美兰本达《小学科学教育探究研讨教学法》和

美兰本达《小学科学教育探究研讨

教学法》和

虽然结构和概念有时可以用作同义词，我们还是想把它们的意义区分开来。这两者

都指关系；可是概念指导的关系总是抽象的，而结构指的关系的可以是抽象的，也

可以不是抽象的。一幢建筑物的结构是具体的，这里不能用概念这个词。但是思想

的结构却是抽象的，例如我们讲到逻辑时提到的(在逻辑系统中的关系形式可以称之为概念；这里这两个词可以用作同义词)。一种分类，正如我们刚才所见的，有一个结构--一种关系的型式--但那并不是概念。因此，结构所包含的意思比概念要广，因为它既可以用于具体的事物，也可以用于抽象的事物。而概念则总是抽象

的。

科学上的概念有其本身的等级制度。关于宇宙自然界的最高的抽象可以称作概念体系。学者们对如何系统地阐述这些体系和究竟划分为几个基本体系，各有不同的方法。可是我们发现，这些概念体系都以宇宙自然界的三个主要方面为中心：泛指的

宇宙，质量-能量，生物。这三大概念体系可以陈述为：

1.宇宙处于永恒变化之中。

2.宇宙的总的质量和能量是守恒的。

3.生物处于不断的变化之中。

这每一个体系都包含着许多概念。每个概念代表着一种抽象的形式，一种抽象的相

互关系，在概念的等级制度中有着自己的位置。比如磁性属于电磁的范畴，而电磁

又属于电磁波谱范畴，后者又属于质量-能量概念体系(见前第2条)。这些关系可以很方便地用概念和从属概念表达出来：我们把磁称为电磁这个概念的从属概念；

把电磁称为电磁波谱这个概念的从属概念。"概念"、"从属概念"这些概念是用来表明在某种特定情况下的关系的。它们用起来很方便，但并不说明其在自然界等级制

度中的任何位置。

《里面是什么?》那堂课所使用的那些材料的"幕后"结构是：通过触和听觉可以感受到看不见的物体的存在。该堂课的第一部分处理那些可以摸得到的、透过棕色的

纸口袋能发出声音的那些熟悉的东西。从统计上讲只有一定的可能性能推断出这些

东西的存在和特性。同样，塑料口袋里的空气也是看不见的，但是可以感觉到，也

可以使之发出声音来。在这里，孩子们开始知道了口袋里面有空气，但是他们推断

出了空气是一种物质性的东西--它可以象苹果或土豆一样表现自己的存在。

最后一点事实孩子们没有表达清楚；它是从材料的"幕后"关系型式推导出来的结果。这一结构和看不见的气体也是由物质组成的这一份属概念有关。一个范围更大

的概念会说：气体是由运动着的微小的物质颗粒组成的。在关于质量-能量这一概念体系下，这一点可以更抽象地概述为："宇宙间质量和能量的总和始终是一个常

数(是守恒的)。"因为这堂课的第一部分和第二部分的关系型式是类似的，所以孩

子们讲起空气时，好象空气也是一件东西，一件实体的"东西"。如果不使用那些材料，或者没有玛丽·史蒂文斯安排的那种经历，孩子们不会认为空气可以和苹果、

土豆一起排列，是一种实质性的东西，一种物质。物质的特性是科学的一个基本概念。使用口袋的那次经历使孩子们在较小的范围内知道了关于质量-能量这个宏大的概念体系，为将来进一步发展奠定一个良好的基础。(在第五章里我们就下一步可做些什么提出了一些建议。)通过结构，材料揭示了一个现象：空气是物质，它

能够做(或者能够用以做)固体物质做的事。而这一点是物质特性的一个从属概念。

现在请考虑一下这样一组东西：一盆水、一个软木塞、一小块木头、一颗弹子和一

只油泥做的小球。这一组材料后面有什么结构呢?把它们放入水中会揭示什么关系形式呢?显然，有些会浮、有些不会。我们能不能把我们对这种形式的感性认识再

提炼一下呢?可以在几个层次上做到这一点。我们将在下两节里对此进行研究。在

往下看之前，你能想出领悟这一型式的办法吗?

