科学教育改革的核心理解科学.
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─约翰.杜威，《经验与教育》，1938
3学习心理的新概念
3．1随着时间的推移，科学由于其日益 增长的内容与复杂性对学习提出了新的 问题。学校传授的知识的价值也受到对 学校外部情境的适用性的检验
3．2五个最新的学习概念
在过去的三十年中，由于研究工作的推 进，已在有关学习的五个领域内产生了 新的概念。作为有关人类学习的新信息 的积累成果，对"有效的学习是如何进展 的"这一问题的观点，已由"受益于勤奋 练习"转变为"学生对知识的理解与应用"
D元认知过程与自我调节能力
个人可以被教会调节自己的行为，这些 持续的活动使个人内、外部的行为的控 制成为可能。这些活动中包含如下策略： 预测结果，计划，分配时间，为改进理 解的自我解释，注出错误便于领会，激 活背景知识等。
E文化经历与社区参与
参与社会实践是学习的一项基本形式。学习包 括适当地协调约束与应变、限制与可能，这些 都包括在社区实践中。社会规范重视对理解的 探寻过程，这促进了学习。早期学习得益于家 庭与社会环境的支持，并贯穿在由成人和孩子 共同参予的活动中。这些活动有效地为儿童提 供了对文化规范的建构和理解，这一过程发生 在孩子入学之前相当长的时期内。
2现在的教育能够适应时代的需要吗？
2．1所谓的准备：从幼儿园开始，孩子 就必须学习如何辨证地思维、如何将凌 乱的信息准确地组合起来、如何创造性 地解决问题。他们还需要新技术，如： 计算机的使用、使用多种媒体进行交流 的能力、对构成现代社会基石的科学技 术的掌握等
2．2中国科协在1992年、1994年、1996年、
科学教育改革的核心——理解科学
方红峰 浙江省教育厅教研室
内容
1我们到底为什么需要科学和技术？ 2现在的教育能够适应时代的需要吗？ 3学习心理的新概念 4对高质量科学教育的展望
1我们到底为什么需要科学和技术？
1．1科学和技术已经不可避免地改变了我们的 工作方式、交流方式以及我们审视世界的角度 1．2很多人都在尽力挣扎着以赶上快速发展的 科技，但我们的孩子却不能无备而战。他们必 须做好充足的准备，才能在一个变化日趋迅猛、 竞争日趋激烈的世界中成为一个合格的公民、 职工和家庭成员
对概念的掌握包含着对新信息理解情况 的形象描述，能够看到模式和其中之间 的关系及差别。并不见得需要比别人记 住更全面的信息，但凭着对概念的理解， 能够找出别人无法发现的信息中的含义， 随而挑选和记住其关的信息 。
科学教育的任务可被看成是指引学生向 形成更正式理解的方向去(或者说更深的 理解)。这就需要既要加深对课程知识信 息含量的了解、又要扩展其知识结构的 范围。
C 现在的孩子们也带着很多知识来到学 校，他们带来了身边和遥远世界的广阔 的视觉认识，带来了大量的图象、事实 和幻想，电视使辽阔的世界尽收他们眼 底 但孩子们深深缺乏的是他们对真实世界 的各种制约的内在理解以及对希望与行 动之间区别的理解
2．6科学教育的价值
对求知者在探索科学的现实生活的经历 中发现的主题素材加以应用，最好地说 明了应用现有经验把求知者带到一个更 广阔、更美好、更有序世界的基本原理。
在科学学习中，学生们经常对不容易观 察的物理特性产生错误的概念。对于人 类，许多固有的观念即默守成规又简单， 象历史被理解成好人与坏人之间的斗争 (Gardner,1991)。
詹姆士· Minstrell,一位高中物理教师，这样 来描述这个过程：(Minstrell,1989:130-131) 学生们对力学的最初观点就象纺砂车的线 头，有些并不相联，有些松散地连在一起。教 学的行为可被认为是帮助学生把单独想法的线 头联接起来，并对其标记，然后编织成更完整 的理解，象一块布一样。不仅仅是对相关信念 的简单抛弃，老师们应尽可能地帮助学生区分 他们现在的想法与以前的想法，并把概念性的 观点与科学家们的原理结合起来。
