第一章 什么是科学

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1 探 究 式 科 学 教 育 教 学 指 导 书 韦 钰 P.Rowell( 加 ) 2005 年 7 月 1

2 序 言 做 中 学 科 学 教 育 试 点 工 作 在 中 国 开 展 已 经 三 年 多 了, 第 一 批 中 国 的 五 个 优 选 案 例 集 成 做 中 学 在 中 国 一 书, 也 已 经 由 教 育 科 学 出 版 社 出 版 据 我 了 解, 取 得 较 好 成 绩 的 试 点 城 市 已 扩 大 到 七 八 个, 还 有 许 多 学 校 希 望 加 入 这 项 科 学 教 育 改 革 的 行 列 在 几 年 的 实 践 中, 不 断 有 教 师 提 出 需 要 一 本 供 教 师 用 的 指 导 书, 或 是 培 训 教 师 的 指 导 书 教 育 部 颁 布 了 小 学 科 学 教 育 的 标 准 以 后, 一 些 教 科 书 相 继 迅 速 问 世, 这 种 需 要 更 显 迫 切 出 于 对 做 中 学 科 学 教 育 试 点 工 作 的 热 爱, 我 自 告 奋 勇 来 着 手 写 这 本 书 虽 然, 从 1994 年 开 始 我 就 参 与 了 国 际 科 学 界 对 探 究 式 科 学 教 育 的 研 究 和 推 动, 参 加 过 不 少 会 议, 观 看 过 不 少 国 内 外 学 校 的 科 学 教 育 课 ; 科 学 研 究 也 伴 随 着 我 的 一 生, 但 是, 我 对 小 学 教 育 毕 竟 不 熟 悉 恰 在 此 时, 中 加 合 作 项 目 加 强 中 国 西 部 基 础 教 育 项 目 启 动 了, 项 目 中 需 要 编 写 一 本 探 究 式 科 学 教 育 的 远 程 教 师 培 训 教 材 我 有 幸 被 邀 请 为 该 项 目 的 顾 问 和 参 与 撰 写 培 训 教 材 的 工 作, 因 此, 得 以 在 今 年 4 月, 到 加 拿 大 埃 德 蒙 顿 (Edmonton) 大 学 参 加 为 期 两 周 的 工 作 会 议 这 期 间, 我 能 和 罗 威 (Patricia M. Rowell) 教 授 等 加 拿 大 朋 友 进 行 交 流 和 研 讨, 得 益 匪 浅 罗 威 教 授 对 2

3 儿 童 科 学 教 育 有 长 期 的 研 究 和 教 学 经 验, 是 加 拿 大 阿 尔 伯 塔 省 (Alberta) 小 学 科 学 教 育 标 准 和 教 材 的 主 要 编 写 者 之 一 两 周 在 加 拿 大 的 工 作 和 研 讨, 扩 大 了 我 的 视 野, 从 与 中 国 城 市 的 教 师 合 作 到 和 西 部 农 村 的 教 师 合 作 ; 从 科 学 研 究 的 视 野 到 教 学 的 视 野, 使 我 对 探 究 式 科 学 教 育 的 认 识 有 了 新 的 飞 跃 经 过 商 议, 我 和 罗 威 教 授 决 定 共 同 来 完 成 这 本 用 于 对 中 国 教 师 进 行 培 训 的 探 究 式 科 学 教 育 教 学 指 导 书 我 原 来 就 写 好 了 前 五 章 的 初 稿, 在 到 加 拿 大 参 加 工 作 研 讨 以 后, 我 在 前 面 的 章 节 中, 特 别 是 第 三 四 章 中 加 入 了 罗 威 教 授 提 供 的 一 些 课 堂 运 用 的 实 际 策 略 第 六 章 有 关 评 估 的 内 容 是 由 罗 威 教 授 写 出 英 文 原 稿 后, 我 把 它 译 成 中 文 的 译 完 以 后, 我 注 意 到 内 容 方 面 和 前 面 几 章 有 重 复 之 处, 侧 重 和 论 述 的 细 节 上 也 有 些 不 同 经 考 虑, 我 决 定 保 留 第 六 章 译 文 的 完 整 性, 不 作 改 变, 只 是 做 作 一 些 必 要 的 文 字 通 顺 工 作 这 样 做, 不 仅 是 因 为 删 节 很 难, 而 且 我 认 为 在 评 估 的 一 章 里, 把 一 些 重 点 重 复 一 下, 对 教 师 更 好 地 理 解 探 究 式 科 学 教 育 会 有 好 处 即 便 是 在 探 究 式 科 学 教 育 的 框 架 内, 有 不 同 的 侧 重 和 风 格, 可 以 扩 大 教 师 的 视 野, 让 教 师 在 比 较 中 选 取 适 合 自 己 的 教 学 方 式 在 我 参 与 中 加 项 目 期 间, 加 方 的 彼 得 (Peter Morgan) 先 生 吴 洁 女 士 中 方 的 王 珠 珠 郑 大 伟 刘 占 兰 和 章 学 梅 3

4 同 志 都 给 予 了 很 多 支 持 和 协 助 指 导 书 写 就 以 后, 在 南 京 和 北 京 先 后 以 此 书 为 主 线 办 了 几 期 教 师 的 高 级 研 讨 班, 一 些 教 师 对 本 书 的 进 一 步 完 善 提 出 了 宝 贵 的 意 见, 在 此 一 并 表 示 感 谢 写 这 类 书, 对 我 来 说 是 初 次, 不 足 之 处, 请 使 用 者 不 吝 指 正 韦 钰 2005 年 7 月 于 北 京 4

5 目 录 序 言 第 一 章 什 么 是 科 学 第 一 节 科 学 知 识 第 二 节 科 学 研 究 的 原 则 和 类 型 第 三 节 科 学 精 神 和 科 学 态 度 第 四 节 科 学 素 质 参 考 文 献 第 二 章 中 国 小 学 的 科 学 教 育 改 革 第 一 节 第 二 节 第 三 节 第 四 节 第 五 节 科 学 教 育 的 重 要 性 课 程 标 准 中 的 科 学 教 育 SCI 和 探 究 式 科 学 教 育 做 中 学 科 学 教 育 项 目 简 介 实 施 科 学 教 育 改 革 的 过 程 和 要 素 参 考 文 献 第 三 章 探 究 式 科 学 教 育 第 一 节 什 么 是 探 究 第 二 节 什 么 是 探 究 式 科 学 教 育 5

6 参 考 文 献 第 三 节 探 究 式 科 学 教 育 的 步 骤 第 四 节 为 什 么 要 以 探 究 的 方 式 来 学 习 科 学 第 四 章 探 究 式 科 学 教 育 中 教 师 和 学 生 的 作 用 第 一 节 教 师 的 引 导 组 织 和 支 持 作 用 第 二 节 学 生 是 主 动 的 学 习 者 第 三 节 教 师 和 学 生 的 互 动 参 考 文 献 第 五 章 探 究 式 科 学 教 育 实 践 中 的 一 些 要 点 第 一 节 提 出 合 适 的 探 究 问 题 第 二 节 如 何 组 织 讨 论 第 三 节 关 于 观 察 第 四 节 关 于 科 学 记 录 和 表 达 第 五 节 关 于 从 其 他 资 源 获 取 信 息 和 信 息 技 术 的 应 用 参 考 文 献 第 六 章 探 究 式 科 学 教 育 中 对 学 生 学 习 的 评 测 第 一 节 评 测 的 目 的 第 二 节 评 测 任 务 的 设 计 第 三 节 对 探 究 式 科 学 教 育 成 效 的 预 期 6

7 第 四 节 科 学 教 育 评 测 的 特 点 第 五 节 进 行 连 续 的 评 测 附 录 参 与 式 教 师 培 训 计 划 举 例 7

8 第 一 章 什 么 是 科 学 教 师 对 科 学 的 理 解, 以 及 他 们 对 科 学 的 态 度, 直 接 影 响 到 科 学 教 育 的 实 施, 影 响 到 学 生 科 学 探 究 学 习 的 质 量, 因 而, 帮 助 教 师 回 顾 和 整 理 澄 清 和 明 确 对 科 学 本 身 的 认 识 非 常 重 要 同 时, 在 科 学 教 育 课 中, 除 了 需 要 让 学 生 掌 握 有 关 科 学 知 识 的 概 念 以 外, 也 需 要 让 学 生 明 确 有 关 科 学 本 身 的 一 些 基 本 概 念 什 么 是 科 学 呢? 通 常 科 学 指 近 代 科 学, 一 般 把 伽 利 略 (Galileo, ) 的 研 究 工 作 和 他 对 实 证 方 法 的 确 立, 看 作 是 现 代 科 学 诞 生 的 标 志 科 学 原 来 指 的 是 自 然 科 学, 上 世 纪 九 十 年 代 联 合 国 教 科 文 组 织 (UNESCO) 重 新 明 确 了 科 学 的 范 围 按 照 联 合 国 教 科 文 组 织 给 出 的 定 义, 科 学 包 括 自 然 科 学 和 社 会 科 学 在 幼 儿 园 和 小 学 的 科 学 教 育 里, 我 们 探 究 的 是 自 然 科 学 领 域 的 问 题 科 学 和 技 术 是 两 个 不 同 的 概 念, 虽 然, 它 们 之 间 有 联 系, 我 们 在 习 惯 上 也 经 常 把 它 们 联 在 一 起, 但 它 们 起 源 研 究 的 内 容 与 方 法 以 及 对 社 会 的 作 用 有 很 多 不 同 简 要 地 讲, 科 学 在 认 识 世 界 中 发 现 新 的 知 识, 而 技 术 在 改 造 世 界 中 发 展 新 的 手 段 对 学 生 进 行 科 学 和 技 术 两 方 面 的 教 育 都 是 很 必 要 的 对 小 学 科 学 教 育 来 说, 主 要 是 让 学 生 获 得 自 然 科 学 方 面 的 一 些 基 础 概 念 和 探 究 的 技 能, 但 是, 也 会 在 实 际 动 手 中 涉 及 一 些 技 术 的 8

9 使 用 我 们 鼓 励 在 实 验 中 考 虑 到 发 展 适 合 于 学 生 的 技 能, 把 科 学 和 技 术 结 合 在 探 究 过 程 中 这 样 做, 对 这 个 年 龄 段 儿 童 的 发 展 是 很 有 好 处 的, 如 建 构 一 些 结 构 模 型 和 搭 建 电 动 车 等, 不 仅 有 利 于 发 展 学 生 运 用 多 种 感 官 和 感 知 的 能 力, 而 且 也 有 助 于 发 展 学 生 综 合 解 决 问 题 的 能 力 据 学 者 们 研 究, 对 科 学 的 定 义 至 少 有 50 多 种 所 以, 我 们 不 必 去 深 究 科 学 的 确 切 定 义, 而 是 去 理 解 有 关 科 学 的 主 要 含 义 我 们 论 及 科 学, 至 少 包 含 科 学 知 识 科 学 研 究 和 科 学 方 法 科 学 精 神 和 科 学 态 度, 还 可 以 包 括 科 学 素 质 等 第 一 节 科 学 知 识 自 古 以 来, 人 类 就 在 大 自 然 中 进 化 生 存 和 发 展 人 类 对 自 身 生 命 的 奥 秘, 以 及 对 周 围 绚 丽 多 彩 而 又 复 杂 多 变 的 自 然 界, 不 断 地 在 进 行 探 索, 不 断 地 用 不 同 的 方 式 进 行 解 释, 包 括 用 诗 歌 绘 画 舞 蹈 等 艺 术 形 式, 用 哲 学 宗 教 和 各 种 假 说 等 但 是, 科 学 的 解 释 与 其 他 形 式 不 同 科 学 的 语 言 是 基 于 实 证 的, 有 推 理 和 经 过 归 纳 的, 力 求 用 定 量 而 简 明 朴 素 的 语 言 来 描 述 事 实, 表 达 概 念 和 规 律 例 如, 在 我 们 周 围 存 在 着 许 多 自 然 界 的 现 象, 这 之 中 包 含 了 一 些 必 然 的 因 果 关 系, 如 我 们 松 开 手, 石 头 就 会 落 到 地 上 古 代 的 人 们 试 图 去 描 述 这 个 过 程, 解 释 石 头 和 其 他 物 体 是 怎 样 落 向 地 面 的 两 千 多 年 前, 古 希 腊 的 著 名 学 者 亚 里 士 多 德 9

10 (Aristotle, 公 元 前 384- 公 元 前 322) 首 先 把 对 这 类 现 象 的 描 述 归 纳 成 为 规 律 他 认 为, 体 积 相 等 的 两 个 物 体, 较 重 的 下 落 得 较 快, 较 轻 的 下 落 得 较 慢 他 又 认 为, 在 物 体 下 落 的 过 程 中, 下 落 的 速 度 是 恒 定 的, 物 体 在 作 匀 速 运 动 在 伽 利 略 (Galileo, ) 以 前 近 两 千 年 的 时 间 里, 没 有 人 对 亚 里 士 多 德 的 主 张 提 出 疑 问 伽 利 略 对 亚 里 士 多 德 的 主 张 发 生 了 怀 疑 为 此, 伽 利 略 设 计 了 实 验 传 说 他 在 二 十 多 岁 时, 曾 爬 上 位 于 意 大 利 比 萨 城 的 比 萨 斜 塔, 做 实 验 来 验 证 亚 里 士 多 德 的 论 断 他 的 实 验 结 果 证 明 了 亚 力 士 多 德 关 于 物 体 下 落 的 快 慢 与 它 们 的 重 量 成 正 比 的 论 断 是 错 误 的 运 用 推 理 的 方 法, 伽 利 略 对 物 体 下 落 是 否 速 度 恒 定 也 产 生 了 怀 疑 为 证 实 他 对 亚 里 士 多 德 主 张 的 疑 问, 他 设 计 了 一 个 实 验, 用 一 块 近 十 一 米 长 的 木 板, 将 木 板 中 间 刻 画 出 一 个 宽 为 两 个 多 厘 米 的 沟 槽, 并 用 非 常 光 滑 的 牛 皮 纸 覆 盖 它, 以 减 少 摩 擦 力 他 让 一 个 光 滑 的 铜 球 沿 着 斜 面 滚 下, 同 时 用 一 个 带 有 阀 门 的 蓄 水 器 计 时 在 做 了 球 从 不 同 高 度 滚 下 斜 面 的 近 百 次 左 右 的 实 验 后, 他 发 现 铜 球 运 动 距 离 和 时 间 之 间 的 关 系 非 常 接 近 于 z = Kt 2, 而 不 是 如 亚 里 士 多 德 所 总 结 的 z = Kt ( 式 中 K 是 常 数,z 是 距 离,t 是 时 间 ) 当 时 还 没 有 可 以 精 确 计 量 时 间 的 仪 器, 为 了 计 量 时 间, 伽 利 略 在 一 个 水 桶 的 底 部 装 上 一 根 很 细 的 管 子, 做 实 验 时, 在 物 体 沿 着 斜 面 下 滑 的 过 程 中, 水 同 时 经 过 这 根 细 的 管 子 流 到 一 个 杯 子 里, 精 确 地 称 出 杯 子 里 10

11 水 的 重 量, 就 可 以 知 道 不 同 运 动 时 间 之 间 的 比 例 伽 利 略 用 了 定 量 的 方 法 来 进 行 测 量, 用 实 证 的 实 验 方 法 证 实 了 他 的 假 定, 用 逻 辑 推 理 归 纳 出 了 规 律, 证 明 物 体 下 落 是 加 速 度 不 变 的 加 速 运 动, 而 不 是 速 度 不 变 的 匀 速 运 动 这 种 因 怀 疑 而 提 出 问 题, 用 具 有 精 确 定 量 的 方 法 来 做 实 验, 并 从 事 实 中 运 用 推 理 归 纳 出 定 律 和 数 学 模 型 的 过 程, 集 中 体 现 了 近 代 科 学 研 究 的 主 要 特 点 所 以, 人 们 一 般 把 伽 利 略 的 研 究 工 作 视 作 为 近 代 科 学 的 开 始 伽 利 略 解 决 了 物 体 是 怎 样 落 向 地 面 的 问 题 但 是, 为 什 么 物 体 会 落 向 地 面, 而 不 是 远 离 地 面 呢? 物 体 落 向 地 面 是 日 常 到 处 可 见 的 自 然 现 象, 人 们 都 很 熟 悉, 但 是 很 长 时 期 里 没 有 人 问 为 什 么 直 到 17 世 纪, 英 国 科 学 家 牛 顿 (Newton, ) 进 一 步 研 究 了 石 头 为 什 么 会 落 向 地 球, 为 什 么 是 加 速 运 动 他 力 图 归 纳 出 不 仅 适 用 于 地 球 与 位 于 地 球 上 物 体 之 间 的 相 互 作 用 规 律, 也 适 用 于 宇 宙 大 千 世 界 中 不 同 物 体 之 间 的 相 互 作 用 规 律 观 察 了 许 多 在 自 然 界 发 生 的 过 程 以 后, 牛 顿 从 直 觉 的 假 想 出 发, 利 用 数 学 模 型 归 纳 出 适 用 于 世 上 万 千 物 体 之 间 作 用 的 万 有 引 力 模 型 许 多 不 同 的 实 验 为 牛 顿 的 假 想 提 供 了 实 证, 他 的 假 想 就 成 为 了 公 认 的 万 有 引 力 定 律 直 到 20 世 纪 初, 爱 因 斯 坦 (Einstein, ) 认 为 牛 顿 的 定 律 在 描 述 宇 宙 的 某 些 现 象 时 有 局 限 性, 于 是 在 11

12 牛 顿 的 基 础 上 诞 生 了 相 对 论 这 种 对 客 观 世 界 的 研 究 进 程 会 继 续 不 断 地 深 入 进 行 下 去, 科 学 研 究 就 是 这 样 不 断 地 肯 定 否 定 否 定 之 否 定, 依 靠 实 证 来 不 断 逼 近 自 然 界 客 观 存 在 的 真 理, 积 累 着 科 学 知 识 总 之, 科 学 知 识 是 指 人 类 经 过 科 学 研 究 而 积 累 的 系 统 的 对 客 观 世 界 和 人 类 自 身 的 认 识 这 个 认 识 不 断 修 正, 不 断 深 入, 以 逐 步 逼 近 客 观 存 在 科 学 知 识 的 表 现 形 式 有 科 学 事 实 科 学 概 念 科 学 原 理 科 学 理 论 和 科 学 模 型 等 科 学 知 识 并 不 是 固 定 不 变 的 真 理, 更 不 是 绝 对 的 真 理, 科 学 具 有 开 放 性 通 俗 地 说, 科 学 知 识 的 得 来 是 有 道 理 的, 经 过 实 证 证 明 的, 但 是, 它 又 是 有 局 限 性 的, 它 在 科 学 家 不 断 地 探 究 之 中 修 正 发 展 和 深 化 无 限 的 客 观 世 界 是 如 此 复 杂, 而 且 在 不 断 地 变 化 之 中, 我 们 人 类 主 观 的 认 识 能 力 与 之 相 比 是 十 分 有 限 的, 人 类 对 客 观 真 理 的 探 究 总 是 不 断 地 在 曲 折 中 前 进 第 二 节 科 学 研 究 的 原 则 和 类 型 在 上 一 节 中, 实 际 上 我 们 已 经 用 实 例 介 绍 了 科 学 研 究 的 主 要 特 点, 现 在 我 们 可 以 把 科 学 研 究 的 原 则 归 纳 如 下 1.1 科 学 研 究 应 该 符 合 以 下 的 原 则 : 科 学 研 究 的 第 一 原 则 : 引 出 有 价 值 的 能 用 实 证 方 法 来 进 行 研 究 的 问 题 12

13 从 直 觉 的 怀 疑 到 概 括 和 界 定 出 一 个 有 价 值 的 研 究 问 题, 对 科 学 研 究 来 说 是 很 重 要 的 引 出 的 问 题 应 是 为 填 补 现 存 知 识 的 缺 陷 ; 或 是 为 了 寻 求 新 的 知 识 ; 致 力 于 鉴 别 某 些 现 象 的 一 种 或 多 种 起 因 ; 对 一 些 假 说 进 行 规 范 的 实 验 等 在 进 行 具 体 科 学 研 究 时, 必 须 首 先 认 真 地 阅 读 科 学 文 献, 详 细 地 了 解 已 有 的 科 学 成 就, 以 便 对 已 有 的 有 关 理 论 方 法 和 实 证 工 作 有 详 尽 的 了 解, 然 后 才 能 确 定 研 究 的 具 体 问 题 和 目 标, 并 为 求 解 它 而 制 定 研 究 计 划 科 学 研 究 的 第 二 原 则 : 把 研 究 与 有 关 的 理 论 相 联 系 科 学 常 常 把 建 立 理 论 作 为 努 力 的 目 标 这 种 理 论 不 仅 能 解 释 具 体 的 实 例, 也 能 对 某 类 现 象 提 供 普 遍 化 的 解 释 不 论 是 以 明 显 或 是 以 隐 含 的 形 式 出 现, 每 一 种 科 学 探 究 都 会 与 某 个 已 存 在 的 理 论 或 概 念 的 框 架 相 联 系, 并 用 它 们 来 指 导 整 个 研 究 活 动 科 学 通 过 建 立 修 正 和 完 善 已 有 的 理 论, 有 时 也 会 通 过 更 替 已 有 的 理 论, 以 获 得 新 的 解 说, 逐 步 积 累 科 学 知 识 科 学 研 究 的 第 三 原 则 : 使 用 能 够 直 接 对 问 题 进 行 调 查 研 究 的 方 法 在 不 同 的 研 究 中, 应 采 用 不 同 的 与 之 相 适 应 的 研 究 方 法, 这 是 很 重 要 的, 也 是 一 个 普 遍 的 规 律 特 定 的 研 究 构 思 和 方 法 常 常 仅 对 某 一 类 研 究 和 研 究 的 问 题 适 用, 很 难 适 用 于 一 系 列 探 究 中 的 所 有 问 题 和 课 题 因 此, 在 研 究 某 个 系 列 问 13

14 题 时, 经 常 要 采 用 完 全 不 同 的 研 究 方 法 来 对 该 系 列 问 题 中 的 不 同 部 分 进 行 研 究 科 学 研 究 的 第 四 原 则 : 提 供 一 个 连 贯 的 明 晰 的 推 理 过 程 科 学 的 核 心 之 一 是 理 性 的 推 论 : 根 据 已 获 得 的 信 息 和 对 现 象 的 观 察, 提 出 解 释 结 论 或 预 测 科 学 研 究 需 要 一 个 逻 辑 的 推 理 过 程 : 从 实 证 到 理 论, 然 后 再 回 到 实 证 这 个 过 程 是 连 贯 的 可 与 人 分 享 的 对 怀 疑 者 具 有 说 服 力 的 科 学 研 究 的 第 五 原 则 : 可 重 复 性 和 可 推 广 性 科 学 研 究 强 调 对 每 个 发 现 与 结 果 进 行 检 验 证 实 和 校 核 由 于 所 有 的 研 究 都 是 基 于 有 限 的 观 察 结 果 和 实 验 之 上, 因 而, 科 学 上 需 要 把 特 定 情 况 下 获 得 的 发 现, 应 用 于 更 多 的 对 象 和 情 况 当 某 些 发 现 能 在 一 定 的 时 间 和 地 点 范 围 内 被 重 复 实 现 时, 才 可 以 认 为 它 是 被 承 认 的 科 学 知 识 科 学 研 究 的 第 六 原 则 : 公 开 研 究 情 况, 以 便 鼓 励 专 业 界 的 审 查 和 批 评 科 学 研 究 只 有 在 广 泛 地 传 播, 并 得 到 专 业 同 行 的 评 审 后, 才 能 肯 定 它 对 知 识 的 积 累 做 出 了 贡 献 这 种 不 断 进 行 的 合 作 性 的 公 开 的 批 评 是 科 学 界 兴 旺 的 标 志 我 们 了 解 了 科 学 研 究 的 原 则, 可 以 指 导 我 们 的 研 究 工 作, 也 可 以 鉴 别 什 么 样 的 文 章 是 科 学 研 究 的 论 文, 什 么 文 章 只 是 个 别 经 验 的 记 述 例 如 说, 一 篇 科 学 论 文 必 须 附 有 参 考 文 献, 以 说 明 那 些 是 前 人 的 工 作 基 础, 那 些 是 自 己 研 14

15 究 的 发 现, 没 有 给 出 参 考 文 献 的 文 章 不 属 科 学 论 文 在 许 多 介 绍 有 关 教 育 经 验 的 文 章 中, 往 往 只 表 述 如 何 在 自 己 的 班 级 里 获 得 了 成 功 的 过 程, 并 没 有 给 出 条 件, 没 有 统 计 的 结 果, 别 人 无 法 重 复 和 验 证 所 提 供 的 结 果, 这 也 不 是 合 格 的 科 学 研 究 论 文 广 义 的 讲, 科 学 研 究 的 类 型 包 括 科 学 研 究 和 实 验 发 展, 即 我 们 通 常 讲 的 R&D 什 么 是 R&D 呢? 根 据 我 国 科 学 技 术 部 发 布 的 文 件 1.2, 科 学 研 究 与 实 验 发 展 (R&D) 活 动 是 指 在 科 学 技 术 领 域, 为 增 加 知 识 总 量 以 及 运 用 这 些 知 识 去 创 造 新 的 应 用 而 进 行 的 系 统 的 创 造 性 的 活 动 它 包 括 基 础 研 究 应 用 研 究 实 验 发 展 三 类 活 动 基 础 研 究 : 指 为 了 获 得 新 知 识, 而 进 行 的 实 验 性 或 理 论 性 研 究 这 些 新 知 识 包 括 关 于 现 象 和 可 观 察 事 实 的 基 本 原 理, 它 揭 示 客 观 事 物 的 本 质 运 动 规 律, 获 得 新 规 律 新 学 说, 它 不 以 任 何 专 门 或 特 定 的 应 用 或 使 用 为 目 的 应 用 研 究 : 也 是 为 获 得 新 知 识 而 进 行 的 创 造 性 研 究, 主 要 针 对 某 一 特 定 的 目 的 或 目 标 应 用 研 究 是 为 了 确 定 基 础 研 究 成 果 可 能 具 有 的 用 途, 或 是 为 达 到 预 定 的 目 标, 探 索 应 采 取 的 新 方 法 ( 原 理 性 的 ) 或 新 途 径 实 验 发 展 : 指 利 用 基 础 研 究 应 用 研 究 和 实 际 经 验 所 获 得 的 已 有 的 知 识, 为 生 产 新 的 产 品 材 料 和 装 置, 建 立 新 的 15