孩子们也许会说，重的东西沉下去，轻的东西会浮在水面。这是这一型式的一部

分，这些物体和水的关系的一个部分。如果我们再加上一小块比那个软木塞和木块

都轻的油泥，我们就得想出一种新的型式来。如果我们想揭示一种更能说明问题的

关系，我们可以再加上一只乒乓球、一只和乒乓球同样大小的泥球、一团揉成拳头

一样大小的铝箔、一块石头，以及一块切成同那块石头一样大小、一样形状的海

绵。这样就会揭示另一个现象：同样大小的东西，重的下沉，轻的浮着。如果要孩

子们想办法让那块油泥浮起来，他们最终会把它捏成一个船的样子。样子变了，可

是重量没有变；大一些的孩子就会去寻求一种新的型式！如果我们把上面讲的材料

同时交给孩子们，孩子们就会提出许多表达他们的发现的说法和许多有创见的回

答，而这些又会提出新的问题。这些材料使孩子们都卷入了进去，在许多层次上对

他们有意义；这些材料揭示了许多相关的型式，但是使阿基米德大伤脑筋的、要他

判定希隆国王的王冠是不是纯金的问题，仍没有得到解决。这一经历将成为使人努

力从事科学的一种激励。

漂浮，这些型式都与之有关的这个概念，可以用一个问题表现出来--什么材料在什么流体中会漂浮?--而回答可以广泛适用于各种情况--比重小的物体会浮在比重大的流体上。(比重指物体的重量和其体积的比值。)

因为这一概念关系到物体的比重和流体的比重，在一定的时候必须提供不同的流

体。如果我们提供若干个煮鸡蛋、一罐清水、一罐很浓的盐水，这些材料就会迫使

孩子们去考虑流体和放在流体里的东西之间的关系。也可以用许多不同原料(如木头、铝、塑料、铜等)做成的同样大小的小立方体，装在小瓶里的水、食盐水和

油；还可以准备一架天平和一些中空的立方体容器，以便用以比较各种物体和流体

的比重。

物体之间相互关系的型式所体现的概念引导我们去选择更复杂的材料，以促使孩子

们进一步去思考。在本书里，我们将按次叙述孩子们使用各种材料，通过许多概念

层次讨论材料结构几个方面的发展。

漂浮这个概念是一种物质特性的表示，和关于空气的那次经历属于同一个概念体

系。沉和浮还有另一个因素：东西为什么会沉呢?宇宙飞船在绕地球的轨道上飞行时，飞船舱里的任何东西都不会沉。我们需要有重力！从这一观点来说，漂浮的概

念可以归纳入宇宙处于永恒变化之中这一概念体系之下；永远变化的因素之一是物

体之间的万有引力。

因此，材料必须组成和概念有关的结构。它们还必须有吸引力，这样才会给孩子们

提供一种参与进去的经历；当然，这就意味着有些相互作用的现象的形式，必须是

孩子们有能力发现得了的。(本书第三章和第六章都谈到了形成概念的能力的遗传

性的发展。)

