整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶

本文来源于2013年2月《课程·教材·教法》

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郭玉英 姚建欣 等. 整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J]. 课程·教材·教法，2013（2）：44-49

整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶

郭玉英 姚建欣 张静

（北京师范大学物理学系 北京 100875；） *

摘要：整合与发展作为当代基础教育阶段科学课程改革的核心理念，已经体现在发达国家的课程文件中。实现科学课程整合首先应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，以促进学生科学素养的连贯发展。基于国际比较研究结果指出我国与发达国家科学课程标准在课程的整合设计、研究基础等方面存在的差距并提出相关建议。

关键词：科学课程 概念体系 大概念 学习进阶

从奥苏贝尔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》一书做的序中写道[1]：“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》中科学课程的图1美国新《框架》三个维度及其三个维度——实践、共通概念和核心概念紧密联系、相互促进阶

进，将以往的科学课程线性、零散、互不相关的内容系统串

[2]联,并能与社会生活其他领域息息相关。整合与发展这一重大议题涉及科学教育的方方面面，

远非一篇文章所能述及。本文仅就科学课程中概念体系的建构及其学习进阶进行探讨，为科学课程标准的修订和相关研究提供参考和借鉴。

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[3]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*本文系教育部基础教育二司专项课题“高中科学课程标准制定的前瞻性研究”的部分研究成果 作者简介：郭玉英（1957—），女，山东高青人，北京师范大学物理系教授，博士生导师，主要研究方向为物理课程与教学论；姚建欣（1989—），男，山东济南人，北京师范大学物理系硕士研究生，研究方向为物理课程与教学论；张静（1982—），女，湖北荆州人，北京师范大学物理系博士研究生，研究方向为物理课程与教学论。

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

①《科学教育的原则与大概念》一学生的整合理解并在其中渗透科学本质教育和STSE教育。

书着重阐述了大概念的内涵及其进阶发展对科学教育的重要意义：“……这些核心观念及其进阶过程能帮助学生理解其生活中的事件和现象，并在其结束学业、迈入社会后，持续发生影响 [1]。”本文中大概念（Big Ideas）一词沿用《原则与大概念》的翻译，其含义与日常教学中的“概念”不同。

大概念是一个应用于诸多领域，有着丰富含义的术语。科学教育领域中，奥苏贝尔1963年论述科学课程中的“先行组织者”时，已经在使用这一术语。奥苏贝尔将大概念作为科学课程中的“组织者”。这些组织者将学习单元中的事实和概念统整起来，并为新内容的学习搭建支架[4]，以助于实现有效学习。

随着科学教育研究的发展和跨领域的交流借鉴，学者们也在不断赋予大概念新的内涵。2005年，美国科学促进会(AAAS)借鉴全美数学教师协会颁布的《数学课程中的原则和标准》（2000）中对大概念的界定和表述，提出大概念是“能将众多的科学知识联为一致整体的科学学习的核心”[5]。随后，科学界在此基础上开展对各子学科中的大概念的研究和分析。如Stevens和Krajcik（2007）分析了纳米科学的大概念，Lelliott和Rollnick（2009）论述了天文学的大概念等。2010年出版的《科学教育的原则与大概念》将大概念分为两类：科学大概念（Big Ideas of Science）和关于科学的大概念（Big Ideas about Science）。前者包括“物质的原子、分子说”、“相互作用”“进化”等；后者包括“原因和解释”“科学对伦理、社会、经济等的影响”等。

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

（一）共通概念

20世纪80年代以来，如何基于科学的内在统一性对科学课程进行整合成为研究者关注的重要问题，其研究成果反映在一些发达国家的科学教育文件中，且在不断发展。1989年，“2061计划”的首部出版物《面向全体美国人的科学》提出了贯通科学各领域、对实现跨学科的整合理解起着关键作用的四大共同主题（common themes）：系统、模型、稳定与变化、规模，四大主题下还包含了守恒、对称性、模式、循环和演化等子主题。1993年，与之一脉相承的《科学素养的基准》[6]按学段细化了各共同主题的学习期望，虽然设计依据仍以专家经验为主，但已有部分内容（如系统）是基于相关的实证研究。1996年颁布的美国《国

[7] 家科学教育标准》提出了统一概念与过程（unifying concepts and processes）重新组合了上

述主题，并增加了“形式与功能”；在2008年修订的加拿大安大略省《科学课程标准》中提出了与上述概念类似的基本概念（fundamental ideas）[8]，并基于STSE教育理念，将“可持续发展与管理”列入其中；2009年颁布的美国大学理事会《科学标准》将以往归为科学知识内容的“物质与能量”列为了统一概念（unifying concepts）[9]；2012年1月，澳大利亚《国家课程——科学》也提出了6个统领概念（overarching ideas）;同年，美国的新《框架》中强调“交叉概念”（crosscutting concepts）在科学课程中的重要地位，除新增了“原因和结果：机制与解释”这个新概念外，还对几个概念的内涵进行了扩展。表1列出了上述课程文件中的此类概念（《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》相同，不再重复），从中可见其内容在不断丰富和发展。

①STSE分别是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）和环境（Environment）四个词的首字母，STSE教育最早于1997年写入《加拿大科学教育共 …… 此处隐藏：8745字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……