1、科学教育改革的核心科学教育改革的核心理解科学理解科学 方红峰方红峰 浙江省教育厅教研室浙江省教育厅教研室内容内容n1 1我们到底为什么需要科学和技术？我们到底为什么需要科学和技术？n2 2现在的教育能够适应时代的需要吗？现在的教育能够适应时代的需要吗？n3 3学习心理的新概念学习心理的新概念n4 4对高质量科学教育的展望对高质量科学教育的展望1 1我们到底为什么需要科学和技术？我们到底为什么需要科学和技术？n1 11 1科学和技术已经不可避免地改变了我们的科学和技术已经不可避免地改变了我们的工作方式、交流方式以及我们审视世界的角度工作方式、交流方式以及我们审视世界的角度n1 12 2很多人都在
2、尽力挣扎着以赶上快速发展的很多人都在尽力挣扎着以赶上快速发展的科技，但我们的孩子却不能无备而战。他们必科技，但我们的孩子却不能无备而战。他们必须做好充足的准备，才能在一个变化日趋迅猛、须做好充足的准备，才能在一个变化日趋迅猛、竞争日趋激烈的世界中成为一个合格的公民、竞争日趋激烈的世界中成为一个合格的公民、职工和家庭成员职工和家庭成员 2 2现在的教育能够适应时代的需要吗？现在的教育能够适应时代的需要吗？n2 21 1所谓的准备：从幼儿园开始，孩子所谓的准备：从幼儿园开始，孩子就必须学习如何辨证地思维、如何将凌就必须学习如何辨证地思维、如何将凌乱的信息准确地组合起来、如何创造性乱的信息准确地组合
3、起来、如何创造性地解决问题。他们还需要新技术，如：地解决问题。他们还需要新技术，如：计算机的使用、使用多种媒体进行交流计算机的使用、使用多种媒体进行交流的能力、对构成现代社会基石的科学技的能力、对构成现代社会基石的科学技术的掌握等术的掌握等 n2 22 2中国科协在中国科协在19921992年、年、19941994年、年、19961996年、年、20012001年依据国际上较为通行的指标体系对我国年依据国际上较为通行的指标体系对我国公众的科学素养进行了四次调查，前三次调查公众的科学素养进行了四次调查，前三次调查的结果基本一致，我国公众具有基本科学素养的结果基本一致，我国公众具有基本科学素养的比
4、例仅为的比例仅为0.3%0.3%（19961996），美国为），美国为6.9%6.9%，欧共，欧共体为体为4.0%4.0%（均为（均为19901990年结果）。年结果）。20012001年第四次年第四次调查结果是我国公众具有基本科学素养的比例调查结果是我国公众具有基本科学素养的比例为为1.41.4n2 23 3问题：第三次国际数学和科学研问题：第三次国际数学和科学研究（究（TIMSSTIMSS）表明尽管即将高中毕业表明尽管即将高中毕业的孩子大都或多或少知道一些科学现象的孩子大都或多或少知道一些科学现象和原理，但是他们不懂如何将科技知识和原理，但是他们不懂如何将科技知识运用到一个新环境中去、不懂
5、如何自己运用到一个新环境中去、不懂如何自己设计一个实验、对问题的解答只知其然设计一个实验、对问题的解答只知其然而不知其所以然而不知其所以然 n2 24 4原因：原因：原因之一在于孩子们没有原因之一在于孩子们没有“做做”科学。他们没有调查对象，没有科学。他们没有调查对象，没有观察现象，没有设计实验，没有收集数观察现象，没有设计实验，没有收集数据，也没有讨论他们的观点。孩子们没据，也没有讨论他们的观点。孩子们没有机会独立思考和解决问题。相反地，有机会独立思考和解决问题。相反地，他们仅仅是他们仅仅是“读读”了科学了科学 n2 25 5事实：事实：A A当孩子们没有亲身经历在学当孩子们没有亲身经历在学