如果要产生成功的学生情境，为孩子们选择材料还要考虑到一个更重要的因素。举

个例说，在沉和浮那次活动中，除了刚才提到的东西外，再给孩子们一个气球。孩

子们会干什么呢?他们把气球放在水盆上，人靠在气球，这样水就会溢出来！使水

流到地板上成为一个更有趣的经历，从心理学来说，比那个使阿基米德光着身子跑

过亚历山大城的大街，大喊"我想出来了！"的问题更有趣。但从课堂管理来说，我们发现在这一活动中最好不要用气球。

用短截的饮用麦管来进行表面张力的试验也许是合适的，特别是在用肥皂水作为试

验材料之一时。但是麦管和肥皂水会使人想起吹泡泡--确实，那也是表面张力的一种形式，但在孩子的集会上，这是一种有意思得多形式！

因此，选择材料时既要以它们和重要的科学概念有关作为基础，也要照顾到它们对

孩子们可能具有的心理上的含义。

在选择材料时，你怎样发现可能会引起转移目标的活动呢?一个办法是从一个孩子的角度来看看这些材料。但是在最后选定之前进行一下实际试验还是必要的。可以

拿这些材料在某个小组的孩子中试试看，或者更勇敢些，在你班上试试看，只要心

里知道也许达不到这一结构所包含的目标就行。

选择合适的有结构的材料要求懂得科学，要求同孩子间有敏感的关系，还要求对这

种教学法有相当的实践经验。这是很费时间的。好在全国的出版社和联邦提供资金

的一些机构都在研究发展新的教学大纲，在生产各种各样的材料。这些材料中，有

许多都可以用来让孩子们进行自由探究。很快，你自己的经验也会提出改变和改

进，甚至提出新的发展来。你也许会设计出新的成套的材料来，从而对别的教师作

出贡献。

《我明白了！我懂得它为什么会浮了》

黛安娜·罗斯太太在把透明的塑料盆装上三分之二的水时，手有些发抖。她把塑料

盆放在两张铺有报纸的桌子上。她教的一年级的学生们在回家吃午饭前把两张两张

的桌子布置成了"科学站"。她给每个"站"都放了一小堆纸餐巾，一面想着，不知道这些纸餐巾是否够用来擦掉孩子们将要弄得到处都是的水。她走过盥洗室时不自主

地看了一眼，湿拖把仍在老地方。带拖把来是她自己当幼儿园教师时就养成的习

惯。可那是很久很久以前的事了─一那时两个上高中的儿子和一个上初中的女儿还

没有出生呢。当这所学校的主管人得到批准，可以为低年级招收一些当过老师的母亲，训练用现代教学方法，这时罗斯太太意识到，她重操旧业的时候到了。

那个大学专修班里有一切显得那么不一样。当然，跟象她一样的母亲们一起学习有

关教育的最新的设想是十分鼓舞人心的。可是原来保险的那一套做法老是要回来。"对谁保险?"她为了制约自己而自问。然后她可以回答："对我。"一间安静的教室，里面坐着一班听话的孩子。他们训练有素，组织得很好，为许多精巧的设备而

感到兴奋。这些设备常常是她自己发明的。她在布告栏里受过表扬，参加过模范家

长晚会，令人羡慕地为校长带到幼儿园来的要人们做过表演。

学年快结束时，她还在她幼儿园的班上做过沉和浮的实验。她在讲台上放了一只倒

放着的纸板盒，盒子上面放着一只大鱼缸，所有的孩子不用跑近来都能看清楚。她

总是准备了足够数目的东西，让每个孩子都能到把一样东西放进鱼缸里去。放了几

样东西，她就让大家猜猜下一样东西会沉还是会浮。孩子们总是乱猜一气。"我看这不能称作为'预言'，"她想道。她最近才知道"预言"应该是孩子们必须竭力仿效的一步科学程序。

当各种东西被分成两类，分别放在"沉"和"浮"两个牌子下之后--学到了什么呢?黛安娜后来回想时(她常常回想)，曾认为有些孩子只有在被叫到名字，走上小梯子把一样东西放进鱼缸时，思想上才处于积极状态--那时她认为这是一个挺不错的、有用的吸引。可是转过去之后还有什么可希望的呢?至少那些可能会促使孩子们进一步思考、让他们自己动手去试试看的问题，并没有给人以启发，不知接下去的课该

