“大概念”对科学教育至关重要——《科学教育的原则和大概念》 导读
作者：刘 晟（北京师范大学）
欢迎转载，须注明作者与来源（《自然科学博物馆研究》2017年第2期）
【摘要】旨在提高全体学生科学素养的科学教育，应通过各学段连贯一致的整体课程设计，从学生感兴趣并与他们生活相关的课题开始，帮助他们逐步形成一些数量相对较少的科学概念和关于科学的“大概念”。《科学教育的原则和大概念》一书言简意赅地呈现出科学教育的10项原则和14个科学概念与关于科学的大概念，与当代科学教育发展趋势及研究成果相互印证，是适合全体科学教育从业者阅读的重要译著。
【关键词】科学教育；大概念；科学本质；连贯一致
伴随着科技的飞速发展和知识的爆炸式增长，试图在学校教学中覆盖尽可能多的内容，即追求知识的广度（width）而非深度（depth），往往会使科学课程内容呈现为一系列细节与不相关事实的罗列。在这一做法下，学习者在完成学业时，往往只会在头脑中留下一些剥离的知识碎片及毫无意义的学校教学成果，缺乏对现实世界中真实事物的深入理解。维果斯基曾指出，儿童通过与现实世界的直接接触，会自发地形成一套对这个世界如何运转的理解体系，即日常概念（或称自发概念）。而儿童从学校教学中所获得的科学的基本原理，则“科学概念”。只有当儿童生活过程中原已形成的日常概念与学校教学中期待学生掌握的科学概念建立起相互联系时，才能形成有意义的学习。
当代科学教育研究的成果显示，那些能够在纸笔测试中取得好成绩的学生，并不一定能很好地理解学校课堂上所学的知识并将其用于解决课堂以外的问题。哈佛大学史密森天体物理学中心曾做过一项研究，给哈佛大学的毕业生展示一粒种子和一段木头，然后问他们“种子长成参天大树所需的物质主要来源于哪里？”绝大多数毕业生都认为来源于土壤或水——这是一种典型的儿童直接接触自然后自发形成的日常概念。而实际上，学校科学教学所期待学生掌握的科学概念是——构成参天大树的物质主要是由植物光合作用吸收并转化空气中的二氧化碳形成的，即其所需的物质主要来源于空气中的二氧化碳。这表明，学生的日常概念并没有与学校教学中的科学概念建立起有意义的联系。
伴随着对学生有意义学习的探讨以及当代科学教育研究的不断深入，越来越多的科学教育工作者意识到科学教学应遵循“少而精（less is more）”的理念，从课程、教材、教学、评价、教师培训等方面对科学教育的各学段进行连贯一致的整体设计——聚焦于发展学生对科学“大概念”的深入理解。什么是“大概念”？中小学科学教学中应聚焦于哪些“大概念”？聚焦“大概念”的教学应怎样开展？怎样从宏观上保证中小学科学教学具备良好的一致性和连贯性？——阅读《科学教育的原则和大概念》一书将有助于读者深入思考这些问题。
该书缘自2009年10月一次规模不大的国际研讨会。这个研讨会的初衷就是针对中小学科学教育中大多缺乏连贯性这一现象，提出科学教育应遵循的基本原则，凝练出学生应接触的“大概念”，从而在宏观上考虑科学教育的连贯性。参与研讨会的10位专家中，既有经验丰富的科学家和工程师，也有长期从事科学教育的教育家。通过会前文献资料的收集、会上的研讨、会后的持续通信讨论，最终形成了一份报告，即《科学教育的原则和大概念》。
一、 本书内容简介
本书主要围绕以下五个问题展开论述：
1. 为什么需要大概念？
2. 科学教育应遵循哪些原则？
3. 大概念是怎样被挑选出来的？
4. 应以怎样的路径帮学生发展出这些大概念？
5. 从教学法的角度，应怎样开展聚焦于大概念的科学教学？
围绕这些问题，本书的引言部分先与读者分享了研讨会对学生与学校现状的看法——学生普遍对科学缺乏兴趣，而学校的科学教育无法帮助许多学生了解周围事物乃至成为具备科学素养的公民，并分析指出这一现状可能与教师难以构思和选择恰当的学习内容和目标有关，进而提出本书的核心观点——科学教育的目标不是去获得一堆由事实和理论堆砌的知识，而应是实现一个趋向于大概念的进展过程，这样做有助于学生理解与他们生活相关的事件和现象。随后，在第一章中呈现出了本次研讨会上总结和归纳出的“科学教育的10项原则”，旨在表达研讨会成员认为在指导科学教育决策和行动中，应考虑怎样的价值观和标杆以及应斟酌哪些决策和行动，包括科学教育的目的、意图、目标和进程，以及与学习经验、评价、学校科学项目有关的原则。
第二章则通过对四个问题的探讨，阐述了本书中的科学大概念是遵循怎样的标准选择出来的。这四个问题是：（1）“科学的概念和科学教育的概念是相同的吗”？（2）“大概念应该大到什么程度”？（3）“选择的标准是什么”？（4）“我们应该局限于那些来自科学研究成果的概念”还是“应该包括有关科学活动的概念和有关科学概念运用方面的概念”？本章对这四个问题的探讨，主要是围绕“学校的科学”与“真实的科学”的关系、“有关世界的知识”与“有关获得这些知识的过程的知识”的区别以及概念间的关联程度及其价值展开的。在本章最后，呈现出本次研讨会筛选出的10条“科学概念”（Ideas of science）和4条“关于科学的概念”（Ideas about science）。
第三章旨在探讨并描绘“从儿童早期对他们周围物体和事件的探索开始，以什么样的路径发展出这些科学大概念和有关科学的大概念？”在这一章中，作者首先结合已有研究和文献简述了儿童对周围世界早期概念的形成过程和特点，并总结和分析了关于儿童早期概念如何进展为科学概念的三种观点。随后，针对第二章中列出的14条大概念，逐一描述了每条大概念是怎样从日常生活中的已有经验逐步发展出来的。
第四章主要聚集于探讨“如何学习才能达到发展大概念的目的，并同时能符合支撑科学教育发展的各项原则”这一问题。在这一章中，作者主要从教学法的角度展开分析，依次讨论了怎样将第一章中的原则应用到科学教育的学生活动中、指向大概念的科学课程有效教学法具备怎样的特征以及这种教学法对教师带来的挑战并给出建议。
二、 本书的价值与意义
这本译著短小精悍，从引言到第四章正文结束总共55页，言简意赅地展现出参与研讨会的专家们总结出的关于科学教育的10项原则和14条大概念，是科学教育从业者快速了解国际科学教育发展趋势、改革动向及研究成果的重要译著。这本译著在2011年7月首次出版后，又于2015年3月进行了第二次印刷。在这本书的中文版后记中，曾问到“一本薄薄的小册子，何以能够吸引众多教育家和科学家的关注呢？”这其中一个可能的原因就是，本书所蕴含的以下三个方面的科学教育思想，与当代科学教育发展趋势及研究成果高度一致、相互印证。
（一）围绕“大概念”展开科学教学是实现有意义学习、进而提高公民科学素养的必要条件
（二）“科学概念”与“关于科学的概念”都至关重要
（三）“大概念”的形成须从儿童早期概念为起点，通过连贯一致的课程得到逐步发展
三、 本书对科技博物馆科学教育带来的启示
（一） 围绕“科学概念”与“关于科学的概念”进行展品及教育活动设计
（二） 引发参观者对科学现象的情绪或感官反应，触动其基于直觉的日常概念，形成科学的理解