關注我國科學教育理論的主要走向

索南昂修

進入21世紀后，我國的科學教育尤其是基礎教育階段的科學教育越發得到重視，科學教育理論得到了較大的發展。當前對科學教育有重要影響的理論研究主要有關注科學素養、關注科學實踐、關注概念轉變、關注學習進階、關注腦科學研究等多個方面。

關注科學素養

在知識社會里，每一位公民都需要具有一定的科學素養，提高公民科學素養最有效的渠道是科學教育。學校的科學教育不是為了培養某些精英和科學家，而是要面向全體學生。為了提高公民的科學素養，各國相繼推出了本國的科學教育課程方案。我國2001年的科學課程標準指出，小學科學課程是以培養科學素養為宗旨的科學啟蒙課程，首次將培養學生的科學素養作為課程總目標。

在科學教育中培養科學素養的措施一般包括課程體系、教學方法等方面。例如，改革傳統的以系統科學知識為中心的科學課程體系，增加與人類生活密切相關的現實問題，打破學科界限，朝著綜合化方向發展;改革傳統的以傳授科學知識為中心的教學模式，確立以學習者為中心的教育理念，引導學生親自觀察、親身體驗，不斷培養學生的科學興趣和科學探索能力;引導學生就感興趣的現實問題開展廣泛的課堂討論，培養學生解決問題的能力和關心人類社會的品質;開展豐富的課外科技活動，引導學生設計實驗、走進大自然、進行科學調查、開展科普閱讀、參觀科技展館等，培養他們的科學實踐能力。

隨著對科學素養理解的深入，研究者開始關注對科學本質的理解。在科學教育領域，研究者普遍認為，學生對科學本質的認識反映了學生的科學觀，是科學素養的重要組成部分。教師要理解科學本質，提高自身科學素養，這樣才能引導學生理解科學本質，提高科學素養。

關注科學實踐

在21世紀初的我國理科各科課程標準中，科學探究受到普遍重視。科學探究不僅被作為重要的理念強調，還被列入課程目標和內容標準之中，作為必須實施的內容要求。

由于學生的探究式學習本質上與科學家的科學探究有相似之處，因此，在提到科學探究的含義時，研究者們常引用美國《國家科學教育標準》中的表述，即科學探究指的是科學家們用來研究自然界并根據研究所獲事實證據做出解釋的各種方式，科學探究也指學生構建知識、形成科學觀念、領悟科學研究方法的各種活動。

探究式學習是學生從問題或任務出發，通過形式多樣的探究活動，以獲得知識和技能、發展能力、培養情感體驗為目的的學習方式。對于科學探究的環節，研究者有多種概括方法，如提出問題、收集證據、分析與解釋、交流與質疑、結論與拓展。這種將科學探究過程分解成固定的、按部就班的、可供個體效仿的步驟，使得課堂教學具有了固定模型，讓許多課堂教學變成了傳授和套用步驟，失去了“自主探究”。

2011年提出了科學實踐的概念，與科學探究不同的是，科學實踐選定了八項能夠促進學生理解學科核心概念的核心要素，分別為：提出問題，建立和使用模型，設計和實施調查研究，分析和解釋數據，利用數學和計算思維，建構解釋，基于證據進行論證，獲取、評估和交流信息。這些科學實踐活動要求課堂教學不再以固定的方式進行，改變了之前的教學模式。科學實踐強調學生自主探究，從問題的提出到結論的得出往往要求學生自己進行。

關注概念轉變

國際上，概念轉變的研究始于20世紀70年代，隨著研究的深入，研究成果開始涌現。1982年，康奈爾大學的四位教授提出了“概念轉變模型”，對科學教學產生了重要影響。為了適應21世紀科學教育改革的需要，我國學者開始關注概念轉變理論。有研究者指出，按照英文原意，用“觀念轉變”一詞更為貼切。因此在相關文章中，有的用概念轉變，有的用觀念轉變。

建構主義學習理論認為，學生原有的知識經驗對學習新知識有重要的作用。學生帶著已有的概念走進課堂，這些概念有時與公認的科學概念相悖，并具有頑固性，不易通過傳統的教學方式消除，這些概念又被稱為科學前概念。研究者將影響概念轉變的因素形象地比喻為概念生態圈。概念轉變研究旨在揭示兒童錯誤的概念，發現影響其轉變的因素和轉變的規律，運用有效的方法將科學前概念轉變為正確的科學概念。

概念轉變理論對科學教學具有重要的指導意義。根據概念轉變理論，在科學教學中要珍視學生的科學前概念，從學生的已有認知出發，通過順應的過程，實現概念轉變和知識的建構。由于學生科學前概念主要是建立在直接經驗基礎上，因此需要為學生創造親歷探究的機會和條件，讓他們發現已有經驗與事實之間的矛盾之處，引發認知沖突，促使其審視、反思并修正自己的經驗和認識，從而建構更為科學的新解釋、新概念。

