原標(biāo)題：大概念教學(xué)：讓學(xué)生像科學(xué)家一樣思考——讀《以大概念理念進行科學(xué)教育》*

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[本書及作者簡介]

《以大概念理念進行科學(xué)教育》是《科學(xué)教育的原則和大概念》一書的后續(xù)之作。本書更為詳細(xì)地敘述了以大概念理論來進行教學(xué)的理由和做法，以及這樣做對課程內(nèi)容、教學(xué)法、學(xué)生測評和教師教育帶來的影響。該書在出版后受到了國際教育界和科學(xué)界的廣泛關(guān)注，與《科學(xué)教育的原則和大概念》一樣，該書的多種語言譯本也已經(jīng)陸續(xù)出版。

當(dāng)前大概念正在日益為人們所關(guān)注，因為學(xué)者們普遍意識到大概念是素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂轉(zhuǎn)型的一個重要抓手，而大概念的提取是目前學(xué)者和教師遇到的最大問題?？茖W(xué)教育顯然在大概念教學(xué)上比其他學(xué)科先行了一步，一群對科學(xué)教育滿懷熱情的科學(xué)家、教育家先后兩次相聚于羅蒙湖邊，碰撞、迸發(fā)出智慧的火花，提煉出科學(xué)教育的14個大概念，指出了以大概念理念進行科學(xué)教育的路徑和方法，《科學(xué)教育的原則和大概念》和《以大概念理念進行科學(xué)教育》這兩本書正是會議成果的結(jié)晶。

概念的大小

大概念多大才合適？我們確定的科學(xué)知識的大概念，能夠?qū)ψ匀唤缫欢ǚ秶鷥?nèi)的有關(guān)現(xiàn)象進行解釋和預(yù)測。一般說來，用于解釋的概念可以有不同的大小。因為，任何對較少現(xiàn)象適用的概念，都會聯(lián)系到一個適用于數(shù)量更多現(xiàn)象的較大概念，以此類推，較大的概念又可以歸入一個更大的、更廣泛的概念。在理論上，這種將概念連接在一起而形成較大概念的過程，可以一直延續(xù)下去，直到歸納成數(shù)目很少的幾個頂層概念，甚至可以用一個概念解釋所有的事物。這樣的一些概念，必然是高度抽象的，并和實際的經(jīng)驗相去甚遠，在解釋一些經(jīng)驗時，它們不如那些與實際事件和現(xiàn)象聯(lián)系更為明顯的概念有用。這些頂層概念不是通常所說的交叉學(xué)科的概念，它不僅是跨越了不同課程學(xué)科的邊界，而且完全模糊了學(xué)科的邊界，稱其為跨學(xué)科的概念更為適當(dāng)。這類概念包括系統(tǒng)、對稱、因果關(guān)系、結(jié)構(gòu)與功能以及模式等。我們決定將大概念放在交叉學(xué)科的水平，低于跨學(xué)科的頂層概念。

——摘自《以大概念理念進行科學(xué)教育》，第15頁

人們發(fā)現(xiàn)學(xué)校的科學(xué)和真實的科學(xué)之間存在著巨大的鴻溝。科學(xué)領(lǐng)域的變化用日新月異來形容毫不為過，知識的保質(zhì)期正在大大縮短。換言之，匯編進教材里的專家結(jié)論正在迅速過時，如何才能在這樣一個知識不斷更新的時代，保證學(xué)生學(xué)的東西在幾年后，甚至十幾年后依然是有用的，那就不僅要教學(xué)生專家結(jié)論，還要滲透專家思維。大概念是一個很好的抓手，能夠打通科學(xué)教育與科學(xué)研究。與會者明確了科學(xué)教育的目的，他們認(rèn)為科學(xué)教育的目的有三個：一是理解有關(guān)科學(xué)的大概念，包括科學(xué)知識的大概念和有關(guān)科學(xué)本身及其應(yīng)用有關(guān)的大概念；二是收集和運用實證的能力；三是科學(xué)的態(tài)度和傾向。而大概念的理解過程往往就是科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)的過程。