16 工 艺 系 统 和 服 务, 以 及 对 已 产 生 和 建 立 的 上 述 各 个 项 目 作 实 质 性 的 改 进 而 进 行 的 系 统 性 工 作 科 学 研 究 主 要 包 括 基 础 研 究 和 应 用 研 究, 技 术 发 展 在 应 用 研 究 和 实 验 发 展 中 有 更 多 的 体 现 而 且, 随 着 科 学 和 技 术 的 发 展, 上 述 三 方 面 的 活 动 联 系 越 来 越 紧 密, 有 时 也 很 难 严 格 地 加 以 区 分 在 知 识 社 会 里, 科 学 和 技 术 的 研 究 范 畴 有 了 扩 大, 不 仅 包 含 着 对 知 识 的 发 现 和 将 知 识 应 用 于 改 造 世 界 的 技 术 转 化, 而 且 还 包 括 对 知 识 的 管 理 和 传 递 知 识 向 实 用 的 转 化 不 仅 应 满 足 工 业 上 生 产 新 产 品 的 需 要, 而 且 应 满 足 医 疗 方 面 的 需 要 和 教 育 方 面 的 需 要 例 如 像 在 教 育 上, 现 在 关 于 人 是 怎 样 学 习 的 研 究, 关 于 儿 童 智 力 和 情 绪 发 展 规 律 的 研 究, 都 发 展 很 快, 可 以 说 是 日 新 月 异, 而 且 来 自 不 同 的 学 科 这 些 研 究 的 成 果 要 用 在 日 常 的 教 育 活 动 中, 就 必 须 经 过 归 纳 整 理 和 转 化 知 识 转 化 需 要 作 为 一 种 专 业, 同 样 需 要 科 学 研 究 和 人 才 培 养 今 天, 没 有 智 能 工 具 的 引 导 我 们 不 可 能 管 理 大 量 的 信 息, 智 慧 和 直 觉 经 常 会 在 浩 瀚 的 知 识 海 洋 里 遗 失, 因 而 信 息 的 综 合 运 用 已 经 和 生 成 数 据 本 身 同 样 重 要 什 么 是 科 学 精 神 呢? 第 三 节 科 学 精 神 和 科 学 态 度 在 学 术 界 对 这 个 问 题 的 讨 论 和 争 论 也 不 少 由 王 大 珩 和 16

17 于 光 远 先 生 主 编 的 论 科 学 精 神 一 书 是 当 代 中 国 论 述 科 学 精 神 相 当 高 水 平 的 一 本 著 作 书 的 封 面 上 还 写 有 新 世 纪 初, 我 国 学 者 首 次 深 入 系 统 的 论 科 学 精 神 1.3 书 中 介 绍, 据 樊 洪 业 先 生 考 证 : 在 中 文 文 献 中 最 早 提 出 科 学 精 神 一 词 的 是 留 美 学 生 任 鸿 隽 先 生, 时 间 是 1916 年 竺 可 桢 先 生 曾 把 科 学 精 神 归 结 为 求 是 精 神, 即 只 问 是 非, 不 计 利 害 周 光 召 先 生 在 该 书 的 序 言 中 写 道 : 科 学 精 神 中 最 重 要 的, 一 个 是 实 事 求 是, 一 个 是 追 求 真 理, 这 是 最 根 本 的 内 容 所 以, 将 科 学 精 神 的 核 心 确 定 为 求 真, 即 实 事 求 是 和 追 求 真 理 是 合 适 的 蔡 德 诚 先 生 对 科 学 精 神 的 内 涵 进 行 了 长 期 的 研 究 他 提 出 科 学 精 神 的 内 涵 应 该 包 括 六 个 方 面 : 客 观 的 依 据 理 性 的 怀 疑 多 元 的 思 考 平 权 的 争 论 实 践 的 检 验 和 宽 容 的 激 励 蔡 德 诚 先 生 认 为 客 观 的 依 据 是 科 学 活 动 的 立 基 之 本 科 学 探 索 是 需 要 想 像 力 的, 但 是 这 个 想 像 力 必 须 立 足 于 客 观 依 据, 富 于 想 像 力 决 不 是 凭 空 的 幻 想 和 乱 想 第 二 条 是 理 性 的 怀 疑 人 有 好 奇 的 天 性, 奇 则 察, 细 察 则 生 疑, 疑 逐 生 思 冥 思 而 深 究 疑 是 重 要 的, 但 要 基 于 实 在 的 矛 盾, 要 基 于 事 理 的 逻 辑 第 三 是 多 元 的 思 考, 因 为 客 观 世 界 是 复 杂 的 多 元 的 多 维 的 人 们 需 要 经 过 充 分 地 多 元 多 维 多 方 位 的 思 考, 才 能 产 生 出 理 性 的 怀 疑 第 四 条 是 平 权 的 争 论 平 权 的 争 论 本 身 也 是 科 学 发 展 的 一 个 重 要 保 障 只 有 保 障 了 争 论 的 平 等 17

18 性 和 自 由 度, 才 能 产 生 出 理 性 的 怀 疑 和 多 元 的 思 考 第 五 条 是 实 践 的 检 验, 在 充 分 地 自 由 探 索 和 争 论 以 后, 谁 是 谁 非, 最 后 人 人 都 要 服 从 于 实 践 检 验 的 结 果, 而 且 要 心 悦 诚 服 地 服 从 第 六 条 是 宽 容 的 激 励 人 的 探 知 能 力 是 有 限 的, 要 允 许 失 误 和 失 败, 不 要 以 一 时 一 事 论 英 雄 蔡 德 诚 先 生 对 科 学 精 神 的 内 涵 的 论 述 不 仅 适 用 于 自 然 科 学, 也 适 用 于 社 会 科 学, 而 且 是 联 系 我 国 实 际 和 总 结 了 我 国 的 历 史 经 验 而 提 出 的, 比 较 有 针 对 性 在 西 方 国 家 很 少 见 到 用 科 学 精 神 这 个 词, 相 近 的 词 语 有 批 判 性 思 维 (Critical Thinking). 在 美 国 科 学 促 进 协 会 (AAAS) 颁 布 的 2061 计 划 中, 提 出 通 过 科 学 教 育 儿 童 应 该 具 有 的 科 学 态 度 (attitude) 是 1.4 : 1. 好 奇 心 : 善 于 提 出 问 题, 并 且 积 极 地 去 寻 求 答 案 2. 尊 重 实 证 : 思 路 开 阔, 积 极 主 动 地 去 考 虑 不 同 的 有 冲 突 的 实 证 3. 批 判 地 思 考 : 权 衡 观 察 和 对 观 察 到 的 事 实 进 行 评 价 4. 灵 活 性 : 积 极 主 动 地 接 受 经 证 实 的 结 论 和 重 新 考 虑 自 己 的 认 识 5. 对 变 化 世 界 敏 感 : 有 尊 重 生 命 和 环 境 的 觉 悟 把 上 述 五 条 要 求 和 蔡 德 诚 先 生 提 出 的 科 学 精 神 的 六 个 方 面 对 照 一 下 可 以 看 出 它 们 是 相 当 一 致 的 因 此, 可 以 说 我 国 经 常 使 用 的 科 学 精 神 在 科 学 教 育 中 的 具 体 体 现 就 是 科 18

19 学 态 度, 以 上 的 五 条 可 以 作 为 在 科 学 教 育 中 培 养 学 生 科 学 精 神, 也 就 是 科 学 态 度 或 科 学 价 值 观 的 具 体 标 准 第 五 节 科 学 素 质 在 中 国 科 学 技 术 协 会 发 布 的 全 民 科 学 素 质 大 纲 2049 计 划 中 1.5, 对 中 国 公 民 的 科 学 素 质 (Scientific Literacy) 作 了 如 下 的 描 述 : 科 学 素 质 是 国 民 素 质 的 组 成 部 分, 是 指 公 民 了 解 必 要 的 科 学 知 识, 具 备 科 学 精 神 和 科 学 的 世 界 观, 以 及 用 科 学 态 度 和 科 学 方 法 判 断 和 处 理 各 种 事 物 的 能 力 这 是 对 中 国 公 民 素 质 的 要 求 目 前, 中 国 科 学 技 术 协 会 作 为 牵 头 单 位 的 全 民 科 学 素 质 行 动 计 划 制 定 工 作 领 导 小 组, 正 在 21 份 研 究 报 告 的 基 础 上 1.6, 制 定 至 2020 年 的 全 民 科 学 素 质 行 动 计 划 根 据 该 计 划 的 提 法, 今 后 我 国 对 Scientific Literacy 应 采 用 科 学 素 质 的 统 一 译 名, 而 不 应 再 沿 用 目 前 在 一 些 标 准 和 教 学 用 书 中 的 科 学 素 养 的 提 法 在 经 济 合 作 及 发 展 组 织 (OECD) 进 行 的 国 际 学 生 成 绩 测 试 项 目 (PISA, The Programme for International Student Assessment) 中, 对 所 测 试 学 生 (15 岁 ) 的 科 学 素 质 定 义 为 : 具 有 运 用 科 学 知 识 来 识 别 问 题, 并 能 吸 取 基 于 实 证 的 结 论 的 能 力, 以 便 对 自 然 界 以 及 由 于 人 类 活 动 而 产 生 变 化 的 自 然 界 进 行 理 解 和 进 行 决 策 1.7 在 美 国, 有 多 种 关 于 科 学 素 质 的 定 义, 有 的 由 学 者 提 出, 19

20 有 的 由 机 构 提 出 其 中, 影 响 较 大 的 是 美 国 国 家 研 究 理 事 会 (NRC,National Research Council) 制 定 的 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准 中 给 出 的 定 义 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准 中 认 为, 有 科 学 素 养 就 意 味 着 一 个 人 能 识 别 国 家 和 地 方 决 策 中 所 赖 以 为 基 础 的 科 学 问 题, 并 且 能 提 出 有 科 学 技 术 根 据 的 见 解 来 1.8 以 上 三 方 面 有 关 科 学 素 质 定 义 都 是 强 调 了 培 养 合 格 的 公 民, 以 及 公 民 能 够 行 使 公 民 权 利, 不 是 针 对 从 事 科 学 工 作 的 社 会 特 定 人 群 而 设 立 的, 比 较 合 理 在 教 育 部 颁 发 的 科 学 (3-6 年 级 ) 课 程 标 准 中 1.9, 对 科 学 素 质 所 作 的 定 义 是 : 科 学 素 养 包 括 必 要 的 科 学 知 识 和 技 能 科 学 的 思 维 方 式 对 科 学 的 理 解 科 学 的 态 度 与 价 值 观, 以 及 运 用 科 学 知 识 方 法 解 决 问 题 的 意 识 和 能 力 等 方 面 课 程 标 准 给 出 定 义 除 了 关 于 运 用 科 学 知 识 方 法 解 决 问 题 的 意 识 和 能 力 方 面 的 要 求 以 外, 和 上 面 介 绍 几 种 定 义 也 是 一 致 的 我 们 认 为, 不 可 能 要 求 每 个 国 民 都 应 该 达 到 科 学 工 作 者 的 水 平, 具 有 运 用 科 学 知 识 来 解 决 问 题 的 能 力 在 科 学 技 术 飞 速 发 展 的 今 天, 对 每 个 公 民 提 出 应 具 有 科 学 素 质 的 要 求, 反 应 了 知 识 社 会 的 特 点 公 民 的 科 学 素 质 应 该 包 括 三 方 面 的 内 容 : 掌 握 必 要 的 科 学 知 识 ; 习 惯 于 对 遇 到 的 问 题 用 探 究 的 方 式 来 对 待, 让 探 究 成 为 基 本 的 生 活 态 度 和 思 维 方 式 ; 以 及 具 有 科 学 精 神 指 导 下 的 价 值 取 向 具 有 科 学 20

21 素 质 的 社 会 公 民 可 以 在 知 识 社 会 之 中 求 得 进 一 步 的 发 展 ; 能 对 有 关 信 息 进 行 判 别 和 选 择 ; 以 及 参 与 有 关 国 家 和 本 地 区 决 策 的 讨 论 ( 参 见 图 2.1) 学 生 在 早 期 建 立 的 科 学 概 念, 掌 握 的 探 究 技 能, 以 及 确 立 的 对 科 学 的 态 度 和 价 值 观 念, 对 其 成 年 后 所 具 有 的 科 学 素 质 会 有 决 定 性 的 影 响 参 考 文 献 1.1 Scientific Research in Education, NRC USA, 2002 pp 年 中 国 研 究 与 发 展 统 计 年 报, 中 华 人 民 共 和 国 科 学 技 术 部 王 大 珩, 于 光 远 主 编, 论 科 学 精 神, 中 央 编 译 出 版 社 <Project 2061 Science for all American>, AAAS USA, 关 于 实 施 全 民 科 学 素 质 行 动 计 划 的 建 议, 中 国 科 学 技 术 协 会, 全 民 科 学 素 质 行 动 计 划 课 题 研 究 论 文 集, 科 学 普 及 出 版 社,2005 年 4 月 1.7 Measuring Student Knowledge and Skills, The PISA 2000 Assessment of Reading, Mathematical and Scientific Literacy, OECD 2000 pp76 21

22 1.8 National Science Education Standards, NRC USA 1996 pp 全 日 制 义 务 教 育 科 学 (3-6 年 级 ) 课 程 标 准 ( 实 验 稿 ), 中 华 人 民 共 和 国 教 育 部 制 定 第 二 章 中 国 小 学 的 科 学 教 育 改 革 在 中 国 小 学 里 曾 经 开 设 过 自 然 课 的 课 程, 近 年 来, 不 同 的 科 学 教 育 试 验 项 目 开 始 在 一 些 幼 儿 园 和 小 学 里 开 展 我 国 教 育 部 新 课 程 标 准 中 规 定 从 小 学 三 年 级 开 始 设 立 科 学 课, 三 年 级 以 前, 包 括 幼 儿 园 阶 段 不 设 科 学 课, 而 且, 科 学 课 没 有 作 为 小 学 阶 段 的 主 要 课 程, 在 许 多 学 校 里 不 受 重 视 在 西 方 发 达 国 家, 进 行 幼 儿 园 和 小 学 的 科 学 教 育 改 革 大 致 已 有 年 的 历 史 他 们 认 为, 国 家 创 新 能 力 的 建 设 必 须 从 幼 儿 园 和 小 学 的 科 学 教 育 改 革 抓 起, 把 科 学 课 和 语 文 课 数 学 22

23 课 一 起 共 同 列 为 小 学 阶 段 的 主 课 至 少 在 十 年 前, 对 5-12 岁 儿 童 实 施 科 学 教 育 必 要 性 的 争 论, 在 发 达 国 家 已 经 达 成 了 共 识 但 是, 在 我 国, 对 这 个 问 题 的 争 论 可 能 还 没 有 开 始 目 前 在 一 些 学 校 推 行 科 学 教 育 改 革 的 过 程 中, 还 需 要 强 调 实 事 求 是 的 科 学 精 神 所 以, 我 们 认 为, 有 必 要 专 门 列 出 一 章, 对 在 幼 儿 园 和 小 学 中 实 施 科 学 教 育 的 重 要 性, 以 及 在 我 国 推 动 科 学 教 育 中 涉 及 的 一 些 重 要 问 题 进 行 讨 论 第 一 节 科 学 教 育 的 重 要 性 人 类 社 会 正 在 经 历 一 次 重 大 的 变 革, 信 息 技 术 的 飞 速 发 展 和 经 济 全 球 化 的 推 进, 使 发 达 国 家 正 在 向 知 识 社 会 转 化 我 国 也 确 定 了 实 现 新 工 业 化 的 目 标 这 些 新 的 社 会 和 经 济 发 展 的 趋 势, 向 国 民 素 质 提 出 了 新 的 要 求, 要 求 国 民 通 过 基 础 教 育 不 仅 要 具 备 应 有 的 文 化 素 质, 而 且 应 具 备 相 应 的 科 学 素 质 国 民 应 具 备 科 学 素 质 首 先 是 个 人 和 国 家 生 存 和 发 展 的 需 要 科 学 技 术 不 仅 是 我 们 了 解 世 界 和 我 们 自 身 的 有 力 工 具, 也 是 强 有 力 的 促 进 人 类 社 会 发 展 的 第 一 生 产 力 特 别 是 自 上 世 纪 五 十 年 代 以 后, 科 学 技 术 发 展 十 分 迅 速, 使 人 类 的 生 活 质 量 活 动 范 围 通 讯 方 式 和 生 产 方 式 等 都 发 生 了 革 命 性 的 变 化 所 以, 无 论 对 国 家 社 会 还 是 个 人 而 言, 掌 握 科 学 23

24 知 识 和 技 术 是 能 够 在 知 识 社 会 里 生 存 并 参 与 发 展 的 基 础 其 次, 是 履 行 公 民 权 利 和 义 务 的 需 要 当 今 的 世 界 正 处 于 人 类 历 史 上 又 一 个 重 要 的 历 史 转 变 时 期 科 学 和 技 术 的 飞 速 发 展, 以 及 经 济 全 球 化 的 推 进, 使 得 人 类 社 会 正 在 从 以 知 识 为 基 础 的 经 济 (Knowledge Based Economy), 向 以 知 识 为 基 础 的 社 会 ( Knowledge Based Society) 转 化, 知 识 经 济 和 知 识 社 会 是 两 个 十 分 不 同 的 社 会 发 展 阶 段 在 以 知 识 为 基 础 的 社 会 里, 知 识 不 仅 成 为 影 响 经 济 的 主 要 因 素, 而 且 将 广 泛 而 深 刻 地 影 响 着 社 会 的 各 个 方 面, 包 括 经 济 政 治 文 化 教 育 科 技 和 军 事 等 例 如 说, 国 家 和 地 区 应 发 展 什 么 经 济, 应 采 取 什 么 环 境 保 护 措 施 是 适 当 的, 等 等, 不 具 备 一 定 的 科 学 素 质, 就 无 法 对 这 些 问 题 参 与 讨 论 和 发 表 意 见 因 而, 不 管 你 从 事 什 么 职 业, 要 履 行 公 民 的 义 务 和 权 利, 参 与 国 家 的 政 治 经 济 生 活 决 策, 就 必 须 具 有 良 好 的 科 学 素 质 更 重 要 的 是, 在 全 民 科 学 素 质 的 提 高 的 基 础 上, 才 能 依 靠 公 众 参 与 民 主 的 决 策, 保 证 科 学 技 术 用 于 造 福 人 类 科 学 对 自 然 和 人 类 本 身 进 行 探 索 越 来 越 深 入, 技 术 应 用 越 来 越 广 泛 技 术 的 应 用 往 往 像 一 枚 硬 币 的 两 面, 它 有 积 极 的 一 面, 也 有 负 面 的 效 应, 会 对 人 类 和 人 类 社 会 带 来 风 险, 需 要 公 众 参 与 对 风 险 的 驾 驭 例 如, 对 克 隆 人 和 转 基 因 食 品 的 控 制, 对 艾 滋 病 和 禽 流 感 等 疾 病 的 防 治, 环 境 保 护 政 策 的 24

25 实 施 和 参 与 有 关 的 国 际 行 动 等 这 种 对 风 险 的 驾 驭 不 仅 是 决 策 者 的 事, 甚 至 不 仅 是 习 惯 上 称 之 为 精 英 或 知 识 阶 层 的 事, 在 知 识 社 会 里, 需 要 全 体 社 会 成 员 的 参 与 所 以, 提 高 全 体 公 民 的 科 学 素 质 是 加 强 科 学 能 力 建 设 的 基 础, 也 是 保 证 人 类 社 会 可 持 续 健 康 发 展 的 基 础 图 2.1 科 学 教 育 的 目 的 上 世 纪 六 十 年 代 以 后, 特 别 是 八 十 年 代 以 来, 世 界 上 一 些 主 要 的 发 达 国 家 都 十 分 重 视 在 幼 儿 园 和 小 学 里 进 行 探 究 式 的 科 学 教 育 例 如,1988 年 英 国 的 英 格 兰 威 尔 士 和 苏 格 兰 先 后 通 过 教 育 改 革 条 例, 对 5-12(11) 岁 的 儿 童 进 行 科 学 教 育, 并 把 语 文 数 学 和 科 学 教 育 列 为 小 学 的 三 门 主 要 课 程 1983 年 美 国 国 家 卓 越 教 育 委 员 会 (NCEE) 发 表 了 致 美 国 人 民 的 公 开 信 国 家 处 于 危 机 之 中 ;1989 年 2 月 年 美 国 25

26 科 学 促 进 协 会 发 布 了 2061 计 划 的 第 一 份 重 要 报 告 2.1 ; 1996 年 美 国 国 家 研 究 理 事 会 发 布 了 美 国 历 史 上 第 一 部 国 家 科 学 教 育 标 准, 提 出 了 要 在 幼 儿 园 和 小 学 中 实 施 探 究 式 科 学 教 育, 并 随 后 采 取 了 一 系 列 的 措 施 来 落 实 这 个 科 学 教 育 标 准 年, 法 国 诺 贝 尔 物 理 奖 获 得 者 夏 尔 帕 (Georges Charpak) 将 其 引 入 法 国, 并 作 了 进 一 步 的 发 展, 将 它 称 为 La Main à La Pâte, 意 为 动 手 和 面, 也 是 动 手 做 的 意 思 1999 年 法 国 教 育 部 决 定 在 全 国 幼 儿 园 和 小 学 中 进 行 上 述 科 学 教 育 2.3,2.4 九 十 年 代 以 后, 通 过 一 些 国 际 组 织 的 努 力, 小 学 科 学 教 育 开 始 在 发 展 中 国 家 推 行 国 际 科 学 联 合 会 (ICSU) 从 1994 年 开 始 组 织 了 科 学 能 力 建 设 委 员 会 (CCBS), 专 门 研 究 在 世 界 范 围 里 推 动 探 究 式 的 科 学 教 育 2000 年 11 月 中 国 教 育 部 中 国 科 学 技 术 协 会 和 国 际 科 学 联 合 会, 联 合 国 教 科 文 组 织 共 同 在 北 京 召 开 国 际 小 学 科 学 与 数 学 教 育 会 议, 并 发 表 了 北 京 宣 言 年 12 月, 世 界 90 多 个 科 学 院 组 成 的 国 际 科 学 院 组 织 (IAP,Inter-Academy Penal) 在 墨 西 哥 召 开 全 体 会 议, 会 议 通 过 并 发 表 了 关 于 在 世 界 范 围 内 共 同 推 动 儿 童 科 学 教 育 的 联 合 声 明,69 个 科 学 院 的 代 表 在 声 明 上 签 了 字 2.6 国 际 科 学 院 组 织 中 成 立 了 负 责 对 世 界 问 题 提 出 科 学 咨 询 意 见 的 国 际 科 学 院 委 员 会 (IAU) 国 际 科 学 院 委 员 会 在 2004 年 26

27 2 月 向 联 合 国 秘 书 长 安 南 先 生 (Kofi Annan) 正 式 提 交 了 他 们 第 一 份 对 国 际 问 题 的 咨 询 报 告 创 造 更 美 好 的 未 来 : 在 世 界 范 围 内 建 设 科 学 技 术 能 力 的 战 略 2.7 在 这 份 咨 询 报 告 中, 强 调 了 科 学 能 力 建 设 对 世 界 可 持 续 发 展 的 重 要 性 其 中, 作 为 基 础 和 最 具 战 略 性 的 任 务 是 中 小 学 (5-18 岁 ) 的 科 学 教 育 科 学 教 育 是 科 学 技 术 能 力 建 设 的 核 心 2004 年 6 月 在 联 合 国 教 科 文 组 织 位 于 法 国 巴 黎 的 总 部, 召 开 了 国 际 科 学 技 术 教 育 大 会, 提 出 : 科 学 教 育 改 革 应 该 作 为 重 要 议 题 列 入 联 合 国 教 科 文 组 织 的 议 程, 应 该 在 世 界 范 围 内 推 动 一 个 大 的 计 划, 并 着 力 于 推 动 发 展 中 国 家 的 科 学 教 育 改 革 会 议 号 召 世 界 各 国 教 育 界 科 技 界 和 政 策 制 订 者 共 同 为 系 统 地 改 革 少 儿 的 科 学 和 技 术 教 育 而 努 力 2.8 现 在 世 界 上 已 有 数 十 个 国 家, 包 括 亚 洲 非 洲 和 拉 丁 美 洲 的 一 些 发 展 中 国 家 正 在 进 行 此 类 的 科 学 教 育 改 革 第 二 节 教 育 部 课 程 标 准 中 的 科 学 教 育 教 育 部 基 础 教 育 司 公 布 了 全 日 制 义 务 教 育 科 学 (3-6) 年 级 课 程 标 准 ( 以 下 简 称 标 准 ) 2.9 标 准 中 明 确 : 1. 小 学 科 学 课 程 是 以 培 养 科 学 素 养 为 宗 旨 的 科 学 启 蒙 课 程 科 学 教 育 要 达 到 三 方 面 的 目 的, 即 知 识 技 能 过 程 方 法 情 感 态 度 价 值 观 标 准 认 为, 其 中 知 识 可 以 通 过 讲 解 27

