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整合与发展——基于学生科学素养的科学课程整合策略

整合与发展——基于学生科学素养的科学课程整合策略

从奥苏伯尔1963年提出科学教育中的大概念算起,历经三次科学课程改革浪潮的尝试与反复,国际科学教育界对整合与发展的研究和讨论已持续了半个世纪。进入新世纪,包括科学家、认知心理学家在内的各界科学教育参与者、研究者对此理念的看法已经逐渐达成一致。周光召先生在为《科学教育的原则和大概念》一书作的序中写道:“科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实,而是应当慎重选择一些重要的科学观念,用恰当、生动的方法,帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解。”整合与发展已经成为当代基础教育阶段科学课程改革的核心理念。整合首先是科学课程概念体系的建构,即通过围绕“大概念”(big ideas)组织知识内容,达成以往科学课程中零散概念的整合。在此基础上组织科学实践活动,使学生的“学”与“做”融为一体,在实践中理解和建构科学概念。发展是在概念体系的基础上,通过学习进阶(learning progressions)的研究与设计提出适合不同阶段学生认知发展的表现期望,使学生的科学素养随着学习阶段的延伸实现连贯一致的进阶发展。

2012年,美国国家研究委员会(NRC)颁布的新一轮的科学课程改革领航文件《幼儿园到12年级科学教育框架:实践、共通概念及核心概念》(以下简称新《框架》)是践行这一理念的典型代表。如图1所示,新《框架》中科学课程的三个维度——实践、共通概念和核心概念紧密联系、相互促进,将以往的科学课程线性、零散、互不相关的内容系统串联,并能与社会生活其他领域息息相关。

 

一、围绕大概念建构概念体系

随着科技的进步、社会的发展,人类积累的知识特别是自然科学知识越来越多且日益精深。有限的科学课程容量和“无限”的自然科学知识这一矛盾越发凸显。在“少而精(less is more)”和“更少、更清、更高(fewer,clearer,higher)”等科学课程设计新理念统领下的概念体系整合即是解决这一矛盾的尝试:基础教育阶段科学课程的学习应力图通过少数大概念来整合学科知识,促进学生参与科学工程实践,实现对重要原理的深入探索,发展学生的整合理解并在其中渗透科学本质教育和STSE教育。

大概念包括共通概念和核心概念:共通概念侧重跨学科内容的组织,而核心概念多用来整合某一学科内的知识。

(一)共通概念

共通概念是涉及科学、数学和技术等各个领域的最基本的概念,这些概念超越了学科界限,反映出不同学科的内在统一性,并且相对稳定,对于各种文化观念都普遍适用。通过课程文件的比较可以看出,科学教育界对于共通概念的重要性达成了一致认识,且共通概念在科学课程中的地位也不断提升。美国大学理事会认为,共通概念“不仅对科学学习意义深远,而且还影响着数学、技术和工程等的学习”,有助于学生建立对所有学科的整体认识。新《框架》将共通概念作为科学课程设计的一个维度,其学习理解与核心概念、科学与工程实践联系紧密。

(二)核心概念

核心概念是组织整合某个学科自身内容的少数关键概念,如新《框架》确定的13个核心概念(物质科学4个,生命科学4个,地球与空间科学3个,工程、技术和科学的应用2个)中的“物质及其相互作用”、“遗传:性状的遗传和变异”等。这些“少而精”的核心概念的选择是课程设计面对的最基础问题。

需要强调的是,共通概念和核心概念的划分并不是绝对的,有的共通概念(如能量)同时也是物质科学的核心概念。当代的科学课程设计正在尝试围绕大概念组织课程内容,建立整体一致的概念体系,帮助学生形成良好的知识结构。例如加拿大安大略省科学课程以核心概念为纽带,向上承接共通概念,向下按其三维目标 = 1 * GB3 ①展开总体期望和具体期望,在每门课程开篇附表说明该课程的核心概念与共通概念的关系。同时,概念体系的整合也是学习进阶设计的必备条件,学习进阶实质上就是对大概念理解的逐级深入和持续发展。

二、基于学习进阶的设计实现学生科学素养的连贯发展

学习进阶(learning progressions)第一次在科学教育领域正式提出是在2004年,最初被用于测评设计。随着其对学生认知和指导教学的重要意义很快被发现并得到了重视,时隔不到十年,已成为新《框架》学习期望的核心表述形式。国外研究者认为,以整合的概念体系为核心、围绕少数概念进行深入探究的进阶学习,能够有效改变其“广而浅”的科学学习现状,最终实现科学素养的发展。

学习进阶的起点是“学生入学时的(前)概念和推理”,终点是“期望所有学生在高中毕业时具备的科学素养”,并给出从起点到终点的中间阶段,描述学生对大概念的认识如何不断发展。

学习进阶能建起一座连接对学习的研究和课堂教学实践的桥梁:教师通过基于进阶开发的测评手段掌握学生所处的学习水平,以此为依据选择合适的教学方式和策略;通过基于证据的进阶研究,实现对于学生学习进阶过程和水平的充分了解,以此指导课程标准的修订,为课程和评价的设计发展提供坚实的基础。

 

总之,科学概念体系的整合与进阶发展,特别是共通概念和核心概念的学习进阶是目前国际科学教育研究领域正在关注的热点问题。围绕大概念组织知识内容,建构统一的概念体系,在此基础上设计合理的学习进阶,有利于学生形成对科学的整体认识,促进学生科学素养的连贯发展。

 

*加拿大的三维目标是:1.将科学与技术、社会和环境相联系;2.发展学生的科学探究技能、策略和思维习惯;3.理解基本的科学概念。

 

本文作者:郭玉英,姚建欣,张静。原文发表于《课程·教材·教法》第33卷第2期,有删改。

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