索南昂修

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的科學(xué)教育尤其是基礎(chǔ)教育階段的科學(xué)教育越發(fā)得到重視，科學(xué)教育理論得到了較大的發(fā)展。當(dāng)前對(duì)科學(xué)教育有重要影響的理論研究主要有關(guān)注科學(xué)素養(yǎng)、關(guān)注科學(xué)實(shí)踐、關(guān)注概念轉(zhuǎn)變、關(guān)注學(xué)習(xí)進(jìn)階、關(guān)注腦科學(xué)研究等多個(gè)方面。

關(guān)注科學(xué)素養(yǎng)

在知識(shí)社會(huì)里，每一位公民都需要具有一定的科學(xué)素養(yǎng)，提高公民科學(xué)素養(yǎng)最有效的渠道是科學(xué)教育。學(xué)校的科學(xué)教育不是為了培養(yǎng)某些精英和科學(xué)家，而是要面向全體學(xué)生。為了提高公民的科學(xué)素養(yǎng)，各國(guó)相繼推出了本國(guó)的科學(xué)教育課程方案。我國(guó)2001年的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程，首次將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)作為課程總目標(biāo)。

在科學(xué)教育中培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的措施一般包括課程體系、教學(xué)方法等方面。例如，改革傳統(tǒng)的以系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)為中心的科學(xué)課程體系，增加與人類(lèi)生活密切相關(guān)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，打破學(xué)科界限，朝著綜合化方向發(fā)展;改革傳統(tǒng)的以傳授科學(xué)知識(shí)為中心的教學(xué)模式，確立以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念，引導(dǎo)學(xué)生親自觀察、親身體驗(yàn)，不斷培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和科學(xué)探索能力;引導(dǎo)學(xué)生就感興趣的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題開(kāi)展廣泛的課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和關(guān)心人類(lèi)社會(huì)的品質(zhì);開(kāi)展豐富的課外科技活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、走進(jìn)大自然、進(jìn)行科學(xué)調(diào)查、開(kāi)展科普閱讀、參觀科技展館等，培養(yǎng)他們的科學(xué)實(shí)踐能力。

隨著對(duì)科學(xué)素養(yǎng)理解的深入，研究者開(kāi)始關(guān)注對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。在科學(xué)教育領(lǐng)域，研究者普遍認(rèn)為，學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)反映了學(xué)生的科學(xué)觀，是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。教師要理解科學(xué)本質(zhì)，提高自身科學(xué)素養(yǎng)，這樣才能引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，提高科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)注科學(xué)實(shí)踐

在21世紀(jì)初的我國(guó)理科各科課程標(biāo)準(zhǔn)中，科學(xué)探究受到普遍重視。科學(xué)探究不僅被作為重要的理念強(qiáng)調(diào)，還被列入課程目標(biāo)和內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之中，作為必須實(shí)施的內(nèi)容要求。

由于學(xué)生的探究式學(xué)習(xí)本質(zhì)上與科學(xué)家的科學(xué)探究有相似之處，因此，在提到科學(xué)探究的含義時(shí)，研究者們常引用美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中的表述，即科學(xué)探究指的是科學(xué)家們用來(lái)研究自然界并根據(jù)研究所獲事實(shí)證據(jù)做出解釋的各種方式，科學(xué)探究也指學(xué)生構(gòu)建知識(shí)、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動(dòng)。

探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生從問(wèn)題或任務(wù)出發(fā)，通過(guò)形式多樣的探究活動(dòng)，以獲得知識(shí)和技能、發(fā)展能力、培養(yǎng)情感體驗(yàn)為目的的學(xué)習(xí)方式。對(duì)于科學(xué)探究的環(huán)節(jié)，研究者有多種概括方法，如提出問(wèn)題、收集證據(jù)、分析與解釋、交流與質(zhì)疑、結(jié)論與拓展。這種將科學(xué)探究過(guò)程分解成固定的、按部就班的、可供個(gè)體效仿的步驟，使得課堂教學(xué)具有了固定模型，讓許多課堂教學(xué)變成了傳授和套用步驟，失去了“自主探究”。

2011年提出了科學(xué)實(shí)踐的概念，與科學(xué)探究不同的是，科學(xué)實(shí)踐選定了八項(xiàng)能夠促進(jìn)學(xué)生理解學(xué)科核心概念的核心要素，分別為：提出問(wèn)題，建立和使用模型，設(shè)計(jì)和實(shí)施調(diào)查研究，分析和解釋數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維，建構(gòu)解釋，基于證據(jù)進(jìn)行論證，獲取、評(píng)估和交流信息。這些科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)要求課堂教學(xué)不再以固定的方式進(jìn)行，改變了之前的教學(xué)模式。科學(xué)實(shí)踐強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究，從問(wèn)題的提出到結(jié)論的得出往往要求學(xué)生自己進(jìn)行。