28 或 在 探 究 中 形 成, 过 程 技 能 却 要 通 过 探 究 实 践 才 能 获 得, 至 于 情 感 态 度 价 值 观 的 形 成 则 更 多 要 依 靠 体 验 2. 科 学 学 习 要 以 探 究 为 核 心, 探 究 既 是 学 习 的 目 标, 又 是 科 学 学 习 的 方 式 但 也 需 要 明 确, 探 究 不 是 唯 一 的 学 习 模 式, 在 学 习 科 学 的 过 程 中 要 灵 活 和 综 合 运 用 各 种 教 学 方 式 和 策 略 在 教 学 活 动 的 类 型 和 设 计 中 提 出 : 小 学 科 学 教 育 除 了 讲 授 之 外, 还 有 收 集 与 加 工 资 料 科 学 游 戏 竞 赛 科 学 欣 赏 角 色 扮 演 科 学 幻 想, 等 等 3. 让 探 究 成 为 科 学 学 习 的 主 要 方 式 在 教 学 实 践 中, 科 学 探 究 活 动 可 以 确 定 重 点, 如 某 些 课 侧 重 在 提 出 问 题, 进 行 猜 想, 假 设 和 预 测 的 训 练, 某 些 课 则 侧 重 在 制 定 计 划 和 收 集 信 息 的 训 练 4. 科 学 课 程 要 面 向 全 体 学 生 学 生 是 学 习 科 学 的 主 体 教 师 是 科 学 学 习 活 动 的 组 织 者 引 导 者 和 亲 密 的 伙 伴 5. 列 出 了 对 生 命 世 界, 物 质 世 界 和 地 球 与 宇 宙 三 方 面 的 科 学 知 识 要 求, 但 没 有 给 出 分 年 级 的 要 求 标 准 中 提 出, 小 学 科 学 课 承 担 的 是 科 学 启 蒙 的 任 务, 不 追 求 知 识 的 完 整 性 和 系 统 性 标 准 更 新 了 我 国 科 学 教 育 的 观 念, 肯 定 了 学 生 是 学 习 科 学 的 主 体, 明 确 了 要 以 探 究 作 为 科 学 教 育 的 核 心, 以 及 指 出 了 探 究 式 科 学 教 育 的 三 方 面 目 的 这 些 都 对 我 国 小 学 的 科 学 教 育 的 开 展 有 着 重 要 的 指 导 意 义 但 是, 在 上 面 摘 出 的 28

29 第 二 第 三 和 第 五 点 中, 标 准 对 探 究 式 科 学 教 育 的 阐 述, 对 小 学 科 学 教 育 设 置 的 目 标, 以 及 标 准 中 所 列 举 的 案 例 等 方 面, 都 有 值 得 认 真 商 榷 之 处 不 把 这 些 问 题 研 究 清 楚, 无 法 保 证 我 国 科 学 教 育 沿 正 确 道 路 发 展 而 且, 从 儿 童 发 展 和 科 学 教 育 的 国 际 经 验 看, 科 学 教 育 应 该 从 幼 儿 园 开 始, 并 把 幼 儿 园 的 科 学 教 育 和 小 学 的 科 学 教 育 相 衔 接, 以 对 5 岁 到 12 岁 的 儿 童 连 续 地 进 行 探 究 式 科 学 教 育 儿 童 生 而 具 有 强 烈 的 好 奇 心 和 学 习 科 学 的 巨 大 潜 力, 但 是, 儿 童 也 会 形 成 一 些 对 科 学 概 念 的 错 误 理 解 对 5-12 岁 的 儿 童 进 行 探 究 式 的 科 学 教 育, 不 仅 可 以 保 护 和 激 发 儿 童 的 好 奇 心, 帮 助 儿 童 建 立 正 确 的 科 学 概 念, 发 展 探 究 能 力, 而 且 有 利 于 儿 童 情 绪 能 力 语 言 能 力 等 方 面 的 培 养 它 既 让 儿 童 有 一 个 愉 快 的 学 习 经 历, 又 为 他 们 的 终 身 学 习 和 发 展 打 下 重 要 的 基 础 第 三 节 SCI 和 探 究 式 科 学 教 育 在 中 加 合 作 加 强 中 国 西 部 基 础 教 育 能 力 的 项 目 中, 明 确 提 出 了 以 学 生 为 中 心 的 指 导 教 学 法 (SCI,Student Center Instruction), 并 且 由 中 加 双 方 专 家 合 作 撰 写 了 基 础 教 育 中 以 学 生 为 中 心 的 教 学 法 一 书 2.10 该 项 目 已 在 我 国 西 部 新 疆 宁 夏 四 川 的 六 个 县 展 开, 涉 及 三 门 课 程, 科 学 数 学 和 英 语 其 中, 科 学 是 最 先 启 动 的 课 程 在 科 学 教 育 中, 29

30 SCI 和 探 究 科 学 教 育 的 理 念 以 及 所 采 取 的 措 施 是 一 致 的 从 以 下 探 究 式 科 学 教 育 过 程 的 特 点, 可 以 看 出 它 充 分 体 现 了 学 生 为 中 心 (SCI) 教 学 方 法 因 为 探 究 式 科 学 教 育 是 在 教 师 引 导 下, 以 学 生 为 学 习 主 体 的 学 习 过 程, 它 主 要 表 现 为 : 探 究 式 科 学 教 育 过 程 要 求 保 护 和 激 发 学 生 的 好 奇 心 ; 探 究 式 科 学 教 育 过 程 强 调 要 培 养 学 生 主 动 探 究 的 学 习 态 度 ; 探 究 式 科 学 教 育 依 靠 和 尊 重 学 生 已 有 的 知 识 基 础 ; 探 究 式 科 学 教 育 重 视 学 生 之 间 的 相 互 讨 论 和 合 作 ; 探 究 式 科 学 教 育 希 望 促 进 学 生 科 学 态 度 的 养 成 也 可 以 说, 探 究 式 科 学 教 育 和 以 学 生 为 中 心 的 科 学 教 育 是 同 一 教 育 方 法 的 不 同 表 达 方 式 鉴 于 国 际 通 用 的 提 法 和 我 国 标 准 中 的 提 法, 我 们 建 议 除 中 加 项 目 以 外, 在 我 国 仍 采 用 探 究 式 科 学 教 育 的 名 称 第 四 节 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 简 介 世 纪 之 交, 国 际 上 一 些 有 远 见 的 科 学 家 本 着 对 未 来 的 责 任 感, 根 据 他 们 自 身 的 科 学 实 践 经 验, 和 教 育 界 一 起 共 同 倡 导 了 一 项 名 为 基 于 动 手 探 究 的 科 学 教 育 (Hands-on Inquiry Based Learning) 改 革 计 划, 旨 在 提 高 幼 儿 园 和 小 学 的 科 学 和 技 术 教 育 水 平, 培 育 科 学 的 思 维 方 式 和 生 活 方 式 2001 年, 中 国 教 育 部 和 中 国 科 学 技 术 协 会 共 同 倡 导 和 30

31 推 动 在 中 国 开 展 这 项 有 重 大 意 义 的 科 学 教 育 改 革 项 目, 取 名 做 中 学 ( Learning by Doing ), 即 在 幼 儿 园 和 小 学 中 进 行 基 于 动 手 做 的 探 究 式 科 学 学 习 和 科 学 教 育 2.11 让 儿 童 亲 自 参 与 对 物 体 和 自 然 现 象 的 发 现 ( 自 然 科 学 ), 让 他 们 通 过 观 察 与 实 验, 接 触 实 际, 以 达 到 以 下 目 的 : 保 护 孩 子 的 好 奇 心 和 激 发 学 习 科 学 的 主 动 性 ; 激 发 想 像 力, 扩 展 思 维 ; 获 得 重 要 的 科 学 概 念 和 科 学 概 念 之 间 的 联 系 ; 学 习 探 究 的 技 能 ; 改 善 合 作 和 交 往 能 力 ; 促 进 语 言 和 表 达 能 力 的 发 展 为 了 有 效 地 推 动 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 在 我 国 的 开 展, 该 计 划 提 出 以 下 的 基 本 原 则 : 面 向 每 一 个 儿 童 尊 重 儿 童 间 的 差 异 ; 为 儿 童 终 身 的 学 习, 更 为 儿 童 学 会 生 活 奠 定 基 础 ; 教 学 案 例 应 来 源 于 生 活, 从 周 围 取 材 ; 引 导 儿 童 主 动 探 究 亲 历 发 现 过 程 ; 教 师 是 儿 童 学 习 科 学 的 支 持 者 和 引 导 者 ; 采 用 激 励 性 评 价 ; 科 学 工 作 者 和 教 育 工 作 者 共 同 进 行 科 学 教 育 ; 充 分 动 员 社 区 和 家 庭 的 力 量, 支 持 科 学 教 育 ; 通 过 运 用 现 代 化 的 互 联 网 络, 增 进 国 内 和 国 际 间 的 交 流 31

32 与 合 作 在 教 育 部 基 础 教 育 司 领 导 下, 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 坚 持 经 过 实 验, 不 断 总 结 经 验, 再 逐 步 推 广 的 实 事 求 是 的 科 学 态 度 启 动 初 期, 只 有 北 京 ( 幼 儿 园 6 所 / 小 学 12 所 ) 上 海 ( 幼 儿 园 5 所 ) 南 京 ( 幼 儿 园 5 所 / 小 学 8 所 ) 和 汕 头 ( 幼 儿 园 3 所 / 小 学 5 所 ) 四 个 实 验 区, 数 十 所 小 学 和 幼 儿 园 参 加 这 项 科 学 教 育 改 革 至 2003 年 10 月, 根 据 教 育 部 基 础 教 育 司 的 意 见, 又 在 10 个 省 市 地 区 新 设 了 第 二 批 实 验 区, 共 计 包 括 18 个 城 市 据 我 们 了 解, 现 在 大 约 7-8 个 城 市 的 数 百 所 幼 儿 园 和 小 学 已 经 较 好 的 推 行 了 这 项 改 革 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 坚 持 教 师 先 培 训, 然 后 学 校 再 开 展 项 目 的 原 则 依 靠 和 法 国 科 学 院 的 合 作,2001 年 到 2004 年 中 国 先 后 有 三 批 共 44 名 教 师 到 法 国 接 受 科 学 教 育 的 培 训, 同 时, 法 国 专 家 三 次 来 中 国 举 办 参 与 式 的, 以 课 堂 实 践 为 主 的 教 师 培 训, 参 加 的 教 师 有 数 百 名 中 法 联 合 召 开 了 四 次 高 层 研 讨 会, 在 专 家 和 教 育 行 政 部 门 负 责 人 之 间 进 行 交 流 和 研 讨 这 批 经 过 培 训 的 教 师 和 专 家, 已 经 成 为 我 国 推 动 探 究 式 科 学 教 育 中 的 中 坚 力 量, 成 为 各 地 探 究 式 科 学 教 育 的 研 究 者 和 培 训 者 目 前, 我 们 正 在 用 自 己 编 写 的 教 师 指 导 书 对 这 些 教 师 进 行 第 二 轮 有 关 案 例 编 写 和 评 估 的 培 训 在 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 中, 我 们 坚 持 先 引 进 国 外 的 优 秀 案 例, 然 后 消 化 吸 收 再 创 造 我 们 自 己 的 案 例 在 32

33 项 目 开 展 的 初 期, 我 们 翻 译 了 法 国 教 育 部 推 荐 的 网 站 和 优 秀 案 例, 经 过 三 年 的 实 践, 总 结 出 版 了 我 国 的 五 个 优 秀 案 例 这 期 间, 各 地 也 相 继 出 版 了 自 己 的 一 些 案 例 这 样 做, 缩 短 了 我 们 摸 索 的 时 间, 较 好 地 避 免 了 同 一 水 平 上 的 重 复 和 徘 徊 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 在 加 强 国 际 合 作 中 组 织 和 发 展 了 自 己 的 研 究 队 伍 和 研 究 基 地, 并 开 展 了 自 己 具 有 特 色 的 前 沿 研 究 工 作 探 究 式 科 学 教 育 是 一 项 在 国 际 范 围 内 科 学 界 和 教 育 界 共 同 推 动 的 教 育 改 革, 许 多 研 究 工 作 还 在 积 极 地 开 展, 特 别 是 在 对 探 究 式 科 学 教 育 评 估, 探 究 式 科 学 教 育 和 脑 科 学 结 合 方 面 的 研 究 工 作 十 分 活 跃, 进 展 也 很 快, 这 方 面 的 国 际 交 流 需 要 持 续 的 进 行 在 进 行 国 际 交 流 的 同 时, 必 须 建 立 自 己 有 特 色 的 前 沿 的 研 究 工 作, 否 则 国 际 合 作 和 交 流 是 不 能 持 久 的 从 2001 年 做 中 学 探 究 式 科 学 教 育 实 验 项 目 在 中 国 开 展 以 来, 东 南 大 学 学 习 科 学 研 究 中 心 就 以 神 经 科 学 和 认 知 科 学 为 出 发 点, 建 立 了 儿 童 情 感 实 验 室 脑 图 像 和 虚 拟 现 实 实 验 室 图 像 与 语 音 信 息 处 理 研 究 室 基 因 与 神 经 递 质 监 测 中 心 等 研 究 机 构, 从 事 科 学 教 育 评 估, 尤 其 是 儿 童 的 创 造 性 思 维 能 力 科 学 推 理 思 维 科 学 探 究 能 力 和 社 会 情 绪 能 力 评 估 的 研 究 工 作, 并 在 研 究 的 基 础 上, 建 立 了 中 国 儿 童 情 绪 发 展 数 据 中 心, 在 国 际 上 已 有 较 大 的 影 响 做 中 学 科 学 教 育 项 目 也 成 为 国 际 有 关 学 术 界 和 科 学 教 育 界 关 注 的 焦 点 之 33

34 一 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 坚 持 理 论 和 实 践 相 结 合 教 育 改 革 需 要 正 确 的 理 论 作 为 指 导 思 想, 同 时 需 要 为 教 师 准 备 许 多 能 够 实 际 在 课 堂 中 运 用 的 教 材 案 例 器 具 教 学 指 导 书 资 源 库 ; 为 学 生 和 家 长 准 备 有 关 的 支 持 资 料 一 项 严 肃 的 重 大 的 教 育 改 革, 不 能 只 靠 理 念 来 进 行 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 充 分 运 用 现 代 网 络 技 术 和 通 讯 技 术 为 了 更 有 效 地 开 展 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目, 在 东 南 大 学 学 习 科 学 研 究 中 心 成 立 了 汉 博 中 国 少 儿 科 学 教 育 网 汉 博 网 成 为 一 线 教 师 专 家 学 者 对 科 学 教 育 研 究 的 专 用 平 台, 同 时 也 是 中 国 和 国 际 同 类 项 目 交 流 的 平 台, 代 表 中 国 科 学 教 育 和 国 际 科 学 院 委 员 会 所 运 行 的 国 际 科 学 教 育 网 络 平 台 相 接 第 五 节 实 施 科 学 教 育 改 革 的 过 程 和 要 素 教 育 改 革 是 一 项 十 分 重 要 和 复 杂 的 系 统 工 程 可 以 把 它 归 纳 成 如 图 2.2 所 示 34

35 图 2.2 科 学 教 育 的 实 施 实 施 科 学 教 育 改 革 项 目 的 主 要 环 节 有 : 国 家 的 战 略 决 策 标 准 和 原 则 的 制 定 ; 资 金 保 证 和 相 关 政 策 的 支 撑 ; 教 育 行 政 部 门 和 学 校 的 支 持 ; 教 师 的 培 训 ; 科 学 家 的 参 与 ; 家 长 和 社 区 的 支 持 ; 科 研 持 续 的 支 持 和 国 际 合 作 的 开 展 ; 网 络 和 通 讯 技 术 (ICT) 的 运 用 其 中 最 关 键 的 是 教 师 培 训 进 行 一 项 教 育 改 革 首 先 要 由 政 府 作 战 略 决 策 小 平 同 志 35

36 提 出 的 三 个 面 向 : 教 育 要 面 向 现 代 化 面 向 世 界 面 向 未 来, 应 该 是 我 们 进 行 教 育 改 革 决 策 的 依 据 战 略 决 策 确 定 以 后, 需 要 研 究 和 确 定 改 革 的 原 则 和 标 准, 这 应 该 由 教 育 部 来 领 导 和 组 织 制 定 图 中 间 的 部 分 是 教 育 改 革 的 核 心, 即 课 程 和 教 材 设 计, 教 师 培 训 和 课 堂 实 践, 这 些 环 节 需 要 在 评 估 和 研 究 的 指 导 下 多 次 反 复 循 环, 才 能 优 化 教 育 改 革 的 成 果 教 育 改 革 需 要 经 过 实 验, 再 逐 步 推 广 ; 经 过 评 估 才 能 大 面 积 推 开, 否 则 是 违 背 科 学 规 律 的 要 实 施 一 项 改 革, 一 定 要 有 资 源, 包 括 需 要 财 力 支 撑 无 论 是 教 师 培 训 研 究 或 是 编 写 教 材 都 需 要 人 力 和 财 力 的 支 持, 而 且 需 要 长 期 的 支 持 实 施 中 也 需 要 一 定 的 器 材 和 经 费, 对 农 村 学 校 而 言, 要 尽 量 就 地 取 材, 降 低 成 本 教 育 改 革 不 仅 需 要 资 金, 还 需 要 系 统 的 支 持 首 先 是 各 级 政 府 和 教 育 主 管 部 门 的 重 视 和 支 持, 包 括 在 教 师 队 伍 建 设 资 金 投 入 组 织 社 会 力 量 支 持 舆 论 引 导 方 面 给 予 领 导 和 支 持 科 学 技 术 界 的 参 与 是 很 重 要 的, 各 地 的 科 学 技 术 协 会 和 大 学 应 该 积 极 参 与 到 小 学 的 科 学 教 育 中 来 社 会 舆 论 家 长 的 支 持 和 学 校 管 理 的 相 应 改 变 都 是 很 重 要 的 因 素 但 目 前 在 科 学 教 育 的 实 践 中 可 能 会 遇 到 一 些 认 识 和 具 体 的 条 件 问 题 由 于 高 考 压 力 不 适 当 的 下 传, 影 响 到 学 校 家 长, 甚 至 学 生 对 科 学 课 的 重 视 如 果 地 方 教 育 部 门 能 够 按 照 教 育 部 的 要 36

37 求, 取 消 小 学 升 初 中 的 考 试, 会 给 幼 儿 园 和 小 学 开 设 科 学 课 提 供 较 好 的 环 境 支 持 另 外, 对 科 学 教 育 也 存 在 认 识 上 的 问 题, 需 要 向 家 长 和 社 会 宣 传 儿 童 脑 发 育 的 规 律 和 儿 童 健 康 成 长 的 经 验 说 明 探 究 式 科 学 教 育 对 儿 童 认 知 和 情 感 发 展 的 重 要 作 用, 对 培 养 创 新 人 才 的 重 要 作 用 学 校 校 长 要 支 持 科 学 教 育 课 程 的 实 施, 在 课 时 安 排, 教 师 配 备 和 班 级 大 小 调 整 上 都 要 作 相 应 的 改 变 在 国 外, 不 仅 幼 儿 园, 而 且 在 小 学 里 至 少 低 年 级 的 课 程 是 不 严 格 划 分 科 目 的, 大 多 由 同 一 位 教 师 承 担 在 我 国 的 小 学 教 育 里 不 仅 分 科, 科 目 又 多, 而 且 任 课 的 教 师 不 同, 如 何 把 不 同 课 程 加 以 协 调 和 整 合, 需 要 校 长 的 支 持 实 际 上, 目 前 在 新 课 改 撰 写 的 语 文 教 材 中, 也 包 含 有 许 多 与 科 学 有 关 的 内 容, 但 是 没 有 用 探 究 的 方 法 来 讲 授, 而 是 把 知 识 内 容 告 诉 学 生 所 涉 及 的 内 容 常 常 不 符 合 学 生 已 有 的 科 学 基 础, 有 的 甚 至 有 科 学 概 念 上 的 错 误, 语 文 课 中 应 该 涉 及 什 么 样 的 科 学 知 识, 这 些 科 学 知 识 应 该 怎 样 让 学 生 掌 握, 都 是 应 该 统 一 起 来 考 虑 的 问 题 校 长 在 协 调 不 同 课 程 的 教 学 中, 起 着 十 分 重 要 的 作 用 教 育 改 革 还 需 要 时 间 因 为 对 老 师 的 培 养 也 是 在 树 人, 一 样 要 遵 循 十 年 树 木, 百 年 树 人 的 规 律, 不 是 靠 行 政 命 令 就 可 以 奏 效 的 运 用 网 络 可 以 对 教 师 的 培 训 和 教 学 进 行 持 续 的 支 持 建 立 教 学 资 源 库 是 必 要 的, 有 条 件 的 地 方 还 要 建 立 基 于 网 络 的 37

38 互 动 式 的 合 作 和 支 持 系 统 教 育 改 革 不 是 一 蹴 而 就 的 事, 需 要 不 断 地 深 入, 不 断 地 改 进 教 育 改 革 应 该 经 过 试 点, 然 后 随 着 教 师 培 训 的 开 展 逐 步 推 广 和 深 入 其 中, 评 估 是 一 个 重 要 的 环 节, 没 有 评 估 怎 么 知 道 这 样 改 就 是 对 的? 没 有 评 估 的 教 育 改 革 不 是 完 整 的 教 育 改 革, 也 不 是 负 责 任 的 教 育 改 革 我 们 在 教 育 改 革 中 同 样 需 要 有 科 学 的 态 度 和 科 学 研 究 的 支 持 参 考 文 献 2.1 <Project 2061 Science for all American>, AAAS USA, National Science Education Standards, NRC USA 乔 治. 夏 尔 帕 主 编, 黄 颍, 苏 文 平, 安 延 译, 动 手 做 - 法 国 小 学 科 学 教 育 实 验 计 划 人 民 教 育 出 版 社, 法 国 青 年 国 民 教 育 和 科 学 部 基 础 教 育 委 员 会 主 编, 东 南 大 学 学 习 科 学 研 究 中 心 翻 译 小 学 科 学 教 育 案 例 精 选 江 苏 教 育 出 版 社, 北 京 宣 言 国 际 小 学 科 学 与 数 学 教 育 会 议 2000 年 11 月 中 国 教 育 部, 中 国 科 协,ICSU, UNESCO 中 国 全 国 委 员 会 联 合 召 开 2.6 IAP Statement, Mexico Dec

39 2.7 Inter Academy Council, Inventing a Better Future: A Strategy for Building Worldwide Capacities in Science and Technology, AAAS UNESCO Forum on Science Education, Paris, June 全 日 制 义 务 教 育 科 学 (3-6 年 级 ) 课 程 标 准, 中 华 人 民 共 和 国 教 育 部 制 定, M Hunsberger,Y.Hodges, J.Paul, 郑 大 伟 等 著, 基 础 教 育 中 以 学 生 为 中 心 的 教 学 法, 中 国 广 播 电 视 大 学 出 版 社 教 育 部 办 公 厅 中 国 科 协 办 公 厅, 关 于 开 展 做 中 学 科 学 教 育 实 验 的 通 知, 2002 年 3 月 39

40 第 三 章 探 究 式 科 学 教 育 在 我 国 的 新 课 程 标 准 中 已 经 明 确 小 学 的 科 学 教 育 要 以 探 究 为 核 心 在 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 中 提 法 就 更 加 明 确 了, 做 中 学 科 学 教 育 就 是 在 中 国 幼 儿 园 和 小 学 中 进 行 的 基 于 实 践 的 探 究 式 科 学 教 育, 做 中 学 是 它 的 简 称 由 于 探 究 式 的 科 学 教 育 在 我 国 还 处 于 起 步 阶 段, 人 们 对 它 的 理 解 并 不 相 同 我 们 认 为, 探 究 式 科 学 教 育 的 形 式 可 以 多 样, 但 它 的 根 本 特 征 不 能 模 糊, 不 能 走 样 什 么 是 探 究 式 科 学 教 育 的 根 本 特 征 呢? 这 是 本 章 要 讨 论 的 问 题 对 任 何 一 项 教 育 改 革 来 说, 明 确 指 导 思 想 是 重 要 的, 但 是 只 靠 指 导 思 想 是 无 法 具 体 实 施 的 对 于 教 师 来 说, 要 在 课 堂 实 施 某 项 教 育 改 革, 只 靠 理 念 是 不 够 的, 需 要 掌 握 具 体 的 教 学 策 略 尽 可 能 为 教 师 提 供 可 以 在 课 堂 中 使 用 的 教 学 策 略, 是 本 章 选 择 内 容 的 依 据 第 一 节 什 么 是 探 究 探 究 是 科 学 研 究 的 基 本 方 法 热 衷 于 探 究 是 科 学 家 的 基 本 性 格 组 成, 也 是 儿 童 的 天 性 从 这 点 上 看, 科 学 家 很 像 长 大 了 的 孩 子, 所 以, 保 护 儿 童 的 好 奇 心 是 十 分 重 要 的 保 护 儿 童 的 好 奇 心, 不 仅 是 为 了 增 加 他 们 学 习 过 程 中 的 动 力, 而 且 也 是 在 成 就 他 们 终 身 学 习 的 兴 趣 和 创 新 的 能 力 40

41 做 学 问, 要 学 问 ; 不 学 问, 非 学 问, 李 政 道 在 中 国 的 教 育 传 统 中 是 很 重 视 从 疑 中 学 习 的, 著 名 的 论 语 一 书 就 是 记 载 了 两 千 多 年 以 前 孔 子 和 他 的 学 生 之 间 的 对 话 大 多 是 学 生 提 出 问 题, 孔 子 予 以 回 答, 这 个 传 统 是 应 该 很 好 保 持 和 发 扬 的 什 么 是 探 究 呢? 美 国 国 家 研 究 理 事 会 在 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准 中 给 出 如 下 的 定 义 : 探 究 是 一 种 多 层 面 的 活 动, 它 包 括 进 行 观 察 ; 提 出 问 题 ; 通 过 浏 览 书 籍 和 其 他 信 息 资 源 来 了 解 什 么 是 已 经 知 道 的 知 识 ; 制 定 调 查 研 究 计 划 ; 根 据 实 验 方 面 的 证 据, 评 价 已 经 知 道 的 知 识 ; 用 多 种 手 段 来 搜 集 分 析 和 解 释 数 据 ; 提 出 解 答 阐 述 和 预 测 ; 交 流 结 果 探 究 需 要 对 假 设 进 行 证 明, 需 要 运 用 批 判 和 逻 辑 思 维, 并 考 虑 其 他 可 供 选 择 的 解 释 3.1 第 二 节 什 么 是 探 究 式 科 学 教 育 探 究 式 科 学 教 育 是 在 教 师 和 学 生 共 同 组 成 的 学 习 环 境 中, 让 儿 童 亲 历 科 学 探 究 的 学 习 过 程 它 大 致 包 括 根 据 实 际 情 景 观 察 到 的 现 象 和 可 以 获 得 的 信 息, 从 儿 童 已 有 的 知 识 对 问 题 的 了 解 和 已 具 有 的 科 学 概 念 ( 想 法 ) 出 发, 提 出 问 题 ; 41

