理科课程实施值得深入探究的几个问题，本文主要内容关键词为：理科论文,几个问题论文,课程论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学知识及其组合作为学习对象编制到课程内容之中，并进入基础教育课程体制呈现给广大师生，在人类教育史上已经历了160多年，20世纪50年代以后，西方国家理科课程改革开创了一个全新的局面[1]，经过半个多世纪的实践，已开发出名目繁多、百花争艳的各种理科课程，令人大开眼界。但不可否认，恐怕即便是所在国的学者也难以评判某种理科课程的是非曲直；我们如果不深入“创生”新异课程的试验地（校）进行考察，只能如“瞎子摸象”，难以知道真相。在《对科学教育目的及理科课程开发的思考》一文中，笔者曾理性地做过分析[2]，西方的理科课程从课程组织形态来划分，大体上可以分为3种：（1）自然科学（physical science），或译为“物理科学”；（2）普通科学（general science），或称为“理科”（science），也有人称为组合理科（combined science）；（3）综合理科（integrated science）。这3种理科课程各有特色。我国已将“理科”（这种课程建制的形成与实施已超过了1个世纪）作为物理、化学、生物和地理等科目的总称。本文将我国义务教育阶段新近设置的“科学”课程一同归入“理科”这一范畴。 国内外科学教育丰富多彩的实践经验是人类文明的瑰宝。非常值得我们珍惜、借鉴和传承。应当“择善而从”，“结合实际”，走科学研究开发之路。当今，我国基础教育课程改革的现实为科学教育研究者提供了十分丰富的研究课题：符合时代要求和学生学习需要的理科课程具有什么特色？应当建构怎样的理科课程内容体系？依随科学与技术的发展，为了适应培养公民科学素养的需要，“科学课程重点”[1]应当如何把握？理科教师基于什么理念来指导学生学习特定的理科课程？理科教师需要运用怎样的策略和方式来引领学生学习科学知识、养成科学态度与价值观？理科课程实施需要遵循哪些学习理论？如何应学生的需求来组织、开展有效的理科教学活动？影响学生学习科学知识的认知因素和非认知因素如何？诸如此类的许许多多问题，恰恰是学科学习心理学和教学论研究者所要研究并力求得到科学答案的诸多重大课题。本文仅就我国理科课程实施中的几个核心课题作些讨论。 一、理科课程内容的组成要素 依据课程理论的主张，科学课程内容主要由科学知识与科学过程组成。当今，世界各国普遍重视学生必修科学课程学习以养成科学素养，而学习科学知识则是养成科学素养的基础和必备条件。借鉴西方学者的观点，科学素养包括以下4个主题：科学知识、科学探究本质、科学作为一种思维方式以及科学、技术和社会的相互关系。而众多研究者研究课程内容和教材编制时，将上述4个主题运用到教材分析时，已做出了具体的规定，形成了分析教材的以下基本指标[1]： （1）科学知识：①呈现事实、概念、原理和定律；②呈现假设、理论和模型；③要求学生回忆知识或信息。 （2）科学的探究本质：①要求学生通过使用材料来回答问题；②要求学生通过材料使用图、表等来回答问题；③要求学生做计算；④要求学生对问题的答案做出推测。 （3）科学作为一种思维方式：①描述科学家是如何做实验的；②展现科学观点的历史发展；③强调科学的实证性质和客观性；④说明假定的应用；⑤展现科学是如何通过归纳和演绎推理方式而发展的；⑥给出原因和结果的相互关系；⑦讨论证据和证明；⑧呈现科学方法和问题解决的步骤。 （4）科学、技术和社会的相互关系：①描述科学和技术在社会中的应用；②强调科学和技术在社会中的负面作用；③讨论与社会和技术相关的社会问题；④介绍科学技术领域的职业和工作。 由此可见，上述指标（建构科学课程内容的基本构成）在一定程度上代表了西方理科课程研究者结合各国国情、各自的校情和学习者的学情，深入实际开展科学研究，经过课程设计（Curriculum Design）、课程编订（Curriculum Construction）、课程开发（Curriculum Development）和课程改进（Curriculum Improvement）诸环节，所产生的独具特色的科学课程内容构成；各自致力于科学课程开发得到的新鲜成果——新型科学课程在学校里实施推广，必定会产出由广大师生合作演绎而成的、十分壮观的、教与学和谐奏响的乐章。 