4．2提倡“以探究为中心”进行教学 科学探究对培养科学兴趣有不可替代的 作用 科学探究对培养科学探究所需要的能力 有不可替代的作用 科学探究能增进对科学本质的理解 科学探究是一种理解科学知识的学习策 略
探究涉及“观察；提问；查看书本和其他信息 以获得已知的知识；安排调查；根据实验证据 对已知知识进行评价；应用工具收集、分析并 解释数据；提出方案、进行解释和预测；交流 结论”。这些活动都深深地扎根于科学传统和 教育理论。 探究之所以显得新，其原因在于许多学校已经 习惯于依赖教科书作为向学生传播知识的主要 工具。
科学本质——科学是什么 事实 Fact: 在科学上，业经不断重复证实 的所观察到的现象。 定律 law: 关于自然界某些方面在特定环 境中如何表现的概括描述。 假设Hypothesis:可以用来建立更复杂的 推断和解释关于自然界的试验性的表述。 理论Theory:在科学上，可将事实、定律、 推断和业经验证的假设综合一起自然界的某些 方面有充分根据的解释。
C每个孩子都是科学家
Biblioteka Baidu
天文学家卡尔.萨根曾经说过：“每个人 在他们幼年的时候都是科学家，因为每 个孩子都和科学家一样，对自然界的奇 观满怀着好奇和敬畏。” 保持孩子的这种好奇心就成为了老师、 家长们的重大责任。
探究事物的本源是保护学生好奇心的最好方式 人居然是猿变来的 有生命的物体居然是无生命的物体变来的 悬浮在水中的微小颗粒居然在作杂乱无章的运 动 浩瀚的宇宙竟然是由各种结构层次的系统组成 …………… 学了科学以后，我周围的世界仿佛变了个样子
在孩子们早期形成的理解已是十分稳固了。举 例来说，曾发现有些孩子坚持认为地球是平的， 把地球想象成为一张平铺的饼。(Vosniadou and Brewer,1989)。 找出已有的理解方式并对之研究，这对所有年 龄的学习者都是很重要的。许多研究实验表明 对于大龄学生，即使教会他们新的与原来概念 相矛盾的原理，在脑海里仍然存留着过去的错 误理解。
A记忆与知识结构
对于记忆的理解已经超出了简单的联想 范畴；许多研究描述了知识及其内涵的 结构。对学习者如何形成信息的相连贯 的结构的了解，在理解被组织的知识的 本质时是极其有用的，而这种被组织的 知识通常潜藏在有效的理解与思考之下
B对问题求解与推理的分析
对专家学习的基础研究是影响当代学习 理论最为重要的因素之一。学习理论现 在可以解释学习者如何获取探求问题的 技能，并将这些通用的策略应用于许多 问题求解的情境。在学习解决问题的技 能方面，初学者与在特定领域的专家之 间，存在着明显区别。
学习的认知建构过程
要想用科学的解释替代错误的成见，学 生们必须把成见展现出来，并找出它的 缺陷。
B理解最为重要
理解的前提：(a)基本知识的扎实基础，(b)在 知识结构关系中事实和观点的理解，(c)在组 织知识结构时容易记忆和应用的方式。 理解表现出来的行为：计划任务的能力，观察 模式的情况，收集有道理的争论和解释，并对 其它问题做出类比，以上这些能力与基础概念 知识的很好地结合运用。
2001年依据国际上较为通行的指标体系对我国 公众的科学素养进行了四次调查，前三次调查 的结果基本一致，我国公众具有基本科学素养 的比例仅为0.3%（1996），美国为6.9%，欧共 体为4.0%（均为1990年结果）。2001年第四次 调查结果是我国公众具有基本科学素养的比例 为1.4％
2．3问题：《第三次国际数学和科学研 究》（TIMSS） 表明尽管即将高中毕业 的孩子大都或多或少知道一些科学现象 和原理，但是他们不懂如何将科技知识 运用到一个新环境中去、不懂如何自己 设计一个实验、对问题的解答只知其然 而不知其所以然
C早期的基础
为在被控制的研究环境中获取婴幼儿的 反应，发展起来的创造性的元认知论， 对早期学习做了大量的阐释。 对婴幼儿 和儿童的科学研究，揭示了儿童的学习 倾向与他们组织协调信息、推理及发现 解决问题的策略等能力之间的关联。因 此，教育者们开始重新思考儿童自身能 力的重要性。这种能力的发展得益于学 校学习的种种机会。