6、校所学的事物时，课程想要传授的知识校所学的事物时，课程想要传授的知识往往对他们毫无意义往往对他们毫无意义 nB B今天的孩子在成长过程中，他们越来越今天的孩子在成长过程中，他们越来越远离自然界。感性体验的缺乏意味着孩远离自然界。感性体验的缺乏意味着孩子们缺少资源来感知世界子们缺少资源来感知世界 nC C现在的孩子们也带着很多知识来到学现在的孩子们也带着很多知识来到学校，他们带来了身边和遥远世界的广阔校，他们带来了身边和遥远世界的广阔的视觉认识，带来了大量的图象、事实的视觉认识，带来了大量的图象、事实和幻想，电视使辽阔的世界尽收他们眼和幻想，电视使辽阔的世界尽收他们眼底底 n但孩子们深深缺乏的是
7、他们对真实世界但孩子们深深缺乏的是他们对真实世界的各种制约的内在理解以及对希望与行的各种制约的内在理解以及对希望与行动之间区别的理解动之间区别的理解 2 26 6科学教育的价值科学教育的价值n对求知者在探索科学的现实生活的经历对求知者在探索科学的现实生活的经历中发现的主题素材加以应用，最好地说中发现的主题素材加以应用，最好地说明了应用现有经验把求知者带到一个更明了应用现有经验把求知者带到一个更广阔、更美好、更有序世界的基本原理。广阔、更美好、更有序世界的基本原理。约翰约翰.杜威，经验与教育，杜威，经验与教育，19381938 3 3学习心理的新概念学习心理的新概念n3 31 1随着时间的推移，
8、科学由于其日益随着时间的推移，科学由于其日益增长的内容与复杂性对学习提出了新的增长的内容与复杂性对学习提出了新的问题。学校传授的知识的价值也受到对问题。学校传授的知识的价值也受到对学校外部情境的适用性的检验学校外部情境的适用性的检验 3 32 2五个最新的学习概念五个最新的学习概念n在过去的三十年中，由于研究工作的推在过去的三十年中，由于研究工作的推进，已在有关学习的五个领域内产生了进，已在有关学习的五个领域内产生了新的概念。作为有关人类学习的新信息新的概念。作为有关人类学习的新信息的积累成果，对的积累成果，对 有效的学习是如何进展有效的学习是如何进展的的 这一问题的观点，已由这一问题的观点，
9、已由 受益于勤奋受益于勤奋练习练习 转变为转变为 学生对知识的理解与应用学生对知识的理解与应用 A A记忆与知识结构记忆与知识结构 n对于记忆的理解已经超出了简单的联想对于记忆的理解已经超出了简单的联想范畴；许多研究描述了知识及其内涵的范畴；许多研究描述了知识及其内涵的结构。对学习者如何形成信息的相连贯结构。对学习者如何形成信息的相连贯的结构的了解，在理解被组织的知识的的结构的了解，在理解被组织的知识的本质时是极其有用的，而这种被组织的本质时是极其有用的，而这种被组织的知识通常潜藏在有效的理解与思考之下知识通常潜藏在有效的理解与思考之下 B B对问题求解与推理的分析对问题求解与推理的分析 n对
10、专家学习的基础研究是影响当代学习对专家学习的基础研究是影响当代学习理论最为重要的因素之一。学习理论现理论最为重要的因素之一。学习理论现在可以解释学习者如何获取探求问题的在可以解释学习者如何获取探求问题的技能，并将这些通用的策略应用于许多技能，并将这些通用的策略应用于许多问题求解的情境。在学习解决问题的技问题求解的情境。在学习解决问题的技能方面，初学者与在特定领域的专家之能方面，初学者与在特定领域的专家之间，存在着明显区别。间，存在着明显区别。n专家们注意信息的特征和富有意义的模式，而初学者专家们注意信息的特征和富有意义的模式，而初学者不注意这些；不注意这些；n专家们获得的极其丰富的知识是有组织
11、的，他们对于专家们获得的极其丰富的知识是有组织的，他们对于信息的组织反映出对事物信息的组织反映出对事物 的深入理解的深入理解n专家们的知识，不能被简化成孤立的事实或命题组，专家们的知识，不能被简化成孤立的事实或命题组，相反，它们具有适用性，也就是说，它是被相反，它们具有适用性，也就是说，它是被“条件化条件化”了的；了的；n专家们能够毫不费力地捡回知识中的重要特征；专家们能够毫不费力地捡回知识中的重要特征；n尽管专家们详细地了解自己的学科，但这并不保证他尽管专家们详细地了解自己的学科，但这并不保证他们能就此话题指导他人；们能就此话题指导他人；n 专家在进入新情境时具有不同层次的灵活性专家在进入新