二、学生的学业成绩是意义建构的过程与结果 科学课程一经编制完成，就要进入实验施教（课程实施）这一实践环节。由师生共同演绎奏响的乐章——教学活动，核心的要求应当是，以学生的心理发展规律为依据，有计划、有目的和循序地引导学生学会怎样学习、怎样思考，怎样去运用所习得的科学知识与技能并发展自己的智慧。按学习心理学的说法，这一过程就是引导、培养学生对自身的认知活动进行内化、建构和反省，即对已有的知识经验进行积极地、主动地自我监控、自我反思、自我解悟和自我调控的过程；按照建构主义学习理论的主张即让学生进行意义学习自我建构。这里讲的“知识经验”与“意义学习自我建构”，包括学生在学习过程中感知、注意、记忆、想象、思维和理解等认知过程，扩而言之，这样的认知过程，又是与学生的动作技能、情感意志与品德等要素紧密地联结在一起的。譬如，将学习对象中的“水”这一课题呈现给学生时（结合我国基础教育实际讨论），小学生在科学课程里需要学习的，只能是某些能让儿童理解的日常生活体验中所感知的一些关于“水”的宏观现象，即学生在日常生活里体验到的关于水的认识；进入初中阶段，科学课程或化学课程选编水的知识，就必须考虑到引领学生联想（回忆）在小学时学习过的相关知识，同时还要激励学生带着一种心向，想知道从科学或化学学科的角度来研究“水具有哪些性质”、“水是由什么成分组成的”和“水有哪些用途（水有什么重要性）”等。学生进入普通高中阶段学习，化学课程里虽然不再列出“水”这一学习主题，但是，这一知识点却始终贯串在相关各个知识点与知识块之中。简言之，关于水的知识在义务教育和普通高中2个学段是有层次地分开的：在义务教育阶段，只能从宏观和表观的层次上来引领学生了解水存在的广泛性、水与一切生命现象的密切关系、水的物理性质及水的组成、水资源保护等知识，同时初步的确立关心自然和关心社会的情感与价值观，特别是节约用水与防止水污染等情感意志、动作技能等；进入普通高中，方有可能引领学生从微观和本质的层次上来初步认识水是极性分子，认识水与氧化物、酸、碱、盐的关系，认识水介质对化学反应的重要性，认识水与有机化合物、水与生命现象之间的密切关系。通过课外阅读及相关学科知识学习，中学生（特别是高年级学生）还可以认识到：水为什么会具有“奇异性格”——水的比热最大，水在4℃时体积最小、密度最大，水的汽化热较大，水的介电常数很高等；其缘由是水分子可借“氢键”形成缔合分子。水分子有缔合现象，使水具有特殊的物理性质。正是由于水具有这样的性质，使人们不难理解，地球表面75%的区域是水，对地球的气温便起到了重要的调节作用，使冬季不易变冷、夏季不易变热、昼夜温差相差不大，为人类和其他生物创造了适宜生存繁衍的良好环境。水是良好的溶剂，又是非常活泼的物质，且自电离性很小，为人类和动植物提供了从外界汲取自身所需营养成分的良好条件等。这些化学学科知识与生物学科、地理学科、物理学科的有关知识相联系，就可以在学生头脑里构建成关于“水”的较为完整深刻的认知结构[3]；可见，学生关于“物质观”（水是化学物质的一种典型代表物）的建构和形成是一个相当复杂的认知过程。 三、引领学生结合实际运用科学活动技能 从理性认识上讲，认知结构就是一个人在某一知识领域的全部观念和组织。从它的内容看，是学习者头脑中的知识经验；从它的组织来看，是知识经验程度的层次性，或低或高、或浅或深，相互交叉、联结的一种图式。 认知结构的构建，从静态看，它是知识（在头脑中）贮存的形式；从动态看，则是加工同化新知识、处理新知识的一个连续系统（或称为体系）。研究表明，认知结构并不等同于教材中的“知识结构”，也不等同于老师“讲授的逻辑体系”，而是学生知识经验（自然不仅仅是所学学科领域的经验）与智力活动相融合的产物。这里讲的“智力活动”，是学生的智力因素（注意力、记忆力和思维力等）与非智力因素（兴趣、动机、情感和意志等）协同运作的过程。研究还表明，认知结构的建构由多种重要因素构成——知识类型、知识表征和知识组织的影响[3]。 从学生学习科学知识这一侧面来探讨，学生科学素养的养成过程，学生的实践经验和科学活动是第一位的。