关于学科大概念(Big Ideas)的论述,根据现有研究,最早可以追溯到英国哲学家、教育学家怀特海:
Let the main ideas which are introduced into a child’s education be few and important, and let them be thrown into every combination possible.
在孩子的教育中引入的主要思想(大概念)要少而重要,并尽可能地将它们组合起来。
2010年由温 · 哈伦(Wynne Harlen)领导的十位国际科学教育专家共同完成报告《科学教育的原则和大概念》(Principles and big ideas of science education),目的是确定学生在科学教育中应掌握的关键理念,以帮助他们理解、欣赏并惊叹于自然世界。
报告指出,当前的科学教育普遍缺乏连贯性,并且没有明确的教学目标,导致学生难以看到学习内容背后的整体概念。
一、大概念何为(Why ‘big ideas’?)
这部分内容主要探讨了为什么在科学教育中需要关注“大概念”。
报告指出,现在教育界普遍认为所有学生在离开学校时都应该对科学的理念和程序有一个基本的理解。然而,即便在发达国家,也存在着年轻人对科学学习的兴趣下降的现象,这表现在他们选择科学相关专业的人数减少。学生普遍认为学校科学教育与他们的现实生活不相关或不感兴趣。他们觉得科学课程内容与他们周围的世界缺乏联系,学习科学似乎只是为了通过考试。
尽管过去二十年中开发了许多新的课程,但它们大多根植于旧课程。科学教育的传统形象很难改变,这导致许多学生对科学的理解停留在表面,缺乏对科学整体概念的理解。
报告强调,科学教育的目标不应仅仅是传授一系列事实和理论,而是要帮助学生形成能够解释自然现象和日常生活事件的关键思想。这些关键思想被称为“大概念”。
传统的考试和测试往往只关注可以容易评分的具体知识点,这限制了教学内容的范围,使得教学更倾向于传授容易评估的知识,而不是那些更难以评估但对学生理解科学至关重要的概念和技能。
报告还讨论了如何识别科学中的宏大理念,并强调了在科学教育中识别这些理念的重要性。这些理念不仅是科学知识的核心,也是学生理解和应用科学概念的基础。
二、支撑基础科学教育的原则(Principles underpinning essential education in science)
激发好奇心:通过科学教育激发学生的好奇心和对科学活动的享受。科学教育应通过课程激发并维持学生对世界的好奇心,享受科学活动,并理解自然现象的解释。通过科学探究,学生能够享受到自己发现的乐趣,并开始欣赏科学活动的性质、力量和局限性。
理解自然现象:帮助学生理解自然现象的解释。科学教育的目标是帮助学生发展对自然世界的理解,预测以前未观察到的现象,并理解科学、技术、社会和环境之间的关系。
科学教育的多目标性:包括理解科学大理念、科学能力、科学态度。科学教育应旨在发展学生对科学大理念的理解,包括科学本身的理念和关于科学及其在社会中角色的理念;发展与科学证据收集和使用相关的科学能力;培养科学态度。科学教育应帮助学生理解科学知识是如何通过观察、提问、调查和推理等过程发展和变化的。
明确教育目标:基于对概念的仔细分析和对学习过程的理解。科学教育应有清晰的进展目标,这些目标应基于对概念的仔细分析和对学习过程的当前研究与理解。
学习经验的相关性:学习经验应反映科学知识和科学探究的明确观点,并与学生的生活相关。
课程活动的深度:所有科学课程活动都应加深对科学观念的理解,并可能具有其他目标,如培养态度和能力。
教学和学习方法的一致性:学习计划和教师的初始培训及专业发展应与实现教学目标所需的教学和学习方法一致。
评估的关键作用:形成性评估和总结性评估对学生学习至关重要,必须适用于所有目标。
科学项目的社区合作:学校科学课程应促进教师之间的合作和社区的参与,包括科学家的参与。
科学教育的普及性:科学教育应面向所有学生,无论他们未来是否从事科学相关工作,科学教育对个人和社会都具有重要意义。科学教育不仅对那些可能成为科学家或技术专家的学生重要,对所有学生都重要,因为它有助于他们做出明智的个人和社会发展决策。
通过这些原则,报告强调了科学教育在培养学生的科学理解和科学探究能力方面的重要性,并为科学教育的实施提供了指导。
三、科学大概念的遴选(Selecting big ideas in science)
大概念被定义为能够用来解释和预测自然世界中一系列相关现象的概念。这些概念具有不同的"大小",一些小理念可以整合成更大的理念。
大概念应该具有普遍性,能够通过各种内容发展,并且能够应用于新的内容,帮助学生理解他们在生活中可能遇到的未知情境。选择大概念的标准,包括它们是否具有解释力、是否能够为学生提供对健康、环境和能源使用等问题的决策基础,以及是否具有文化重要性。
报告中提出的科学教育的十个大概念“科学观念”和四个大概念“关于科学的观念”两部分。以下是原文中提到的具体内容:
