为什么我们要围绕科学概念来组织科学教育
文|韦钰（中国工程院院士，国家总督学顾问，原中国教育部副部长）
实际上，围绕概念来组织科学教学，并不是这次修改科学教育标准中新提出来的方法。在小学自然课的标准中，列出的主要知识点就是科学概念的一种表达。原来新教改制定的标准中，也体现了应该围绕科学概念来进行科学教学的理念。东南大学叶善专教授曾经详细对比过这三个标准内容中涉及的概念，在物理、生物和地球科学三个大的领域，这三个标准之间并没有太大的差别，只是这次课标修改稿中希望把科学概念提得更明确和准确一点，并增加了分级。在领域方面，增加了技术和设计的领域。
按概念来教学，也不是科学课所特有的。在我们熟悉的数学教学中一直是这样进行的。数学的教学中一定会让学生逐步建构一些概念，如整数（正数、负数、零）、分数（真分数、假分数、带分数）、正方形、长方形、三角形、平行四边形等等。学生在掌握这些概念以后，才能了解和掌握不同的运算规则和定律。
为什么我们要围绕科学概念来组织科学教育呢？
因为这样做符合我们人认知发展的特点，是我们有效认识世界的途径。 在缤纷繁杂的大千世界里，我们无法记住所有的事物和事件，我们需要将它们类比、分类、归纳，推理，找寻其规律和联系，组织成为系统的知识。
过去，人们以为儿童并不具有形成概念和学习概念的能力。近几十年来，关于儿童概念发展的研究方面， 至少有近万篇论文已经发表。这些研究结果告诉我们：婴儿在不会说话时，已经开始对面部和语音进行分类，1-2岁可以接受某些概念，2岁半左右可以运用归纳的方法，学前儿童已经能够具有抽象推理的能力，并形成他们自己的概念。当然，这些概念的形成和概念涉及的领域有关，有些领域概念的形成先于其他一些领域，而且和儿童成长的环境有关，表现出儿童之间存在着个体的差异。儿童形成的概念很可能是不全面和不正确的，我们需要及早地帮助他们建构正确的概念，以利于他们进一步的学习。总之，在小学科学教育中，围绕概念来组织科学教育不仅是可能的，而且是必要的。
近几十年来的研究，证明以下一些观点是不正确的：
1.概念的作用只是为了组织经验。
2.在儿童发展中存在认知能力发生突然变化的质变时期。
3.七岁的儿童才具有接受抽象概念和推理的能力。
4.儿童概念的形成都必须从具体的感知信息开始。
我们原来小学科学课取消一、二年级的科学课，在国家标准的案例中出现像“鸡瘟”这样的案例，可能和不了解有关儿童学习理论的最新进展有关。
在小学科学中围绕科学概念来组织教育，对提高儿童的学习效率，促进儿童发展是十分重要的。因为这种方法不仅可以让学生有效地组织和记忆知识，而且有助于他们鉴别、类比、和推理。有些经验他们可能并没有遇到，但是可以运用已经建立的概念去理解，去扩展，学会运用核心知识和模型来“触类旁通”。可以说，概念是儿童建构更复杂能力的基石。
现在提出的探究式科学教育和原来自然课的教育都是围绕概念来进行，那么两种教育方法有什么不同呢？在自然课教学中，比较常用的是演绎式的（Deductive）教学方法。教学中一般由教师讲解概念，也可以给出一些实际的例子，或是让学生动手实验。希望学生掌握概念以后，能够举一反三地运用概念解决问题。而现在提倡探究式的方法来进行科学教育，是一种归纳式的（Inductive）教学方法。让学生从自己身边的事实出发，逐步建构出概念来，亲历概念形成的过程，以在掌握概念的同时，学会探究的方法，培养他们探究的能力。期盼他们不仅能将结论举一反三，而且能将探究概念的能力，如提出问题、设计实验、进行观察和实验、收集数据、进行解释等等，扩大到探究其他的问题上。
这里特别要强调的是，这种探究应该在教师引导、组织和支持下进行，在一个学习的集体中，通过交流和讨论来实现，不是只靠儿童自发的闭门造车。这也是“鸡瘟”这个教案对探究式教育理解错误的地方。对这一点我们还需要进一步讨论。
下面我们试着列举一些例子，看围绕概念和不围绕概念来组织教学有什么不同。
例一：养蚕
养次皮？每次相隔多少时间？每次脱皮时，蚕有多长？蚕在结茧时是怎么进行的？甚至观察蚕结茧时用 什么样的架子？这些架子是什么材料？是什么形状？等等。当然培养学生仔细观察的能力是好的，可是这些具体的过程和知识学生可能记不住，也难运用到理解生物的共同特点上。如果我们从了解生物的基本特征：生命周期和生存条件着眼，让学生重点在观察如何从卵开始，蚕经过一个生命周期，从新产卵，延续后代。有条件和时间还可以观察蚕维持生存所需的条件。这样，学生可以通过这个实例，体验到生物都有一个生命的周期，需要一定的生存条件，需要繁殖后代。这些科学概念的形成有利于学生理解其他的生物。
例二：沉与浮
学生很喜欢水，也喜欢把不同的材料放在水里，观察他们是沉还是浮。这类案例在幼儿园和小学的科学课和教材中经常可见。
物体在水里沉与浮，涉及密度的概念。密度的概念是很重要的，又是很难建立的。看过“居里夫人的科学课”这本书的朋友，可以发现，居里夫人花了很大的精力在帮助学生建立密度的概念。
在现有的教科书指导下，很多课堂里让学生用橡皮泥来做沉与浮的试验。先让学生把一团橡皮泥丢到水里，看橡皮泥沉入水底了，教师让学生把橡皮泥打成扁平形状，橡皮泥就可以浮在水上了。这实际上在加强学生一个错误的前概念—物体的形状决定沉浮。
如果教师了解学生这种错误的前概念。为了帮助学生纠正不正确的概念，拿一根火材和一根粗的铁钉让学生实验，看看那根会沉？结果粗的铁钉沉了，似乎因为火材比铁钉细，所以粗的铁钉沉入水里了。如果教师针对学生的这种错误概念，再请学生用一根细的缝衣服的针和火材一起丢入水中，学生会发现，即使是缝衣针比火材细，缝衣针还是沉入了水里了。老师不妨再拿一个很大的塑料衣架和细小的缝衣针一起丢入水里，学生一定对形状反差这么大的两个物体在水中沉浮的情景留下深刻的印象。所以，围绕科学概念正确的组织教学，有利于学生形成正确的科学概念。
这个例子也说明，认为只要是有探究的过程，只要学生动手，就是探究式科学教育，是对探究式教育不正确的理解。也说明只靠学生自发的自我探究，自我发现，并不是有效的学习方法。这就是“鸡瘟”教案中值得讨论的地方。
有的教师反应，掌握科学概念有一定的困难。我们认为利用概念图可能是一种好的方法，可以帮助教师和学生掌握科学概念，建立科学模型，还可以用于学生的评测。
（来源：韦钰的个人BLOG）
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