42 对 问 题 的 解 答 进 行 推 测 ; 为 证 实 推 测 而 设 计 实 验 或 进 行 观 察 ; 收 集 和 整 理 数 据 ; 得 出 结 论 和 进 行 交 流 ; 提 出 新 的 问 题 在 有 些 探 究 课 题 中, 还 鼓 励 学 生 将 学 到 的 科 学 知 识 和 日 常 生 活 相 联 系 在 科 学 教 育 中, 经 常 争 论 的 问 题 是 : 探 究 式 科 学 教 育 究 竟 是 一 种 学 习 科 学 的 方 法, 用 来 帮 助 学 生 更 好 的 掌 握 知 识 ; 还 是 本 身 就 作 为 一 种 课 程 的 目 标 在 教 育 部 颁 发 的 标 准 中 写 道, 探 究 既 是 科 学 学 习 的 目 的, 又 是 科 学 学 习 的 方 式 3.2 对 年 幼 的 学 生 来 说, 可 能 学 习 探 究 的 过 程 比 掌 握 具 体 的 知 识 更 应 引 起 我 们 的 重 视 在 本 章 的 第 三 节 中, 我 们 将 会 简 要 给 出 来 自 脑 科 学 的 研 究 结 果, 以 支 持 这 个 观 点 但 是, 那 种 认 为 幼 儿 园 和 小 学 的 科 学 教 育 只 是 承 担 科 学 启 蒙 的 任 务, 不 追 求 知 识 的 完 整 性 和 系 统 性 的 观 点 是 不 正 确 的 如 果 不 是 认 真 根 据 儿 童 认 知 发 展 的 规 律 和 儿 童 已 有 的 科 学 基 础, 精 心 加 以 选 择 和 组 织 儿 童 探 究 的 内 容, 而 是 在 课 堂 上 采 用 零 碎 的, 杂 乱 的 案 例, 这 样 的 探 究 式 科 学 教 育 将 会 是 效 率 很 低 的 教 育, 也 达 不 到 培 养 儿 童 探 究 能 力 的 目 的 因 此, 在 探 究 式 科 学 教 育 中, 需 要 把 儿 童 建 立 新 的 科 学 概 念 ( 想 法 ) 改 善 和 纠 正 已 有 的 科 学 概 念 和 探 究 能 力 的 培 养, 以 及 科 学 态 度 的 培 养 结 合 起 来 考 虑 探 究 式 科 学 学 习 应 该 是 一 个 完 整 的 过 程 在 此 过 程 中, 学 生 学 习 如 何 进 行 探 究 的 方 法, 掌 握 核 心 的 科 学 知 识 和 概 42

43 念, 同 时 培 养 学 生 的 批 判 性 思 维 尊 重 事 实 尊 重 别 人 合 作 而 主 动 积 极 的 科 学 态 度 等 我 们 认 为, 在 探 究 式 科 学 学 习 的 过 程 中, 不 同 的 层 次 的 探 究 活 动 可 以 有 不 同 的 侧 重, 但 是, 对 学 生 探 究 能 力 的 培 养 来 说, 探 究 过 程 的 各 个 环 节 是 不 能 分 割 的, 不 能 说 用 一 个 科 学 活 动 来 培 养 学 生 提 出 问 题, 另 一 个 活 动 来 教 学 生 如 何 设 计 实 验, 再 通 过 一 个 活 动 来 教 学 生 总 结, 这 样 做 不 是 完 整 的 探 究 过 程, 也 达 不 到 探 究 式 科 学 教 育 的 目 的 探 究 式 的 科 学 教 育 应 该 是 什 么 样 的 呢? 在 下 面 的 四 个 方 框 中, 我 们 给 出 四 个 实 例 来 进 行 讨 论 在 第 一 个 例 子 中, 教 师 一 下 子 向 学 生 提 出 了 许 多 问 题, 这 些 都 是 科 学 问 题, 但 是 对 这 些 问 题 的 答 案 不 可 能 由 学 生 自 己 来 探 究, 教 师 应 该 在 设 置 场 景 以 后, 汇 聚 到 一 个 适 宜 学 生 探 究 的 和 科 学 概 念 有 关 的 科 学 问 题 上, 引 导 学 生 实 际 动 手 进 行 探 究 例 一 : 有 一 篇 介 绍 科 学 探 究 的 文 章 让 学 生 自 主 探 究, 其 有 这 样 的 一 段 老 师 对 课 堂 教 学 提 问 的 描 述 : 例 如 : 在 讲 天 体 运 动 时, 我 以 神 州 五 号 为 例, 问 学 生, 有 谁 知 道 宇 航 员 在 太 空 是 怎 样 生 活 的? 他 们 看 太 空 是 怎 样 的? 有 什 么 样 的 感 在 第 二 个 案 例 里, 教 师 明 确 了 实 验 的 内 容 什 么 是 温 受? 宇 宙 飞 船 是 怎 样 起 飞 的? 又 是 怎 样 返 回 地 面 的? 等 等, 通 过 这 度? 什 么 是 温 度 计?, 也 让 学 生 动 手 实 验 了, 但 是 所 有 的 过 种 情 景 的 创 设, 让 学 生 产 生 浓 厚 的 兴 趣 和 好 奇 心, 激 发 探 究 的 欲 望 43

44 程 是 教 师 设 计 好 的, 实 验 不 过 是 为 了 证 实 教 师 所 列 出 的 知 识 点, 只 是 为 了 加 深 学 生 对 教 师 给 出 的 知 识 点 的 记 忆, 这 是 传 统 的 实 验 教 学, 不 是 探 究 式 科 学 教 育 过 程 例 二 : 教 师 在 黑 板 上 写 道 : 1. 什 么 是 温 度? 物 体 有 冷 有 热, 物 体 的 冷 热 程 度 叫 温 度. 2. 什 么 是 温 度 计? 温 度 计 由 一 根 玻 璃 管 玻 璃 泡 ( 內 装 有 水 银 煤 油 或 酒 精 等 液 体 ) 刻 度 三 第 三 个 例 子 是 北 京 师 范 大 学 幼 儿 园 做 中 学 科 学 教 育 实 部 分 组 成 验 项 目 中 发 展 的 一 个 实 际 案 例 3. 实 验.. 在 进 行 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么? 的 案 例 教 学 时, 教 师 已 经 和 ( 此 案 例 摘 抄 自 某 小 学 实 验 室 的 板 书 ) 学 生 一 起 做 过 两 次 科 学 活 动 的 准 备, 教 室 里 养 了 蜗 牛 已 经 将 学 生 引 入 场 景 后, 学 生 很 自 然 的 提 出 了 探 究 的 问 题, 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么? 这 是 一 个 开 放 的 问 题, 学 生 可 以 依 据 自 己 的 生 活 实 践, 提 出 许 多 不 同 的 建 议, 来 回 答 所 提 出 的 问 题 随 后, 他 们 动 手 自 己 来 验 证, 进 行 集 体 讨 论 和 汇 总 观 察 和 记 录 伴 随 着 整 个 探 究 过 程 孩 子 们 通 过 探 究 了 解 到 生 物 要 维 持 生 命 都 需 要 吃 食 物 生 物 有 它 们 喜 欢 吃 的 食 物 和 不 喜 欢 吃 的 食 物, 还 有 它 们 不 吃 的 食 物 活 动 使 孩 子 激 发 了 探 究 的 热 情, 提 出 了 更 多 的 问 题, 于 是 探 究 活 动 继 续 下 去 这 个 案 例 是 北 京 师 范 大 学 附 属 幼 儿 园 在 三 年 的 做 中 学 科 学 教 育 实 践 中 不 断 总 结 提 炼 而 成 的, 44

45 她 们 写 的 总 结 很 值 得 一 读 例 三 : 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么? 3.3 这 是 北 京 师 范 大 学 附 属 幼 儿 园 所 进 行 的 对 蜗 牛 探 究 系 列 活 动 中 的 一 部 分 教 师 设 计 了 一 些 活 动, 把 学 生 带 入 了 情 景 学 生 首 先 观 察 了 蜗 牛 的 特 点, 寻 找 蜗 牛 的 住 所, 在 班 级 里 饲 养 了 蜗 牛, 孩 子 纷 纷 从 家 里 带 来 了 食 物 喂 蜗 牛 于 是, 有 的 孩 子 提 出 问 题 : 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么 东 西? 这 时, 老 师 组 织 了 下 面 专 题 的 探 究 老 师 引 导 孩 子 猜 想, 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么? 孩 子 提 出 了 很 多 食 物, 比 如 叶 子 葡 萄 白 菜 花 老 师 提 示 儿 童 用 绘 画 的 形 式 记 录 下 自 己 的 猜 想 之 后, 鼓 励 孩 子 们 按 自 己 的 猜 想 给 蜗 牛 喂 食, 看 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么 和 不 喜 欢 吃 什 么? 幼 儿 自 己 做 验 证, 从 家 里 带 来 了 不 同 的 食 物, 认 真 地 观 察 蜗 牛 进 食 的 过 程, 并 用 符 号, X, 或 是 用 归 类 画 图 来 记 录 活 动 一 段 时 间 以 后, 教 师 组 织 了 交 流 和 集 体 分 享 老 师 帮 助 儿 童 一 起 汇 总 实 验 中 的 发 现 : 你 都 喂 了 蜗 牛 什 么 吃 的? 哪 些 东 西 蜗 牛 吃 了, 那 些 东 西 蜗 牛 没 有 吃? 你 觉 得 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么 样 的 东 西? 在 第 四 个 方 框 里 给 出 的 是 标 准 中 推 荐 的 一 个 案 例, 你 觉 得 蜗 牛 不 喜 欢 吃 什 么 样 的 东 西? 它 虽 然 也 包 含 了 探 究 的 几 个 步 骤, 如 提 出 问 题 假 设 和 预 测 你 们 的 发 现 都 一 样 吗? 你 还 有 什 么 新 的 发 现 吗? 45 教 师 引 导 学 生 整 理 各 个 人 的 发 现, 汇 总 成 班 级 的 结 果

46 制 定 实 验 计 划 和 进 行 实 验 搜 集 整 理 信 息 应 用 并 进 一 步 验 证 等, 但 是, 这 不 是 一 个 探 究 式 科 学 教 育 的 过 程 首 先, 所 提 出 的 探 究 问 题 并 不 是 一 个 小 学 生 适 宜 探 究 的 科 学 问 题, 甚 至 不 是 一 个 明 确 的 科 学 问 题 鸡 生 的 是 什 么 病? 韭 菜 中 的 什 么 成 分 治 好 了 鸡 的 病? 所 提 出 问 题 和 解 决 问 题 的 方 法 都 没 有 运 用 科 学 的 准 确 的 语 言 和 科 学 的 研 究 方 法 其 次, 作 为 探 究 式 科 学 教 育, 学 生 是 主 动 的 学 习 者, 但 是 这 种 学 习 是 在 例 四 3.2 : 去 年 夏 初, 我 们 这 里 流 行 鸡 瘟, 蛋 鸡 大 量 死 亡 我 家 一 窝 鸡 突 然 也 有 几 只 染 上 了 鸡 瘟 爸 爸 到 兽 医 站 买 回 20 多 元 治 鸡 瘟 的 药, 但 给 鸡 喂 后 效 果 不 佳, 结 果 我 家 也 死 了 10 只 鸡 爸 爸 妈 妈 担 心 一 窝 鸡 都 会 染 上 鸡 瘟, 愁 眉 不 展 一 天 放 学 回 家, 我 发 现 鸡 群 中 有 几 只 鸡 特 别 有 精 神, 一 点 儿 也 不 打 蔫 ( 提 出 问 题 ) 这 引 起 了 我 极 大 的 兴 趣, 暗 下 决 心 认 真 观 察 其 中 的 究 竟 从 这 天 起, 每 天 放 学 一 回 家, 我 就 寻 找 这 几 只 鸡, 并 没 有 发 现 有 什 么 异 样 的 表 现 只 是 这 几 只 鸡 经 常 远 离 鸡 群, 跑 到 邻 家 的 菜 地 去 觅 食 我 发 现 韭 菜 畦 里 的 土 松 松 的, 并 且 有 些 小 窝 窝, 仿 佛 鸡 在 那 里 钻 过, 而 韭 菜 却 高 的 高, 矮 的 矮, 参 差 不 齐, 有 鸡 啄 过 的 痕 迹 难 道 韭 菜 对 预 防 和 治 疗 鸡 瘟 有 作 用?( 假 设 和 预 测 ) 我 抱 着 尝 试 的 心 理 开 始 做 试 验 首 先 选 两 只 病 鸡 作 为 试 验 对 象, 从 菜 园 里 割 回 一 小 把 韭 菜, 把 韭 菜 捣 烂 撮 成 豌 豆 般 大 小 鸡 刚 好 能 够 吞 下 的 丸, 一 天 分 早 中 晚 3 次 定 时 定 量 ( 每 次 3 丸 ) 给 两 只 病 鸡 喂 药 ( 制 定 计 划 ) 开 始 几 天, 鸡 的 病 一 个 有 教 师 和 学 生 互 动 学 生 和 学 生 之 间 互 动 的 过 程 和 环 境 状 没 有 什 么 变 化 第 四 天 早 上, 我 又 给 鸡 喂 药, 发 现 鸡 略 微 有 了 一 些 精 神, 好 像 有 了 食 欲, 我 忙 抓 来 一 把 小 米, 它 们 能 啄 上 十 几 下, 这 坚 定 了 我 试 验 的 信 心 我 按 前 3 天 的 方 法 继 续 喂 上 3 天, 奇 迹 果 然 出 现 了, 病 鸡 竟 活 泼 起 来 了 为 了 进 一 46

47 中 实 现 的, 不 是 关 起 门 来 一 个 人 做 的 小 科 技 实 验 从 上 述 几 个 例 子 的 对 比 里, 我 们 可 以 总 结 出 探 究 式 科 学 教 育 中 最 重 要 的 两 个 特 征 : 一 是 对 学 生 适 宜 探 究 的 科 学 问 题 提 出 基 于 实 证 的 验 证 过 程, 二 是 在 一 个 具 有 师 生 互 动 学 生 间 互 动 的 环 境 中, 由 学 习 者 主 动 进 行 的 探 究 过 程 第 三 节 探 究 式 科 学 教 育 的 步 骤 根 据 上 面 北 京 师 范 大 学 附 属 幼 儿 园 提 供 的 案 例, 我 们 大 致 可 以 列 出 探 究 式 科 学 教 育 中 所 包 含 的 步 骤 : 提 出 问 题 ; 推 测 和 假 设 ; 设 计 实 验 ; 寻 求 证 实 ; 信 息 和 数 据 处 理 ; 获 得 结 论 和 表 达 在 我 们 进 行 的 教 师 培 训 中, 了 解 到 教 师 对 探 究 的 步 骤 大 体 是 清 楚 的, 图 3.1 中 给 出 培 训 班 中 教 师 排 出 的 探 究 步 骤, 而 图 3.2 中 给 出 的 是 我 们 总 结 的 探 究 式 科 学 教 育 的 步 骤 47

48 图 3.1 培训中教师给出的探究步骤图 48

49 图 3.2 探 究 式 科 学 学 习 的 步 骤 49

50 对 比 图 3.1 和 图 3.2 可 以 发 现 它 们 主 要 的 区 别, 在 图 3.2 中 强 调 了 要 从 儿 童 原 有 的 科 学 概 念 ( 或 想 法 ) 出 发 来 提 出 问 题, 探 究 的 内 容 是 围 绕 有 组 织 的 知 识 进 行 的, 围 绕 儿 童 科 学 概 念 的 建 立 和 改 善 来 进 行 的. 从 图 3.1 改 变 成 图 3.2 反 映 了 发 达 国 家, 特 别 是 美 国 和 加 拿 大 探 究 式 科 学 教 育 的 经 验 总 结 和 改 进 的 历 程 在 六 十 年 代, 美 国 的 科 学 教 育 主 要 强 调 了 探 究 的 过 程, 又 受 到 皮 亚 杰 (Jean Piaget, ) 儿 童 发 展 理 论 的 影 响, 认 为 儿 童 科 学 概 念 的 建 立 是 一 个 自 然 发 展 的 过 程, 不 受 外 界 的 影 响 因 而, 在 当 时 的 探 究 式 科 学 教 育 中, 主 要 强 调 了 儿 童 主 动 的 发 现 过 程, 被 称 为 是 发 现 式 的 科 学 教 育 经 过 一 段 科 学 教 育 的 实 践, 加 上 接 受 了 社 会 建 构 主 义 ( 参 见 本 章 第 四 节 ) 的 理 论 和 吸 收 了 认 知 科 学 研 究 的 成 果, 美 国 等 国 的 科 学 教 育 界 提 出 了 新 的 改 革 方 案, 他 们 主 张 探 究 式 科 学 教 育 应 该 是 教 师 指 导 下 的 学 生 主 动 的 建 构 过 程, 既 强 调 过 程 也 强 调 探 究 的 内 容, 既 强 调 在 探 究 的 过 程 中 要 动 手, 也 强 调 要 动 脑, 这 种 改 进 明 显 提 高 了 探 究 式 科 学 教 育 的 效 率 目 前 美 国 加 拿 大 澳 大 利 亚 等 国 大 体 上 都 沿 着 这 样 的 思 路 来 发 展 他 们 的 科 学 教 育 标 准 和 教 材 应 该 指 出, 列 出 图 3.2 中 所 示 的 步 骤, 只 是 为 新 涉 足 探 究 式 科 学 教 育 的 教 师 进 行 探 究 式 教 学 过 程 提 供 参 考 我 们 认 为, 在 分 析 的 基 础 上, 再 进 行 综 合, 在 学 习 如 何 按 部 就 班 来 50

51 做 的 基 础 上, 再 创 造 自 己 的 特 点, 有 利 于 掌 握 探 究 式 科 学 教 育 的 方 法 就 像 一 个 好 的 厨 师, 不 会 按 照 菜 谱 刻 板 地 烧 制 菜 肴, 但 会 经 常 参 照 好 的 食 谱 当 教 师 熟 悉 了 探 究 式 科 学 教 育 的 教 学 方 式 以 后, 不 必 拘 泥 于 这 些 步 骤, 可 以 灵 活 运 用, 自 然 地 衔 接 探 究 式 科 学 教 育 强 调 探 究 的 过 程 应 尽 可 能 贴 近 学 生 的 生 活, 满 足 学 生 生 存 和 发 展 的 需 要, 并 应 以 学 生 的 原 有 基 础 为 出 发 点 教 师 应 尊 重 学 生 的 兴 趣 和 学 习 特 点, 根 据 实 际 情 况, 引 导 学 生 完 成 探 究 的 全 过 程 下 面 列 出 在 探 究 式 科 学 教 育 的 各 个 步 骤 的 实 施 中, 应 该 考 虑 的 问 题 和 可 以 采 取 的 教 学 策 略 第 一 步 : 提 出 问 题 教 师 将 学 生 引 入 情 景, 让 他 们 观 察 和 获 得 有 关 的 信 息, 逐 步 聚 焦 话 题 从 学 生 原 有 的 概 念 和 实 际 理 解 出 发, 由 教 师 或 在 教 师 帮 助 下 由 学 生 归 结 出 将 进 行 探 究 的 问 题 这 一 步 是 很 重 要 的, 立 题 不 对, 常 常 直 接 影 响 到 探 究 式 科 学 教 育 能 不 能 顺 利 进 行, 能 不 能 有 效 果 立 题 也 不 能 只 靠 现 成 的 案 例, 即 使 有 案 例, 也 需 要 教 师 理 解 以 后, 根 据 学 生 的 实 际 情 况 决 定 如 何 采 用 在 这 一 步 中, 关 键 在 于 两 点 : 一 是 教 师 如 何 将 学 生 引 入 讨 论, 并 了 解 学 生 已 有 的 概 念 和 认 识 ; 另 一 个 关 键 是 学 生 往 往 会 提 出 许 多 问 题, 这 些 问 题 中, 有 的 适 于 探 究, 有 的 不 适 于 探 究, 教 师 要 根 据 教 学 计 划 的 要 求, 经 过 和 51

52 学 生 的 对 话, 引 导 学 生 集 中 探 究 的 题 目 在 做 中 学 科 学 教 育 的 试 点 中, 我 们 发 现 相 当 一 部 分 教 师 和 教 研 员, 对 这 方 面 的 问 题 有 些 疑 惑, 所 以 我 们 将 在 4.1 节 中 专 门 提 出 来 讨 论 第 二 步 : 进 行 第 一 次 集 体 讨 论 学 生 提 出 自 己 对 问 题 答 案 的 推 测, 经 过 教 师 与 学 生 之 间, 学 生 与 学 生 之 间 的 讨 论, 得 出 学 生 自 己 或 是 小 组 对 问 题 答 案 的 预 测, 并 尽 可 能 用 不 同 方 式 记 录 下 来 在 探 究 式 教 育 中 有 多 次 讨 论 讨 论 是 探 究 式 科 学 教 育 中 教 师 和 学 生 互 动, 学 生 和 学 生 互 动 的 主 要 形 式, 贯 穿 着 探 究 的 全 过 程, 构 成 了 探 究 的 软 环 境 我 们 将 把 组 织 讨 论 中 的 一 些 共 性 问 题 放 在 第 4.2 节 中 讨 论 第 三 步 : 经 过 第 二 次 集 体 讨 论, 完 成 实 验 设 计, 以 进 行 调 查 研 究 以 每 个 学 生 或 每 个 小 组 为 单 位, 设 计 如 何 通 过 实 验 或 观 察 来 证 实 自 己 的 预 测 在 动 手 进 行 观 察 或 实 验 以 前, 要 尽 可 能 把 步 骤 想 清 楚, 最 好 记 录 下 来, 或 制 作 成 要 填 写 的 表 格 等 教 师 对 可 能 发 生 的 不 安 全 的 因 素 要 予 以 强 调 对 可 能 明 显 不 完 善 的 地 方, 可 以 启 发 学 生 进 一 步 完 善 应 该 注 意 启 发 学 生 在 相 等 条 件 下, 变 动 一 个 因 素 来 进 行 实 验 的 方 法, 我 们 称 它 为 公 平 实 验 教 师 可 以 通 过 提 问 引 导 学 生, 如 : 为 了 搜 集 我 们 需 要 的 证 据, 我 们 能 作 什 么? 52

53 我 们 需 要 做 什 么 实 验? 这 是 一 种 好 方 法 吗? 这 样 做 公 平 吗? 我 们 能 用 其 他 方 法 吗? 那 可 能 好 一 点 吗? 我 们 做 这 个 实 验 时 需 要 一 定 的 顺 序 吗? 我 们 从 哪 儿 能 得 到 帮 助? 谁 能 帮 助 我 们? 第 四 步 : 进 行 实 验 和 观 测 在 进 行 实 验 和 观 察 的 过 程 中, 1. 要 尽 可 能 让 学 生 直 接 接 触 实 际 的 客 观 世 界, 运 用 多 种 感 官 去 感 受 现 实 的 世 界, 包 括 : 视 觉 听 觉 触 觉 味 觉 嗅 觉 等, 这 样 做 是 符 合 这 个 年 龄 阶 段 儿 童 脑 的 发 展 特 点 的 2. 实 验 要 在 可 重 复 和 可 以 控 制 的 情 况 下 进 行, 要 做 到 这 点, 变 量 要 尽 量 单 一 3. 注 意 使 用 定 量 的 测 量 工 具 在 整 个 探 究 过 程 中 会 经 常 需 要 进 行 观 察, 要 注 意 引 导 学 生 围 绕 某 个 核 心 的 内 容 或 概 念 作 深 入 的 观 察, 而 不 要 做 不 集 中 的 目 的 不 明 确 的 表 面 的 观 察 强 调 观 察 要 深 入 和 细 致, 多 看 看, 看 仔 细 一 点, 多 想 一 想, 设 法 改 变 一 下 关 于 观 察 我 们 也 会 在 第 4.3 节 中 专 门 讨 论 53

54 学 生 在 整 个 调 查 研 究 期 间 都 需 要 教 师 的 引 导, 但 不 要 给 学 生 指 示, 要 用 问 题 引 导 他 们 参 与 到 调 查 研 究 中 去 下 面 一 些 问 题 也 许 有 助 于 观 察 和 实 验 的 进 行 : 我 们 首 先 需 要 做 什 么? 我 们 怎 么 分 工, 谁 做 什 么? 我 们 怎 样 用 这 些 物 品 和 工 具? 我 们 要 注 意 哪 些 安 全 问 题? 我 们 小 心 地 做 了 吗? 你 想 下 一 步 会 发 生 什 么? 我 们 应 该 记 录 什 么? 做 到 现 在, 是 不 是 需 要 我 们 观 察 些 其 他 现 象? 第 五 步 : 处 理 信 息 和 数 据, 并 把 它 们 转 换 成 实 证 把 观 察 到 的 信 息 和 实 验 中 获 得 的 数 据 加 以 整 理 和 分 析, 以 归 纳 出 现 象 后 面 存 在 的 规 律, 是 科 学 研 究 中 很 重 要 的 步 骤 科 学 家 在 这 个 时 候 会 运 用 两 种 思 维 方 式 : 推 理 思 维 和 直 觉 思 维 科 学 家 在 进 行 推 理 思 维 时, 需 要 一 步 一 步 的 进 行, 需 要 运 用 一 些 模 型 来 帮 助 分 析, 这 个 过 程 是 可 以 说 得 清 楚 的, 可 以 教 授 给 学 生 的 另 一 种 思 维 是 直 觉 思 维 的 方 式 科 学 家 在 进 行 直 觉 思 维 时, 需 要 依 靠 平 行 提 取 的, 已 经 积 累 的 大 量 知 识 和 经 验, 在 激 情 驱 动 下 产 生 灵 感, 这 个 过 程 是 不 能 清 晰 的 表 述 的 这 种 思 维 能 力 可 以 慢 慢 培 养, 但 不 能 简 单 地 传 授 对 幼 儿 园 和 小 学 的 学 生 来 说, 进 行 信 息 和 数 据 处 理 这 54