概念轉變理論為科學課程開發提供了依據。根據概念轉變理論，學生的學習不再是被動接受知識的傳遞，課程不再是一些待學習的東西，而是促使學生重新建構概念的一系列學習活動、材料和資源。因此，在我國21世紀的科學課程教材設計中，試圖發現和理解學生對所面臨問題的看法，了解和分析每個學生都知道了什么、關心什么、能做什么、想做什么，并在此基礎上，創設一定的情境，引發認知沖突，促使學生思考，重新調整和不斷完善他們的想法。

關注學習進階

2005年，學習進階這個概念首次被提出，但直到現在學界對于學習進階的定義尚不明確，有研究者這樣概括：學習進階是學生關于某一核心知識及相關技能、能力、實踐活動在一段時間內進步、發展的歷程，表現為特定知識、技能和能力的潛在發展序列。學習進階的思想認為學習是一種不斷積累、發展的過程，學生對核心概念的理解不是一蹴而就的，而是需要經過許多個不同的中間水平，在一定的時間范圍內，依靠恰當的教學策略，學生對這一核心概念的理解和運用便會逐漸發展、不斷成熟，而這種發展變化也絕非簡單的線性、單維度的，而是多種因素相互聯系、相互作用的結果。

學習進階的起點是指學生已有的經驗和知識，終點則多為社會對學生的期望，在兩者之間存在的多個中間水平是在大量實證研究基礎上歸納而成的，主要用于描述學生對核心概念的理解是如何不斷發展的。學習進階具有以學科融合為背景、以核心概念為中心、以實證研究為基礎、強調進階途徑多樣性等特點。

關注腦科學研究

2002年，東南大學學習科學研究中心在我國最先開展神經教育學研究，這也使我國成為最早研究神經教育學的國家之一。2003年，國際腦、心智、教育學會正式成立，成為神經教育學誕生的標志。之后，神經教育學迅速發展，已經成為公認的21世紀教育發展的重要方向。神經教育學是基于實證的、以解決問題為宗旨的實踐性很強的應用科學，它的研究以清晰的、基于實證的論據提出了一些鮮明的觀點，對于科學教育具有重要的指導意義。

我們已經知道，腦是學習的基礎。腦科學研究發現：大腦是一個動態器官，具有可塑性，很大程度上是由經驗塑造的。從出生到青春期結束以前，特別是兒童發育早期，人腦的可塑性最好。在腦的發育過程中還存在兒童形成某種能力比較容易甚至是關鍵的時期，這就是現代科學家和教育家們十分關注的最佳發展期。從這個意義上講，人的發展基礎主要在兒童時期就奠定了。例如，良好的社會情緒能力需要在兒童時期就打好基礎。社會情緒能力包括正確地評價自己、調節自己的情緒、激勵自己、能了解別人的情感、善于處理人際關系等方面。人過得快樂不快樂，都取決于這些方面。“做中學”科學項目將社會情緒能力作為培養目標，并在課堂教學中加以實施，收到了明顯效果。

嬰兒和兒童的學習是演算式的，他們的大腦具有很強的演算能力，能夠將他們的經驗自動通過統計式的演算形成有結構的認識模型。因此，所有年幼的兒童都具有學習語言、數學和科學的智力。在他們進入學校以前，已經有了對自然界的豐富認知，具有因果推理能力，并且可以在真實和不真實的知識之間進行分辨。換句話說，兒童進入學校時，已經具有以認真的態度學習科學的認知能力。因此，兒童很早就可以接受科學教育。

學習是社會性的。兒童的學習具有共同關注、移情理解等特點，他們能夠關注和模仿他人做的事情。觀察和模仿專家是一個有效的社會化學習方式。社會化的情境能夠刺激兒童的學習，同時對人的終生學習也是非常重要的。科學教師作為教學的組織者、引導者，對學生的學習具有重要的影響。除此之外，同伴之間的共同合作、相互學習也非常重要。

腦的學習與感知區域和行為區域都有聯系，大腦皮質的活化與情緒記憶有很大的關系。因此，激發并培養學生對科學的興趣，有利于他們產生深刻的印象，從而增強記憶力。

以上是當前我國科學教育領域的一些主要理論，在這些理論的指導下，當前的科學教育更加關注學生的科學素養的綜合發展，強調知識的綜合和跨領域的合作，一些教學模式，如項目式學習（PBL）、STEM教育或STEAM教育等在課堂教學得到了推廣運用。踐行這些教育理論對科學教師也提出了更高的要求，科學教師不僅要關注科學學科知識和能力的提升，還要關注其他學科的學習，更加注重科學學科的綜合性和知識的遷移應用。

人民教育出版社課程教材研究所（100081）