在学校里学习科学知识，科学活动是学生学习的第一要务。离开了科学活动（做科学），科学素养的培养就成了一句空话。“做科学”不是无目的地“尝试错误”，而是要依赖“科学活动技能”来“像科学家一样地去研究、探求事物的真理”，从而使学生在知识和技能、过程与方法以及情感、态度和价值观等方面受到全面的熏陶、锻炼，养成科学素养。 科学活动技能多种多样，笔者认为，可以借鉴美国科学促进协会（AAAS）的教育委员会以“探究学习”为核心编制并推行过的小学理科教材《科学——探究的过程》（Science——A Process Approach）所给出的基本过程技能和综合技能来实施[4]： （1）基本过程技能：①观察：运用感官获取和搜集事物的信息；②分类：根据事物的性质或某种标准对物体或事件进行分类；③运用数字：运用数字及运算以进行全面的、精确的观察；④测量：运用标准或非标准的测量或估测法去描述一个物体或事物的三维；⑤运用时空关系：辨认几何形体、运动方向及直线和曲线的关系等；⑥表达沟通：运用文字或图形符号描述一个动作、物体或事件；⑦预测：根据一些证据预测将来可能发生的事件；⑧推论：根据以前搜集的数据或信息对事物做出合理的猜测和推断。 （2）综合技能：①识别和控制变量：找出影响实验结果的所有变量，在保持其他变量恒定的基础上，改变某个自变量；②可操作性定义：说明如何测量一个实验中的变量；③解释数据：组织数据并从中得出结论；④实验：进行一个完整的实验，包括提出一个合适的题目、提出假设、识别并控制变量、操作性定义这些变量、设计一个合理的实验、完成这个实验并解释实验结果；⑤形成假说：创造一个过程或事件的心理或物理模型。 总之，科学知识学习必须以科学活动为基础，将科学过程与科学活动技能整合好，让学生在其中发挥自己的潜能，大展身手。自然，这一过程始终离不开科学思维的主导；即学生在实践中，将科学知识、科学活动和科学活动技能，由科学思维统领，形成一个思维与动作技能融合的连续统，这一连续统必须始终在科学思维的支配（调控）下，经历实践感知、内化、强化和模式建构等环节，随时间和空间的延伸而不断生成、长大发展。 笔者认为，科学过程可以采用以下4项标准[1]来进行考察和细化研究： （1）科学领悟：理解科学观念及理解自然现象等。 （2）科学探究：观察、实验、条件控制等及使用科学工具和设备。 （3）科学交流：表达方式与科学语言。 （4）思维习惯：价值观念和态度、思维技能等。 在科学教育实践中，理科教师作为科学教育教学的研究者、组织者和指导者，应引领学生始终注意、学习科学知识必须克服先行学科（语文、数学等）“先入为主”观念的干扰，不要简单地把学习语文或数学的“办法”（思维方式和学习方法）套到学习理科课程上来。譬如学习化学课程，化学教师要时刻不忘指导学生：从事实（化学现象或自然现象，或化学史实）特别是有关实验来联想、思考有关问题，结合实际去解决有关化学问题；不宜孤立地去推理判断，更不宜只观察到局部现象就下结论。“科学的威力和力量在于无数的事实中；而科学的目的在于概括这些事实，并把它们提高到原理的高度。这些原理发源于我们智力活动的简单基础；但它们在同等程度上，也起源于实验的世界和观察的领域。”（门捷列夫语）也就是说，观察实验现象要仔细、全面和客观。在观察时要联系已掌握的知识来思考，要在看准是什么物质、在什么条件下发生反应、都呈现了哪些现象的同时，还要想一想这是为什么？即反应原理是什么？要主动练习着去进行分析、比较、预测和概括出可能的结论。最后，还要判断有没有其他可能性。譬如，学习（化学学科）元素化合物知识，要结合自己的情况（已有知识储备和既有经验，及学习心向），尝试着分阶段地运用“宏观—微观—符号表征”（三重表征）的认识方法（思维方法）去认识事物的本质；对于化学原理的学习，在注意联系有关典型反应事实的基础上，着重理解并掌握物质之间的内在联系和变化规律——即把“质疑—探究—生成”科学活动过程作为一个相对完整的认识过程来看待，要始终注重培养自身的问题意识，通过实验探究（基于科学事实和动手操作、积极思考）提高质疑、解疑能力，促使自己学会运用观察、类比等手段获取信息、加工信息，通过问题解决学会运用化学原理来解决某些实际问题；进而建构并深入理解核心概念和基本观念，从本质上去认识物质的结构、性质和变化，联系实际去迁移应用——循此前行，建构起化学学科的观念体系。 