宇宙中所有的物质都是由非常小的粒子构成的。(All material in the Universe is made of very small particles.) 物体可以在不接触的情况下影响其他物体。(Objects can affect other objects at a distance.) 改变物体的运动需要有一个力作用于其上。(Changing the movement of an object requires a net force to be acting on it.) 宇宙中能量的总量总是相同的,但能量可以在事物变化时转化。(The total amount of energy in the Universe is always the same but energy can be transformed when things change or are made to happen.) 地球的组成、其大气层以及其中发生的过程塑造了地球的表面和气候。(The composition of the Earth and its atmosphere and the processes occurring within them shape the Earth’s surface and its climate.) 太阳系是宇宙中数百万星系中非常小的一部分。(The solar system is a very small part of one of millions of galaxies in the Universe.) 有机体基于细胞组织。(Organisms are organised on a cellular basis.) 有机体需要能量和物质供应,这些通常依赖于或与其他有机体竞争。(Organisms require a supply of energy and materials for which they are often dependent on or in competition with other organisms.) 遗传信息由一个有机体的一代传给另一代。(Genetic information is passed down from one generation of organisms to another.) 现存和已灭绝有机体的多样性是进化的结果。(The diversity of organisms, living and extinct, is the result of evolution.)
阶梯模型(Ladder Model):
这个模型将学习过程比作爬梯子,每个台阶代表一个学习阶段,学生必须完成一个阶段才能进入下一个。 它假设学生的认知发展是线性和顺序的,每个阶段的学习都是构建在前一个阶段之上。 这种方法有助于学生逐步建立起对复杂概念的理解,但可能忽视了个体差异和非线性学习路径。
这个模型将学习过程比作拼图,学生通过探索不同的概念(拼图片段)来构建对整体的理解。 学生可以从任意顺序开始,但通常会先找到一些相互关联的概念,形成较大块的认识,这有助于理解整体。 这种方法强调了整合不同信息和概念的重要性,以及在学习过程中形成联系的能力。
这个模型将学习比作马拉松训练,学生的能力是通过逐渐增加难度和复杂性的学习活动来培养的。 它类似于“螺旋课程”,在这种课程中,某些领域的概念会在不同的时间间隔被重新审视,并且每次都会变得更加深入和强大。 这种方法有助于学生在已有知识的基础上逐步扩展和深化理解,但可能存在预设的学习路径,不够灵活。
这部分讨论了如何在教学过程中明确地以大概念为目标,并探讨了这种教学方法对学生学习的影响。以下是该部分的主要内容概括:
1. 认识大概念:
- 教师应意识到每节课或一系列课程的目标与宏大理念发展之间的联系。即使是小的课程目标,也应视为向宏大理念迈进的步骤。
2. 教学活动的选择:
- 教师在选择教学活动时,应确保这些活动有助于学生理解宏大理念。这意味着选择与宏大理念有明确联系的主题,以便学生能够在适当的发展阶段形成理解。
3. 联系实际生活:
- 教师应帮助学生认识到课堂探究与他们日常生活的联系,帮助学生在新旧经验、新旧理念之间建立联系。
4. 关联大概念:
- 教师应有意识地帮助学生构建宏大理念,确保学生对世界的理解不是孤立的观点,而是相互连接的部分。
5. 科学探究的讨论:
- 通过讨论当前的科学探究,学生能够意识到科学理念的普遍性及其在理解宏观和微观现象中的应用。
6. 科学观念的发展:
- 学生在发展科学大概念的同时,也应发展关于科学的观念,意识到证据对支持他们科学观点的重要性。
7. 科学史的讨论:
- 通过讨论科学史上的事件,展示证据在过去是如何被用来发展理念的,以及技术进步如何促进了科学理解。
8. 教师的科学理解:
- 报告指出,尤其是小学教师在理解宏大理念方面面临挑战,可能由于自身科学教育的局限,缺乏对宏大理念的个人把握。
通过这一部分,报告强调了在教学中以宏大理念为中心的重要性,并提出了具体的教学策略,以帮助学生建立起对科学的深刻和连贯的理解。同时,报告也指出了教师在实现这一目标过程中可能遇到的挑战,并提出了相应的支持措施。
六、总结
报告总结了科学教育的基本原则和大概念,强调了科学教育在帮助学生理解世界和做出知情决策中的重要性。通过提供有趣的、引人入胜的、与学生生活相关的学习经验,科学教育可以更有效地促进学生对科学的理解。