55 一 步 是 动 脑 的 时 候, 应 该 逐 步 引 导 他 们 运 用 推 理 的 思 维 来 进 行 数 据 的 显 示 和 分 析, 而 不 要 鼓 励 他 们 依 靠 直 接 的 感 知 来 形 成 表 面 的 结 论 因 为 在 儿 童 发 展 的 早 期, 他 们 常 常 会 依 靠 感 知 到 的 信 息 形 成 的 直 觉 来 判 断 事 物, 形 成 一 些 有 关 科 学 的 初 始 概 念, 这 些 概 念 往 往 是 不 全 面 的, 甚 至 是 不 正 确 的, 需 要 我 们 通 过 科 学 教 育, 逐 步 发 展 他 们 的 推 理 能 力 来 纠 正 或 改 善 它 们 启 发 学 生 思 考 的 问 题 如 : 我 们 看 见 什 么? 它 意 味 着 什 么? 我 们 可 以 用 什 么 模 型 去 分 析 这 些 数 据? 我 们 得 到 的 数 据 支 持 我 们 原 来 的 设 想 吗? 我 们 得 到 的 数 据 支 持 什 么 解 释 和 不 支 持 什 么 解 释? 这 样 的 结 果 令 我 们 惊 讶 吗? 第 六 步 : 表 达 和 交 流 表 达 和 交 流 是 科 学 研 究 中 重 要 的 环 节 组 织 自 己 的 想 法, 并 设 法 向 别 人 说 明, 或 是 设 法 说 服 别 人, 都 是 一 种 重 要 的 思 维 过 程 科 学 家 许 多 重 要 的 科 学 思 想 常 常 是 在 交 谈 和 辩 论 中 产 生 的, 激 烈 的 讨 论 和 辩 论 会 激 发 新 的 思 维, 被 称 为 是 科 学 家 灵 魂 的 碰 撞 在 许 多 研 究 单 位 都 有 日 间 在 一 起 喝 咖 啡 或 茶 的 习 惯, 以 便 鼓 励 研 究 集 体 中 的 成 员 经 常 进 行 交 流 和 讨 论 现 在 全 世 界 举 行 那 么 多 的 学 术 会 议 和 在 互 联 网 上 的 各 种 55

56 频 繁 的 邮 件 交 换, 都 是 科 学 家 加 强 联 系 和 交 流 的 方 式 在 幼 儿 园 和 小 学 的 探 究 式 科 学 教 育 中, 培 养 学 生 表 达 和 交 流 的 能 力 更 具 有 特 殊 重 要 的 意 义, 因 为 这 个 年 龄 阶 段 是 培 养 儿 童 的 语 言 能 力 的 重 要 时 期 结 合 科 学 教 育, 让 学 生 掌 握 科 学 的 语 言, 描 绘 他 们 亲 自 经 历 的, 丰 富 而 又 复 杂 的 实 际 科 学 探 究 过 程, 可 以 有 效 地 培 养 学 生 在 语 言 方 面 书 写 和 口 头 表 达 能 力 这 一 步 中 教 师 用 于 引 导 学 生 的 问 题 如 : 我 们 确 信 我 们 得 到 的 结 果 吗? 它 意 味 着 什 么? 有 其 他 办 法 吗? 我 以 前 看 到 过 类 似 的 事 吗? 这 样 的 结 论 和 我 原 来 的 想 法 一 样 吗? 这 样 的 结 论 对 我 们 有 用 吗? 我 们 可 以 怎 样 向 别 人 显 示 我 们 的 结 果? 在 进 行 这 些 讨 论 时 要 注 意 让 学 生 充 分 表 达 他 们 不 同 的 意 见 和 进 行 争 论, 最 后 全 班 要 形 成 明 确 的 结 论, 并 尽 可 能 用 科 学 的 语 言 记 录 下 来 形 成 明 确 的 结 论 并 不 意 味 着 要 求 所 有 的 学 生 都 同 意 某 个 结 论, 更 不 意 味 着 所 有 的 学 生 都 已 经 掌 握 了 这 个 结 论 中 所 包 含 的 科 学 概 念 要 让 学 生 把 最 后 的 结 论 和 自 己 最 初 的 设 想 作 对 比 形 成 结 论 后 要 让 学 生 记 录 下 来, 鼓 励 用 不 同 的 形 式, 56

57 用 科 学 的 语 言 来 记 录 ( 详 见 第 4.4 节 ) 鼓 励 学 生 正 式 在 全 体 同 学 面 前 作 尽 可 能 完 整 的 表 达, 可 以 模 仿 科 学 家 做 科 学 报 告 那 样, 也 可 以 采 用 多 样 的 适 合 儿 童 表 达 的 形 式, 但 是 应 该 力 求 保 持 使 用 科 学 的 语 言 探 究 过 程 中 进 行 的 实 验 或 观 察 没 有 得 到 预 想 的 结 果, 或 者 是 结 论 和 原 来 的 预 测 不 同 时, 教 师 一 定 要 坚 持 实 事 求 是 的 原 则, 要 告 诉 学 生 科 学 探 究 中 发 生 意 想 不 到 的 情 况 是 经 常 发 生 的 事, 有 时 我 们 从 失 败 中 会 学 到 比 成 功 更 可 贵 的 东 西 第 七 步 : 集 体 讨 论, 进 行 回 顾 ; 联 系 生 活 实 践, 提 出 新 的 问 题 不 管 是 对 还 是 错, 要 用 明 确 的 科 学 语 言 来 表 达 结 果, 在 原 有 儿 童 概 念 的 基 础 上 改 善 或 扩 展 儿 童 原 有 的 概 念 对 有 的 学 生 来 说, 概 念 也 可 能 没 有 获 得 改 善, 因 为 有 的 儿 童 概 念 的 改 变 是 很 困 难 的, 不 能 靠 一 次 探 究 来 完 成 在 这 时, 可 以 给 学 生 补 充 和 扩 充 相 关 的 知 识, 鼓 励 提 出 更 多 的 问 题 学 生 能 经 过 这 次 探 究 学 习 活 动 引 出 更 多 的 问 题, 说 明 这 次 探 究 活 动 是 成 功 的, 即 使 我 们 不 能 对 这 些 问 题 进 行 进 一 步 的 探 究 运 用 互 联 网 查 阅 更 多 的 知 识, 从 相 关 的 网 站 上 获 取 知 识, 是 很 好 的 扩 充 视 野 的 方 法, 在 整 个 探 究 过 程 中 都 可 以 运 用 探 究 过 程 是 组 织 学 生 学 习 的 主 干, 但 不 是 什 么 知 识 都 可 57

58 以 包 含 在 探 究 的 内 容 里 教 师 的 某 些 讲 授 常 常 会 伴 随 在 探 究 的 过 程 中, 有 时 教 师 需 要 告 诉 学 生 仪 器 和 器 械 的 使 用 方 法 ; 有 时 需 要 扩 充 和 连 接 知 识, 有 时 需 要 启 发 学 生 查 找 资 料 等 等 但 是, 这 种 讲 授 是 结 合 在 探 究 的 过 程 中 进 行 的, 而 不 是 孤 立 的 灌 输 和 由 教 师 直 接 教 给 学 生 概 念 的 定 义 和 知 识 不 同, 学 生 是 在 接 触 了 实 际 以 后, 在 主 动 的 建 构 概 念 的 过 程 中 去 组 织 新 的 知 识 在 蜗 牛 一 课 中, 当 学 生 接 触 了 蜗 牛, 引 出 了 许 多 想 要 探 究 的 问 题, 有 了 主 动 探 究 的 要 求, 教 师 很 自 然 带 领 学 生 查 资 料, 问 家 长 请 教 专 家, 查 字 典, 这 都 是 很 好 的 训 练 和 扩 充 知 识 的 时 机 和 办 法 第 四 节 为 什 么 要 以 探 究 的 方 式 来 学 习 科 学 今 天, 信 息 爆 炸 性 的 增 长 使 传 统 的 知 识 传 授 方 式 受 到 了 严 峻 的 挑 战, 没 有 智 能 工 具 的 引 导, 我 们 将 不 可 能 管 理 日 益 增 多 的 海 量 的 信 息, 智 慧 和 直 觉 会 在 浩 瀚 知 识 的 海 洋 里 遗 失 在 知 识 社 会 里 信 息 的 综 合 和 生 成 数 据 本 身 一 样 重 要, 因 而, 我 们 不 仅 要 培 养 学 生 学 习 的 能 力, 还 要 培 养 他 们 解 决 问 题 的 能 力 ; 不 仅 要 培 养 他 们 分 析 和 推 理 的 能 力, 还 需 要 培 养 他 们 综 合 运 用 信 息 的 能 力 实 施 探 究 式 科 学 教 育 是 教 育 改 革 的 重 要 组 成 部 分, 是 培 养 创 新 人 才 的 重 要 途 径 为 什 么 要 以 探 究 的 方 式 来 进 行 科 学 教 育 呢, 我 们 可 以 从 以 下 三 方 面 来 加 以 说 明 58

59 来 自 科 学 家 的 意 见 近 年 来, 国 际 科 学 界 采 取 积 极 主 动 的 联 合 行 动, 致 力 于 在 国 际 范 围 内 推 动 探 究 式 科 学 教 育 的 实 施 六 七 十 年 代, 由 科 学 家 提 出 的 探 究 式 科 学 教 育, 来 自 于 成 功 的 科 学 家 实 践 经 验 的 总 结, 在 经 过 较 长 期 的 教 学 实 践 以 后, 得 到 了 进 一 步 的 发 展 科 学 家 们 所 以 大 力 倡 导 探 究 式 科 学 教 育, 是 因 为 他 们 从 自 己 的 经 验 中 认 识 到 : 1. 科 学 教 育 应 该 保 护 儿 童 的 好 奇 心 ; 2. 科 学 教 育 应 该 有 利 于 激 发 儿 童 对 探 究 的 热 情, 学 习 的 主 动 性 ; 3. 尊 重 事 实, 追 求 真 实, 不 仅 对 科 学 研 究, 对 生 活 中 思 考 和 判 断 问 题 也 是 十 分 重 要 的, 应 该 从 小 培 养 孩 子 这 样 的 思 维 习 惯 和 生 活 态 度 ; 4. 科 学 家 认 识 事 件 和 研 究 问 题 有 特 定 的 模 式 ; 5. 科 学 家 记 不 住 所 有 的 知 识, 但 一 定 记 住 一 些 和 他 们 研 究 专 业 领 域 有 关 的 核 心 知 识 和 它 们 之 间 在 解 决 问 题 时 的 联 系 ( 模 式 ); 6. 和 自 然 与 实 践 的 广 泛 接 触, 可 以 增 加 想 像 的 空 间 科 学 的 结 论 并 不 总 是 正 确 的, 实 证 是 检 验 科 学 研 究 真 伪 的 唯 一 标 准 ; 7. 语 言 表 达 和 交 流 是 很 重 要 的 ; 59

60 8. 科 学 研 究 中 的 合 作 精 神 是 很 重 要 的 ; 9. 不 是 单 纯 的 知 识 造 就 了 科 学 家 的 成 功, 科 学 研 究 需 要 热 情 坚 韧 和 合 作 因 此, 需 要 从 小 培 养 儿 童 的 社 会 情 绪 能 力, 社 会 情 绪 能 力 更 能 预 示 儿 童 的 成 功 但 是, 社 会 情 绪 能 力 的 培 养 不 能 靠 空 洞 的 说 教, 而 是 要 靠 从 实 践 中 培 养 在 人 类 的 实 践 活 动 中, 最 适 合 引 入 幼 儿 园 和 小 学 教 学 环 境 的 是 科 学 实 践 活 动 来 自 教 育 理 论 的 支 持 儿 童 认 知 和 情 感 的 发 展 规 律 是 我 们 制 定 教 育 策 略 的 基 础 从 皮 亚 杰 开 始, 近 代 心 理 学 对 儿 童 进 行 了 来 自 经 验 的 系 统 观 察, 总 结 了 儿 童 认 知 的 发 展 规 律 皮 亚 杰 的 研 究 工 作 具 有 开 创 性, 对 教 育 的 影 响 也 很 大, 但 是 他 认 为 儿 童 生 而 具 有 某 种 认 知 结 构, 它 们 在 儿 童 发 展 的 过 程 中 依 次 出 现, 儿 童 的 认 知 能 力 的 发 展 的 进 程 受 环 境 刺 激 的 影 响 不 大, 在 预 定 的 时 间 以 前 不 会 出 现 西 方 国 家 在 科 学 教 育 中 一 度 受 到 皮 亚 杰 理 论 的 影 响, 强 调 了 儿 童 自 发 的 主 动 探 究 过 程, 有 的 学 者 也 把 它 称 为 发 现 式 科 学 教 育 七 十 年 代 以 来, 教 育 界 发 现 这 样 的 教 育 效 果 并 不 好, 而 且 儿 童 的 发 展 过 程 并 不 是 不 能 变 化 的, 和 儿 童 遇 到 的 环 境 与 教 育 方 式 有 关, 于 是 逐 渐 靠 近 了 考 虑 儿 童 和 社 会 环 境 相 互 作 用 的 发 展 与 学 习 建 构 过 程 60

61 和 皮 亚 杰 同 时 期 的 维 果 茨 基 (Vygotsky, ) 是 前 苏 联 的 一 位 心 理 学 家 他 强 调 社 会 活 动 对 学 习 的 作 用 他 的 社 会 建 构 理 论 在 他 逝 世 以 后 才 被 人 重 视, 成 为 支 持 探 究 式 学 习 的 基 本 教 育 理 论 他 的 理 论 对 教 育 的 影 响 可 以 归 结 为 : 1. 课 程 设 计 : 由 于 儿 童 有 效 地 学 习 要 通 过 一 定 社 会 环 境 下 的 互 动 来 实 现, 所 以 在 课 程 设 计 中 要 强 调 学 习 者 和 学 习 任 务 之 间 的 互 动, 强 调 学 习 环 境 的 设 置 2. 学 习 指 导 : 在 成 人 适 当 地 帮 助 下, 儿 童 常 常 可 以 完 成 他 独 自 无 法 完 成 的 任 务, 所 以 要 经 常 根 据 儿 童 的 水 平 提 供 灵 活 的 脚 手 架 来 帮 助 儿 童 脚 手 架 并 不 仅 仅 是 为 了 产 生 直 接 的 效 果, 更 是 为 了 慢 慢 地 培 养 儿 童 未 来 独 立 解 决 问 题 的 能 力 3. 评 价 : 评 价 要 考 虑 最 邻 近 发 展 区 的 概 念, 即 考 虑 儿 童 实 际 具 有 的 发 展 水 平 和 在 帮 助 下 可 能 获 得 的 发 展 水 平 两 个 儿 童 可 能 具 有 同 样 的 发 展 水 平, 但 在 获 得 同 样 的 帮 助 的 情 况 下, 可 能 最 后 达 到 的 解 决 的 问 题 水 平 并 不 一 样, 评 价 时 应 考 虑 这 个 因 素 详 细 的 讨 论 可 以 参 见 有 关 SCI 的 教 材 3.5 在 上 世 纪 的 后 几 十 年 中, 认 知 科 学 发 展 很 快, 进 一 步 揭 示 了 有 关 人 是 如 何 学 习 的 某 些 规 律 例 如 发 现 优 秀 的 国 际 象 61

62 棋 选 手 和 一 般 的 人 一 起 看 一 盘 棋, 如 果 棋 子 是 按 棋 谱 安 放 的, 棋 子 取 走 后, 棋 手 比 普 通 人 记 住 的 棋 子 明 显 要 多 但 是 如 果 棋 子 安 放 是 杂 乱 无 章 的, 棋 手 和 普 通 人 记 住 棋 子 的 数 目 差 别 并 不 大 所 以 认 知 科 学 的 进 展 告 诉 我 们 : 专 家 们 所 以 能 较 好 的 学 习 和 解 决 问 题 是 因 为 在 他 们 的 脑 中 建 立 了 一 些 概 念 和 模 型 概 念 也 是 建 构 儿 童 认 知 的 基 石, 幼 儿 园 和 小 学 的 学 生 已 经 有 能 力 建 立 一 些 认 知 结 构, 在 科 学 教 育 中 教 师 搭 建 一 些 脚 手 架, 帮 助 学 生 建 立 一 些 概 念 和 认 知 模 型 会 提 高 学 生 科 学 探 究 的 效 率 但 是, 建 立 这 些 概 念 和 认 知 结 构 需 要 从 儿 童 原 有 的 概 念 出 发 ( 儿 童 往 往 会 具 有 一 些 错 误 的 想 法 ), 通 过 做 中 学 ( 动 手 动 脑 ) 来 进 行 2002 年 诺 贝 尔 心 理 学 奖 获 得 者 卡 拉 曼 (D.Kahneman) 在 他 的 诺 贝 尔 获 奖 者 演 说 中 概 括 了 人 进 行 思 维 和 决 策 时 运 用 的 三 种 不 同 的 方 式 ( 图 3.2): 运 用 感 知 来 进 行 认 知, 运 用 直 觉 的 决 策 系 统 和 运 用 推 理 的 决 策 系 统 3.6 人 会 运 用 感 知 来 认 识 事 物, 以 直 接 形 成 一 些 判 断 和 想 法, 儿 童 早 期 的 认 知 过 程 常 常 就 属 于 这 一 类 就 思 维 过 程 而 言, 利 用 感 知 来 判 断 和 运 用 直 觉 的 决 策 系 统 有 许 多 相 似 之 处, 它 们 都 是 快 速 平 行 和 自 动 的 联 想 过 程, 它 们 是 不 能 刻 意 追 求 的, 不 能 用 明 确 的 方 式 传 授 给 其 他 人 的 ; 而 在 逻 辑 推 理 的 决 策 系 统 中, 运 用 的 是 较 缓 慢 的 串 联 进 行 的 可 控 制 的 思 维 方 式, 它 可 以 有 规 则 可 循, 也 可 以 根 据 规 则 而 变 化, 这 种 推 理 的 思 维 方 式 62

63 经 过 努 力 和 积 累 是 可 以 学 会 的 从 思 维 的 内 容 来 看, 由 感 知 形 成 的 认 知, 主 要 依 靠 感 官 在 面 对 的 即 时 的 刺 激 下 获 得 的 信 息 来 进 行 但 是, 无 论 是 激 情 驱 动 下 的 依 靠 直 觉 的 决 策 系 统, 还 是 依 靠 推 理 的 逻 辑 决 策 系 统, 都 需 要 建 筑 在 大 量 知 识 和 经 验 积 累 的 基 础 上 这 些 知 识 和 经 验 是 可 以 陈 述 的 而 且 是 用 概 念 来 表 达 的 在 幼 儿 园 和 小 学 的 科 学 教 育 中, 我 们 让 儿 童 从 熟 悉 的 主 要 依 靠 感 官 而 感 知 的 认 知 方 式 方 法 出 发, 逐 步 学 会 运 用 基 于 事 实 的 推 理 思 维 在 这 个 过 程 中, 我 们 引 导 学 生 学 习 的 内 容 不 能 是 杂 乱 的 无 组 织 结 构 的 知 识, 而 应 该 是 有 组 织 的 有 结 构 的, 这 就 是 我 们 通 常 说 的 概 念 和 模 型 概 念 是 有 组 织 的, 有 不 同 程 度 覆 盖 面 的 用 抽 象 语 言 表 达 的 知 识, 而 模 型 表 示 了 概 念 之 间 的 联 系 我 们 需 要 通 过 探 究 式 科 学 教 育 帮 助 学 生 逐 步 建 立 科 学 概 念 和 认 知 模 型 63

64 图 3.2 人 的 认 知 和 决 策 系 统 关 于 科 学 概 念 和 认 知 模 型 在 探 究 式 科 学 教 育 中 的 应 用, 我 们 还 会 在 下 一 节 中 结 合 具 体 案 例 来 加 以 说 明 在 这 次 我 国 正 在 推 动 的 新 教 育 课 程 改 革 中, 学 习 过 程 中 的 建 构 理 论 被 认 为 是 指 导 教 改 的 主 要 教 育 理 论 但 是 我 们 需 要 知 道, 在 建 构 主 义 的 范 围 里 存 在 着 不 同 的 学 派 目 前, 在 我 国 教 育 理 论 界, 某 些 学 者 推 崇 的 激 进 的 建 构 主 义 实 际 上 是 反 对 实 践 论 所 主 张 的 认 识 论 的 在 激 进 的 建 构 主 义 中, 提 倡 新 认 识 论 按 他 们 自 己 的 话 来 讲, 即 不 再 把 知 识 看 作 是 有 关 绝 对 现 实 的 知 识, 而 认 为 只 是 主 要 由 个 人 对 知 识 的 建 构, 即 个 人 创 造 有 关 世 界 的 意 义, 而 不 是 发 现 源 于 现 实 的 意 义 这 种 新 认 识 论 从 哲 学 上 否 定 了 科 学 知 识 对 客 观 真 理 的 逐 步 逼 近 和 科 学 研 究 的 作 用, 和 我 们 这 里 提 出 的 社 会 建 构 的 教 育 理 论 是 有 本 质 不 同 的 这 种 激 进 的 建 构 主 义 即 使 在 西 方 的 科 学 教 育 界 也 不 被 认 可 来 自 学 习 科 学 ( 神 经 教 育 学 ) 的 启 示 学 习 科 学 是 一 门 新 出 现 的 交 叉 学 科, 它 研 究 心 智 脑 和 教 育 的 关 系 现 在, 脑 科 学 可 以 从 实 验 研 究 中 提 供 有 关 研 究 结 果, 以 证 实 许 多 有 关 学 习 机 理 的 假 设 和 发 现 从 这 些 众 多 的 研 究 进 展 中, 我 们 可 以 得 到 一 些 初 步 的 启 示, 例 如 : 1. 我 们 的 心 智 (Mind) 与 肉 体 (Body) 不 是 分 离 的, 而 是 和 我 们 脑 中 神 经 元 的 组 织 结 构 轴 突 和 树 突 结 构 突 触 64

65 的 树 突 棘 等 形 态 有 关, 和 神 经 递 质 有 关 它 们 不 仅 取 决 于 基 因, 也 取 决 于 经 历, 特 别 是 学 习 的 经 历, 并 从 良 好 的 经 历 中 受 益 在 学 习 过 程 中, 人 通 过 各 种 感 官, 获 取 信 息, 形 成 长 期 记 忆, 在 需 要 时 可 以 进 行 提 取, 以 指 导 行 为 孩 子 一 出 生 就 开 始 在 一 定 的 社 会 环 境 中 建 构 他 们 自 己 对 世 界 的 认 识 脑 中 形 成 的 长 期 记 忆, 实 际 上 是 在 神 经 元 的 突 触 之 间 形 成 了 特 定 的 蛋 白 结 构, 所 以 记 忆 是 逐 步 建 构 的 研 究 表 明 人 不 同 的 心 智 功 能 如 语 言 情 感 动 机 决 策 等, 都 有 相 应 的 突 触 结 构 组 织 回 路 和 脑 区 与 其 对 应, 并 受 到 神 经 递 质 分 布 的 影 响 人 通 过 学 习 而 在 人 脑 中 形 成 的 记 忆, 如 图 3.3 所 示 可 以 分 成 动 作 记 忆 情 绪 记 忆 和 可 陈 述 记 忆 三 种, 它 们 分 别 存 储 在 不 同 的 脑 区 中 3.3 目 前 课 堂 教 育 中 强 调 的 常 常 只 是 可 陈 述 的 记 忆 内 容, 如 知 识 概 念 等 等 实 际 上, 我 们 不 仅 要 关 注 儿 童 的 智 力 发 育, 更 要 注 意 儿 童 情 感 的 发 育 儿 童 时 期 具 有 的 情 绪 能 力, 而 不 是 他 们 的 智 商 (IQ), 是 他 们 以 后 生 活 中 能 否 成 功 的 最 好 预 示 儿 童 情 感 的 早 期 发 展, 和 智 力 一 样 都 深 受 经 历 的 影 响

66 图 3.3 脑 中 的 三 种 记 忆 系 统 3. 脑 的 不 同 部 分 在 人 的 一 生 中 呈 现 不 同 的 发 展 规 律 脑 在 人 的 一 生 中 都 有 可 塑 性, 但 有 些 经 历 在 童 年 特 定 敏 感 时 期 对 脑 的 发 展 有 极 其 强 大 的 影 响, 而 其 他 一 些 经 历 影 响 脑 的 时 间 则 可 能 长 得 多 儿 童 时 期 最 早 发 育 的 是 与 语 言 感 官 情 绪 有 关 的 脑 区, 而 负 责 逻 辑 推 理 思 维 的 前 额 皮 层 则 成 熟 得 较 晚, 直 到 20 岁 以 后 才 最 后 发 展 成 熟 3.8, 所 以, 幼 儿 园 和 小 学 的 儿 童 通 过 接 触 实 际, 通 过 直 观 的 多 种 感 官 的 通 路 发 展 认 知 和 情 感, 是 有 利 于 儿 童 发 展 的 4. 动 机 对 学 习 的 效 果 有 很 大 的 影 响 3.9 人 的 情 感 状 态 66

67 影 响 人 的 注 意 力 记 忆, 和 以 后 抽 取 时 的 状 态 学 习 的 动 机 越 积 极 和 主 动, 脑 的 耗 氧 量 也 相 对 较 少 作 为 教 师 和 家 长, 懂 得 一 些 有 关 脑 的 基 本 知 识 是 很 有 益 处 的 我 们 收 集 和 分 析 了 国 际 上 现 有 的 一 些 资 料 以 后, 认 为 美 国 华 盛 顿 大 学 (University 0f Washington) 恰 德 勒 博 士 (Eric Chudler) 的 网 站 Neuroscience for Kids 十 分 适 合 介 绍 给 我 国 的 教 师 和 家 长 经 恰 德 勒 博 士 同 意 以 后, 由 东 南 大 学 学 习 科 学 中 心 毛 彩 凤 老 师 翻 译 成 书 其 翻 译 质 量 经 过 原 作 者 所 在 学 校 校 核 和 评 价 后, 认 为 专 业 和 准 确 (professional and accurate) 此 书 已 经 由 汕 头 大 学 出 版 社 出 版, 大 家 可 以 参 阅 3.11 参 考 文 献 3.1 National Science Education Standards, NRC USA 全 日 制 义 务 教 育 科 学 (3-6 年 级 ) 课 程 标 准, 中 华 人 民 共 和 国 教 育 部 制 定 3.3 修 改 自 OECD Brain Mechanism and Learning Science 报 告, 做 中 学 科 学 教 育 实 验 项 目 专 家 组, 东 南 大 学 学 习 科 学 研 究 中 心, 做 中 学 在 中 国 幼 儿 园 小 学 科 学 教 学 案 67