2．4原因：原因之一在于孩子们没有 “做”科学。他们没有调查对象，没有 观察现象，没有设计实验，没有收集数 据，也没有讨论他们的观点。孩子们没 有机会独立思考和解决问题。相反地， 他们仅仅是“读”了科学
2．5事实：A当孩子们没有亲身经历在学 校所学的事物时，课程想要传授的知识 往往对他们毫无意义 B今天的孩子在成长过程中，他们越来越 远离自然界。感性体验的缺乏意味着孩 子们缺少资源来感知世界
「CORE」模式
根据「 CORE 」模式，学习课业能引发学 生联系已有知识 (Connect to student’s knowledge) 、 组 织 新 的 学 习 内 容 (Organise new content) 、 反 思 所 学 (Reflect on what has been learned) ， 以及把知识灵活地、适切地应用到其它 情 境 (Extend by transferring knowledge to new contexts)。
知识是一个概念的结构体系；随着新证 据的发现可能要被修订；人类的认识只 能逼近真理，但永远不可能达到真理 科学上的结论是科学家团队协商的结果 科学知识极大地依赖于观察、实验证据、 理性辩论和怀疑，但并非全部 不存在科学研究的唯一途径 观察负载(Theory Laden)着理论
专家们注意信息的特征和富有意义的模式，而初学者 不注意这些； 专家们获得的极其丰富的知识是有组织的，他们对于 信息的组织反映出对事物 的深入理解 专家们的知识，不能被简化成孤立的事实或命题组， 相反，它们具有适用性，也就是说，它是被“条件化” 了的； 专家们能够毫不费力地捡回知识中的重要特征； 尽管专家们详细地了解自己的学科，但这并不保证他 们能就此话题指导他人； 专家在进入新情境时具有不同层次的灵活性。
3．3几点重要学习理论的结论
A学生在来教室时，也带来了他们对世界 的情况已有的看法。 如果没有这些最初的理解，他们可能无 法理解要教授的新概念和知识，或者仅 仅为了考试而记住它们，但在课堂外又 回到原来的概念。
孩子在学前班的时候开始对周围的现象 形成最初的理解(无论正确与 否)(Wellman,1990) 这些最初的理解会对新概念和看法的形 成有很深的影响。有时这些理解是正确 的，为新知识打下基础。但有时理解是 错误的(Carey and Gelman,1991)。
2 探索阶段：学生们亲自参加并深 入探究各种科学现象。在这个阶段，对 学生来说很重要的一点就是必须有足够 的时间来完成他们的工作，如果有必要 的话必须重复他们的试验。在本阶段学 生们常被分成小组，这样他们有机会与 同班同学就自己的观点进行讨论，这是 学习过程中重要的一个组成部分。
3 思考阶段：学生们收集和整理他们 的数据，交流他们的观点，分析并对自 己的结论进行争辩。在这个阶段，要求 学生们交流他们的观点，这常常可以有 助于巩固他们的学习。当学生在进行综 合思考，解释自己结论的时候，教师要 对他们给予必要的指导。 4 应用阶段：这个阶段要为学生提 供机会，让他们在新环境中和现实生活 中应用他们所学到的知识。
4对高质量科学教育的展望
4．1前提 学生应有机会展示自己的想法，并在实 践中改变原来的想法或发展新的思想 应有较为宽松的学习环境，心理有安全 感 应有充分“做”科学的机会 应坚信所有的学生都能学好科学
4．2结果 学生在“做”科学的过程中，能积极投 入学习，掌握新的概念和技能 有团队精神 理解科学的本质
探究教学的V字模型
思考 理论
概念
问题
操作
应用 结论 解释 转化 事实 记录
事件
学习周期（奥布赖恩）
1集中阶段：学生们首先描述和表达他们 对一个话题的观点。这常常是在课堂讨 论中完成的，在此过程中他们可交流各 自对本话题所知的所有知识，相互了解 各自想进一步学习的内容。对老师来说， 这是一个绝好的机会了解学生目前的知 识水平和可能的错误概念，从而考虑如 何把这些信息添加到计划好的课程计划 中来。