以上是就科学知识类型学习结合化学学科事例所作的简短阐释。从知识表征对认知结构的影响来说，知识表征指的是知识或信息在头脑中是如何表示的。由于大脑是以类型和关联的方式贮存信息，故而需要将知识或信息分类，同时要借助联想，梳理有关认识，建构各种信息之间的内在关联（例如，在学习化学课程过程中学生绘制物质衍变关系图及概念图），增添有关形象的图形，以利形成长时记忆。自然，理科教师也可以引领学生按照自己熟悉、有效的学习方法来进行联想记忆，或借助联想回忆已学过的知识。譬如，学习（化学学科）从物质的结构、性质、用途之间的相互关系去联想；从类别去联想；从特征去联想；从实验现象去联想；从物质衍生关系去联想，以及从相似或相反的问题去联想等。可以说，联想记忆的方法是与死记硬背相对立的。靠死记硬背贮存的知识或信息，不能有效地建立脑皮质间的神经联系，难以形成记忆网络，不容易长期保持，也就不容易再现。 至于知识组织对认知结构的影响，也是学习心理学研究的一个“热点”问题。所谓“知识组织”即所谓“图式”。鲁墨哈特（Rumelhart，D.E.）提出图式理论，把图式视为认知的建筑材料，是所有信息加工依靠的基本要素[5]。图式理论往往借助人们熟悉的图形来揭示人在认识客观事物时主观上所具有的认知结构，认为图式是一种关于知识的理论，所有的知识在头脑中都是被安排到一定的单元中，这些单元就是图式。图式除了包含知识本身外，还包括这些知识如何运用的信息；即既包含通常所谓反映着知识结构的认知结构，也包括更为抽象的认知策略和一系列认知的框架，在教学过程中还包括教师的图式。安德逊（Anderson，J.R.）认为，图式就是信息的一种抽象的、完善地建构好了的结构，它概括许多特别事例的信息并反映着许多概念之间的关系；图式可以在各种抽象的水平上来表征知识，是一个主动的过程，是一种认知的手段[5]。研究表明：对于同一主题，从历史沿革的角度概括，可以形成“历史图式”；专家学者对于这个主题，可以概括出学术性高的“专家图式”；教师则有他（她）们自己的图式，这些图式类似于“专家图式”，而各个学段的学生，则形成各有特色、不够完备的“学习者图式”[6]。在教师的引领下，学生经过有意义学习，特别是进行探究学习，图式得以不断改变和复杂化，促使本身的认知活动与认知结构不断从低层次向高层次转化，在情商与智商的激励（支持）下，智力和能力的发展及科学素养的养成会逐渐达到新的水平。如，学生在义务教育阶段的九年级化学课程里选学了“元素周期表简介”以后，只可能概略地了解已经发现的100多种元素之间是有内在联系的，也知道了门捷列夫发现了元素周期律，但在头脑中还未形成一种可供检索、提取或利用的图式，或者说，仅仅有了元素周期表的印象，至于怎样运用这张表，还没有进行检索及运用该表解决问题的具体思路；进入普通高中阶段，随着高中一年级和二年级逐步深入的学习，尤其是到高中三年级经过定向选修和系统复习以后，元素周期律和元素周期表作为认识元素的性质及其变化规律的导引性的图式，就有条件在头脑中形成：基于长式元素周期表，将元素周期律的内涵融入这一图表之中，就可以更清楚地揭示（认识）元素的宏观性质与微观结构之间的关系；就可以以简驭繁、举一反三，大体推知尚未学习过的大多数元素的性质。在这里，形成图式的时候，理解、掌握元素周期表的结构、周期和族等概念的含义；熟记1～36号元素在周期表中的位置和它们的族序数；掌握同周期、同族元素性质的递变规律，并能推断主族元素的性质；以及会用原子结构理论解释元素性质所呈现的递变规律的本质原因等知识，均属于形成元素周期律和元素周期表认知图式的主要要素。 四、要防止“唯智主义”倾向 上面仅仅就理科课程基本观念教学过程中引领学生构建认知结构这一问题作了些讨论。科学课程实施一定要警惕只关心知识和技能教学，而不注重学生学习心态、情感等要素激发和培养。例如，在当今我国基础教育理科教学中，常常被学界诟病的“探究学习的泛化”现象，就是部分理科教师只关心某个知识点或仅仅追求形式“活跃”的“唯智主义”的一种表现。 