68 例, 教 育 科 学 出 版 社 M. Hunsberger, Y. Hodges, J. Paul, 郑 大 伟, 基 础 教 育 中 以 学 生 为 中 心 的 教 学 法, 中 央 广 播 电 视 大 学 出 版 社 Danial Kahneman, Maps of Bounder Rationality: A perspective on Intuitive Judgment and Choice, Price Lecture, Dec.8, R. Douglas Fields, Making Memories Stick, Scientific American, Feb pp58-65 ( 中 译 文 : 科 学,2005,) 3.8 韦 钰, 儿 童 情 感 能 力 的 培 养, 儿 童 发 展 国 际 会 议 论 文 集, 宋 庆 龄 基 金 会 P. M. Thompson at el. Dynamic Mapping of Human Cortical Development during Childhood Through Early Adulthood, 101(21): , PNAS May R.Adolphs, Cognitive-Neuroscience of Human Social Behavior, Nature Neuroscience 4, No (2003) 3.11 东 南 大 学 学 习 科 学 研 究 中 心 翻 译, 为 孩 子 写 的 脑 科 学 知 识, 汕 头 大 学 出 版 社

69 第 四 章 探 究 式 科 学 教 育 中 教 师 和 学 生 的 作 用 第 一 节 教 师 的 引 导 组 织 和 支 持 作 用 进 行 探 究 式 科 学 教 育, 对 教 师 提 出 了 很 高 的 要 求, 教 师 是 课 堂 中 科 学 探 究 活 动 的 引 导 者 组 织 者 和 支 持 者, 但 不 是 学 生 探 究 进 程 中 掌 握 主 动 权 的 人 教 师 可 以 因 势 利 导 和 设 置 环 境, 但 进 行 探 究 活 动 的 主 体 是 学 生, 有 没 有 达 到 预 定 的 目 标, 最 终 取 决 于 学 生 本 人 的 情 况 和 努 力 作 为 科 学 课 的 教 师 需 要 掌 握 或 了 解 三 方 面 的 知 识 : 科 学 概 念 和 模 型 教 学 法 以 及 儿 童 认 知 和 情 感 的 发 展 规 律 ( 图 4.1) 图 4.1 科 学 课 教 师 的 知 识 构 成 69

70 首 先, 教 师 对 科 学 和 科 学 教 育 目 的 的 理 解 引 导 着 科 学 教 育 课 堂 活 动 的 方 向 教 师 需 要 了 解 探 究 式 科 学 教 育 的 目 的 是 多 方 面 的, 并 在 教 学 的 过 程 中 加 以 贯 彻, 而 不 是 只 注 意 知 识 的 传 授 科 学 教 育 的 目 的 包 括 : 1. 保 护 孩 子 的 好 奇 心 和 激 发 学 习 科 学 的 主 动 性 ; 2. 激 发 想 像 力, 扩 展 思 维 ; 3. 获 得 重 要 的 科 学 知 识 和 概 念, 以 及 科 学 概 念 之 间 的 联 系 : 4. 学 习 探 究 的 技 能 5. 改 善 合 作 和 交 往 能 力 ; 6. 促 进 语 言 和 表 达 能 力 的 发 展 7. 关 心 日 常 生 活 中 的 科 学 问 题, 关 心 环 境 和 关 爱 生 命 科 学 教 育 不 是 为 了 选 拔 精 英, 甚 至 不 是 主 要 为 了 培 养 未 来 的 科 技 工 作 者, 而 是 为 了 培 养 合 格 的 公 民, 科 学 教 育 需 要 面 对 每 一 个 学 生 实 例 1: 冬 天, 教 师 要 求 学 生 探 究 什 么 材 料 做 的 手 套 最 能 保 暖? 学 生 于 是 用 杯 子 装 上 热 水, 用 不 同 的 材 料 去 包 裹 杯 子, 然 后 用 插 在 杯 里 的 温 度 计 测 量 温 度, 以 对 不 同 材 料 的 保 温 特 性 进 行 比 较 实 验 完 成 以 后, 学 生 开 始 报 告 观 察 到 的 结 果 一 组 学 生 的 代 表 报 告 说, 他 们 的 实 验 结 果 显 示 : 厚 的 布 比 薄 的 布 保 温 要 好 这 是 常 识, 大 家 都 会 这 样 想 教 师 走 近 去 观 看 学 生 的 实 验, 结 果 发 现, 温 度 计 的 指 示 刚 刚 相 反, 在 用 厚 布 在 实 例 1 里, 教 师 不 只 是 把 注 意 的 焦 点 放 在 事 先 准 备 的 包 裹 的 杯 子 里 插 的 温 度 计 上, 显 示 的 温 度 反 而 低 ; 用 薄 布 包 裹 的 杯 子 里 插 的 温 度 知 识 点 上, 而 是 注 意 探 究 过 程 中 学 生 的 科 学 态 度, 要 求 学 计 显 示 的 温 度 要 高, 原 因 是 厚 布 包 裹 的 杯 子 里 水 太 少 了 影 响 温 度 降 低 速 度 的 因 素, 除 了 保 温 材 料 以 外, 还 和 杯 里 的 水 量 有 关 70

71 生 报 告 真 实 的 情 况, 不 要 想 当 然, 更 不 要 猜 测 老 师 的 要 求 这 是 一 节 很 好 的 探 究 课, 因 为 学 生 实 验 设 计 的 不 完 善, 造 成 预 料 之 外 的 结 果, 反 而 可 以 加 深 学 生 对 探 究 过 程 的 理 解 学 生 从 他 们 的 学 习 过 程 中 知 道 测 量 温 度 变 化 时, 应 该 把 其 他 条 件 控 制 得 相 同 才 行, 如 果 杯 子 里 水 的 量 不 一 样, 也 会 影 响 温 度 的 保 持, 这 是 在 做 科 学 实 验 时, 经 常 需 要 使 用 的 公 平 实 验 的 原 则 更 主 要 的 是, 学 生 会 知 道 什 么 是 实 事 求 是 的 科 学 态 度, 这 些 会 使 他 们 终 生 受 益 实 例 2: 教 室 里 进 行 着 科 学 探 究 活 动 鸡 蛋 在 盐 水 中 的 沉 浮 已 经 结 束, 大 多 数 的 学 生 都 很 高 兴, 正 向 老 师 报 告 他 们 的 成 功 和 发 现 在 教 室 的 角 落 里, 两 位 学 生 捧 著 他 们 盛 有 鸡 蛋 的 杯 子, 伤 心 地 坐 在 位 子 上 老 师 注 意 到 了, 走 过 去 问 他 们 为 什 么 不 高 兴? 两 位 学 生 说, 他 们 的 鸡 蛋 因 为 破 了, 没 有 能 浮 起 来 教 师 把 鸡 蛋 从 他 们 的 杯 子 里 取 出 来, 放 到 其 他 学 生 的 杯 子 里, 鸡 蛋 就 浮 起 来 了, 这 两 个 学 生 高 兴 地 笑 起 来 了 在 上 面 实 例 2 介 绍 的 探 究 活 动 让 鸡 蛋 浮 起 来 中, 教 师 这 两 个 学 生 在 实 验 中, 没 能 让 鸡 蛋 浮 起 来, 不 是 因 为 鸡 蛋 破 了, 而 是 因 为 他 不 只 是 注 意 到 获 得 好 结 果 的 学 生, 而 是 面 对 每 一 个 儿 童, 特 们 不 敢 往 水 里 加 足 够 多 的 盐 别 鼓 励 实 验 不 顺 利 的 学 生, 性 格 比 较 内 向, 自 信 心 不 是 很 强 的 学 生, 及 时 地 帮 助 了 他 们 如 果 在 帮 助 的 过 程 中, 能 够 让 学 生 自 己 尝 试, 效 果 可 能 更 好 实 例 3: 在 一 节 探 究 将 螺 母 固 定 在 圆 滚 筒 不 同 位 置 时, 影 响 滚 筒 沿 斜 面 下 滑 速 度 的 课 堂 中 A 组 的 同 学 开 始 采 用 了 不 合 适 的 方 案, 当 他 们 发 现 B 组 的 同 学 方 案 较 好 时, 迅 速 地 将 他 们 原 来 的 方 案 作 了 修 改 在 随 后 教 师 要 求 各 组 介 绍 情 况 时,A 组 的 同 学 获 得 了 机 会, 并 且 在 最 后 被 评 为 冠 军 组 A 组 的 学 生 因 之 兴 高 采 烈, 并 且 认 为 B 组 的 同 学 是 失 败 者 71

72 我 们 认 为, 在 实 例 3 记 录 的 科 学 探 究 课 堂 中, 教 师 设 计 了 最 终 的 比 赛, 使 学 生 的 注 意 力 集 中 在 比 赛 的 结 果 上, 按 比 赛 的 结 果 来 论 英 雄, 而 不 是 注 重 在 探 究 过 程 中 学 生 提 出 设 想 和 设 计 方 案 能 力 的 培 养, 这 样 作 不 符 合 探 究 式 科 学 教 育 的 要 求 A 组 同 学 应 该 在 他 们 报 告 结 果 时, 指 出 他 们 在 探 究 过 程 中 曾 经 向 B 组 同 学 学 习, 并 修 改 过 自 己 原 来 提 出 的 方 案 尊 重 事 实, 尊 重 他 人 的 成 果, 这 是 重 要 的 科 学 研 究 者 应 遵 循 的 工 作 准 则 从 上 面 发 生 在 我 们 科 学 教 育 课 上 的 几 个 实 际 例 子 中 可 以 看 到, 教 师 对 科 学 的 理 解, 教 师 的 科 学 态 度 以 及 教 师 对 科 学 教 育 目 的 的 掌 握, 从 根 本 上 引 导 者 科 学 教 育 课 堂 的 方 向, 影 响 着 探 究 式 科 学 教 育 的 成 效 其 次, 教 师 需 要 掌 握 所 要 探 究 的 概 念 和 其 他 有 关 概 念 的 关 系, 以 便 有 目 的 的 为 学 生 搭 建 脚 手 架, 支 持 学 生 的 探 究 活 动 中 国 有 句 俗 语, 你 要 有 一 桶 水, 才 能 教 学 生 一 碗 水 自 然 科 学 的 知 识 这 么 广 泛, 我 们 应 该 怎 么 掌 握 比 较 有 效 呢? 可 以 利 用 科 学 已 经 形 成 的 概 念 和 规 律 科 学 知 识 是 有 系 统 的 知 识, 科 学 家 在 不 断 进 行 对 自 然 界 以 及 对 人 类 本 身 的 探 究 中, 形 成 了 对 事 物 的 分 类, 对 事 物 和 事 件 性 质 过 程 的 描 述 和 解 释 这 些 对 归 类 事 物 的 本 质 性 的 归 类 描 述 就 是 我 们 通 常 说 的 概 念 而 对 概 念 之 间 联 系 的 描 述 形 成 了 通 常 说 的 定 律 模 型 72

73 和 理 论 例 如, 人 类 在 和 自 然 交 往 之 中, 发 现 了 不 同 类 型 的 石 头 及 其 不 同 的 特 性 和 用 途 人 们 给 不 同 的 矿 石 命 名, 金 银 铜 铁 锡 等 根 据 他 们 的 共 同 性 质, 形 成 了 矿 石 的 概 念, 进 而 扩 大 形 成 了 包 括 泥 土 水 风 等 都 是 没 有 生 命 的 物 质 的 分 类 概 念 而 人 类 观 察 不 同 的 动 物 和 植 物 等 都 是 有 生 命 的 物 质 生 命 和 非 生 命 的 主 要 区 别 在 于 有 生 命 的 物 质 自 己 能 够 自 我 修 复, 自 我 繁 殖 达 尔 文 通 过 观 察 比 较 研 究 发 现 了 所 有 生 命 物 质 进 化 的 规 律 生 存 竞 争, 适 者 生 存 这 些 科 学 概 念 和 科 学 概 念 之 间 的 联 系 涉 及 的 范 围 不 同, 有 的 涉 及 范 围 小, 有 的 涉 及 范 围 大 对 涉 及 范 围 小 的, 我 们 称 它 们 为 特 定 的 概 念, 而 涉 及 范 围 大 的 称 为 普 遍 的 概 念, 或 大 概 念 当 然 这 种 大 和 特 定 的 分 类 是 相 对 的, 而 不 是 绝 对 的 概 念 越 大, 就 越 抽 象, 学 生 掌 握 就 越 困 难, 所 以 儿 童 的 概 念 的 建 立 一 般 从 简 单 到 复 杂, 从 初 级 到 高 级, 从 特 殊 到 一 般 需 要 一 定 的 顺 序, 需 要 和 儿 童 认 知 和 情 感 的 发 展 规 律 相 符 在 教 师 进 行 探 究 式 科 学 教 育 时, 应 该 了 解 儿 童 所 具 有 的 原 有 的 概 念 ( 有 时 是 想 法 ) 这 些 原 有 的 概 念 可 能 是 正 确 的, 也 可 能 是 错 误 的, 要 从 儿 童 原 有 的 概 念 出 发, 搭 建 脚 手 架, 帮 助 儿 童 改 善 和 获 得 新 的 概 念 在 探 究 式 科 学 教 育 中 常 常 运 用 概 念 联 系 图 来 明 确 教 学 的 目 标 和 不 同 课 案 之 间 的 联 系 以 声 音 的 探 究 为 例 在 学 生 进 行 声 音 的 探 究 以 前, 需 要 73

74 知 道 物 体 在 力 的 作 用 下, 会 发 生 位 置 的 移 动, 我 们 称 它 们 为 机 械 运 动 这 种 机 械 运 动 又 可 以 分 成 平 动 和 转 动 平 动 中 的 物 体 可 以 作 直 线 运 动 曲 线 运 动 或 是 重 复 往 返 运 动 我 们 称 后 一 类, 物 体 在 一 定 位 置 附 近 所 作 的 重 复 往 返 的 运 动 叫 机 械 振 动 机 械 振 动 是 物 体 的 一 种 运 动 形 式 教 师 可 以 和 学 生 一 起 讨 论, 共 同 绘 制 平 动 运 动 的 分 类 图, 这 会 有 助 于 引 导 学 生 建 立 分 类 的 概 念 图 4.2 中 给 出 一 个 实 例 图 4.2 平 动 运 动 的 分 类 图 涉 及 声 音 有 三 个 大 概 念, 它 们 是 : 1. 对 于 物 体 的 振 动 状 态, 我 们 需 要 用 两 个 参 量 来 描 述 物 体 发 生 振 动 时, 振 动 的 节 奏 会 有 快 有 慢 为 了 描 述 物 体 振 动 的 快 慢, 在 物 理 学 中 引 入 了 频 率 这 个 参 量 ; 物 体 振 动 74

75 快 慢 一 样 时, 每 次 物 体 振 动 位 置 发 生 移 动 的 最 大 距 离 可 能 不 一 样, 因 此, 我 们 需 要 第 二 个 参 量, 用 它 来 描 述 振 动 物 体 每 次 作 往 返 运 动 时 位 置 移 动 的 大 小, 科 学 上 称 它 为 振 幅 所 以, 为 了 描 述 振 动 这 种 运 动 形 式, 我 们 需 要 两 个 参 量, 描 述 振 动 快 慢 的 参 量 -- 频 率, 以 及 在 每 次 振 动 过 程 中, 描 述 振 动 物 体 最 大 位 置 移 动 的 参 量 -- 振 幅 2. 振 动 作 为 一 种 能 量 的 表 现 形 式, 它 可 以 和 其 他 能 量 互 相 转 换 要 物 体 产 生 振 动, 需 要 给 物 体 施 加 一 定 的 力 例 如 像 要 用 力 击 鼓, 才 会 产 生 鼓 声 ; 用 力 敲 锣, 锣 才 会 发 出 声 音 振 动 起 来 的 鼓 和 锣 具 有 一 定 的 能 量, 放 在 鼓 面 上 的 米 粒 会 被 带 动 起 来, 会 在 鼓 面 上 跳 动 3. 振 动 以 波 的 形 式 在 不 同 的 媒 质 中 传 输 物 体 产 生 振 动 以 后, 会 把 这 种 振 动 的 运 动 形 式 传 给 它 周 围 的 媒 质, 被 带 动 的 周 围 的 媒 质 又 会 继 续 带 动 它 周 围 其 他 的 媒 质 发 生 振 动 振 动 形 式 这 样 不 断 的 传 播 开 来, 传 到 我 们 的 耳 朵 里, 我 们 才 听 见 声 音 可 以 用 一 个 比 方 来 类 比 如 果 在 水 边 往 水 里 掷 一 块 石 头, 石 头 落 水 以 后 会 在 水 面 上 产 生 逐 步 往 外 扩 散 的 水 波, 这 就 是 一 个 产 生 波 动 和 波 动 在 水 这 种 媒 质 中 传 播 的 例 子 从 这 些 与 声 音 有 关 的 大 概 念, 我 们 又 可 以 细 分 出 一 些 分 概 念 例 如, 描 述 振 动 这 种 运 动 形 式 主 要 是 两 个 指 标, 一 75

76 个 是 振 动 的 快 慢 ( 频 率 ), 另 一 个 是 每 次 振 动 的 最 大 位 移 ( 振 幅 ) 在 作 科 学 上 的 描 述 时, 要 用 定 量 量 度 我 们 把 一 秒 钟 时 间 内 振 动 的 次 数 称 为 赫 兹 (Hz) 赫 兹 是 一 个 研 究 声 学 的 著 名 科 学 家 的 名 字 描 述 振 幅 大 小 也 有 一 个 量 度 的 单 位, 称 作 分 贝 分 贝 是 用 来 量 度 能 量 的 单 位, 它 正 比 于 能 量 的 对 数 值 相 差 10 分 贝 的 两 个 声 音, 表 示 它 们 的 能 量 相 差 十 倍 每 秒 钟 振 动 的 次 数 合 适 ( 每 秒 钟 振 动 20 次 到 20,000 次 之 间 ), 又 有 一 定 强 度 的 振 动, 传 到 人 的 耳 朵 里, 人 就 能 听 见, 我 们 称 它 为 声 音 或 可 听 波 物 体 振 动 越 快, 音 调 越 高 ; 振 动 越 慢, 音 调 越 低 位 移 越 大, 音 量 越 大 ; 位 移 越 小 音 量 越 小 振 动 得 太 快, 人 的 耳 朵 听 不 见, 可 是 有 的 蝙 蝠 听 得 见, 这 样 的 机 械 振 动 我 们 称 它 为 超 声 波 振 动 得 太 慢, 我 们 也 听 不 见, 可 是 大 象 可 以 听 得 见 振 动 太 弱, 我 们 的 耳 朵 听 不 见, 可 是 狗 的 耳 朵 比 我 们 灵 敏 振 动 太 强, 会 使 我 们 的 耳 朵 受 到 伤 害 所 以, 我 们 要 注 意 防 止 噪 声 对 环 境 的 污 染 振 动 这 种 运 动 的 形 式 可 以 沿 着 固 体 液 体 和 气 体 传 播, 我 们 把 这 种 传 播 的 振 动 形 式 称 为 机 械 波 它 在 有 的 媒 质 中 传 输 时 几 乎 不 会 被 减 弱, 但 在 有 些 媒 质 中 传 输 时 会 被 明 显 减 弱 振 动 可 以 向 四 面 八 方 传 播, 遇 到 物 体 会 返 回 来, 我 们 称 它 为 反 射 ; 它 也 会 绕 过 物 体 传 输, 我 们 称 它 绕 射 物 体 作 振 动 具 有 一 定 的 能 量, 我 们 称 它 为 机 械 能 机 械 能 和 所 有 能 量 一 样, 它 可 以 和 其 他 形 式 的 能 量 之 间 产 生 转 76

77 化 像 我 们 通 常 用 的 喇 叭 就 是 把 电 能 变 成 了 声 音 ( 振 动 能 ); 而 麦 克 风 就 是 把 我 们 讲 话 的 声 音 变 成 了 电 磁 能 可 以 把 这 种 概 念 的 分 解 画 成 概 念 图, 也 可 以 列 出 表 格 来 表 示 图 4.3 中 给 出 的 是 有 关 声 音 的 概 念 图 图 的 最 右 边 表 现 的 是 描 述 振 动 的 两 个 参 量 的 部 分 ; 中 间 是 有 关 能 量 的 概 念 ; 最 左 边 表 现 了 振 动 波 的 传 播 概 念 图 4.3 有 关 声 音 的 概 念 图 概 念 也 可 以 用 表 格 的 形 式 来 表 达 表 4.1 是 有 关 声 音 概 念 的 表 格 表 示 表 4.1 声 音 的 概 念 77

78 主 要 概 念 分 概 念 和 课 标 的 关 系 建 议 讲 授 的 形 式 建 议 讲 授 的 年 级 声 音 是 一 种 机 械 振 动 力 作 用 于 物 体, 使 其 产 生 振 动, 发 出 声 音 振 动 的 快 慢 决 定 音 调 的 高 低 振 动 的 位 移 大 小 决 定 音 量 2.3-(1.1) 2.3-(1.3) 人 和 不 同 的 动 物 可 以 听 到 不 同 的 声 音, 包 括 可 听 音 和 噪 音 声 音 是 一 种 运 动 形 式 持 续 的 噪 声 是 环 境 污 染 声 音 可 以 以 声 波 的 形 式 通 过 媒 质 传 输 声 波 是 一 种 纵 波 声 波 通 过 媒 质 可 以, 或 几 乎 不 2.3-(1.2) 减 弱 声 波 遇 到 物 体 会 发 生 反 射 和 绕 声 音 是 一 种 能 量 射 物 体 产 生 运 动 需 要 能 量 机 械 能 可 以 和 其 他 能 量 之 间 产 生 转 换 2.3-(6.1) 2.3-(6.2) 概 念 图 可 以 是 表 现 大 概 念 的, 一 般 就 比 较 项 目 多 一 点, 看 起 来 复 杂 一 点, 上 面 表 现 声 音 的 大 概 念 的 图 就 是 这 样 但 78

79 是 有 的 表 现 某 一 个 较 小 的 概 念 的 图 可 以 比 较 简 单, 教 师 也 可 以 和 学 生 一 起 来 绘 制 用 这 些 表 示 概 念 和 概 念 之 间 联 系 的 模 型 可 以 帮 助 学 生 建 立 科 学 概 念 和 分 析 模 型 图 4.4 中 给 出 一 些 例 子 79

80 图 4.4 概 念 图 的 一 些 形 式 教 师 在 进 行 具 体 的 教 学 以 前, 需 要 把 准 备 让 学 生 建 立 改 善 的 科 学 概 念 设 计 成 模 块 单 元 和 写 出 教 案, 以 有 效 地 组 织 课 堂 教 学 上 面 介 绍 的 概 念 图 和 表 格 比 较 复 杂, 主 要 是 给 教 材 编 写 者 和 教 师 用 的 教 师 在 进 行 课 堂 教 学 时, 需 要 把 它 改 编 成 教 案, 根 据 学 生 的 具 体 情 况 来 进 行 教 学 在 探 究 式 科 学 教 育 中, 需 要 帮 助 儿 童 在 他 们 原 有 想 法 的 基 础 上, 逐 步 发 展 正 确 的 科 学 概 念 这 不 是 一 个 简 单 的 过 程, 常 常 不 能 靠 一 节 课 来 完 成, 而 是 需 要 设 置 一 系 列 的 课 来 实 现 设 计 系 列 的 课, 有 助 于 了 解 概 念 之 间 的 联 系, 为 学 生 制 定 一 个 连 续 的 学 习 过 程 我 们 经 常 称 这 样 的 系 列 课 程 为 一 个 模 块 例 如, 我 们 可 以 根 据 学 生 的 情 况, 和 课 标 中 要 求 的 内 容, 来 设 计 有 关 声 音 的 课 程 只 靠 一 节 课 往 往 不 够, 因 此 应 该 设 计 成 一 个 系 列 与 声 音 有 关 的, 相 互 联 系 的 课 堂 教 学 的 教 案 学 生 可 以 逐 步 去 认 识 那 些 帮 助 我 们 揭 示 声 音 现 象 的 概 念 例 如 说 : 可 以 设 计 成 下 面 的 几 节 课 : 第 一 单 元 我 们 怎 样 制 造 出 声 音?( 轻 打 吹 弹 以 产 生 振 动 ) 第 二 单 元 怎 样 改 变 声 音 的 高 低?( 振 动 的 快 慢 和 音 调 高 低 的 关 系 ) 第 三 单 元 怎 样 使 声 音 变 大?( 什 么 会 影 响 到 音 量?) 80

81 第 四 单 元 声 音 能 够 穿 越 哪 些 物 质?( 声 音 通 过 气 体 固 体 和 液 体 媒 质 传 输 ) 第 五 单 元 哪 些 材 料 会 使 声 音 减 弱?( 调 查 各 种 材 料 ) 第 六 单 元 人 类 和 其 他 动 物 如 何 听 到 声 音?( 调 查 耳 朵 的 形 状 和 功 能 ) 第 七 单 元 电 视 播 音 员 的 声 音 是 从 那 里 传 到 我 们 家 的?( 能 量 的 转 换 ) 第 八 单 元 怎 样 保 护 我 们 的 耳 朵?( 社 区 噪 声 情 况 调 查 ) 这 样 的 一 个 有 关 声 音 的 模 块 就 包 括 了 八 个 单 元, 有 的 单 元 用 一 节 课 的 时 间 就 可 以 完 成, 有 的 则 需 要 更 多 的 时 间, 要 看 具 体 情 况 而 定 这 些 课 应 该 安 排 在 什 么 年 级 进 行 呢? 需 要 看 学 生 已 有 的 学 习 基 础 一 般 像 第 一 单 元 声 音 的 产 生 可 以 放 在 幼 儿 园 进 行 在 进 行 以 前 需 要 学 生 已 经 建 立 了 有 关 位 置 位 移 和 运 动 的 概 念 第 二 单 元 涉 及 到 需 要 建 立 声 音 是 振 动 的 概 念 音 调 高 低 的 概 念, 一 般 适 宜 在 小 学 二 三 年 级 进 行 第 七 单 元 涉 及 能 量 的 转 换, 一 般 需 要 在 小 学 高 年 级, 甚 至 在 初 中 进 行 概 念 之 间 是 相 互 联 系 的, 不 同 模 块 之 间 也 需 要 根 据 需 要 而 交 叉 选 用 例 如 在 进 行 声 音 的 教 学 以 前, 如 果 需 要 学 生 先 建 立 有 关 物 体 位 置 位 移 和 力 作 用 下 物 体 会 改 变 运 动 状 态 的 概 念, 可 以 从 力 和 物 体 运 动 的 模 块 中 选 择 教 学 的 单 元 图 4.5 中 给 出 有 关 力 和 物 体 运 动 的 概 念 图 81

