科学课程改革的背景与趋势精讲

学习理论与科学教育
导言 学习理论概述
学习的定义：由经验造成的行为或以 某种方式表现的能力的持久改变； 学习理论：关于学习的理论（动物、 人）。人类学习研究所关注的焦点是： 个体如何获得和改变知识、技能、策 略、信念及行为方式。
研究的主题： 1.学习是如何发生的？ 2.哪些因素影响学习？ 3.记忆的作用是什么？ 4.迁移是如何发生的？ 5.哪一种学习类型可以用某一种理论得 以最佳说明？
图三：
大自然可以从几种不同的角度加以考察. 不同的特征可以用不同的模 型恰当地、清楚地描述. 有可能,一个物理学家和一个化学家使用 不同的模型来理解同一种实物的性质.他们之所以能够这样做,是 因为他们是从不同的角度来考察这个世界
科学的内涵存在于该领域专家人士发 展出的特定思考方式。借着这种思考方式， 他们可以从特定的而非直觉的角度了解这 个世界。如果能够让学生通过各种不同的 角度观察这个世界，这就是成功的教育。 ---- 加德纳（哈佛大学）
*精选对终身发展有用的知识
思想：“知识不在量的多少，而在掌握的 质” “少即多” “一英里宽，一英寸深 →一英寸宽，一英里深”
各领域 核心概念的梳理
物质科学
PS1 PS2 PS3 PS4 物质和相互作用 力与稳定性，力和相互作用 能量 波以及在信息传递中的运用
生命科学
LS1 LS2 LS3 LS4 从分子到组织：结构与进程 生态系统：相互作用、能量、动力学 遗传：性状继承与变异 生物进化：统一与多样性
发现式学习的优点
（1）儿童们是以他们从自己“发现”事物而得到满足 作为学习动机的，这种满足被认为是促进学习的一种 重要态势； （2）由于儿童们更多地亲自使用资料和观念进行发现 性探讨，就能比较深刻地理解教材结论并且不容易忘 记； （3）“发现”的过程帮助儿童们发展研究的策略，或 者说发展了程序技能，诸如简化资料，组织资料，概 括总结材料，发现事物间的联系，形成判断等等 ； （4）学得的知识技能可以更好地运用到其它方面去。
地球与空间科学
ESS1 地球在宇宙中的位置 ESS2 地球系统 ESS3 地球和人类活动
工程与技术、科学运用
ETS1 工程设计 ETS2 工程、技术、科学、社会之间的联 系
4、科学课程教学的方法、策略
1.强调以探究式学习，强调学生自己对 知识的建构（或修正）。 2.强调“动手做”（Hands on） 听——会忘记 看——能记住 做——能理解 3.强调合作、强调分享交流（合作学习） 4、、重视.数字化技术的运用 （建构主义学习理论的影响）
以科学素养为价值取向的课程特征
科学素养的定义： 科学素养主要是指必要科学知识、科 学的思维方式、对科学的理解、科学的态 度与价值观，以及运用科学知识和方法解 决问题的意识和能力。
具有对参与个人决策、参与公民事务
和文化事务、从事经济生产活动所必需的
科学概念和过程的知识和理解。
美国《国家科学教育标准》
1 煮沸后，水上下翻滚，
带起了饺子
2 在煮的过程中，饺子表
面吸附了大量气泡，把 饺子托了起来。
3 饺子里有气体（空气和
水蒸气），气体受热膨 胀，使饺子体积变大， 浮力增大，于是就浮起 来了。
有三个同学在家里用实验探究纸片、塑料薄膜、棉 布对电视机遥控信号的阻挡能力。他们的探究过程分别 是： 甲同学在自己家里，将纸片放在遥控器与电视机之间， 手指按遥控器控制键，如果遥控器能对电视机起控制作 用，则增加纸片的数量。如此重复实验，逐渐增加纸片 的层数，直到遥控器不能控制电视机为止，记下纸片的 层数。 乙同学在自己家中用塑料薄膜按照与甲同学同样的方法 进行实验，记下塑料薄膜的层数。
学习理论与教学理论的关系
学习是一种内部过程，教学是一 系列影响内部过程的外部事件，了解 内部过程才能有更有效的外部影响设 计。
(一) 行为主义学习理论
1、行为主义学习理论要义
S—R 学习理论 学习是反应的强化
2、行为主义对课程教学的影响
以斯金纳的程序教学为例
教师用小步骤的方式呈现教学内容
学习者积极回答，而不是被动地听讲