12、情境时具有不同层次的灵活性。C C早期的基础早期的基础 n为在被控制的研究环境中获取婴幼儿的为在被控制的研究环境中获取婴幼儿的反应，发展起来的创造性的元认知论，反应，发展起来的创造性的元认知论，对早期学习做了大量的阐释。对早期学习做了大量的阐释。对婴幼儿对婴幼儿和儿童的科学研究，揭示了儿童的学习和儿童的科学研究，揭示了儿童的学习倾向与他们组织协调信息、推理及发现倾向与他们组织协调信息、推理及发现解决问题的策略等能力之间的关联。因解决问题的策略等能力之间的关联。因此，教育者们开始重新思考儿童自身能此，教育者们开始重新思考儿童自身能力的重要性。这种能力的发展得益于学力的重要性。这种能力的发展得益于
13、学校学习的种种机会。校学习的种种机会。D D元认知过程与自我调节能力元认知过程与自我调节能力 n个人可以被教会调节自己的行为，这些个人可以被教会调节自己的行为，这些持续的活动使个人内、外部的行为的控持续的活动使个人内、外部的行为的控制成为可能。这些活动中包含如下策略：制成为可能。这些活动中包含如下策略：预测结果，计划，分配时间，为改进理预测结果，计划，分配时间，为改进理解的自我解释，注出错误便于领会，激解的自我解释，注出错误便于领会，激活背景知识等。活背景知识等。E E文化经历与社区参与文化经历与社区参与 n参与社会实践是学习的一项基本形式。学习包参与社会实践是学习的一项基本形式。学习包括适当
14、地协调约束与应变、限制与可能，这些括适当地协调约束与应变、限制与可能，这些都包括在社区实践中。社会规范重视对理解的都包括在社区实践中。社会规范重视对理解的探寻过程，这促进了学习。早期学习得益于家探寻过程，这促进了学习。早期学习得益于家庭与社会环境的支持，并贯穿在由成人和孩子庭与社会环境的支持，并贯穿在由成人和孩子共同参予的活动中。这些活动有效地为儿童提共同参予的活动中。这些活动有效地为儿童提供了对文化规范的建构和理解，这一过程发生供了对文化规范的建构和理解，这一过程发生在孩子入学之前相当长的时期内。在孩子入学之前相当长的时期内。3 33 3几点重要学习理论的结论几点重要学习理论的结论nA A学
15、生在来教室时，也带来了他们对世界学生在来教室时，也带来了他们对世界的情况已有的看法。的情况已有的看法。n如果没有这些最初的理解，他们可能无如果没有这些最初的理解，他们可能无法理解要教授的新概念和知识，或者仅法理解要教授的新概念和知识，或者仅仅为了考试而记住它们，但在课堂外又仅为了考试而记住它们，但在课堂外又回到原来的概念。回到原来的概念。n孩子在学前班的时候开始对周围的现象孩子在学前班的时候开始对周围的现象形成最初的理解形成最初的理解(无论正确与无论正确与否否)(Wellman,1990)(Wellman,1990)n这些最初的理解会对新概念和看法的形这些最初的理解会对新概念和看法的形成有很深
16、的影响。有时这些理解是正确成有很深的影响。有时这些理解是正确的，为新知识打下基础。但有时理解是的，为新知识打下基础。但有时理解是错误的错误的(Carey and Gelman,1991)(Carey and Gelman,1991)。n在科学学习中，学生们经常对不容易观在科学学习中，学生们经常对不容易观察的物理特性产生错误的概念。对于人察的物理特性产生错误的概念。对于人类，许多固有的观念即默守成规又简单，类，许多固有的观念即默守成规又简单，象历史被理解成好人与坏人之间的斗争象历史被理解成好人与坏人之间的斗争(Gardner,1991)(Gardner,1991)。n詹姆士詹姆士Minstrel