82 图 4.5 力 和 物 体 运 动 的 概 念 图 在 力 和 物 体 运 动 的 模 块 里, 一 定 也 会 有 不 同 的 单 元, 供 不 同 年 级 的 学 生 选 用 其 中, 有 关 物 体 位 置 位 移 和 速 度 的 分 概 念 部 分 ( 图 4.6) 可 以 设 计 成 一 个 单 元 供 幼 儿 园 或 小 学 低 年 级 使 用 82

83 图 4.6 力 和 物 体 的 位 置 位 移 及 速 度 这 个 单 元 可 以 包 括 如 下 的 内 容 : 单 元 主 题 : 了 解 可 以 通 过 速 度 和 方 向 的 变 化 来 表 示 物 体 的 运 动 授 课 年 级 : 幼 儿 园 到 二 年 级 活 动 1: 移 动 物 体 让 孩 子 装 配 或 选 择 一 些 不 同 的 物 体 : 例 如 : 1. 玩 具 车 ; 2. 下 落 的 物 体 : 一 张 纸 和 一 个 纸 团 ; 3. 观 察 动 物 或 小 朋 友 的 运 动 老 师 要 和 学 生 一 起 讨 论 和 运 动 速 度 以 及 碰 撞 有 关 的 安 全 问 题 后, 让 学 生 移 动 他 们 的 物 体, 并 且 比 较 它 们 运 动 的 不 同 83

84 老 师 可 以 问 学 生 : 1. 你 怎 么 知 道 它 们 动 了? 2. 纸 张 落 得 快, 还 是 纸 团 落 得 快? 3. 这 些 物 体 动 起 来, 有 什 么 地 方 一 样? 有 什 么 地 方 不 一 样? 4. 哪 一 个 小 汽 车 跑 得 快? 5. 我 们 怎 么 能 公 平 的 比 较 哪 个 汽 车 跑 得 快? 学 生 可 能 有 的 错 误 概 念 : 那 个 汽 车 跑 得 远, 那 个 汽 车 就 跑 得 快 这 不 一 定 对, 速 度 不 仅 和 跑 的 距 离 有 关, 还 和 花 去 的 时 间 有 关 可 以 要 求 学 生 试 着 让 车 跑 得 快 一 点, 或 是 改 变 它 们 的 方 向 学 生 应 该 得 到 结 论 : 要 改 变 速 度 的 快 慢 和 方 向 需 要 给 物 体 加 力 探 究 活 动 以 后, 可 以 让 学 生 读 一 些 故 事 : 如 龟 兔 赛 跑 还 可 以 给 学 生 设 计 另 外 的 一 些 探 究 活 动, 如 : 活 动 1: 骑 自 行 车 ; 活 动 2: 物 体 从 斜 板 上 滚 下 ; 活 动 3: 用 一 些 挡 板 来 设 计 和 建 造 一 个 球 的 迷 宫, 让 球 在 斜 板 上 自 由 下 落 时, 看 谁 的 球 落 得 最 慢 ( 技 术 设 计 类 ) 所 以, 教 师 了 解 概 念 和 概 念 之 间 的 联 系, 设 计 或 选 择 好 帮 助 学 生 逐 步 建 构 概 念 的 路 线, 有 时 也 称 为 概 念 的 线 路 图, 选 好 单 元 以 后, 对 每 一 个 单 元, 我 们 可 以 写 成 教 案, 做 好 课 84

85 前 对 科 学 探 究 过 程 的 分 解 准 备 虽 然 课 程 可 能 不 会 按 事 先 的 安 排 进 行, 但 事 先 多 考 虑 一 些, 会 有 助 于 课 堂 中 对 学 生 的 引 导, 也 有 助 于 所 需 器 材 的 准 备 和 安 全 考 虑 表 4.2 中 给 出 教 师 教 案 可 以 包 括 的 项 目 表 4.2 备 课 项 目 举 例 表 备 课 项 目 举 例 表 教 案 中 可 以 按 照 回 答 下 表 中 列 举 的 问 题 来 组 织 目 的 我 希 望 孩 子 们 从 这 次 科 学 课 中 获 得 什 么? 科 学 活 动 学 生 们 在 学 习 时 做 哪 些 活 动? 科 学 概 念 这 次 科 学 课 的 核 心 概 念 是 什 么? 操 作 技 巧 学 生 们 将 应 用 那 些 操 作 技 巧? 材 料 我 将 需 要 哪 些 材 料 来 组 织 这 个 活 动? 建 立 联 系 怎 样 将 该 活 动 同 我 们 在 课 堂 上 的 教 学 联 系 起 来? 怎 样 将 它 同 以 第 二 单 元 为 例, 我 们 可 以 写 出 下 面 的 教 案 孩 子 的 生 活 联 系 起 来? 教 案 举 例 教 师 作 用 我 要 做 些 什 么 来 辅 导 学 生 的 这 次 科 学 活 动? 下 面 是 按 上 述 要 求 写 出 的 有 关 声 音 一 个 单 元 教 师 备 课 的 教 案, 作 为 一 个 例 子, 供 大 家 参 考 课 堂 总 结 我 将 怎 样 帮 助 学 生 进 行 思 考, 并 把 整 节 课 贯 穿 在 一 起? 评 估 我 将 怎 样 知 道 学 生 学 到 了 些 什 么? 题 目 改 变 声 音 85

86 课 程 标 准 科 学 (3-6 年 级 ) 课 程 标 准 低 了 解 声 音 是 由 物 体 振 动 而 产 生 的, 能 够 区 分 声 音 的 高 教 学 目 的 这 节 课 为 学 生 介 绍 以 下 概 念 所 有 声 音 都 是 由 于 振 动 产 生 的 结 果 ; 振 动 速 度 的 快 慢 决 定 了 声 调 的 高 低 这 节 课 可 以 为 学 生 提 供 发 展 以 下 探 究 能 力 的 机 会 : 利 用 数 据 作 为 证 据 来 形 成 解 释 ; 形 成 一 个 关 于 音 高 变 化 的 解 释 学 习 成 果 : 预 计 学 生 将 能 够 描 述 可 以 怎 样 产 生 高 音 和 低 音 ; 将 振 动 的 快 慢 ( 频 率 ) 与 声 调 的 高 低 联 系 起 来 ; 将 调 查 数 据 转 变 成 证 据, 以 便 在 形 成 解 释 时 使 用 ; 从 振 动 的 快 慢 ( 频 率 ) 来 解 释 音 调 高 低 形 成 原 因 学 习 成 果 评 价 ( 评 价 表 ) 概 念 发 展 层 次 1 学 生 没 有 把 振 动 与 声 音 的 产 生 联 系 在 一 起 层 次 2 学 生 把 振 动 与 声 音 的 产 生 联 系 在 一 起, 但 是 没 有 认 识 到 音 调 高 低 是 振 动 频 率 改 变 的 结 果 86

87 层 次 3 学 生 能 够 将 高 音 同 频 率 高 的 振 动 低 音 同 频 率 低 的 振 动 联 系 在 一 起 探 究 能 力 利 用 数 据 构 成 一 个 合 理 的 解 释 层 次 1 学 生 不 能 根 据 实 验 时 收 集 到 的 数 据 来 形 成 解 释 层 次 2 学 生 能 利 用 数 据 为 解 释 提 供 证 据, 但 没 有 对 数 据 进 行 归 纳 和 显 示 层 次 3 学 生 能 利 用 数 据 提 供 证 据, 包 括 对 数 据 进 行 归 纳 和 显 示, 并 在 所 获 得 证 据 的 基 础 上 形 成 解 释 教 学 材 料 为 每 个 学 生 准 备 : 笔 记 本, 塑 料 尺 或 钢 尺 表 4.3 是 教 案 中 所 设 计 的 各 个 探 究 式 教 育 步 骤 中 教 师 和 学 生 的 互 动 内 容 表 4.3 声 音 单 元 各 教 学 步 骤 中 的 师 生 互 动 教 学 步 骤 互 动 的 性 质 学 生 / 教 师 互 动 的 目 的 87

88 教 学 步 骤 互 动 的 性 质 学 生 / 教 师 互 动 的 目 的 集 中 话 题 教 师 敲 击 产 生 声 音 教 师 要 求 学 生 画 一 个 图, 展 示 他 们 对 声 音 是 怎 样 产 生 的 看 法 教 师 问 学 生 击 鼓 能 否 产 生 高 音 或 低 音 教 师 利 用 学 生 的 观 点, 编 辑 成 教 师 吸 引 学 生 的 兴 趣 教 师 引 出 学 生 对 声 音 产 生 的 最 初 的 看 法 教 师 进 一 步 引 出 学 生 对 音 高 的 看 法, 但 此 时 不 介 绍 科 学 术 语 教 师 展 示 学 生 的 观 点, 作 为 未 来 的 参 考 探 索 和 调 查 高 低 音 列 表 学 生 用 塑 料 尺 探 索 声 音 的 产 生 很 多 学 生 可 能 在 课 前 已 经 做 过 了, 但 也 可 能 有 些 学 生 没 有 做 过 学 生 开 始 熟 悉 材 料 需 要 一 个 更 系 统 的 调 查, 来 产 生 高 低 音 学 生 通 过 实 验, 研 究 和 调 查 形 成 音 调 高 低 的 原 因 学 生 记 录 他 们 所 做 的 观 察 需 要 记 录 产 生 高 低 音 的 尺 子 的 长 度 ( 数 据 ), 来 构 建 对 该 现 象 的 解 释 88

89 教 学 步 骤 互 动 的 性 质 学 生 / 教 师 互 动 的 目 的 回 顾 和 解 释 学 生 绘 制 柱 状 图 学 生 讨 论 柱 状 图 的 意 义 学 生 在 科 学 日 记 ( 评 测 活 动 ) 中 写 出 对 数 据 解 释 教 师 四 处 走 动, 阅 读 学 生 们 写 的 内 容 将 塑 料 尺 的 长 度 ( 数 据 ) 转 换 成 支 持 解 释 的 证 据 用 图 表 把 数 据 转 换 成 直 观 的 表 现 形 式 教 师 检 查 学 生 的 理 解 和 探 究 能 力 教 师 介 绍 音 调 这 个 术 语 现 在, 学 生 为 高 低 音 的 形 成 构 建 意 义, 他 们 将 发 现 这 些 术 教 师 请 学 生 指 出 能 够 产 生 不 同 音 调 声 音 的 物 体 学 生 参 考 课 前 写 成 的 列 表 语 很 有 用 教 师 检 查 学 生 能 否 在 不 同 情 况 下 利 用 他 们 新 的 理 解 教 师 将 本 节 课 的 重 点 转 回 到 学 生 最 初 的 观 点 上, 给 他 们 提 供 修 改 的 机 会 从 上 面 的 案 例 可 以 看 到, 教 师 在 课 堂 里 对 学 生 的 引 导 和 课 堂 教 学 的 组 织 常 常 需 要 用 语 言, 用 对 话 在 课 堂 里, 教 师 要 为 学 生 创 造 宽 松 而 有 效 的 探 究 条 件, 也 靠 语 言 宽 松 环 境 的 创 造 靠 时 间 的 掌 握 ; 靠 平 等 的 气 氛, 靠 教 师 能 说 我 不 知 道 有 效 探 究 的 实 现 靠 教 师 对 学 生 的 激 励 和 引 导, 这 常 常 也 要 靠 教 师 的 语 言, 靠 教 师 和 学 生 的 对 话, 特 别 是 靠 教 师 能 适 89

90 时 地 提 出 和 支 持 有 挑 战 性 的 问 题 和 传 统 的 科 学 教 育 方 式 不 同, 这 里 教 师 通 过 语 言 和 学 生 之 间 进 行 互 动, 以 引 导 支 持 和 组 织 以 学 生 为 中 心 的, 以 学 生 为 学 习 主 动 者 的 探 究 过 程, 让 学 生 在 他 们 已 经 实 际 接 触 到 的 环 境 中, 通 过 探 究 过 程 来 获 得 知 识, 而 不 是 教 师 用 语 言 把 知 识 自 上 而 下 的 灌 输 给 学 生 这 里 是 教 师 和 学 生 根 据 探 究 进 程 不 断 进 行 的 讨 论 和 互 动, 而 不 是 教 师 按 预 定 步 骤 来 讲 解 和 提 问, 教 师 一 人 出 主 意, 几 乎 是 一 言 堂 的 灌 输 第 二 节 学 生 是 主 动 的 学 习 者 学 生 是 探 究 式 科 学 教 育 过 程 中 主 动 的 学 习 者, 这 表 现 在 : 学 习 者 分 享 了 最 初 对 特 定 事 件 或 现 象 的 看 法 和 解 释 ; 学 习 者 收 集 到 其 他 人 对 特 定 事 件 或 现 象 的 看 法 ; 学 习 者 检 查 支 持 他 们 自 己 的 观 点 和 其 他 人 的 看 法 的 证 据 ; 学 习 者 提 出 问 题 ; 学 习 者 提 出 探 明 事 件 或 现 象 的 探 究 计 划 ; 学 习 者 进 行 数 据 收 集 ; 学 习 者 进 行 数 据 解 释 ; 学 习 者 根 据 实 证 来 确 定 或 修 正 原 有 的 意 见 或 解 释 ; 学 习 者 向 其 他 人 表 达 自 己 的 观 点 和 解 释 ; 90

91 学 习 者 提 出 进 一 步 探 究 的 问 题 ; 每 个 学 生 要 对 自 己 的 学 习 负 责, 要 有 自 己 的 动 力, 参 与 这 个 过 程 思 考 发 言 倾 听 被 别 人 挑 战, 积 极 参 与 谈 论, 为 自 己 的 观 点 辩 护 ; 认 真 倾 听 别 人 的 意 见, 接 受 新 的 和 别 人 的 正 确 意 见, 尊 重 事 实, 支 持 别 人 ; 帮 助 别 人, 乐 意 为 集 体 贡 献 ; 有 想 像 力 和 热 情 ; 会 联 系 其 他 的 事 件 和 现 象 等 在 探 究 式 科 学 教 育 的 课 堂 中, 学 生 主 动 探 究 的 情 况 会 因 学 生 的 情 况 不 同 而 不 同, 他 们 的 表 现 可 以 用 表 4.4 所 表 示 的 一 些 项 目 来 分 辨 表 4.4 学 生 参 与 课 堂 探 究 活 动 的 程 度 ( 根 据 4.1 改 编 ) 活 动 不 同 活 动 中 学 生 的 探 究 内 容 1. 在 设 学 生 对 学 生 能 对 由 教 师 提 出 问 置 的 情 问 题 进 教 师 提 出 题, 学 生 在 教 境 中, 学 行 选 择, 的 问 题 进 师 引 导 下, 参 生 参 与 提 出 自 行 进 一 步 与 到 探 究 活 科 学 问 己 要 探 的 加 工 动 中 题 的 提 究 的 问 出 题 91

92 学 生 在 回 答 问 学 生 决 定 数 据 教 师 给 学 生 提 供 教 师 给 学 生 提 供 题 时, 首 先 是 由 什 么 构 成 数 据, 请 他 们 进 行 数 据, 告 诉 他 考 虑 收 集 的, 并 进 行 收 分 析 们 如 何 进 行 证 据 集 分 析 学 生 根 据 证 在 根 据 证 据 形 成 教 师 告 诉 学 教 师 给 学 生 提 供 证 据 据 形 成 解 解 释 的 过 程 中, 生 可 以 利 用 释 教 师 对 学 生 只 需 证 据 形 成 解 进 行 引 导 释 的 方 法 学 生 对 经 证 实 后 得 到 的 解 释 进 行 交 流, 并 提 供 学 生 进 行 合 教 理 师 的 给 学 生 提 供 较 明 确 的 争 论 来 交 流 指 自 导 己, 以 使 他 们 的 交 流 能 得 到 的 解 释 够 深 入 教 师 为 学 生 指 出 交 流 的 步 骤 和 程 序 理 由 更 多 < 学 生 自 我 探 究 的 程 度 > 更 少 更 少 < 教 师 指 导 的 程 度 > 更 多 表 4.4 中 越 往 左 表 示 学 生 主 动 探 究 能 力 越 强, 需 要 教 师 的 指 导 越 少, 相 反 地, 表 中 越 往 右 边 表 示 学 生 的 主 动 的 探 究 能 力 越 弱, 需 要 教 师 的 指 导 越 多 92

93 第 三 节 教 师 和 学 生 的 互 动 在 探 究 科 学 教 育 的 实 施 过 程 中, 需 要 依 靠 教 师 和 学 生, 学 生 和 学 生 之 间 的 互 动 表 4.3 显 示 的 互 动 过 程 是 针 对 声 音 课 备 课 要 求 来 撰 写 的 在 表 4.5 中 列 出 一 般 探 究 式 科 学 教 育 中, 各 个 步 骤 教 师 和 学 生 互 动 的 目 的 和 互 动 的 性 质 表 4.5 探 究 式 科 学 教 育 中 教 师 和 学 生 的 互 动 教 学 步 骤 学 生 / 教 师 互 动 的 目 的 互 动 的 性 质 集 中 话 题 吸 引 学 生 的 注 意 力 ; 教 师 引 出 学 生 对 该 问 题 事 件 或 现 象 的 最 初 看 法 学 生 在 教 师 的 引 导 下 参 加 到 活 动 中 来 对 某 个 科 学 问 题 事 件 或 现 象 表 达 自 己 最 初 的 看 法, 积 极 参 与 探 究 教 师 展 示 和 集 中 学 生 的 观 点, 以 供 最 后 作 对 比 用 预 测 教 师 为 学 生 提 供, 并 帮 助 学 生 熟 悉 有 关 资 料 和 事 件, 教 师 引 导 学 生 认 识 获 取 数 据 来 证 实 预 测 的 重 要 性 学 生 通 过 演 示 活 动 对 观 点 进 行 探 索, 做 出 尝 试 性 解 释 学 生 认 识 到 他 们 需 要 更 多 信 息 93

94 调 查 研 究 解 释 回 顾 交 流 教 师 引 导 学 生 制 定 一 个 可 以 提 供 实 证 数 据 的 调 查 研 究 计 划 教 师 在 学 生 对 数 据 进 行 整 理 的 过 程 中 提 供 支 持 教 师 帮 助 学 生 分 析 数 据, 帮 助 他 们 理 解 数 据 教 师 引 导 学 生 对 证 据 进 行 评 估 教 师 提 供 交 流 的 机 会, 选 择 听 取 学 生 观 点 的 听 众 学 生 设 计 并 计 划 一 个 更 系 统 的 调 查 方 案 来 收 集 数 据, 这 些 数 据 将 支 持 或 反 驳 他 们 最 初 的 预 测 性 解 释 学 生 分 析 并 解 释 数 据, 将 数 据 转 换 成 支 持 或 反 驳 某 种 解 释 的 证 据 学 生 复 习 并 评 定 他 们 所 学 到 的 知 识 及 学 到 这 些 知 识 的 方 法 学 生 阐 述 他 们 的 解 释, 以 及 获 得 证 明 的 过 程 和 方 法 参 考 文 献 4.1 National Science Education Standards, NRC USA 94

95 第 五 章 探 究 式 科 学 教 育 实 践 中 的 一 些 要 点 在 近 几 年 做 中 学 科 学 教 育 实 验 的 实 践 中, 教 师 创 造 了 不 少 好 的 经 验, 也 提 出 了 不 少 感 到 困 惑 的 问 题 根 据 我 们 和 教 师 的 接 触, 以 及 对 我 国 探 究 式 科 学 教 育 教 材 的 一 些 调 研, 把 实 践 中 我 们 遇 到 的 一 些 主 要 问 题 提 出 来, 在 本 章 中 再 加 以 强 调 和 讨 论 这 些 问 题 不 是 杜 撰 的, 而 是 在 实 践 中 反 复 出 现 的, 有 的 甚 至 是 经 过 多 次 讨 论 仍 不 能 统 一 意 见 的 问 题, 我 们 希 望 能 引 起 重 视, 引 起 讨 论, 甚 至 辩 论 这 些 问 题 不 研 究 清 楚, 将 会 影 响 我 国 探 究 式 科 学 教 育 的 发 展 第 一 节 提 出 合 适 的 探 究 问 题 根 据 观 察 和 可 以 得 到 的 信 息, 提 出 要 探 究 的 问 题, 这 是 探 究 式 科 学 教 育 中 很 重 要 的 一 步 要 求 儿 童 独 立 地 提 出 问 题, 经 常 会 遇 到 困 难, 这 时 需 要 在 教 师 师 引 导 下 形 成 探 究 的 问 题 但 是, 无 论 怎 样 提 出 问 题, 都 应 以 学 生 已 有 的 看 法 和 经 验 为 探 究 的 起 点, 以 学 生 可 能 在 自 己 努 力, 或 在 教 师 和 同 学 的 帮 助 下 可 以 达 到 的 发 展 程 度 为 目 标, 因 为 只 有 这 样 做, 儿 童 学 习 才 是 有 效 的 形 成 问 题 的 过 程 可 以 表 示 为 图

96 图 5.1 形 成 探 究 问 题 的 过 程 为 了 了 解 儿 童 的 初 始 想 法, 教 师 可 以 运 用 表 5.1 中 所 介 绍 的 实 际 教 学 策 略 表 5.1 用 于 了 解 学 生 初 始 想 法 的 课 堂 策 略 策 略 教 师 / 学 生 活 动 例 子 1. 画 图 让 学 生 画 图 画, 表 达 他 们 对 某 个 事 件 的 看 法 我 们 是 如 何 听 见 鼓 声 的 当 种 子 开 始 生 长 时 发 生 了 什 么 96

97 2. 画 网 状 图 学 生 画 一 个 网 状 图, 显 示 想 到 的 与 教 学 主 题 有 关 的 所 有 词 参 见 第 四 章 图 4.4,4.6 汇 画 网 状 图 的 活 动 可 以 由 每 个 学 生 独 立 完 成, 或 者 由 学 生 集 体 讨 论 来 完 成 3. KWLH 图 我 们 知 道 (Know) 什 么 我 们 想 (Want) 知 道 什 么 我 们 已 经 了 解 (Learn) 了 什 么 我 们 是 如 何 (How) 了 解 的 教 师 将 学 生 带 入 一 些 活 动, 然 后 准 备 一 个 分 成 四 个 栏 目 的 图 表 - K/W/L/H 学 生 为 每 一 个 栏 目 提 供 自 己 的 观 点 我 们 对 漂 浮 的 物 体 有 什 么 了 解 我 们 想 知 道 是 否 所 有 漂 浮 的 物 体 都 有 空 气 在 里 面 我 们 了 解 到 一 些 不 含 空 气 的 东 西 也 会 漂 浮 我 们 了 解 到 物 体 的 形 状 对 于 它 们 漂 浮 的 状 况 十 分 重 要 我 们 用 粘 土 和 锡 箔 纸 进 行 实 验, 可 以 演 示 这 一 点 97

98 4. 概 念 图 向 学 生 讲 授 与 教 学 主 题 有 关 的 关 键 词, 并 插 入 连 接 词, 以 参 见 第 四 章 图 4.3,4.4,4.5,4.6 显 示 这 些 关 键 词 之 间 的 关 系 最 好 把 关 键 词 写 在 小 纸 片 上, 每 张 纸 上 写 一 个 词, 以 便 在 搭 5. 为 某 个 事 件 或 现 象 选 择 一 项 解 释 建 时 能 够 将 其 移 动 教 师 在 卡 片 上 提 供 一 系 列 带 有 插 图 的 解 释, 让 学 生 分 组 讨 论 提 供 解 释 形 成 白 昼 和 黑 夜 的 一 些 绘 画 6. 进 行 预 测 ( 画 图 或 文 字 ) 学 生 们 用 图 画 或 文 字 说 明 当 某 个 事 件 的 条 件 改 变 时 会 出 如 果 将 物 体 移 近 光 线, 影 子 会 变 小 吗 现 什 么 情 况 7. 提 问 学 生 对 教 师 提 出 的 关 键 问 题 进 行 回 答 教 师 展 示 一 系 列 有 生 命 体 和 无 生 命 物 体 的 照 片 后, 提 问, 哪 些 是 活 的? 为 什 么? 在 确 定 探 究 的 题 目 时, 应 该 注 意 的 问 题 有 以 下 几 点 : 一. 探 究 的 内 容 与 方 式 符 合 儿 童 实 际 的 认 知 水 平 在 探 究 式 科 学 教 育 中, 可 以 有 不 同 的 探 究 方 式 最 常 运 用 的 是 在 教 室 里 进 行 公 平 的 实 验, 在 实 验 中 一 次 改 变 一 个 变 98

99 量, 保 持 其 他 变 量 不 变 来 观 察 实 验 的 结 果 如 : 怎 样 让 盐 在 水 里 溶 解 得 快 一 点? 怎 么 让 洗 过 的 衣 服 干 得 快 一 点? 等 等 这 样 的 探 究 题 目, 一 般 效 果 较 好, 但 是 不 一 定 都 适 合 幼 儿 园 的 孩 子 经 常 使 用 的 探 究 方 法 还 有 观 察 通 过 观 察, 对 一 个 我 们 不 能 简 单 改 变 的 自 然 现 象 或 规 律 进 行 探 究, 有 的 观 察 需 要 时 间 长, 有 的 观 察 需 要 时 间 并 不 长, 可 以 在 教 室 里 实 现 例 如 : 比 较 不 同 的 液 体 混 合 以 后 的 情 况 ; 观 察 水 对 种 子 发 芽 的 影 响 等, 可 以 在 教 室 里 实 现 如 果 要 观 察 太 阳 照 射 形 成 的 影 子 在 一 天 里 的 变 化, 比 较 容 易 实 现, 但 是 不 容 易 向 学 生 解 释 清 楚 涉 及 的 原 理 要 研 究 植 物 在 一 年 里 的 生 长 过 程 和 发 生 的 变 化, 则 需 要 较 长 的 时 间, 实 现 起 来 比 较 困 难, 而 且 不 是 所 有 的 孩 子 都 有 兴 趣 还 有 一 类 观 察 是 为 了 辨 别 特 征, 进 行 分 类, 如 对 植 物 和 动 物 分 类 等, 可 以 对 不 同 年 龄 的 儿 童 设 置 不 同 的 深 度 观 察 和 儿 童 生 活 联 系 紧 密 的 自 然 现 象 和 身 边 熟 悉 的 物 件, 特 别 适 合 在 幼 儿 园 和 低 年 级 的 学 生 中 进 行 有 些 探 究 的 题 目 需 要 具 有 某 些 知 识 准 备, 在 前 面 列 举 的 有 关 蜗 牛 案 例 的 实 践 中, 最 初, 教 师 希 望 一 开 始 就 要 求 学 生 探 究 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么? 但 是 没 有 成 功 老 师 提 出 问 题 以 后, 学 生 不 是 在 回 答 老 师 提 出 的 问 题, 而 是 在 不 停 的 说 老 师, 快 看, 它 钻 出 来 了! 它 的 眼 睛 长 在 哪 儿 呀? 教 师 认 识 到, 探 究 的 课 题 必 须 符 合 儿 童 原 有 的 知 识 基 础 和 生 活 经 验 教 师 99