3学习心理的新概念
3．1随着时间的推移，科学由于其日益 增长的内容与复杂性对学习提出了新的 问题。学校传授的知识的价值也受到对 学校外部情境的适用性的检验
3．2五个最新的学习概念
在过去的三十年中，由于研究工作的推 进，已在有关学习的五个领域内产生了 新的概念。作为有关人类学习的新信息 的积累成果，对"有效的学习是如何进展 的"这一问题的观点，已由"受益于勤奋 练习"转变为"学生对知识的理解与应用"
D元认知过程与自我调节能力
个人可以被教会调节自己的行为，这些 持续的活动使个人内、外部的行为的控 制成为可能。这些活动中包含如下策略： 预测结果，计划，分配时间，为改进理 解的自我解释，注出错误便于领会，激 活背景知识等。
E文化经历与社区参与
参与社会实践是学习的一项基本形式。学习包 括适当地协调约束与应变、限制与可能，这些 都包括在社区实践中。社会规范重视对理解的 探寻过程，这促进了学习。早期学习得益于家 庭与社会环境的支持，并贯穿在由成人和孩子 共同参予的活动中。这些活动有效地为儿童提 供了对文化规范的建构和理解，这一过程发生 在孩子入学之前相当长的时期内。
2现在的教育能够适应时代的需要吗？
2．1所谓的准备：从幼儿园开始，孩子 就必须学习如何辨证地思维、如何将凌 乱的信息准确地组合起来、如何创造性 地解决问题。他们还需要新技术，如： 计算机的使用、使用多种媒体进行交流 的能力、对构成现代社会基石的科学技 术的掌握等
2．2中国科协在1992年、1994年、1996年、
科学教育改革的核心——理解科学
方红峰 浙江省教育厅教研室
内容
1我们到底为什么需要科学和技术？ 2现在的教育能够适应时代的需要吗？ 3学习心理的新概念 4对高质量科学教育的展望
1我们到底为什么需要科学和技术？
1．1科学和技术已经不可避免地改变了我们的 工作方式、交流方式以及我们审视世界的角度 1．2很多人都在尽力挣扎着以赶上快速发展的 科技，但我们的孩子却不能无备而战。他们必 须做好充足的准备，才能在一个变化日趋迅猛、 竞争日趋激烈的世界中成为一个合格的公民、 职工和家庭成员
对概念的掌握包含着对新信息理解情况 的形象描述，能够看到模式和其中之间 的关系及差别。并不见得需要比别人记 住更全面的信息，但凭着对概念的理解， 能够找出别人无法发现的信息中的含义， 随而挑选和记住其关的信息 。
科学教育的任务可被看成是指引学生向 形成更正式理解的方向去(或者说更深的 理解)。这就需要既要加深对课程知识信 息含量的了解、又要扩展其知识结构的 范围。
C 现在的孩子们也带着很多知识来到学 校，他们带来了身边和遥远世界的广阔 的视觉认识，带来了大量的图象、事实 和幻想，电视使辽阔的世界尽收他们眼 底 但孩子们深深缺乏的是他们对真实世界 的各种制约的内在理解以及对希望与行 动之间区别的理解
2．6科学教育的价值
对求知者在探索科学的现实生活的经历 中发现的主题素材加以应用，最好地说 明了应用现有经验把求知者带到一个更 广阔、更美好、更有序世界的基本原理。
在科学学习中，学生们经常对不容易观 察的物理特性产生错误的概念。对于人 类，许多固有的观念即默守成规又简单， 象历史被理解成好人与坏人之间的斗争 (Gardner,1991)。
詹姆士· Minstrell,一位高中物理教师，这样 来描述这个过程：(Minstrell,1989:130-131) 学生们对力学的最初观点就象纺砂车的线 头，有些并不相联，有些松散地连在一起。教 学的行为可被认为是帮助学生把单独想法的线 头联接起来，并对其标记，然后编织成更完整 的理解，象一块布一样。不仅仅是对相关信念 的简单抛弃，老师们应尽可能地帮助学生区分 他们现在的想法与以前的想法，并把概念性的 观点与科学家们的原理结合起来。