17、l,Minstrell,一位高中物理教师，这样一位高中物理教师，这样来描述这个过程：来描述这个过程：(Minstrell,1989:130-131)(Minstrell,1989:130-131)学生们对力学的最初观点就象纺砂车的线学生们对力学的最初观点就象纺砂车的线头，有些并不相联，有些松散地连在一起。教头，有些并不相联，有些松散地连在一起。教学的行为可被认为是帮助学生把单独想法的线学的行为可被认为是帮助学生把单独想法的线头联接起来，并对其标记，然后编织成更完整头联接起来，并对其标记，然后编织成更完整的理解，象一块布一样。不仅仅是对相关信念的理解，象一块布一样。不仅仅是对相关信念的简单抛弃，
18、老师们应尽可能地帮助学生区分的简单抛弃，老师们应尽可能地帮助学生区分他们现在的想法与以前的想法，并把概念性的他们现在的想法与以前的想法，并把概念性的观点与科学家们的原理结合起来。观点与科学家们的原理结合起来。n在孩子们早期形成的理解已是十分稳固了。举在孩子们早期形成的理解已是十分稳固了。举例来说，曾发现有些孩子坚持认为地球是平的，例来说，曾发现有些孩子坚持认为地球是平的，把地球想象成为一张平铺的饼。把地球想象成为一张平铺的饼。(Vosniadou(Vosniadou and Brewer,1989)and Brewer,1989)。n找出已有的理解方式并对之研究，这对所有年找出已有的理解方式并
19、对之研究，这对所有年龄的学习者都是很重要的。许多研究实验表明龄的学习者都是很重要的。许多研究实验表明对于大龄学生，即使教会他们新的与原来概念对于大龄学生，即使教会他们新的与原来概念相矛盾的原理，在脑海里仍然存留着过去的错相矛盾的原理，在脑海里仍然存留着过去的错误理解。误理解。学习的认知建构过程学习的认知建构过程n要想用科学的解释替代错误的成见，学要想用科学的解释替代错误的成见，学生们必须把成见展现出来，并找出它的生们必须把成见展现出来，并找出它的缺陷缺陷。B B理解最为重要理解最为重要 n理解的前提：理解的前提：(a)(a)基本知识的扎实基础，基本知识的扎实基础，(b)(b)在在知识结构关系中
20、事实和观点的理解，知识结构关系中事实和观点的理解，(c)(c)在组在组织知识结构时容易记忆和应用的方式。织知识结构时容易记忆和应用的方式。n理解表现出来的行为：理解表现出来的行为：计划任务的能力，观察计划任务的能力，观察模式的情况，收集有道理的争论和解释，并对模式的情况，收集有道理的争论和解释，并对其它问题做出类比，以上这些能力与基础概念其它问题做出类比，以上这些能力与基础概念知识的很好地结合运用。知识的很好地结合运用。n对概念的掌握包含着对新信息理解情况对概念的掌握包含着对新信息理解情况的形象描述，能够看到模式和其中之间的形象描述，能够看到模式和其中之间的关系及差别。并不见得需要比别人记的关
21、系及差别。并不见得需要比别人记住更全面的信息，但凭着对概念的理解，住更全面的信息，但凭着对概念的理解，能够找出别人无法发现的信息中的含义，能够找出别人无法发现的信息中的含义，随而挑选和记住其关的信息随而挑选和记住其关的信息 。n科学教育的任务可被看成是指引学生向科学教育的任务可被看成是指引学生向形成更正式理解的方向去形成更正式理解的方向去(或者说更深的或者说更深的理解理解)。这就需要既要加深对课程知识信。这就需要既要加深对课程知识信息含量的了解、又要扩展其知识结构的息含量的了解、又要扩展其知识结构的范围。范围。C C每个孩子都是科学家每个孩子都是科学家 n天文学家卡尔天文学家卡尔.萨根曾经说过