大概念的最大特性就是具有普遍的解釋力，當(dāng)然這個普遍是相對的，這也就是書中所提的大概念多大才合適？問題所關(guān)心的。如果我們以具體為底，抽象為頂拉一個巨網(wǎng)，概念就在其中。我們知道概念其實就是對具體事物共性的抽象，而大概念就是程度比較高的抽象，越大的概念，它的普遍性越高，可解釋和可應(yīng)用的現(xiàn)象越多，同時也就離具體事物越遠。因此，大概念的頂端一定是跨學(xué)科的，比如系統(tǒng)、對稱、因果、結(jié)構(gòu)、功能以及模式等，這些大概念適用于各種學(xué)科和各種現(xiàn)象，具有最普遍的解釋力，但同時這些大概念也遠離具體的現(xiàn)實世界，過于抽象。因此，溫·哈倫等學(xué)者將大概念定義在交叉學(xué)科的層面，這里所說的交叉學(xué)科，就是指仍然有學(xué)科的界限，但學(xué)科之間可以相互交流和融通，而跨學(xué)科則已經(jīng)沒有學(xué)科。因此，書中談到的大概念仍然主要在科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，但立足于未來現(xiàn)實世界的需要，考慮到了與其他學(xué)科（比如技術(shù)和工程）之間的關(guān)聯(lián)，實際上因為大概念是比較高層次的概念，它往往會橫跨多個領(lǐng)域。

如前所述，大概念是一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)既有縱向的層級，也有橫向的關(guān)聯(lián)。書中明確區(qū)分了小概念與大概念：小概念是適用范圍比較小的，比如蚯蚓能很好地適應(yīng)在泥土中生活就是小概念；大概念是適用范圍比較大的，比如與剛才那個小概念相對應(yīng)的大概念就是生物體需要經(jīng)過很長時期的進化形成在特定條件下的功能。選擇大概念的四個標(biāo)準(zhǔn)如下：一是普遍性，是指能夠解釋較大范圍的物體、事件和現(xiàn)象；二是全局性，是指能影響較大范圍的人群，是比較重要的問題；三是相關(guān)性，是指與人們的生活息息相關(guān)；四是文化性，是指具有文化上的意義，符合人類科學(xué)探索的邏輯，可以融入科學(xué)史。

根據(jù)以上四個標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)者們最終得出了14個大概念，其中有10個屬于科學(xué)知識的大概念。1.宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的；2.物體可以對一定距離以外的物體產(chǎn)生作用；3.改變一個物體的運動狀態(tài)需要有力作用于其上；4.在宇宙中能量的總量是不變的，但是在某種事件發(fā)生的過程中，能量會從一種儲存形式轉(zhuǎn)化成另一種儲存形式；5.地球的構(gòu)造和它的大氣圈以及在其中發(fā)生的過程，影響著地球表面的狀況和氣候；6.宇宙中存在著數(shù)量極大的星系，我們所在的太陽系只是其中一個星系——銀河系中很小的一部分；7.生物體以細(xì)胞為基礎(chǔ)構(gòu)成，并具有一定的生命周期；8.生物需要能量和物質(zhì)的供給，為此它們經(jīng)常需要依賴于其他生物或與其他生物競爭；9.生物體的遺傳信息會一代代地傳遞下去；10.生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結(jié)果。另外還有4個屬于科學(xué)本身的大概念。1.科學(xué)是究其所以，或是發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象的原因；2.科學(xué)上的解釋、理論和模型都是在特定的時期內(nèi)與可獲得的實證最為吻合的；3.將科學(xué)研究中得到的知識運用于工程和技術(shù)，以創(chuàng)造服務(wù)于人類的產(chǎn)品；4.科學(xué)的運用常常會對倫理、社會、經(jīng)濟和政治產(chǎn)生影響。