4．2提倡“以探究为中心”进行教学 科学探究对培养科学兴趣有不可替代的 作用 科学探究对培养科学探究所需要的能力 有不可替代的作用 科学探究能增进对科学本质的理解 科学探究是一种理解科学知识的学习策 略
探究涉及“观察；提问；查看书本和其他信息 以获得已知的知识；安排调查；根据实验证据 对已知知识进行评价；应用工具收集、分析并 解释数据；提出方案、进行解释和预测；交流 结论”。这些活动都深深地扎根于科学传统和 教育理论。 探究之所以显得新，其原因在于许多学校已经 习惯于依赖教科书作为向学生传播知识的主要 工具。
科学本质——科学是什么 事实 Fact: 在科学上，业经不断重复证实 的所观察到的现象。 定律 law: 关于自然界某些方面在特定环 境中如何表现的概括描述。 假设Hypothesis:可以用来建立更复杂的 推断和解释关于自然界的试验性的表述。 理论Theory:在科学上，可将事实、定律、 推断和业经验证的假设综合一起自然界的某些 方面有充分根据的解释。
C每个孩子都是科学家
Biblioteka Baidu
天文学家卡尔.萨根曾经说过：“每个人 在他们幼年的时候都是科学家，因为每 个孩子都和科学家一样，对自然界的奇 观满怀着好奇和敬畏。” 保持孩子的这种好奇心就成为了老师、 家长们的重大责任。
探究事物的本源是保护学生好奇心的最好方式 人居然是猿变来的 有生命的物体居然是无生命的物体变来的 悬浮在水中的微小颗粒居然在作杂乱无章的运 动 浩瀚的宇宙竟然是由各种结构层次的系统组成 …………… 学了科学以后，我周围的世界仿佛变了个样子
在孩子们早期形成的理解已是十分稳固了。举 例来说，曾发现有些孩子坚持认为地球是平的， 把地球想象成为一张平铺的饼。(Vosniadou and Brewer,1989)。 找出已有的理解方式并对之研究，这对所有年 龄的学习者都是很重要的。许多研究实验表明 对于大龄学生，即使教会他们新的与原来概念 相矛盾的原理，在脑海里仍然存留着过去的错 误理解。
A记忆与知识结构
对于记忆的理解已经超出了简单的联想 范畴；许多研究描述了知识及其内涵的 结构。对学习者如何形成信息的相连贯 的结构的了解，在理解被组织的知识的 本质时是极其有用的，而这种被组织的 知识通常潜藏在有效的理解与思考之下
B对问题求解与推理的分析
对专家学习的基础研究是影响当代学习 理论最为重要的因素之一。学习理论现 在可以解释学习者如何获取探求问题的 技能，并将这些通用的策略应用于许多 问题求解的情境。在学习解决问题的技 能方面，初学者与在特定领域的专家之 间，存在着明显区别。
学习的认知建构过程
要想用科学的解释替代错误的成见，学 生们必须把成见展现出来，并找出它的 缺陷。
B理解最为重要
理解的前提：(a)基本知识的扎实基础，(b)在 知识结构关系中事实和观点的理解，(c)在组 织知识结构时容易记忆和应用的方式。 理解表现出来的行为：计划任务的能力，观察 模式的情况，收集有道理的争论和解释，并对 其它问题做出类比，以上这些能力与基础概念 知识的很好地结合运用。
2001年依据国际上较为通行的指标体系对我国 公众的科学素养进行了四次调查，前三次调查 的结果基本一致，我国公众具有基本科学素养 的比例仅为0.3%（1996），美国为6.9%，欧共 体为4.0%（均为1990年结果）。2001年第四次 调查结果是我国公众具有基本科学素养的比例 为1.4％
2．3问题：《第三次国际数学和科学研 究》（TIMSS） 表明尽管即将高中毕业 的孩子大都或多或少知道一些科学现象 和原理，但是他们不懂如何将科技知识 运用到一个新环境中去、不懂如何自己 设计一个实验、对问题的解答只知其然 而不知其所以然
C早期的基础
为在被控制的研究环境中获取婴幼儿的 反应，发展起来的创造性的元认知论， 对早期学习做了大量的阐释。 对婴幼儿 和儿童的科学研究，揭示了儿童的学习 倾向与他们组织协调信息、推理及发现 解决问题的策略等能力之间的关联。因 此，教育者们开始重新思考儿童自身能 力的重要性。这种能力的发展得益于学 校学习的种种机会。