静态的科学观：
科学是系统的科学知识体系
动态的科学观： 1、科学是科学过程及其产品 ——系统的科学知识 2、科学知识是暂时的，所有的科学知识 都可能由于新证据的产生而发生变化。
3、从发现到建构
认知不是去发现客观存在的现实世界， 认知是将所经验的世界加以组织，并能够适 应环境。
换言之，知识是通过个体对于外 在的经验世界主动的加以组织、建构的， 且与建构者的经验有密切关系。
2013年的科学教育标准
科学与工程实践—— 1、提出、界定（科学、工程）问题 2、开发和使用模型 3、计划和执行调查 4、分析和解读数据 5、使用数学和计算思维 6、形成科学解释、设计工程解决方案 7、投入有证据的论证 8、获取、评价和交流信息
跨学科（交叉观念）概念
模式 因果、机制和解释 量度、比例、量 系统和系统的模式 能量和物质：流动、循环和守恒 结构和功能 稳定性和变化
科来自百度文库知识（百科全书式的） →科学概 念、 科学方法 → 科学素养—科技素 养
以科学知识为主要价值取向的科学 课程特征
以科学知识为唯一的课程要素
教材用定论的方式呈现科学知识 教师用讲授加验证性实验的方式上课
以科学方法为主要价值取向的科学 课程特征
方法、知识双课程要素 科学的最大特点是它的方法。科学 是在人的头脑中发生的活动：它是使发 现成为可能的正确智力活动加工过程的 结果。科学的加工过程是科学探究未知 事物的手段方法，是研究者用以考察自 然界的步骤、程序。 －赫德
1、科学课程的地位
科学课程的地位日益提高，高度重视科学课 程在提高国民科学素养中的作用 *统考科目的变化：数学、阅读、科学 （TIMSS PISA） *科学教育文件的制定： 国家科学教育标准 科学教学专业指标 *科学家、企业家对科学教育的关注
2、科学课程价值取向
（科学课程十九世纪进入欧洲及美国学校） 二十世纪科学课程价值取向的发展轨迹
以科技素养为价值取向的课程特征
强调三个维度的整合—— 科学和工程实践 学科核心概念 交叉观念
核心概念的选择标准
具有学科的意义：具有跨越多个学科领域 的广泛的重要性，或者是本学科中组织相 关知识的关键概念。 具有解释力：能解释许多现象。 具有生成性：能为理解和探究更多的概念 和解决问题提供关键的工具，与社会、家 庭相关。 能从幼儿园到高中螺旋上升（学习进阶）
二、影响科学课程与教学改革的背景
1、社会变迁 2、学术进步 ﹡ 科学哲学 ﹡学习理论
社会变迁与科学课程教学的价值取向 （科学课程十九世纪进入欧洲及美国学校）
20--21世纪科学课程价值取向的发展轨迹
科学知识（百科全书式的） →科学概
念、科学方法 →科学素养—科技素养
当科学发展到人们体认其重要价值，且 发现不能忽略其存在时，科学教育也就正 式成立了。 科学比其它科目更具实用价值，科学可 促进心智训练及发展。 --- 斯宾塞
科学课程改革的
背景与趋势
桶井乡中心完小 彭鹏飞 教师
我们认为了解科学教学的改革历史和 社会文化脉络，以及认清冲击教室实践面 的外力因素，是专业训练中非常重要的一 环。
－诺瓦克
一、 国际科学课程与教学 改革趋势
· 科学课程的地位 · 科学课程的价值取向 · 科学课程的内容 · 科学课程教学的方式方法 · 科学课程的评价
得到进一步加工的信息通过不同的精细加 工和反馈性练习编码后进入长时记忆； 没有经过进一步加工的信息则会很快被遗 忘； 长时记忆中的信息会在必要时被提取，以 使人们做出认知反应。
学习者作出回答后教师要马上给予反馈 学习者按自己的速度学完教材
例一、强化概念的学习
马戏团的动物有时是用”奖励”来训练的.一 只饥饿动物的行为可用_____来奖励 反应 : “奖励”的技术名词是”强化”.用食物奖励一 个动物就是用食物来_____它. 反应 : • 用技术名词来说,一个渴的动物可以用水来 ____. 反应:
科学素养的提出——
二十一世纪困扰人们的问题和争论： 健康和老龄化、生物技术、能源的利用、 自然资源的保护、环境质量、人口增长……