關(guān)注概念轉(zhuǎn)變

國(guó)際上，概念轉(zhuǎn)變的研究始于20世紀(jì)70年代，隨著研究的深入，研究成果開(kāi)始涌現(xiàn)。1982年，康奈爾大學(xué)的四位教授提出了“概念轉(zhuǎn)變模型”，對(duì)科學(xué)教學(xué)產(chǎn)生了重要影響。為了適應(yīng)21世紀(jì)科學(xué)教育改革的需要，我國(guó)學(xué)者開(kāi)始關(guān)注概念轉(zhuǎn)變理論。有研究者指出，按照英文原意，用“觀念轉(zhuǎn)變”一詞更為貼切。因此在相關(guān)文章中，有的用概念轉(zhuǎn)變，有的用觀念轉(zhuǎn)變。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)新知識(shí)有重要的作用。學(xué)生帶著已有的概念走進(jìn)課堂，這些概念有時(shí)與公認(rèn)的科學(xué)概念相悖，并具有頑固性，不易通過(guò)傳統(tǒng)的教學(xué)方式消除，這些概念又被稱為科學(xué)前概念。研究者將影響概念轉(zhuǎn)變的因素形象地比喻為概念生態(tài)圈。概念轉(zhuǎn)變研究旨在揭示兒童錯(cuò)誤的概念，發(fā)現(xiàn)影響其轉(zhuǎn)變的因素和轉(zhuǎn)變的規(guī)律，運(yùn)用有效的方法將科學(xué)前概念轉(zhuǎn)變?yōu)檎_的科學(xué)概念。

概念轉(zhuǎn)變理論對(duì)科學(xué)教學(xué)具有重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)概念轉(zhuǎn)變理論，在科學(xué)教學(xué)中要珍視學(xué)生的科學(xué)前概念，從學(xué)生的已有認(rèn)知出發(fā)，通過(guò)順應(yīng)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變和知識(shí)的建構(gòu)。由于學(xué)生科學(xué)前概念主要是建立在直接經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，因此需要為學(xué)生創(chuàng)造親歷探究的機(jī)會(huì)和條件，讓他們發(fā)現(xiàn)已有經(jīng)驗(yàn)與事實(shí)之間的矛盾之處，引發(fā)認(rèn)知沖突，促使其審視、反思并修正自己的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，從而建構(gòu)更為科學(xué)的新解釋、新概念。

概念轉(zhuǎn)變理論為科學(xué)課程開(kāi)發(fā)提供了依據(jù)。根據(jù)概念轉(zhuǎn)變理論，學(xué)生的學(xué)習(xí)不再是被動(dòng)接受知識(shí)的傳遞，課程不再是一些待學(xué)習(xí)的東西，而是促使學(xué)生重新建構(gòu)概念的一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)、材料和資源。因此，在我國(guó)21世紀(jì)的科學(xué)課程教材設(shè)計(jì)中，試圖發(fā)現(xiàn)和理解學(xué)生對(duì)所面臨問(wèn)題的看法，了解和分析每個(gè)學(xué)生都知道了什么、關(guān)心什么、能做什么、想做什么，并在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)一定的情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，促使學(xué)生思考，重新調(diào)整和不斷完善他們的想法。

關(guān)注學(xué)習(xí)進(jìn)階

2005年，學(xué)習(xí)進(jìn)階這個(gè)概念首次被提出，但直到現(xiàn)在學(xué)界對(duì)于學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義尚不明確，有研究者這樣概括：學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生關(guān)于某一核心知識(shí)及相關(guān)技能、能力、實(shí)踐活動(dòng)在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)步、發(fā)展的歷程，表現(xiàn)為特定知識(shí)、技能和能力的潛在發(fā)展序列。學(xué)習(xí)進(jìn)階的思想認(rèn)為學(xué)習(xí)是一種不斷積累、發(fā)展的過(guò)程，學(xué)生對(duì)核心概念的理解不是一蹴而就的，而是需要經(jīng)過(guò)許多個(gè)不同的中間水平，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，依靠恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，學(xué)生對(duì)這一核心概念的理解和運(yùn)用便會(huì)逐漸發(fā)展、不斷成熟，而這種發(fā)展變化也絕非簡(jiǎn)單的線性、單維度的，而是多種因素相互聯(lián)系、相互作用的結(jié)果。

學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)是指學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，終點(diǎn)則多為社會(huì)對(duì)學(xué)生的期望，在兩者之間存在的多個(gè)中間水平是在大量實(shí)證研究基礎(chǔ)上歸納而成的，主要用于描述學(xué)生對(duì)核心概念的理解是如何不斷發(fā)展的。學(xué)習(xí)進(jìn)階具有以學(xué)科融合為背景、以核心概念為中心、以實(shí)證研究為基礎(chǔ)、強(qiáng)調(diào)進(jìn)階途徑多樣性等特點(diǎn)。