2．4原因：原因之一在于孩子们没有 “做”科学。他们没有调查对象，没有 观察现象，没有设计实验，没有收集数 据，也没有讨论他们的观点。孩子们没 有机会独立思考和解决问题。相反地， 他们仅仅是“读”了科学
2．5事实：A当孩子们没有亲身经历在学 校所学的事物时，课程想要传授的知识 往往对他们毫无意义 B今天的孩子在成长过程中，他们越来越 远离自然界。感性体验的缺乏意味着孩 子们缺少资源来感知世界
「CORE」模式
根据「 CORE 」模式，学习课业能引发学 生联系已有知识 (Connect to student’s knowledge) 、 组 织 新 的 学 习 内 容 (Organise new content) 、 反 思 所 学 (Reflect on what has been learned) ， 以及把知识灵活地、适切地应用到其它 情 境 (Extend by transferring knowledge to new contexts)。
知识是一个概念的结构体系；随着新证 据的发现可能要被修订；人类的认识只 能逼近真理，但永远不可能达到真理 科学上的结论是科学家团队协商的结果 科学知识极大地依赖于观察、实验证据、 理性辩论和怀疑，但并非全部 不存在科学研究的唯一途径 观察负载(Theory Laden)着理论
专家们注意信息的特征和富有意义的模式，而初学者 不注意这些； 专家们获得的极其丰富的知识是有组织的，他们对于 信息的组织反映出对事物 的深入理解 专家们的知识，不能被简化成孤立的事实或命题组， 相反，它们具有适用性，也就是说，它是被“条件化” 了的； 专家们能够毫不费力地捡回知识中的重要特征； 尽管专家们详细地了解自己的学科，但这并不保证他 们能就此话题指导他人； 专家在进入新情境时具有不同层次的灵活性。
3．3几点重要学习理论的结论
A学生在来教室时，也带来了他们对世界 的情况已有的看法。 如果没有这些最初的理解，他们可能无 法理解要教授的新概念和知识，或者仅 仅为了考试而记住它们，但在课堂外又 回到原来的概念。
孩子在学前班的时候开始对周围的现象 形成最初的理解(无论正确与 否)(Wellman,1990) 这些最初的理解会对新概念和看法的形 成有很深的影响。有时这些理解是正确 的，为新知识打下基础。但有时理解是 错误的(Carey and Gelman,1991)。
2 探索阶段：学生们亲自参加并深 入探究各种科学现象。在这个阶段，对 学生来说很重要的一点就是必须有足够 的时间来完成他们的工作，如果有必要 的话必须重复他们的试验。在本阶段学 生们常被分成小组，这样他们有机会与 同班同学就自己的观点进行讨论，这是 学习过程中重要的一个组成部分。
3 思考阶段：学生们收集和整理他们 的数据，交流他们的观点，分析并对自 己的结论进行争辩。在这个阶段，要求 学生们交流他们的观点，这常常可以有 助于巩固他们的学习。当学生在进行综 合思考，解释自己结论的时候，教师要 对他们给予必要的指导。 4 应用阶段：这个阶段要为学生提 供机会，让他们在新环境中和现实生活 中应用他们所学到的知识。
4对高质量科学教育的展望
4．1前提 学生应有机会展示自己的想法，并在实 践中改变原来的想法或发展新的思想 应有较为宽松的学习环境，心理有安全 感 应有充分“做”科学的机会 应坚信所有的学生都能学好科学
4．2结果 学生在“做”科学的过程中，能积极投 入学习，掌握新的概念和技能 有团队精神 理解科学的本质
探究教学的V字模型
思考 理论
概念
问题
操作
应用 结论 解释 转化 事实 记录
事件
学习周期（奥布赖恩）
1集中阶段：学生们首先描述和表达他们 对一个话题的观点。这常常是在课堂讨 论中完成的，在此过程中他们可交流各 自对本话题所知的所有知识，相互了解 各自想进一步学习的内容。对老师来说， 这是一个绝好的机会了解学生目前的知 识水平和可能的错误概念，从而考虑如 何把这些信息添加到计划好的课程计划 中来。