù)學(xué)語言描述的科學(xué)定律，這就是我們熟知的描述光通過不同介質(zhì)界面時行進(jìn)方向改變的折射定律，又稱斯涅爾定律。有了折射定律，我們不僅可以解釋一些觀察到的現(xiàn)象，如為什么游泳池的池底看起來比真實(shí)的要淺，為什么插入水中的筷子看起來是折斷的，而且是向上方翹起的，等等，還可以用它指導(dǎo)制作放大鏡、望遠(yuǎn)鏡。光纖的原理也運(yùn)用了折射定律。有了光纖才會有今天許多光通訊設(shè)備和技術(shù)，有計(jì)算機(jī)，有互聯(lián)網(wǎng)。光纖的發(fā)明者是我們?nèi)A人學(xué)者高錕。他作為“光纖之父”獲得了2009年的諾貝爾獎?？梢?，科學(xué)定律是科學(xué)概念，它常常是用數(shù)學(xué)表達(dá)的更為抽象的科學(xué)知識。所以，“光從空氣進(jìn)入玻璃和水時，光的傳播方向會改變”這樣的表達(dá)是科學(xué)概念。在小學(xué)只要求學(xué)生觀察這個現(xiàn)象，定量描述這個現(xiàn)象的折射定律要到中學(xué)里進(jìn)行學(xué)習(xí)。
　　在19世紀(jì)，英國科學(xué)家麥克斯韋(James Clerk Maxwell)綜合了科學(xué)家對電和磁的新認(rèn)識，特別是發(fā)現(xiàn)在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體可以產(chǎn)生電流；流動著的電流可以產(chǎn)生磁場；變化的電場和變化的磁場可以互相轉(zhuǎn)換，從而總結(jié)出更為復(fù)雜的、用麥克斯韋方程組描述的電磁理論。麥克斯韋的電磁理論證明電磁波具有能量，它的傳播速度和光速一致，光也是一種電磁波。電磁理論不僅可以用以解釋牛頓(Isaac Newton)發(fā)現(xiàn)的白光可以分解成不同顏色光的現(xiàn)象，指出不同顏色的光具有不同的頻率；而且還預(yù)言了，在可見光譜以外會存在許多不可見的電磁波和射線。麥克斯韋的預(yù)見是正確的。以后的科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了許多不可見的電磁波，如x射線、紅外線、無線電波、微波、紫外線等，所有這些不同類型的電磁波都可以用麥克斯韋方程來描述。麥克斯韋建立的科學(xué)理論不僅能夠解釋已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)事實(shí)，還能預(yù)見尚未發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和規(guī)律?？梢姡茖W(xué)理論是基于實(shí)證的，進(jìn)一步概括和推理出來的科學(xué)知識，科學(xué)理論也是一種科學(xué)概念。
　　科學(xué)概念并非是靜止和一成不變的，而是開放的，在科學(xué)家群體的不斷爭論中改進(jìn)、深化和擴(kuò)展的。關(guān)于光是粒子還是波的爭論延續(xù)了近一個世紀(jì)，牛頓將白光分解成不同顏色的光，又證明可以將這些不同顏色的光合成為白光。他認(rèn)為不同顏色的光是不同的微粒。在18世紀(jì)雖然歐拉(LeonhardEuler)提出了不同顏色的光是不同頻率的波，但是沒有被公認(rèn)。麥克斯韋的理論提出了光是電磁波的一種。直到19世紀(jì)末，經(jīng)過了激烈的爭論，科學(xué)界才接受了光是一種電磁波的概念。但是在1905年愛因斯坦(AlbertEinstein)卻提出光是一種微粒的概念是正確的，因?yàn)楣怆娦?yīng)的發(fā)現(xiàn)只能用微粒概念才能加以解釋。一束光像一堆微粒，只有用具有一定能量的光波，就像具有一定能量的微粒，照射原子核，才能打出電子，否則只能被吸收。光和物質(zhì)作用時像微粒，光具有一定的頻率又像波。此后，科學(xué)家公認(rèn)了關(guān)于光既具有波動性、又具有粒子性的概念。在科學(xué)的發(fā)展史中我們可以看到很多這樣的例子。
　　總之，科學(xué)概念是經(jīng)過科學(xué)研究得到的知識，包括科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)定律和科學(xué)理論?？茖W(xué)概念表達(dá)了某個時期科學(xué)家群體對客觀現(xiàn)象的認(rèn)識，它不同于日常概念，它必須是基于實(shí)證的，還需要經(jīng)過邏輯推理，包含數(shù)量描述。目前的科學(xué)概念還包含極少數(shù)的還沒有被完全證實(shí)，但是得到公認(rèn)的科學(xué)假說，如達(dá)爾文的進(jìn)化論?？茖W(xué)是開放的，科學(xué)不是宗教，科學(xué)概念會在科學(xué)研究活動中不斷被修正和深化。
　　是否圍繞科學(xué)概念進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)際上是反應(yīng)了有否正確理解科學(xué)的本