【文章內(nèi)容簡介】 困難。 ? 科學教育的目標不是去獲得一堆由事實和理論堆砌的知識，而應是實現(xiàn)一個趨向于核心概念的進展過程，這樣做有助于學生理解與他們生活相關(guān)的事件和現(xiàn)象。 為什么需要大概念 ? 實現(xiàn)基于探究的教學法，對教師能力和教學時間的要求都是很高的?；谔骄康慕虒W會大大增加理解的深度，但是需要花費更多的時間，內(nèi)容的廣度必須要減少。因此，在推進基于探究的科學教育的同時，必然需要選定一些大概念。 學生的概念進展 ? 樓梯式： 這 種方式是認為進展類似一個爬梯子的過程process of climbing a ，才能進入下一步。 ? 拼圖式： 認為進展是是橫向的，而不是縱向的，較大的概念是從較小的概念逐步擴展而形成的，并不需要以步進的方式來進展。 局部的過程可以看成類似拼圖游戲的方式。雖然每個小片可以以任何順序拼接，但是將幾個有關(guān)的部分配在一起來組成較大的組件，可以更容易看出是一個整體的某部分 。 學生的概念進展 ? 提出的另一種方式是“ 訓練 ”的方式，在這種方式里，學習就像訓練馬拉松賽跑。跑完全程的能力是逐漸建立的，先能跑一小段距離，然后逐漸能跑更長的距離。這種“ 螺旋式的課程 ”比較類似這種情況。某個領(lǐng)域的一些概念在一段時間以后再重復學習，希望每一次的回顧都能更為深入。理想的情況是能過給予以前已經(jīng)達到的情況來決定每一次訓練能前進多遠（即與概念進展有關(guān)的課題選擇） 。 圍繞科學概念設(shè)計探究活動 ? 探究應有結(jié)構(gòu)，應考慮教學策略 ? 學生主動的學習要和教師有準備地指導相結(jié)合，和學習者之間的共同學習活動結(jié)合 ? 學習者需要在持續(xù)地、有支持和引導的環(huán)境下學習，以逐漸掌握一些重要的知識和模型，培養(yǎng)學習的能力 以大概念的理念進行教學 使學生愉快和充滿好奇，但同時也能發(fā)展他們對概念的理解 與兒童的生活和健康有關(guān) 也有助于發(fā)展對科學本身的理解、探究技能、以及收發(fā)尋求與重視實證的意愿 建立在已有的概念、技能和意愿之上，并能促進它們的進一步發(fā)展 能使學生獲得的科學活動的經(jīng)驗符合當前科學的發(fā)展 通過形成性評測提高學生的理解力和對自己學習的責任感 活動應該 以大概念的理念進行教學 ? 教師應安排更多的時間讓學生深入地研究某些物體、過程或現(xiàn)象。這些課題應該是經(jīng)過挑選的，以便教師能清楚地看出這些課題與一個或多個大概念之間的關(guān)系，它們能夠促進學生在大概念發(fā)展過程中某個階段上的理解。 ? 能否真正起作用還取決于教師能否幫助學生建立概念之間的聯(lián)系，并基于這些聯(lián)系生成更大、更抽象的概念。使概念向更抽象的方向發(fā)展，是科學教學中主要的困難之一。 以大概念的理念進行教學 ? 教師應幫助學生認識到新經(jīng)驗與原有經(jīng)驗、新概念和原有概念之間的聯(lián)系。 ? 同時還應該發(fā)展有關(guān)科學的概念，關(guān)鍵是需要有意識地認識到實證對于支持學生發(fā)展科學概念的重要性，引導學生認識到大概念的實證基礎(chǔ)。 兒童的概念轉(zhuǎn)變 ? 前概念的發(fā)展 ——錯誤概念到正確概念，模糊概念到清晰概念。 ? 要打破學生的錯誤概念，教師必須首先確認有哪些錯誤概念，并為學生提供討論的機會去面對它們，然后再幫助學生在科學模型的基礎(chǔ)上重建和內(nèi)化他們的認知。 ? 神經(jīng)教育學的研究揭示了前概念對后續(xù)概念學習的影響： ? 當數(shù)據(jù)和原有概念一致時，學習和記憶的區(qū)域激活（尾核和副海馬區(qū)） —— 發(fā)展 ? 當數(shù)據(jù)和原有概念不一致時，前扣帶回激活，同時背外側(cè)前額皮層、和契形區(qū)激活增加 —— 糾正 ? 即使是學生的概念發(fā)生變化，原有的概念并沒有消失，新的概念并沒有在原有概念基礎(chǔ)上內(nèi)化，而是形成了新的記憶，抑制了原有的記憶 —— 建立 概念轉(zhuǎn)變教學的神經(jīng)基礎(chǔ) 幫助學生克服錯誤概念的策略 ? 預計到與學習材料有關(guān)的最常見的錯誤概念，并關(guān)注其他情況。 ? 鼓勵學生通過與其他學生討論、考慮證據(jù)和合適的方法來測試他們的概念框架。 ? 思考如何通過演示和實驗來處理常見的錯誤概念。 ? 盡可能地經(jīng)?；仡櫝Ｒ婂e誤概念。 ? 評測學生概念建立的正確性 ? 盡管 你知道 許多常見的科學方面的錯誤概念，但這只是第一步。我們還必須識別每個學生的錯誤概念。每個學生都是一個獨立的學習者，有其自身的錯誤理解。 通過仔細傾聽學生的回答，分析他們的想法，尋求明確的說明，要求學生進行解釋和討論，這樣我們就可以判斷出學生們的理解是膚淺的還是深層的。 幫助學生認識到自身錯誤概念的策略 ? 我們還需要理解學生是怎樣把分散的信息綜合在一起以促進學習的，并鼓勵學生表達觀點、個人反思、對自我認知的評價和接受不同觀點。 ? 了解學生如何處理信息是非常重要的。 幫助學生認識到自身錯誤概念的策略 ? 要求給出說明，即請學生進一步解釋、改述、闡明和演示 ? 要求給出證據(jù)，即請學生為其主張尋求實證 ? 要求給出評價，即請學生用收集的數(shù)據(jù)進行推測 ? 等待一段時間，即非語言引導策略，延長他們的回應時間，鼓勵學生間的討論 ? 和學生抬杠，用辯論的方法，即給學生機會讓他們展示和說明他們基于數(shù)據(jù)的判斷 ? 不要去尋找“正確答案”，即對不同的解決方法和步驟保持認可 科學與工程實踐 ? 用“實踐”這個詞代替“技能”，是為了強調(diào)進行科學研究不僅需要每個實踐中特有的技能而且也需要相關(guān)的知識 ，避免將科學實踐簡化為一套單一的程序，如：識別和控制變量、實體分類等，這將不利于發(fā)展學生進一步理解概念和科學的方法。 ? 對實踐（如模仿，形成解釋，參與辯論與評價）的反復強調(diào)是為了形成這樣一種觀點 ： 應該通過探究過程來學習科學 。 實踐內(nèi)容的選擇來自于： (a)當科學家研究和建構(gòu)有關(guān)世界的概念、模型和理論時使用的主要實踐方法； (b)當工程師設(shè)計和構(gòu)建系統(tǒng)時使用的重要的工程技術(shù)實踐。 八 種基本實踐 ? 提出科學問題，明確工程難題； ? 建立和使用模型； ? 設(shè)計和實施調(diào)查研究； ? 分析和解釋數(shù)據(jù)； ? 利用數(shù)學、信息與計算機技術(shù)和計算思維能力； ? 建構(gòu)科學的解釋，設(shè)計工程解決方案； ? 基于證據(jù)的辯論； ? 獲得、評估和交流信息。 Asking Question 提出問題 開始的 Beginning 初顯的 Emerging 能勝任的 Competent 精通的 Proficient 能對物質(zhì)世界提出問題。 能區(qū)別科學的非科學的問題。 能提出可以通過科學探究找出答案的問題（科學的或工程的），并能運用這些問題設(shè)計探究活動并建構(gòu)一個實事求是的解決方案。 能提出關(guān)鍵問題，以確定爭論的前提，找出解釋數(shù)據(jù)組的更多的挑戰(zhàn)和深入探究 學生在任何一個年級都可能提出與課本、觀察現(xiàn)象、根據(jù)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論和模型等提出問題，但隨著年級的增加，學生提出的問題會越來越切題、聚焦和熟練。 要想學生得到這樣的發(fā)展，就比較提供一個尊重問題、能體現(xiàn)好問題價值的課堂環(huán)境和氛圍。 Developing and Using Models 建立和使用模型 ? 模型在 最低的 年級就開始出現(xiàn) ? 學生關(guān)于模型的進程從具體的 “圖畫“或比例 模型開始，逐漸到高年級比較抽象的關(guān)系表征圖 ? 應該鼓勵比較小的學生設(shè)計圖畫或簡單的圖表來表述他們在調(diào)查過程中的發(fā)現(xiàn)，并且利用這些圖畫或圖表來解釋發(fā)生了什么 Developing and Using Models 建立和使用模型 ? 隨著年級的增高，都應該利用更加復雜的模型，使得學生在科學教育中不斷進步 ? 學生繪制模型的質(zhì)量依賴于以前所學的知識和技能以及學生對模型系統(tǒng)的理解，所以應該要求學生根據(jù)自己理解的不斷深入，不斷完善自己的模型 ? 