怎么上才好。好几年来她一直把一碗水和各种东西放在教室的科学角上。可是孩子

们所做的只是把那些东西扔下去再捞出来而已。这也能算是有价值的经历吗?也许是的。可是现在她的一年级全班学生将投入各种东西。

此时，罗斯太太正在各个"站"上放上塑料袋装的各种"物体"。这些材料和她在幼儿园用的不太一样。她学会了一个不同的选择原则。当然，仍需要一些会沉的东西和

会浮的东西。但是现在的想法是要选既会沉又会浮的东西，比如泡沫塑料，开始是

浮的，慢慢会沉下去。还需选要它沉就沉要它浮就浮的东西。对了，要控制环境。

让孩子们有一种感觉：他们在这个小天地里，在这个各种物体相互作用的小系统里

处于主宰的地位。因此，塑料口袋里除了头发卡子、海绵、钥匙、弹子、乒乓球、

软木塞、开瓶器和小木条之外，还有开了个大孔的乒乓球、威化球和小纸杯。准备

好发给学生们的还有一些六英寸见方的铝箔，肥皂块。肥皂！黛安娜对可能洒开来

的肥皂水比对别的材料可能溅开的水更担心。她设想可能会出现一滩滩的肥皂沫，

孩子们会洗手，嘻笑打闹，而不去琢磨沉和浮的事。

在一次科学讨论会上曾谈起过这一可能性，可是组里的人解释说，对那些没有多少

机会玩过水的孩子，即那些生活在不象中等家庭那样强调(有人说过分强调)清洁的环境中的孩子，玩玩肥皂泡也许是一种正当的活动。可是在上科学课时不行。最好

是让他们在不要影响上课时玩肥皂泡。如果孩子们因此而想玩"洗衣盆"游戏时，他们的兴趣就会被从实验本来包含的科学转移开，就不会去思考为什么象牙牌肥皂会

浮，而别的肥皂却会沉。如果把发给学生的肥皂切成小块，等其它材料已引起他们

对沉和浮有足够兴趣时再发给他们，他们会更专心地研究沉浮的问题。为了保险起

见，罗斯太太决定采取这两个措施。她不相信生活节俭的阶级的任何人都想要弄好

多肥皂泡！她的讲桌上还留着一堆铝箔方块和一个纸盘，纸盘上放着许多小长块的

象牙牌肥皂和一些切成同样大小的另一种白肥皂。这两种看起来十分相象然而比重

不同的肥皂将是关键之一，会促使孩子们去思考会沉的物体和会浮的物体之间的区

别。

"这些就是我的一年级的可爱的学生，都准备好进行实验了吧，"她同门外那两排安静的孩子们打了招呼，他们是由一个六年级的班长整的队。"你们知道这个新地方和将跟你们一起工作的委员会。看看你们能用我放在你们桌上的东西发现什么意想

不到的事。"她让孩子们四个四个地走进教室，把编在一个实验组的孩子们叫到一

起。

孩子们立刻热切地忙开了。不错，所有的东西都被扔到了盆里，可是一会儿又捞了

出来。每个孩子好象都在选择一组东西，用不同的办法进行试验。然后孩子们三三

两两地互相交换所得到的结果，并开始争论起来。罗斯太太很快给各组发了一些铝

箔，轻轻地说："也许你们会用到这个?"争论立刻停止了，孩子们又用新的路子进

行试验。

当肥皂块被放到学生们的桌上，孩子们进一步自己按自己的路子进行试验时，罗斯

太太感到了真正的激动。孩子们若无其事地把肥皂扔进水里，然后等待着。不正常

了，出现了意想不到的情况，两种肥皂的表现不一样。所有的孩子都把注意力集中

到肥皂上来，用刚才试验别的材料的各种方法去摆布肥皂：一会儿包进铝箔，一会

儿又拿出来；一会儿和弹子一起入进小纸杯，纸杯沉下去后又被拿起来漂浮在铝箔

做成的小筏子上；有的孩子则弯起手指勾住肥皂，轻轻地浸入水下一点点，好象一

个老师在鼓励一个孩子游泳。每一块肥皂都被摸过、闻过，成为讨论的话题，最后

被遗弃。

这时候，罗斯太太组织了研讨会。肥皂被从水里捞起来放在餐巾纸上，以免使水变

浑浊。课桌都被挪到教室中间排在一起。孩子们靠墙坐成一个大圆圈，离那些材料

远远的。

"让咱们互相交换一下彼此的发现，"罗斯太太开始说道，"你们每个人想出一点重要的、想对大家讲的发现。我们顺次序讲，这样每个人都会轮到。让我们从迪克开始。"迪克：我什么也没有发现。