22、：萨根曾经说过：“每个人每个人在他们幼年的时候都是科学家，因为每在他们幼年的时候都是科学家，因为每个孩子都和科学家一样，对自然界的奇个孩子都和科学家一样，对自然界的奇观满怀着好奇和敬畏。观满怀着好奇和敬畏。”n保持孩子的这种好奇心就成为了老师、保持孩子的这种好奇心就成为了老师、家长们的重大责任。家长们的重大责任。n探究事物的本源是保护学生好奇心的最好方式探究事物的本源是保护学生好奇心的最好方式n人居然是猿变来的n有生命的物体居然是无生命的物体变来的n悬浮在水中的微小颗粒居然在作杂乱无章的运动n浩瀚的宇宙竟然是由各种结构层次的系统组成nn学了科学以后，我周围的世界仿佛变了个样子4 4对高质量科学
23、教育的展望对高质量科学教育的展望n4 41 1前提前提n学生应有机会展示自己的想法，并在实学生应有机会展示自己的想法，并在实践中改变原来的想法或发展新的思想践中改变原来的想法或发展新的思想n应有较为宽松的学习环境，心理有安全应有较为宽松的学习环境，心理有安全感感n应有充分应有充分“做做”科学的机会科学的机会n应坚信所有的学生都能学好科学应坚信所有的学生都能学好科学n4 42 2结果结果n学生在学生在“做做”科学的过程中，能积极投科学的过程中，能积极投入学习，掌握新的概念和技能入学习，掌握新的概念和技能n有团队精神有团队精神n理解科学的本质理解科学的本质n科学本质科学本质科学是什么科学是什么n事
24、实 Fact:在科学上，业经不断重复证实的所观察到的现象。定律 law:关于自然界某些方面在特定环境中如何表现的概括描述。假设Hypothesis:可以用来建立更复杂的推断和解释关于自然界的试验性的表述。理论Theory:在科学上，可将事实、定律、推断和业经验证的假设综合一起自然界的某些方面有充分根据的解释。n知识是一个概念的结构体系；随着新证知识是一个概念的结构体系；随着新证据的发现可能要被修订；人类的认识只据的发现可能要被修订；人类的认识只能逼近真理，但永远不可能达到真理能逼近真理，但永远不可能达到真理n科学上的结论是科学家团队协商的结果科学上的结论是科学家团队协商的结果n科学知识极大地依
25、赖于观察、实验证据、科学知识极大地依赖于观察、实验证据、理性辩论和怀疑，但并非全部理性辩论和怀疑，但并非全部n不存在科学研究的唯一途径不存在科学研究的唯一途径n观察负载观察负载(Theory Laden)着理论着理论n4 42 2提倡提倡“以探究为中心以探究为中心”进行教学进行教学n科学探究对培养科学兴趣有不可替代的科学探究对培养科学兴趣有不可替代的作用作用n科学探究对培养科学探究所需要的能力科学探究对培养科学探究所需要的能力有不可替代的作用有不可替代的作用n科学探究能增进对科学本质的理解科学探究能增进对科学本质的理解n科学探究是一种理解科学知识的学习策科学探究是一种理解科学知识的学习策略略n
26、探究涉及探究涉及“观察；提问；查看书本和其他信息观察；提问；查看书本和其他信息以获得已知的知识；安排调查；根据实验证据以获得已知的知识；安排调查；根据实验证据对已知知识进行评价；应用工具收集、分析并对已知知识进行评价；应用工具收集、分析并解释数据；提出方案、进行解释和预测；交流解释数据；提出方案、进行解释和预测；交流结论结论”。这些活动都深深地扎根于科学传统和。这些活动都深深地扎根于科学传统和教育理论。教育理论。n探究之所以显得新，其原因在于许多学校已经探究之所以显得新，其原因在于许多学校已经习惯于依赖教科书作为向学生传播知识的主要习惯于依赖教科书作为向学生传播知识的主要工具。工具。探究教学的
27、探究教学的V V字模型字模型思考思考理论理论概念概念事件事件问题问题操作操作应用应用结论结论解释解释转化转化事实事实记录记录学习周期（奥布赖恩）学习周期（奥布赖恩）n1 1集中阶段：学生们首先描述和表达他们集中阶段：学生们首先描述和表达他们对一个话题的观点。这常常是在课堂讨对一个话题的观点。这常常是在课堂讨论中完成的，在此过程中他们可交流各论中完成的，在此过程中他们可交流各自对本话题所知的所有知识，相互了解自对本话题所知的所有知识，相互了解各自想进一步学习的内容。对老师来说，各自想进一步学习的内容。对老师来说，这是一个绝好的机会了解学生目前的知这是一个绝好的机会了解学生目前的知识水平和可能的错