發(fā)展大概念的進程

對每一個學(xué)習(xí)的個體來說，從最初基于他們先前經(jīng)驗而形成的特定想法，進展到能夠解釋較大范圍有關(guān)現(xiàn)象、更為有用的概念，都有一個進展的過程。如何描述這一進展過程呢？我們找到了三種主要的概念進展模式，它們以不同的方式達到課程框架中設(shè)置的學(xué)習(xí)目標(biāo)。第一種是以爬梯子的形式比喻進展的過程，應(yīng)用得最為廣泛。在這種進程中，必須完成每一步，后一步才能著手開始。這種方法容易給出一種固定的線性發(fā)展印象，進展過程好像被看作是一系列可分離的不同階段。第二種模式只對最終要求給出描述，允許用不同的方法，就像拼圖游戲中使用的小碎片，可以用任何順序拼在一起。這種模式的缺點是在決定適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)項目時，提供給教師和課程研制者的指導(dǎo)過少。第三種模式是將總的目標(biāo)分解成幾條鏈。在每一條鏈里，概念隨著時間的推移逐步開展，通過螺旋式發(fā)展課程來實現(xiàn)進展。但是，在形成大概念進程中，這種模式容易失去不同鏈條表達的概念之間的聯(lián)系。每一種模式都有優(yōu)點和不足之處。由于在學(xué)習(xí)不同的概念時，需要的學(xué)習(xí)經(jīng)驗性質(zhì)和范圍不同，或許每一種模式都需要用到。

——摘自《以大概念理念進行科學(xué)教育》，第21~22頁

大概念不是憑空出現(xiàn)的，而是從兒童已有的概念中發(fā)展而來的，人類從嬰兒開始，就在不斷地建立各種概念。在早期嬰兒對世界的探索中，兩個概念的建立是重要的，即因果關(guān)系和客體恒常性。當(dāng)嬰兒發(fā)現(xiàn)一個行為總是伴隨著另一個行為產(chǎn)生，就會推導(dǎo)出因果關(guān)系。如書中所說，概念的建立包含了兩種思維，即歸納式和演繹式。從具體的案例中概括出抽象的概念就是歸納式，而將抽象的概念運用于具體的案例就是演繹式，這兩種思維方式在概念建立里常常也是融合使用的。

由此可見，概念是需要發(fā)展的，溫·哈倫等學(xué)者提出了三種概念進展方式。一是爬梯式，是指將學(xué)習(xí)分成若干階段，這個階段可以指一個學(xué)期、一個學(xué)年或一個學(xué)段，每個階段都有相應(yīng)的目標(biāo)，但不一定都和大概念一致。因此，爬梯式的缺點就是可能要爬到頂點才能發(fā)現(xiàn)大概念，在爬梯時往往看不到終點。因此，爬梯的路線可能是曲折的。二是拼圖式，就像拼圖游戲一樣，每一塊碎片上實際上都包含了整體的信息，這種整體的信息就是指大概念，在大概念的引導(dǎo)下，可以有效地組織各種在學(xué)校獲得的經(jīng)驗以及在校外獲得的經(jīng)驗。但是，拼圖式的缺點在于比較靈活多變，導(dǎo)致很難為教師提供確定的指導(dǎo)。三是螺旋式，是指將同一內(nèi)容可以反復(fù)學(xué)習(xí)，只不過每一次的難度和復(fù)雜度都在不斷增加。螺旋式的缺點和爬梯式一樣，往往因為減低難度而忽視了大概念的教學(xué)，從而和后面的學(xué)習(xí)脫節(jié)。三種概念進展方式都各有優(yōu)缺點，因此在概念成長的過程中，這三種進展方式常常都要用到。比如，當(dāng)學(xué)生在不同背景下遇到的同一種現(xiàn)象需要用拼圖式，用大概念統(tǒng)合各種現(xiàn)象。當(dāng)學(xué)生的想法受到局限時，需要用螺旋式拓展他們的經(jīng)驗，使他們能拓寬自己的思路。而當(dāng)學(xué)生的想法比較固化，只接受與自己概念相同的案例時，則需要用爬梯式，引入相應(yīng)更加上位的概念。