学习心理学研究表明，学习是学习者智力因素与非智力因素的统一（整合）过程；当然，一个人的学习是否有效，不仅依赖于智力因素与非智力因素的合理融合，还取决于他（她）的学习策略。研究表明，学习过程是学习者的智力因素直接参与客观事物认识的具体操作，非智力因素在这一活动过程中起着动力和调节等作用，特别是非智力因素在人的智力和学习、社会交往和品德行为等实践活动中起着相当重要的作用。应当指出，非智力因素必须通过适当的学习策略，才有可能充分并有效地调动起学习者自身的智力资源和潜能，从而保证顺利地达成学习目标。应当强调，学习策略是学习的执行监控系统。“学生的学习过程是一种运用学习策略的活动。”（林崇德）学生的学习，无论是科学知识的掌握、科学技能的获得及问题的解决，还是“学会学习”，都需要运用一定的学习策略；学习策略就是学生为了实现学习目标，在学习过程中依据学习内容的特点和自己的实际情况而运用的方略，“学习策略是学习的执行监控系统”，是指“在学习情境中，学习者对学习任务的认识、对学习方法的调用及对学习过程的调控。”[7]学生在教学过程中运用学习策略进行学习，就体现了他（她）们自身的主体性。因此，理科教师要十分重视引领（指导）学生运用相应的学习策略，在调动学生学习的“动力水平”并重视学习的“执行水平”的基础上，进行有效学习；在教学过程中始终注意结合课程的具体内容提高学生学习策略的水平，即为他（她）们进行学习提供多种有效手段，以利于切实有效地达成学习的终极目标——学会学习。 科学教育是人类社会特有的一种社会实践，是对受教育者进行科学知识和技能教育、科学素养与科技价值观的养成教育的一项系统工程；从本体性来考察，科学教育内容可分为科学内容和科学过程2部分。而科学课程就是科学内容的组织形态，科学过程就是受教育者与教育者在课程实施、交往互动所展开的科学活动过程。无论是科学内容的组织形态，还是科学课程实施过程中的科学活动，都有诸多理论与实际问题，需要科学界同仁下大工夫追随时代的发展开展深入的、富于学科特色的科学研究。 需要重视：（1）基于精细化研究[8-9]，结合各省市新课程实施调查报告的结论，对各年级课程内容的各个单元、各个课题的内容深广度进行审视、提出建议，利于课程标准的修订完善；（2）结合各门课程在前期教学实施中积累的丰富的、确有显著成效的教学案例，梳理、归纳出应予推广的新颖可行的教学方式、学习方式及评价方式；（3）基于实践需要，以各省市名师工作室为依托，整合高等学校与教育教学研究所的力量和资源，有计划地开展各科新教师培训及组织一线理科老师开展课题行动研究，着力提升理科教师的从教能力与专业化水平。 总之，以我国基础教育课程改革的目标为依据，就中小学学生学习理科课程（化学与物理、生物、地理，及义务教育阶段开设的“科学”课程）过程中的有代表性和典型性的课题，开展有见地、有深度的实证研究，力求形成一系列有新意的、值得推广运用与继续追寻探研的结论，应当是学界为之奋斗不止的目标。 除本文起始段介绍的西方3种（类）理科课程外，西方还有“从课程内容呈现倾向不同”而开发设计的：基于概念的课程（concept-based curriculum）和基于探究的课程（enquiry-based curriculum）等。为了适应K-12年级学生学习的需要，除设置必修（必选）课程和选修（任选）课程外，还开设自修课程（self-study courses）和进修课程（refresher courses）。若从课程内容的程度划分，设有基础课程（basic courses）、高级课程（advanced courses）和高级跳级课程（advanced placement courses），及导言课程（introductory courses）和一课时课程（one-hour courses）等。这里，还未涉及STS与STSE教育广泛开展以后产生的新型课程，对此，西方学者曾把这类课程分为：科学定向课程（science orientated curriculum）、技术定向课程（technology orientated curriculum）和社会定向课程（society orientated curriculum）3种，不妨再加上1种环境定向课程（environment orientated curriculum）。