【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)生困難。 ? 科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一堆由事實(shí)和理論堆砌的知識(shí)，而應(yīng)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)趨向于核心概念的進(jìn)展過程，這樣做有助于學(xué)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(shí)現(xiàn)基于探究的教學(xué)法，對(duì)教師能力和教學(xué)時(shí)間的要求都是很高的?；谔骄康慕虒W(xué)會(huì)大大增加理解的深度，但是需要花費(fèi)更多的時(shí)間，內(nèi)容的廣度必須要減少。因此，在推進(jìn)基于探究的科學(xué)教育的同時(shí)，必然需要選定一些大概念。 學(xué)生的概念進(jìn)展 ? 樓梯式： 這 種方式是認(rèn)為進(jìn)展類似一個(gè)爬梯子的過程process of climbing a ，才能進(jìn)入下一步。 ? 拼圖式： 認(rèn)為進(jìn)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(kuò)展而形成的，并不需要以步進(jìn)的方式來進(jìn)展。 局部的過程可以看成類似拼圖游戲的方式。雖然每個(gè)小片可以以任何順序拼接，但是將幾個(gè)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(gè)整體的某部分 。 學(xué)生的概念進(jìn)展 ? 提出的另一種方式是“ 訓(xùn)練 ”的方式，在這種方式里，學(xué)習(xí)就像訓(xùn)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(gè)領(lǐng)域的一些概念在一段時(shí)間以后再重復(fù)學(xué)習(xí)，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(dá)到的情況來決定每一次訓(xùn)練能前進(jìn)多遠(yuǎn)（即與概念進(jìn)展有關(guān)的課題選擇） 。 圍繞科學(xué)概念設(shè)計(jì)探究活動(dòng) ? 探究應(yīng)有結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮教學(xué)策略 ? 學(xué)生主動(dòng)的學(xué)習(xí)要和教師有準(zhǔn)備地指導(dǎo)相結(jié)合，和學(xué)習(xí)者之間的共同學(xué)習(xí)活動(dòng)結(jié)合 ? 學(xué)習(xí)者需要在持續(xù)地、有支持和引導(dǎo)的環(huán)境下學(xué)習(xí)，以逐漸掌握一些重要的知識(shí)和模型，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的能力 以大概念的理念進(jìn)行教學(xué) 使學(xué)生愉快和充滿好奇，但同時(shí)也能發(fā)展他們對(duì)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(duì)科學(xué)本身的理解、探究技能、以及收發(fā)尋求與重視實(shí)證的意愿 建立在已有的概念、技能和意愿之上，并能促進(jìn)它們的進(jìn)一步發(fā)展 能使學(xué)生獲得的科學(xué)活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)符合當(dāng)前科學(xué)的發(fā)展 通過形成性評(píng)測(cè)提高學(xué)生的理解力和對(duì)自己學(xué)習(xí)的責(zé)任感 活動(dòng)應(yīng)該 以大概念的理念進(jìn)行教學(xué) ? 教師應(yīng)安排更多的時(shí)間讓學(xué)生深入地研究某些物體、過程或現(xiàn)象。這些課題應(yīng)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(gè)或多個(gè)大概念之間的關(guān)系，它們能夠促進(jìn)學(xué)生在大概念發(fā)展過程中某個(gè)階段上的理解。 ? 能否真正起作用還取決于教師能否幫助學(xué)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(xué)教學(xué)中主要的困難之一。 以大概念的理念進(jìn)行教學(xué) ? 教師應(yīng)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到新經(jīng)驗(yàn)與原有經(jīng)驗(yàn)、新概念和原有概念之間的聯(lián)系。 ? 同時(shí)還應(yīng)該發(fā)展有關(guān)科學(xué)的概念，關(guān)鍵是需要有意識(shí)地認(rèn)識(shí)到實(shí)證對(duì)于支持學(xué)生發(fā)展科學(xué)概念的重要性，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到大概念的實(shí)證基礎(chǔ)。 兒童的概念轉(zhuǎn)變 ? 前概念的發(fā)展 ——錯(cuò)誤概念到正確概念，模糊概念到清晰概念。 ? 要打破學(xué)生的錯(cuò)誤概念，教師必須首先確認(rèn)有哪些錯(cuò)誤概念，并為學(xué)生提供討論的機(jī)會(huì)去面對(duì)它們，然后再幫助學(xué)生在科學(xué)模型的基礎(chǔ)上重建和內(nèi)化他們的認(rèn)知。 ? 神經(jīng)教育學(xué)的研究揭示了前概念對(duì)后續(xù)概念學(xué)習(xí)的影響： ? 當(dāng)數(shù)據(jù)和原有概念一致時(shí)，學(xué)習(xí)和記憶的區(qū)域激活（尾核和副海馬區(qū)） —— 發(fā)展 ? 當(dāng)數(shù)據(jù)和原有概念不一致時(shí)，前扣帶回激活，同時(shí)背外側(cè)前額皮層、和契形區(qū)激活增加 —— 糾正 ? 