課程需要明確地強調(diào)模型的作用，并為學生提供模型制作工具（如，信息技術(shù)模型，智能模型，如 NetLogo，電子數(shù)據(jù)表格），以便學生評價該實踐的核心，并且發(fā)展相應的技能以及應用合適的模型。 Planning and Carrying Out Investigations設(shè)計和實施調(diào)查研究 ? 學生需要有設(shè)計調(diào)查研究的機會 ? 從一年級開始，應該為學生提供機會進行細致的、系統(tǒng)的調(diào)查，根據(jù)先前的經(jīng)驗發(fā)展他們的觀察和測量的能力，使用合適的工具和儀器來收集數(shù)據(jù)的能力 ? 在 K12各年級中，應該給學生提供機會去計劃和執(zhí)行不同類型的調(diào)查 ? 應該要求年齡較大的學生提出可以驗證的假設(shè)，解釋他們的推論和為他們的選擇辯護。對于高中生來講，任何假設(shè)都應該基于一個成熟的模型或理論。 Planning and Carrying Out Investigations設(shè)計和實施調(diào)查研究 ? 假設(shè) 開始的 Beginning 初顯的 Emerging 能勝任的 Competent 精通的 Proficient 為回答一個問題提出可能的解釋，并給出理由 在問題中使用一個簡單的系統(tǒng)模型，并引用它建構(gòu)一個假設(shè)來說明系統(tǒng)將要出現(xiàn)的行為以及隱藏在預測背后的原因 能建構(gòu)一個說明模型是如何變化或能回答問題的假設(shè)，并給出能測試假設(shè)的活動建議 運用科學知識和模型靈活地建構(gòu)可測試的假設(shè)，并能給出恰當?shù)臏y試活動建議。 Analyzing and Interpreting Data 分析和解釋數(shù)據(jù) ? 在小學階段，要支持學生認識到需要利用會話、文字或數(shù)字等進行觀察記錄，來與其他人分享。 ? 當學生進一步深入?yún)⑴c科學探究時，應該鼓勵學生開始按照表格和圖表等呈現(xiàn)形式來收集某個范圍或某些數(shù)值的數(shù)據(jù)，從而有助于解釋。 Analyzing and Interpreting Data 分析和解釋數(shù)據(jù) ? 對測量的理解 開始的 Beginning 初顯的 Emerging 能勝任的 Competent 精通的 Proficient 能認識到觀察、記錄和測量的必要性 能使用簡單的工具，如直尺、放大鏡 能選擇適合的工具測量所需要的數(shù)據(jù) 能選擇和使用恰當?shù)墓ぞ邅慝@得一個數(shù)據(jù)集，并能說明理由 能從多個工具中區(qū)分出測量一個特點量值的恰當?shù)墓ぞ?，并能精確的使用該工具 Using Mathematics, Information and Computer Technology, and Computational Thinking 利用數(shù)學、信息與計算機技術(shù)和計算思維能力 ? 在適當?shù)那闆r下，學生應該學習使用如尺子、圓規(guī)、溫度計等工具來測量變量，并且最好通過一個連續(xù)的數(shù)值來表示 ? 應該為學生提供機會去探索怎樣利用這樣的符號表達式來表達數(shù)據(jù)，預測的結(jié)果，甚至利用數(shù)學來獲得進一步的關(guān)系 ? 在低年級中，應該鼓勵學生探索利用計算機分析數(shù)據(jù)，使用簡單的數(shù)據(jù)集合。之后，應該介紹他們使用數(shù)學關(guān)系表達式來建構(gòu)簡單的電腦模型，使用合適的支持程序或信息技術(shù)工具。 ? 在學生理解數(shù)學和計算的進程中，應該在每個年級的科學課堂逐漸開發(fā)這些工具。 Constructing Explanation and Designing Solutions 建構(gòu)解釋，設(shè)計解決方案 ? 解釋的進程： ? 在科學教育早期，應該給學生提供機會參與建構(gòu)和批判解釋。當學生為了得到一致的證據(jù)，進行自主調(diào)查和評估自己和他人的解釋時，應該鼓勵學生根據(jù)自己所觀察到的，形成解釋。 ? 隨著學生知識的發(fā)展，他們開始能夠識別和分離變量，并將觀察結(jié)果納入他們對現(xiàn)象的解釋