所有学生都必须具有科学素养，才能认 识问题，作出解决方案，为地方、州、国家 及全球问题作出作出有见识的决策中发挥积 极的作用。 科技素养的提出——全球性的竞争
科学观的演变 从静态的科学观到动态的科学观
丙同学在自己家中用棉布按照与甲同学同样的方法进行 实验，记下棉布的层数。
他们的实验结果已经记录在下面的表格中：
学生 甲 乙 丙 使用材料 纸片 塑料薄膜 棉布 能完全阻挡遥控信号的最少层数 14 20 10
他们的结论是：棉布能比纸片和塑料薄膜更有效地 阻挡电视机遥控器发出的控制信号。 （1）三个同学的探究过程存在一些问题，请你指出其 中存在哪些问题。 （2）请从指出的问题中选出1个说明如何改进。
科学素养对科学课程的影响— 三维甚至多维的课程要素
科学知识、科学方法、和科学有关的情感、 态度、价值观
*根据不同目标选择不同的方法、策略
教学方法的类型：按教学目标分类： 认知领域、技能领域、情感领域 过去：学习科学将会自动地或多或少养成这 些态度（合作的态度、持久性、坚韧性观 点的灵活性…)。达到这些目标的方法从来 没有被清楚认识到 现在：设计出专门培养态度的方法、策略
____动物作业正确,训练者就用给它食物 的办法来强化它. 反应 : 强化与行为发生的时间次序是 (1)____ (2)_____ 反应 :
____动物作业正确,训练者就用给它食物 的办法来强化它. 反应 : 强化与行为发生的时间次序是 (1)____ (2)_____ 反应 :
3、对行为主义学习理论的评价 刺激和反应可以说明人类的某些学习， 但它对人类学习的解释是不完整的，它忽 略了行为训练与意在产生理解的教学之间 的差异，忽略了行动原因在学习中的作用， 忽略了主体内在固有的逻辑能力，这种逻 辑能力能使人从不充分的反应中找出答案。 浅层次学习引起的脆弱知识综合症
(二)信息加工学习理论
1、信息加工学习理论研究的方略 把研究的重点放在引起行为的思维过程上， 通过与计算机中信息加工过程的类比来解 释人们的心理活动； 致力于将学生的学习过程概念化,想要弄 清楚信息是如何接收、组织、贮存和提取 的。 2、信息加工学习理论的要义
外部环境的刺激冲击人的感官，进入感觉 记录器； 能够得到辨别并引起注意的刺激进入工作 记忆 既没有被识别又没有引起注意的刺激则会 很快衰退； 信息一旦进入工作记忆，我们会用重复的 方法保持信息，以决定是否需要对其进行 深入加工；
5、科学课程评价
建立与科学素养目标相匹配的评价指标体 系 多样化的评价方式 重视过程性评价（嵌入式评价）
煮饺子时，观察到如下现象：饺子刚放入时，沉在水 底，煮一段时间后，饺子浮了起来。为什么饺子会 浮起来，请提出你的猜想并设计实验进行验证。
猜想 实验检验的方法 停火后，水停止翻滚，若饺子立刻 下沉，此猜测被证实。反之，则不 成立。 用筷子在沸水里夹着饺子抖动，将 附着的的气泡抖掉，若松开筷子后 饺子下沉，则此猜测成立。反之， 则不成立。 若停火后，水温降低，饺子下沉； 重新加热，水温升高，饺子再次上 浮。则说明此猜想成立。反之，则 不成立。
影响较大的三个科学新课程
1、ESS 包含56个不连续的、开放的探究活动 2、SAPA 侧重科学加工过程的科学课程 3、SCIS 侧重科学概念的科学课程
匈牙利物理教材
正像一个警探调查一件罪案那样,为了揭露大 自然的秘密,你也必须仔细观察周围的世界. 探索大自然的第一步和最重要的一步是观察.
图二
可以用来解释物质性质和物质行为的脑海中的图画叫做模型. 建立模型就是建造和使用这种心灵图画的方法.
科学教育的目标
1、确保每一个学生欣赏科学的魅力与神奇 2、让每一个学生能够批判性地思考与科学 有关的问题。 3、使学生具备追求科学、技术事业的能力 ——美国k-12年级科学教育标准（2013）
3、科学课程的内容
*科学课程内容领域的拓展 《美国国家科学教育标准》1995 统一的概念和过程（如：系统、变化、平衡…) 作为科学探究的科学 物质科学 生命科学 地球和空间科学 科学与技术 个人和社会视角中的科学 科学的历史本质