即使是學(xué)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(xué)的神經(jīng)基礎(chǔ) 幫助學(xué)生克服錯(cuò)誤概念的策略 ? 預(yù)計(jì)到與學(xué)習(xí)材料有關(guān)的最常見的錯(cuò)誤概念，并關(guān)注其他情況。 ? 鼓勵(lì)學(xué)生通過與其他學(xué)生討論、考慮證據(jù)和合適的方法來測(cè)試他們的概念框架。 ? 思考如何通過演示和實(shí)驗(yàn)來處理常見的錯(cuò)誤概念。 ? 盡可能地經(jīng)常回顧常見錯(cuò)誤概念。 ? 評(píng)測(cè)學(xué)生概念建立的正確性 ? 盡管 你知道 許多常見的科學(xué)方面的錯(cuò)誤概念，但這只是第一步。我們還必須識(shí)別每個(gè)學(xué)生的錯(cuò)誤概念。每個(gè)學(xué)生都是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)習(xí)者，有其自身的錯(cuò)誤理解。 通過仔細(xì)傾聽學(xué)生的回答，分析他們的想法，尋求明確的說明，要求學(xué)生進(jìn)行解釋和討論，這樣我們就可以判斷出學(xué)生們的理解是膚淺的還是深層的。 幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身錯(cuò)誤概念的策略 ? 我們還需要理解學(xué)生是怎樣把分散的信息綜合在一起以促進(jìn)學(xué)習(xí)的，并鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)觀點(diǎn)、個(gè)人反思、對(duì)自我認(rèn)知的評(píng)價(jià)和接受不同觀點(diǎn)。 ? 了解學(xué)生如何處理信息是非常重要的。 幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身錯(cuò)誤概念的策略 ? 要求給出說明，即請(qǐng)學(xué)生進(jìn)一步解釋、改述、闡明和演示 ? 要求給出證據(jù)，即請(qǐng)學(xué)生為其主張尋求實(shí)證 ? 要求給出評(píng)價(jià)，即請(qǐng)學(xué)生用收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行推測(cè) ? 等待一段時(shí)間，即非語言引導(dǎo)策略，延長他們的回應(yīng)時(shí)間，鼓勵(lì)學(xué)生間的討論 ? 和學(xué)生抬杠，用辯論的方法，即給學(xué)生機(jī)會(huì)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(duì)不同的解決方法和步驟保持認(rèn)可 科學(xué)與工程實(shí)踐 ? 用“實(shí)踐”這個(gè)詞代替“技能”，是為了強(qiáng)調(diào)進(jìn)行科學(xué)研究不僅需要每個(gè)實(shí)踐中特有的技能而且也需要相關(guān)的知識(shí) ，避免將科學(xué)實(shí)踐簡化為一套單一的程序，如：識(shí)別和控制變量、實(shí)體分類等，這將不利于發(fā)展學(xué)生進(jìn)一步理解概念和科學(xué)的方法。 ? 對(duì)實(shí)踐（如模仿，形成解釋，參與辯論與評(píng)價(jià)）的反復(fù)強(qiáng)調(diào)是為了形成這樣一種觀點(diǎn) ： 應(yīng)該通過探究過程來學(xué)習(xí)科學(xué) 。 實(shí)踐內(nèi)容的選擇來自于： (a)當(dāng)科學(xué)家研究和建構(gòu)有關(guān)世界的概念、模型和理論時(shí)使用的主要實(shí)踐方法； (b)當(dāng)工程師設(shè)計(jì)和構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)使用的重要的工程技術(shù)實(shí)踐。 八 種基本實(shí)踐 ? 提出科學(xué)問題，明確工程難題； ? 建立和使用模型； ? 設(shè)計(jì)和實(shí)施調(diào)查研究； ? 分析和解釋數(shù)據(jù)； ? 利用數(shù)學(xué)、信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算思維能力； ? 建構(gòu)科學(xué)的解釋，設(shè)計(jì)工程解決方案； ? 基于證據(jù)的辯論； ? 獲得、評(píng)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(duì)物質(zhì)世界提出問題。 能區(qū)別科學(xué)的非科學(xué)的問題。 能提出可以通過科學(xué)探究找出答案的問題（科學(xué)的或工程的），并能運(yùn)用這些問題設(shè)計(jì)探究活動(dòng)并建構(gòu)一個(gè)實(shí)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(xué)生在任何一個(gè)年級(jí)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(jí)的增加，學(xué)生提出的問題會(huì)越來越切題、聚焦和熟練。 要想學(xué)生得到這樣的發(fā)展，就比較提供一個(gè)尊重問題、能體現(xiàn)好問題價(jià)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(jí)就開始出現(xiàn) ? 學(xué)生關(guān)于模型的進(jìn)程從具體的 “圖畫“或比例 模型開始，逐漸到高年級(jí)比較抽象的關(guān)系表征圖 ? 應(yīng)該鼓勵(lì)比較小的學(xué)生設(shè)計(jì)圖畫或簡單的圖表來表述他們?cè)谡{(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(jí)的增高，都應(yīng)該利用更加復(fù)雜的模型，使得學(xué)生在科學(xué)教育中不斷進(jìn)步 ? 