用大概念理念進行科學(xué)教育

如果教學(xué)法并不與形成大概念的需要進行銜接，只是建議教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該專注于大概念是沒有用的。如果存在的是過于權(quán)威的總結(jié)性評測系統(tǒng)，或是教材內(nèi)容過于臃腫，那么主張基于探究的教學(xué)也不會有效。如果教學(xué)中沒有反思的時間和創(chuàng)新的空間，不可能期望能夠培養(yǎng)學(xué)生對繼續(xù)學(xué)習(xí)的責(zé)任心。如果課程的內(nèi)容被認(rèn)為遠離學(xué)生的興趣和體驗，也不可能期望他們對科學(xué)持有積極的態(tài)度。

——摘自《以大概念理念進行科學(xué)教育》，第38~39頁

溫·哈倫等學(xué)者認(rèn)為用大概念理念進行科學(xué)教育，首先要確立課程內(nèi)容 教學(xué)法 評測的關(guān)聯(lián)體系，也就是說，三者要協(xié)調(diào)一致，才能將大概念真正貫徹到學(xué)習(xí)中去。首先，課程內(nèi)容要與真實世界相連接，可以引入世界面臨的現(xiàn)實挑戰(zhàn)，既能讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的意義，又能激活日常生活中的具體經(jīng)驗，對理解大概念十分有幫助。但同時，真實世界的問題往往過于龐雜和交錯，會讓學(xué)生感覺迷惑，無從下手，因此，也需要根據(jù)大概念甄別真實場景的關(guān)鍵特征。課程內(nèi)容的組織可以參考前面提到的大概念發(fā)展進階，根據(jù)不同的年齡逐步滲透大概念。其次，大概念理念下的教學(xué)就是要采用與學(xué)生年齡發(fā)展相適應(yīng)的方式，幫助他們理解大概念。大概念教學(xué)就是聯(lián)結(jié)的過程，這里既包括不斷聯(lián)結(jié)具體經(jīng)驗與具體經(jīng)驗，也包括聯(lián)結(jié)具體經(jīng)驗和抽象概念。教學(xué)過程就好比一個造房子的過程，教師在心中是有房子的整體圖景的，所有的磚頭、鋼筋都是為造房而用的，這樣的教學(xué)才能幫助學(xué)生搭建起房子，而不是最后也是一堆散落一地的無用的磚塊。所以，值得一提的是，即使是面向5~7歲孩子的教學(xué)應(yīng)該也應(yīng)該是以大概念為指向的，只是要根據(jù)他們的年齡階段選擇合適的表達，但方向都是一致的。最后，在建構(gòu)大概念的過程中，形成性評測和總結(jié)性評測都十分重要，缺一不可。正因為大概念的形成是有難度的，所以在過程中無論教師和學(xué)生都需要不斷得到反饋，調(diào)整自己的教學(xué)和學(xué)習(xí)，而形成性評測就起到這個作用。教師應(yīng)該在學(xué)習(xí)一開始就告訴學(xué)生明確的目標(biāo)，然后和學(xué)生一起來收集過程中的學(xué)習(xí)證據(jù)，主要通過提問的方式來評測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，而學(xué)生可以通過口頭、文字或畫圖的方式來作答。教師根據(jù)學(xué)習(xí)證據(jù)來確定下一步的教學(xué)。而總結(jié)性評測的功能是對一個時期的教學(xué)目標(biāo)進行檢驗，總結(jié)性評測往往帶有對教師的教學(xué)進行評價和考量的作用，教師會更加重視。溫·哈倫等學(xué)者再三強調(diào)，評測特別是總結(jié)性評測一定要和課程內(nèi)容和教學(xué)法相配套，否則很難落實大概念理念，總結(jié)性評測應(yīng)該不局限于書面評測，而用方式更多樣的表現(xiàn)性評價來考量。

參考文獻：

[1] 溫·哈倫. 科學(xué)教育的原則和大概念[M]. 北京:科學(xué)普及出版社,2011.

[2] 溫·哈倫. 以大概念理念進行科學(xué)教育[M]. 北京:科學(xué)普及出版社,2016.

（本文作者系浙江大學(xué)教育學(xué)院課程與學(xué)習(xí)科學(xué)系 劉徽）

（本文刊載于《現(xiàn)代教學(xué)》2019年11A刊）返回搜狐，查看更多

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