100 总 结 了 在 课 堂 上 获 得 的 经 验 以 后, 增 加 了 蜗 牛 是 什 么 样 子 的? 和 蜗 牛 喜 欢 住 在 什 么 样 的 地 方? 两 个 科 学 活 动, 孩 子 把 蜗 牛 养 在 学 校 里, 很 自 然 要 关 心 蜗 牛 吃 什 么, 蜗 牛 喜 欢 吃 什 么? 的 探 究 课 题 就 能 进 行 了 在 上 一 章 中, 我 们 还 提 到 要 逐 步 建 构 学 生 的 科 学 概 念, 所 以, 我 们 也 不 主 张 过 早 的 让 幼 儿 园 和 低 年 级 的 学 生 做 电 学 方 面 的 探 究 现 在, 电 动 玩 具 在 市 场 上 很 多, 不 少 幼 儿 园 也 购 买 了 一 些 包 含 有 电 路 的 教 具, 如 果 不 能 讲 清 科 学 的 道 理, 那 么 这 种 探 究 不 过 是 把 学 生 在 家 里 玩, 变 成 在 学 校 里 玩 只 是 玩, 并 不 等 于 探 究, 那 种 把 探 究 式 学 习 简 单 解 释 为 玩 中 学 的 提 法 是 不 全 面 的 在 有 些 试 验 区 的 科 学 课 上 让 幼 儿 园 的 孩 子 做 小 电 珠 的 实 验, 让 儿 童 观 察 小 电 珠 的 形 状, 我 们 认 为 这 个 案 例 设 计 得 不 够 好 小 电 珠 的 形 状 并 不 是 小 电 珠 分 类 的 主 要 依 据, 不 说 明 什 么 科 学 概 念 和 问 题 虽 然 把 电 路 接 通, 小 电 珠 亮 了, 孩 子 可 能 并 没 有 明 白 道 理 因 此, 在 儿 童 掌 握 了 导 电 的 概 念 以 后, 再 做 小 电 珠 的 实 验 更 合 理 有 这 样 一 个 为 小 学 高 年 级 设 计 的 有 关 导 电 的 案 例, 似 乎 更 好 一 点 给 学 生 一 个 小 电 珠, 一 个 干 电 池 盒, 几 种 同 样 长 度, 不 同 材 料 的 线 段, 包 括 导 电 性 能 好 的 差 的 不 导 电 物 质 的 线 段 另 外, 给 学 生 准 备 一 个 带 有 两 个 接 头 的 封 闭 的 盒 子, 盒 子 里 有 一 根 线 材, 它 和 给 学 生 的 线 材 中 的 某 一 种 线 材 相 同, 100

101 但 因 为 是 封 闭 在 盒 子 里 的, 学 生 看 不 见 请 学 生 设 计 实 验, 并 根 据 实 验 情 况, 证 实 盒 子 里 看 不 见 那 段 线 材 是 哪 一 种 通 过 这 个 实 验 可 以 让 学 生 探 究 不 同 材 料 所 具 有 的 不 同 的 导 电 特 性 二, 问 题 应 该 和 一 个 通 过 这 次 探 究 可 以 证 实 的 自 然 科 学 的 概 念 有 关 ( 参 见 4.1 节 ) 最 好 一 次 探 究 活 动 集 中 探 讨 一 个 问 题, 而 不 是 向 学 生 提 出 一 大 堆 问 题, 或 是 不 明 确 的 科 学 问 题 在 教 育 部 颁 布 的 小 学 科 学 标 准 中, 把 用 韭 菜 治 疗 鸡 瘟 作 为 典 型 探 究 案 例, 我 们 认 为, 不 是 很 恰 当 的 科 学 探 究 问 题 因 为 鸡 生 的 是 什 么 病? 不 清 楚 韭 菜 为 什 么 能 治 好 这 种 鸡 的 病? 也 不 清 楚 虽 然 在 这 个 具 体 情 况 下, 鸡 的 病 治 好 了, 但 是 对 照 一 下 我 们 在 第 一 章 中 给 出 的 科 学 研 究 的 原 则, 就 知 道 这 本 身 就 不 是 一 个 科 学 研 究 的 过 程 在 医 学 漫 长 的 发 展 过 程 中, 只 是 到 了 近 一 百 多 年 引 入 了 物 理 化 学 数 学 等 科 学 学 科 以 后, 医 学 才 发 展 成 为 一 门 科 学 的 学 科 疾 病 的 机 理 和 治 疗 很 复 杂, 不 是 说 病 治 好 了, 就 是 科 学 的 目 前, 即 使 在 医 学 科 学 中, 也 有 许 多 疾 病 无 法 治 愈, 科 学 还 需 要 进 一 步 发 展 这 样 的 案 例 不 应 该 作 为 典 型 案 例 推 荐 给 小 学 生 来 进 行 在 有 的 书 提 出 的 案 例 中, 要 求 学 生 观 察 和 统 计 下 落 的 树 叶 是 叶 面 正 面 朝 上 的 多, 还 是 叶 面 反 面 朝 上 的 多? 这 个 问 题 是 科 学 上 著 名 的 随 机 过 程 的 几 率 问 题 在 这 个 问 题 里, 叶 面 101

102 朝 上 和 叶 面 朝 下 的 几 率 是 一 样 的, 只 要 统 计 的 次 数 足 够 的 多, 叶 面 朝 上 的 树 叶 和 叶 面 朝 下 的 树 叶 就 应 该 一 样 多 如 果 学 生 统 计 的 次 数 不 够, 得 出 的 结 论 就 会 不 正 确, 这 种 探 究 的 过 程 就 会 给 学 生 建 立 了 不 是 科 学 的, 而 是 不 科 学 的 概 念 标 准 中 还 有 一 个 推 荐 案 例 是 引 导 学 生 探 究 蝙 蝠 和 雷 达 工 作 原 理 的 游 戏 在 这 个 游 戏 中, 用 一 位 学 生 扮 作 蝙 蝠, 其 他 学 生 扮 作 蛾 子 蝙 蝠 喊, 蛾 子 应 答 设 计 者 希 望 用 这 个 游 戏 来 加 深 学 生 对 蝙 蝠 和 雷 达 工 作 原 理 的 理 解, 但 是 混 淆 了 在 雷 达 工 作 原 理 中, 波 被 动 反 射 和 主 动 发 射 的 基 本 概 念, 这 样 的 探 究 案 例 会 给 学 生 造 成 概 念 上 的 混 淆 我 们 必 须 了 解, 科 学 是 严 格 的, 不 能 凭 感 觉 来 代 替 研 究 儿 童 往 往 会 从 他 们 已 有 的 生 活 经 历 中 获 得 一 些 直 觉 的, 可 能 是 不 正 确 的 概 念, 这 就 需 要 教 师 需 要 通 过 精 心 设 计, 认 真 实 施 的 科 学 探 究 课 程 来 帮 助 他 们 建 立 正 确 的 科 学 概 念, 而 不 是 反 而 使 他 们 加 深 了 不 正 确 的 概 念 三 不 宜 向 儿 童 提 出 涉 及 复 杂 系 统 的 探 究 题 目 例 如 : 谁 的 纸 飞 机 飞 得 远? 谁 的 纸 陀 螺 转 的 时 间 长? 谁 的 纸 风 车 转 得 快? 这 类 问 题 反 复 作 为 典 型 案 例, 在 某 些 教 师 培 训 和 教 科 书 中 出 现 是 不 适 当 的 要 知 道, 要 得 出 这 类 题 目 的 答 案 涉 及 到 102

103 了 很 复 杂 的 因 素, 即 使 是 科 学 家 也 不 能 简 单 的 求 得 答 案 比 如 影 响 纸 飞 机 飞 得 远 和 近 的 因 素 至 少 有 : 1. 纸 的 材 质 和 纸 张 的 大 小 ; 2. 手 工 折 出 的 纸 飞 机 的 形 状 ; 3. 飞 机 掷 出 手 时, 用 力 的 大 小 方 向 和 位 置 ; 4. 当 时 的 环 境, 如 有 没 有 风? 有 没 有 人 围 观? 等 等 这 些 因 素 无 法 简 单 的 用 量 来 描 述, 它 们 之 间 的 影 响 又 不 是 简 单 的 线 性 关 系 纸 飞 机 飞 得 远, 还 是 飞 得 近, 不 可 能 向 学 生 说 清 楚 原 因 这 样 的 探 究 课 题 进 行 以 后, 不 能 给 学 生 清 晰 的 回 答 和 建 立 正 确 的 科 学 概 念 所 以, 这 样 的 探 究 课 题 是 不 适 合 在 幼 儿 园 和 小 学 的 探 究 式 科 学 教 育 中 进 行 的 要 知 道, 科 学 家 在 做 研 究 时, 常 常 需 要 尽 可 能 把 影 响 事 件 或 现 象 的 因 素 分 开 来 研 究, 最 好 是 一 个 一 个 因 素 来 研 究 遇 到 复 杂 系 统, 也 是 尽 可 能 把 它 分 解 成 相 互 独 立, 或 是 相 互 影 响 较 小 的 分 系 统 ( 科 学 上 常 称 为 弱 耦 合 系 统 ), 分 别 进 行 研 究, 再 一 步 一 步 组 合 起 来, 使 其 逐 渐 复 杂 像 上 面 列 举 的 一 些 问 题, 都 属 于 复 杂 系 统 的 问 题, 不 适 合 提 出 来 让 孩 子 探 究 如 果 我 们 把 问 题 简 化 一 下, 用 一 张 纸 和 一 个 用 同 样 的 纸 折 出 来 的 纸 飞 机 比 较, 看 哪 一 个 飞 得 远, 这 样 的 问 题 就 变 得 可 以 探 究 了, 因 为 这 样 比 较 的 结 果 会 很 明 晰 地 显 示 形 状 会 影 响 飞 行 的 性 能, 学 生 可 以 联 系 生 活 中 许 多 现 象, 如 飞 机 赛 103

104 车 轮 船 的 形 状 等, 来 了 解 这 个 原 理 四, 在 提 出 的 题 目 所 包 含 的 探 究 过 程 中, 尽 可 能 包 括 定 量 的 测 量 和 定 量 的 描 述 我 们 常 说, 一 般 以 伽 里 略 的 研 究 工 作 作 为 现 代 科 学 的 起 点, 因 为 他 的 工 作 已 具 有 代 表 现 代 科 学 研 究 的 主 要 特 征, 其 中 就 包 含 了 定 量 研 究 这 个 特 征 在 科 学 探 究 中, 应 该 力 求 使 用 适 当 的 测 量 工 具 来 进 行 量 度, 用 数 学 来 描 绘 现 象 和 结 果 当 然 对 幼 儿 园 和 小 学 的 孩 子 会 有 困 难, 但 我 们 要 引 导 他 们 应 用 科 学 的 思 维 和 科 学 的 语 言, 在 建 立 科 学 概 念 时, 力 求 清 晰 准 确 和 朴 实, 这 是 科 学 语 言 和 艺 术 语 言 不 同 之 处 在 上 一 章 关 于 声 音 的 案 例 中, 我 们 用 塑 料 尺 或 者 是 钢 皮 尺 来 帮 助 学 生 建 立 振 动 快 慢 和 音 调 高 低 的 关 系, 学 生 可 以 画 出 有 定 量 概 念 的 直 方 图, 对 学 生 就 是 一 个 很 好 的 训 练 当 尺 的 一 端 固 定 在 桌 子 的 边 缘 上 时, 我 们 拨 动 它, 让 它 发 生 振 动, 情 况 类 似 于 单 摆 的 摆 动, 它 的 振 动 频 率 只 和 伸 出 桌 面 的 尺 的 长 度 有 关 这 样 的 设 计 是 建 立 在 科 学 的 规 律 之 上 的, 有 助 于 学 生 得 到 较 明 晰 的 结 论 这 个 案 例 也 说 明, 教 师 为 学 生 搭 建 合 适 的 脚 手 架 可 以 使 探 究 活 动 更 加 有 效 五, 我 们 不 主 张 在 幼 儿 园 和 小 学 阶 段 对 社 会 科 学 问 题 进 行 探 究 社 会 科 学 也 是 科 学, 但 社 会 科 学 问 题 的 证 实 要 比 自 然 科 学 复 杂 得 多 自 然 科 学 中 的 一 些 问 题 可 以 用 实 验 在 实 验 室 里 104

105 证 实, 得 出 明 确 的 结 论 而 社 会 科 学 的 问 题 涉 及 的 因 素 太 多, 判 别 对 错 还 要 取 决 于 人 的 价 值 取 向, 如 儿 童 吸 毒 的 成 因 是 什 么? 黄 浦 江 的 水 怎 么 变 清 等 问 题, 都 不 适 合 小 学 生 探 究 另 外, 有 些 问 题 本 身 就 并 无 简 单 的 对 错 标 准 可 言, 更 不 适 宜 在 幼 儿 园 和 小 学 里 进 行 探 究, 如 学 生 穿 统 一 的 校 服 好, 还 是 不 好? 小 学 教 师 是 男 的 好, 还 是 女 的 好? 等 等 建 议 教 师 可 以 先 在 经 过 研 究 的 案 例 模 块 中, 选 用 合 适 的 内 容, 根 据 班 级 的 实 际 情 况 来 修 改, 在 班 级 中 进 行 教 学. 第 二 节 如 何 组 织 讨 论 为 什 么 要 组 织 讨 论? 讨 论 是 教 师 和 学 生 学 生 和 学 生 之 间 重 要 的 互 动 过 程, 是 探 究 式 科 学 教 育 中 不 可 缺 少 的 教 学 环 境 教 师 将 学 生 引 入 探 究 的 环 境, 了 解 学 生 的 想 法, 指 导 教 学 过 程, 进 行 教 学 评 估, 学 生 之 间 需 要 相 互 学 习 和 启 发, 都 主 要 靠 讨 论 没 有 这 种 师 生 之 间, 学 生 与 学 生 之 间 的 互 动, 就 不 是 探 究 式 科 学 教 育 讨 论 是 发 展 儿 童 思 维 的 过 程 在 组 织 科 学 探 究 活 动 时, 要 保 证 有 足 够 的 时 间 让 儿 童 去 想 和 表 达, 激 发 儿 童 的 想 像 力 和 发 散 思 维 是 很 重 要 的 要 避 免 急 于 诱 导 学 生 解 答, 不 要 急 于 给 答 案, 更 不 要 直 接 给 出 科 学 概 念 的 定 义 请 记 住, 要 扑 灭 儿 童 好 奇 心 的 办 法 就 是 直 接 告 诉 他 答 案 如 果 让 学 生 认 为 老 105

106 师 什 么 都 懂, 他 就 会 感 到 上 课 只 要 注 意 听 和 记 住 老 师 的 话 就 行 了, 不 会 再 有 探 究 的 兴 趣 了 讨 论 是 培 养 学 生 倾 听 别 人 意 见, 对 比 不 同 意 见, 学 会 尊 重 事 实, 尊 重 别 人, 尊 重 不 同 意 见 的 过 程 讨 论 是 培 养 学 生 语 言 和 表 达 能 力 的 过 程 由 于 我 们 在 以 前 的 教 学 过 程 中, 强 调 的 是 老 师 讲, 学 生 听, 对 学 生 表 达 能 力 的 培 养 不 够 重 视, 影 响 了 中 国 学 生 在 这 方 面 能 力 的 发 展, 造 成 了 他 们 成 年 以 后 竞 争 力 的 欠 缺 这 方 面 的 经 验 教 训 是 需 要 认 真 吸 取 的 讨 论 是 培 养 学 生 敢 于 争 辩 和 进 取 的 过 程, 特 别 对 性 格 内 向 的 儿 童, 更 是 好 的 锻 炼 机 会 教 师 需 要 注 意 给 胆 小 的 儿 童 以 鼓 励, 给 他 们 平 等 参 与 讨 论 的 机 会 在 第 二 章 介 绍 的 标 准 中 推 荐 的 案 例 中, 记 述 是 一 位 女 学 生 研 究 家 里 的 鸡 生 病 的 原 因 和 治 疗 过 程 整 个 过 程 没 有 师 生 的 互 动, 同 伴 的 讨 论, 即 使 不 考 虑 治 疗 过 程 是 否 科 学, 是 否 符 合 科 学 教 育 要 发 展 儿 童 对 科 学 概 念 认 识 的 要 求, 仅 就 探 究 的 过 程 来 说, 也 许 可 以 属 一 次 科 技 活 动, 但 不 属 于 探 究 式 科 学 教 育 把 这 样 的 案 例 列 为 首 选 的 探 究 式 科 学 教 育 的 案 例, 反 映 了 相 当 部 分 和 相 当 层 次 专 家 对 探 究 式 科 学 教 育 理 解 上 的 分 歧 我 们 反 复 讨 论 这 个 案 例, 因 为 对 它 的 理 解 涉 及 到 了 对 科 学 本 身 和 对 探 究 式 科 学 教 育 本 质 的 理 解 106

107 第 三 节 关 于 科 学 观 察 上 面 已 经 提 到, 观 察 是 科 学 探 究 过 程 中 常 用 的 一 种 方 法, 也 是 人 类 最 早 对 自 然 环 境 进 行 研 究 时 应 用 的 方 法, 特 别 对 幼 儿 园 和 小 学 低 年 级 的 孩 子 适 用 近 年 来, 在 我 国 新 一 轮 的 教 育 改 革 中, 也 强 调 运 用 观 察 的 方 法 来 进 行 科 学 课 的 教 育 应 该 怎 样 引 导 儿 童 进 行 观 察 呢? 让 我 们 先 来 介 绍 一 个 实 际 的 例 子 诺 贝 尔 物 理 奖 获 得 者 美 国 科 学 家 费 曼 (Feynman, ) 在 回 忆 他 父 亲 对 他 的 培 养 时, 曾 经 说 到 这 样 一 个 故 事 : 有 一 次 一 个 孩 子 问 我 看 见 那 只 鸟 了 吗? 你 知 道 它 是 什 么 鸟 吗? 我 回 答 : 我 一 点 都 不 知 道 他 说 : 那 是 一 只 褐 色 的 会 发 喉 音 的 画 眉, 你 父 亲 什 么 也 没 教 你 吗? 费 曼 说 : 完 全 不 是 这 样, 父 亲 教 了 我 很 多 父 亲 说 : 看 那 只 鸟!, 它 的 名 字 叫 斯 宾 赛 鸣 鸟 ( 我 知 道 父 亲 其 实 并 不 知 道 这 只 鸟 的 正 确 名 字 ) 父 亲 又 说 : 在 意 大 利 它 叫 XXX; 在 中 国 它 叫 XXX; 在 日 本 它 叫 XXX; 你 可 以 知 道 用 世 界 上 不 同 的 语 言 如 何 称 呼 这 种 鸟, 但 是, 学 完 了 这 些, 你 实 际 上 根 本 不 了 解 这 种 鸟, 你 只 知 道 世 界 上 居 住 在 不 同 地 方 的 人 对 这 种 乌 有 不 同 的 称 呼 所 以, 让 我 们 来 仔 细 观 察 这 只 鸟, 看 看 它 在 做 什 么? 那 是 我 们 应 该 考 虑 的 ( 我 很 小 就 知 道, 知 道 某 个 物 体 的 名 字 和 知 道 某 个 物 体 之 间 的 差 别 ) 107

108 父 亲 说 : 比 如 说, 看 吧, 这 只 鸟 不 停 地 在 啄 它 的 羽 毛, 它 是 不 是 一 边 走 ; 一 边 在 啄 它 的 羽 毛? 是! 鸟 为 什 么 要 啄 它 们 的 羽 毛? 可 能 是 它 们 飞 行 时 把 羽 毛 弄 乱 了, 它 们 啄 羽 毛, 以 便 把 它 们 的 羽 毛 理 顺 父 亲 又 说 : 好 吧, 如 果 是 这 样, 那 么 它 们 只 需 要 在 飞 过 以 后 啄 一 会 儿, 当 它 们 落 地 一 段 时 间 以 后, 就 不 应 该 再 啄 它 们 的 羽 毛 了 你 知 道 我 问 你 这 个 问 题 的 目 的 吗? 父 亲 又 说 : 让 我 们 仔 细 观 察 一 下, 它 们 是 在 刚 刚 落 下 时 啄 得 最 多 吗? 实 际 上 要 看 清 楚 这 一 点, 并 不 困 难, 比 较 一 下 那 些 刚 刚 落 下 的 鸟 和 已 经 在 地 上 走 来 走 去 的 鸟, 它 们 在 啄 羽 毛 上 看 不 出 差 别 我 说, 我 放 弃 我 的 想 法, 那 些 鸟 啄 它 们 的 羽 毛, 并 不 是 为 了 整 理 羽 毛 父 亲 说, 因 为 有 虱 子 在 咬 它, 虱 子 在 吃 羽 毛 上 沾 着 的 蛋 白 的 屑 屑 虱 子 的 腿 上 常 常 有 一 些 柔 软 的 物 质, 更 小 的 生 物 会 吃 它, 这 些 小 生 物 不 能 完 全 消 化 这 些 物 质, 就 会 排 泄 一 些 和 糖 类 似 的 物 质, 细 菌 就 会 在 其 中 生 长 最 后 父 亲 说, 你 要 知 道, 哪 里 有 食 物 存 在, 就 一 定 会 存 在 以 它 作 食 物 而 生 存 的, 有 生 命 的 生 物 费 曼 说, 我 现 在 知 道, 在 那 些 鸟 的 脚 上, 可 能 存 在 的 并 不 一 定 是 虱 子, 在 虱 子 的 腿 上 也 不 一 定 有 更 小 的 生 物, 父 亲 108

109 告 诉 我 的, 也 许 在 细 节 上 并 不 准 确, 但 是 他 却 教 给 我 根 本 上 正 确 的 东 西 美 国 科 学 院 阿 伯 尔 茨 (Alberts) 院 长 引 证 了 这 段 故 事 以 后 写 道 5.1, 我 们 每 个 人 不 可 能 都 有 像 费 曼 那 样 的 父 亲, 培 养 我 们 孩 子 的 责 任, 就 应 该 落 在 学 校 的 身 上 费 曼 的 父 亲 要 他 观 察 的 内 容, 围 绕 着 建 立 一 个 核 心 概 念 那 里 有 食 物 存 在, 就 一 定 会 存 在 找 到 它 作 为 食 物 的, 有 生 命 的 生 物 我 们 现 在 有 些 科 学 教 科 书 上 要 求 学 生 观 察 的 内 容 常 常 没 有 明 确 的 目 的, 似 乎 越 细 越 好 要 观 察 植 物, 大 多 是 估 计 树 有 多 高, 多 粗 什 么 形 状 ; 观 看 叶 子 的 颜 色 形 状 大 小 等 等 要 观 察 纸, 就 要 求 学 生 比 较 纸 的 厚 薄 颜 色 吸 水 性, 再 拉 一 拉, 看 结 实 不 结 实 各 人 看 各 人 的, 越 细 越 好, 看 完 了, 各 人 有 各 人 的 标 准 和 感 受 天 底 下 的 不 同 种 类 的 树 和 树 叶 多 的 是 ; 纸 也 各 式 各 样 千 奇 百 怪, 我 们 课 堂 上 能 看 到 的 只 是 沧 海 一 粟 这 样 的 观 察 结 束 以 后, 学 生 就 记 住 了 有 不 同 的 叶 子, 有 不 同 的 纸, 还 有 甚 么? 那 些 观 察 的 特 征 是 不 是 我 们 希 望 学 生 记 住 的 核 心 概 念? 费 曼 的 父 亲 关 注 的 不 是 表 面 的 知 识 点 - 鸟 的 名 字, 甚 至 最 重 要 的 不 是 那 最 终 的 结 论, 而 是 要 求 他 学 会 探 究, 设 想, 验 证, 不 断 地 用 实 际 观 察 的 结 果 来 检 验 自 己 原 来 的 设 想, 来 进 行 推 论, 不 断 地 深 究 这 种 观 察 是 逐 步 深 入 地 探 究, 而 不 只 是 肤 浅 地 描 绘 过 程 教 师 要 尽 可 能 给 学 生 留 下 想 像 的 空 109

110 间, 考 虑 怎 么 能 对 学 生 的 想 像 力 形 成 挑 战? 在 费 曼 最 初 提 出 的 解 释 不 正 确 时, 他 父 亲 不 仅 没 有 直 接 指 出 他 不 对, 而 是 启 发 他 自 己 去 发 现, 自 己 去 验 证 给 他 观 察 的 时 间 和 宽 容 不 像 现 在 有 的 课 堂 上, 老 师 为 了 在 规 定 的 时 间 里 完 成 探 究 任 务, 急 于 告 诉 学 生 结 论 ; 或 者 说 : 给 你 们 两 分 钟, 想 一 想 因 此, 学 生 赶 快 举 手 抢 答, 这 样 走 过 场 的 教 育, 会 给 儿 童 学 习 能 力 的 培 养 造 成 负 面 影 响 观 察 周 围 的 自 然 现 象 和 环 境 时, 我 们 可 以 运 用 以 下 的 策 略 : 1. 教 会 学 生 围 绕 一 个 概 念 有 目 的 地 进 行 观 察, 学 生 会 学 得 更 有 效 这 时, 可 以 运 用 第 四 章 中 介 绍 的 各 种 概 念 图 和 模 型 来 帮 助 学 生 观 察, 帮 助 学 生 进 行 整 理 分 类 描 述 例 如 : 要 求 安 排 幼 儿 园 的 儿 童 用 各 种 感 官 观 察 不 同 的 水 果, 教 师 可 以 和 儿 童 一 起 绘 制 如 图 5.2 的 双 泡 关 系 图 来 比 较 梨 和 香 蕉 110

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