學(xué)生繪制模型的質(zhì)量依賴于以前所學(xué)的知識(shí)和技能以及學(xué)生對(duì)模型系統(tǒng)的理解，所以應(yīng)該要求學(xué)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(qiáng)調(diào)模型的作用，并為學(xué)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(xué)生評(píng)價(jià)該實(shí)踐的核心，并且發(fā)展相應(yīng)的技能以及應(yīng)用合適的模型。 Planning and Carrying Out Investigations設(shè)計(jì)和實(shí)施調(diào)查研究 ? 學(xué)生需要有設(shè)計(jì)調(diào)查研究的機(jī)會(huì) ? 從一年級(jí)開始，應(yīng)該為學(xué)生提供機(jī)會(huì)進(jìn)行細(xì)致的、系統(tǒng)的調(diào)查，根據(jù)先前的經(jīng)驗(yàn)發(fā)展他們的觀察和測(cè)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(jí)中，應(yīng)該給學(xué)生提供機(jī)會(huì)去計(jì)劃和執(zhí)行不同類型的調(diào)查 ? 應(yīng)該要求年齡較大的學(xué)生提出可以驗(yàn)證的假設(shè)，解釋他們的推論和為他們的選擇辯護(hù)。對(duì)于高中生來講，任何假設(shè)都應(yīng)該基于一個(gè)成熟的模型或理論。 Planning and Carrying Out Investigations設(shè)計(jì)和實(shí)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(gè)問題提出可能的解釋，并給出理由 在問題中使用一個(gè)簡單的系統(tǒng)模型，并引用它建構(gòu)一個(gè)假設(shè)來說明系統(tǒng)將要出現(xiàn)的行為以及隱藏在預(yù)測(cè)背后的原因 能建構(gòu)一個(gè)說明模型是如何變化或能回答問題的假設(shè)，并給出能測(cè)試假設(shè)的活動(dòng)建議 運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和模型靈活地建構(gòu)可測(cè)試的假設(shè)，并能給出恰當(dāng)?shù)臏y(cè)試活動(dòng)建議。 Analyzing and Interpreting Data 分析和解釋數(shù)據(jù) ? 在小學(xué)階段，要支持學(xué)生認(rèn)識(shí)到需要利用會(huì)話、文字或數(shù)字等進(jìn)行觀察記錄，來與其他人分享。 ? 當(dāng)學(xué)生進(jìn)一步深入?yún)⑴c科學(xué)探究時(shí)，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生開始按照表格和圖表等呈現(xiàn)形式來收集某個(gè)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(duì)測(cè)量的理解 開始的 Beginning 初顯的 Emerging 能勝任的 Competent 精通的 Proficient 能認(rèn)識(shí)到觀察、記錄和測(cè)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(cè)量所需要的數(shù)據(jù) 能選擇和使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ邅慝@得一個(gè)數(shù)據(jù)集，并能說明理由 能從多個(gè)工具中區(qū)分出測(cè)量一個(gè)特點(diǎn)量值的恰當(dāng)?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(xué)、信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算思維能力 ? 在適當(dāng)?shù)那闆r下，學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)使用如尺子、圓規(guī)、溫度計(jì)等工具來測(cè)量變量，并且最好通過一個(gè)連續(xù)的數(shù)值來表示 ? 應(yīng)該為學(xué)生提供機(jī)會(huì)去探索怎樣利用這樣的符號(hào)表達(dá)式來表達(dá)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)的結(jié)果，甚至利用數(shù)學(xué)來獲得進(jìn)一步的關(guān)系 ? 在低年級(jí)中，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生探索利用計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)，使用簡單的數(shù)據(jù)集合。之后，應(yīng)該介紹他們使用數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)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(xué)生理解數(shù)學(xué)和計(jì)算的進(jìn)程中，應(yīng)該在每個(gè)年級(jí)的科學(xué)課堂逐漸開發(fā)這些工具。 Constructing Explanation and Designing Solutions 建構(gòu)解釋，設(shè)計(jì)解決方案 ? 解釋的進(jìn)程： ? 在科學(xué)教育早期，應(yīng)該給學(xué)生提供機(jī)會(huì)參與建構(gòu)和批判解釋。當(dāng)學(xué)生為了得到一致的證據(jù)，進(jìn)行自主調(diào)查和評(píng)估自己和他人的解釋時(shí)，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己所觀察到的，形成解釋。 ? 隨著學(xué)生知識(shí)的發(fā)展，他們開始能夠識(shí)別和分離變量，并將觀察結(jié)果納入他們對(duì)現(xiàn)