罗莎：弹子一下子就沉到了缸底。

雷克斯：威化球里可以盛水。

迪克：威化球会沉。

伯特：不对，它会浮。

罗斯太太：其他人发现的结果怎么样?

看来班上有两种意见，于是罗斯太太建议迪克把威化球扔进一只盆中，让大家都能

看到。

迪克：它象一只船那样浮着，它的一部分沉在水里，一部分浮在水上。一只正规的

球也是这样的。(他的声音变得激动起来。)所以，任何东西都有一部分，那怕是一小部分，是沉的，不然其它部分就不会浮在水面上。威化球沉在水里的那部分里进

了水。

查利：船有一部分沉在水里，这使得船更重。

格特：是水使威化球变重的吗?不是因为这样一来球才会浮的吗?

罗斯太太：假如我把威化球切开，切下扁扁的一片，这样它就不能盛水了。你们说

这一片会浮还是会沉?

这一次，班上仍然有两种看法；教师切下了一块，放进水里。为了看清楚，孩子们

的身体都往前凑。教师让格特走进一点，看看清楚，然后把看到的告诉大家。

格特：它是浮着的，可是很低。可见水没有使它沉下去。但是当我把乒乓球灌满水后，它却沉了下去。

卡茜：我的没有沉。

罗斯太太：格特和卡茜，你们俩都来给大家表演一下你们的乒乓球在水里的表现好吗?

格特：我的乒乓球里有个气泡，也许这就是它会浮的原因。

卡茜：我的乒乓球有股怪味，我看里面有肥皂。

乔纳森：肥皂会浮。

弗朗：只有一块是浮的，其余的都沉了。

迪克：我知道为什么。那是象牙牌的。电视上说它的纯度达到百分之九十九点的四四，所以会浮。

大卫：还没有人讲起海绵呢。

罗斯太太：那你给大家说说吧。

大卫：海绵干的时候是浮的，等到一湿，得，就沉下去了。

格特：我把一个开瓶器包在锡纸里，它会浮。可是不包锡纸时会沉下去。我把肥皂同样包了起来，也会浮。

谢莉：我想我知道东西为什么会浮了。

罗斯太太：请你告诉大家

谢莉：它们会浮是因为里面有空气。

迪克：象牙牌肥皂没有空气，它没有窟窿眼儿。

乔：也许里面注进了空气。

雷克斯：海绵也是这样的。干的时候里面有空气。等到湿了，里面就变成水了。

罗斯太太：你说水进去时空气上哪儿去了?

谢莉：水把空气赶了出来，占据了空气的地方。

罗斯太太：钥匙为什么不会浮呢?

戴尼：里面没有空气。

罗斯太太：我们怎样才能让它浮起来呢?

谢莉：我们要是能把它窝成一个圆球，里面装进空气，它也许能浮。

迪克：那钥匙就用不成了！

卡茜；谁听说过了有圆的钥匙孔呢?

罗斯太太；我看到你们有人设法让弹子也浮了起来。可是一开始，弹子和钥匙一样是沉的。

戴尼：是我。我把弹子放在小纸杯里，好象乘船似的。然后我又加进了几颗弹子，就通统沉下去了。

谢莉：这和海绵一样。水把海绵里的空气赶出来，它就沉下去了。弹子把纸杯中的空气赶出来，杯子就沉下去了。

最后孩子们一致同意的考察记录，比孩子们各个人想的和叙述的要简单得多，只有三句话：

里面有空气的物体会浮。

重的物体会沉。

当水把物体里面的空气赶出来时，物体就会沉下去。

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