28、误概念，从而考虑如识水平和可能的错误概念，从而考虑如何把这些信息添加到计划好的课程计划何把这些信息添加到计划好的课程计划中来。中来。n2 2 探索阶段：学生们亲自参加并深探索阶段：学生们亲自参加并深入探究各种科学现象。在这个阶段，对入探究各种科学现象。在这个阶段，对学生来说很重要的一点就是必须有足够学生来说很重要的一点就是必须有足够的时间来完成他们的工作，如果有必要的时间来完成他们的工作，如果有必要的话必须重复他们的试验。在本阶段学的话必须重复他们的试验。在本阶段学生们常被分成小组，这样他们有机会与生们常被分成小组，这样他们有机会与同班同学就自己的观点进行讨论，这是同班同学就自己的观点进行讨论
29、，这是学习过程中重要的一个组成部分。学习过程中重要的一个组成部分。n3 3 思考阶段：学生们收集和整理他们思考阶段：学生们收集和整理他们的数据，交流他们的观点，分析并对自的数据，交流他们的观点，分析并对自己的结论进行争辩。在这个阶段，要求己的结论进行争辩。在这个阶段，要求学生们交流他们的观点，这常常可以有学生们交流他们的观点，这常常可以有助于巩固他们的学习。当学生在进行综助于巩固他们的学习。当学生在进行综合思考，解释自己结论的时候，教师要合思考，解释自己结论的时候，教师要对他们给予必要的指导。对他们给予必要的指导。n4 4 应用阶段：这个阶段要为学生提应用阶段：这个阶段要为学生提供机会，让他们
30、在新环境中和现实生活供机会，让他们在新环境中和现实生活中应用他们所学到的知识。中应用他们所学到的知识。CORE模式n根据根据CORECORE模式，学习课业能引发学模式，学习课业能引发学生 联 系 已 有 知 识生 联 系 已 有 知 识(C o n n e c t t o(C o n n e c t t o students knowledge)students knowledge)、组织新的学习、组织新的学习内容内容(Organise new content)(Organise new content)、反思所、反思所学学(Reflect on what has been(Reflect o
31、n what has been learned)learned)，以及把知识灵活地、适切地，以及把知识灵活地、适切地应 用 到 其 它 情 境应 用 到 其 它 情 境 (E x t e n d b y (E x t e n d b y transferring knowledge to new transferring knowledge to new contexts)contexts)。n1 1）好奇心（提问，想知道）；）好奇心（提问，想知道）；2 2）对证）对证据的尊敬（思想开明，愿意思考相互矛据的尊敬（思想开明，愿意思考相互矛盾的证据）；盾的证据）；3 3）批判性的思考（确定观）批判性的思考（确定观察资料的重要性，对所观察事物进行评察资料的重要性，对所观察事物进行评价）；价）；4 4）适应性（愿意保留看法和重新）适应性（愿意保留看法和重新思考观点）；思考观点）；5 5）对生物的敏感性（尊重）对生物的敏感性（尊重生命，环境意识）。生命，环境意识）。美国美国科促会美国美国科促会（AAAS）使科学成为一种文化使科学成为一种文化结语结语一个国家的命运，依赖于它一个国家的命运，依赖于它的人民对其周围世界的信的人民对其周围世界的信息的了解与运用的能力息的了解与运用的能力 杰弗逊杰弗逊(Jefferson)(Jefferson)