關(guān)注腦科學(xué)研究

2002年，東南大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)研究中心在我國(guó)最先開(kāi)展神經(jīng)教育學(xué)研究，這也使我國(guó)成為最早研究神經(jīng)教育學(xué)的國(guó)家之一。2003年，國(guó)際腦、心智、教育學(xué)會(huì)正式成立，成為神經(jīng)教育學(xué)誕生的標(biāo)志。之后，神經(jīng)教育學(xué)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為公認(rèn)的21世紀(jì)教育發(fā)展的重要方向。神經(jīng)教育學(xué)是基于實(shí)證的、以解決問(wèn)題為宗旨的實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用科學(xué)，它的研究以清晰的、基于實(shí)證的論據(jù)提出了一些鮮明的觀點(diǎn)，對(duì)于科學(xué)教育具有重要的指導(dǎo)意義。

我們已經(jīng)知道，腦是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：大腦是一個(gè)動(dòng)態(tài)器官，具有可塑性，很大程度上是由經(jīng)驗(yàn)塑造的。從出生到青春期結(jié)束以前，特別是兒童發(fā)育早期，人腦的可塑性最好。在腦的發(fā)育過(guò)程中還存在兒童形成某種能力比較容易甚至是關(guān)鍵的時(shí)期，這就是現(xiàn)代科學(xué)家和教育家們十分關(guān)注的最佳發(fā)展期。從這個(gè)意義上講，人的發(fā)展基礎(chǔ)主要在兒童時(shí)期就奠定了。例如，良好的社會(huì)情緒能力需要在兒童時(shí)期就打好基礎(chǔ)。社會(huì)情緒能力包括正確地評(píng)價(jià)自己、調(diào)節(jié)自己的情緒、激勵(lì)自己、能了解別人的情感、善于處理人際關(guān)系等方面。人過(guò)得快樂(lè)不快樂(lè)，都取決于這些方面?！白鲋袑W(xué)”科學(xué)項(xiàng)目將社會(huì)情緒能力作為培養(yǎng)目標(biāo)，并在課堂教學(xué)中加以實(shí)施，收到了明顯效果。

嬰兒和兒童的學(xué)習(xí)是演算式的，他們的大腦具有很強(qiáng)的演算能力，能夠?qū)⑺麄兊慕?jīng)驗(yàn)自動(dòng)通過(guò)統(tǒng)計(jì)式的演算形成有結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)模型。因此，所有年幼的兒童都具有學(xué)習(xí)語(yǔ)言、數(shù)學(xué)和科學(xué)的智力。在他們進(jìn)入學(xué)校以前，已經(jīng)有了對(duì)自然界的豐富認(rèn)知，具有因果推理能力，并且可以在真實(shí)和不真實(shí)的知識(shí)之間進(jìn)行分辨。換句話說(shuō)，兒童進(jìn)入學(xué)校時(shí)，已經(jīng)具有以認(rèn)真的態(tài)度學(xué)習(xí)科學(xué)的認(rèn)知能力。因此，兒童很早就可以接受科學(xué)教育。

學(xué)習(xí)是社會(huì)性的。兒童的學(xué)習(xí)具有共同關(guān)注、移情理解等特點(diǎn)，他們能夠關(guān)注和模仿他人做的事情。觀察和模仿專家是一個(gè)有效的社會(huì)化學(xué)習(xí)方式。社會(huì)化的情境能夠刺激兒童的學(xué)習(xí)，同時(shí)對(duì)人的終生學(xué)習(xí)也是非常重要的?？茖W(xué)教師作為教學(xué)的組織者、引導(dǎo)者，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要的影響。除此之外，同伴之間的共同合作、相互學(xué)習(xí)也非常重要。

腦的學(xué)習(xí)與感知區(qū)域和行為區(qū)域都有聯(lián)系，大腦皮質(zhì)的活化與情緒記憶有很大的關(guān)系。因此，激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，有利于他們產(chǎn)生深刻的印象，從而增強(qiáng)記憶力。

以上是當(dāng)前我國(guó)科學(xué)教育領(lǐng)域的一些主要理論，在這些理論的指導(dǎo)下，當(dāng)前的科學(xué)教育更加關(guān)注學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的綜合發(fā)展，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的綜合和跨領(lǐng)域的合作，一些教學(xué)模式，如項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）、STEM教育或STEAM教育等在課堂教學(xué)得到了推廣運(yùn)用。踐行這些教育理論對(duì)科學(xué)教師也提出了更高的要求，科學(xué)教師不僅要關(guān)注科學(xué)學(xué)科知識(shí)和能力的提升，還要關(guān)注其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，更加注重科學(xué)學(xué)科的綜合性和知識(shí)的遷移應(yīng)用。

人民教育出版社課程教材研究所（100081）