现代教学 | 大概念教学：让学生像科学家一样思考——读《以大概念理念进行科学教育》

2020-07-04 23:30上观新闻官方帐号

[本书及作者简介]

《以大概念理念进行科学教育》是《科学教育的原则和大概念》一书的后续之作。本书更为详细地叙述了以大概念理论来进行教学的理由和做法，以及这样做对课程内容、教学法、学生测评和教师教育带来的影响。该书在出版后受到了国际教育界和科学界的广泛关注，与《科学教育的原则和大概念》一样，该书的多种语言译本也已经陆续出版。

当前大概念正在日益为人们所关注，因为学者们普遍意识到大概念是素养导向的课堂转型的一个重要抓手，而大概念的提取是目前学者和教师遇到的最大问题。

科学教育显然在大概念教学上比其他学科先行了一步，一群对科学教育满怀热情的科学家、教育家先后两次相聚于罗蒙湖边，碰撞、迸发出智慧的火花，提炼出科学教育的14个大概念，指出了以大概念理念进行科学教育的路径和方法，《科学教育的原则和大概念》和《以大概念理念进行科学教育》这两本书正是会议成果的结晶。

概念的大小

大概念多大才合适？我们确定的科学知识的大概念，能够对自然界一定范围内的有关现象进行解释和预测。一般说来，用于解释的概念可以有不同的大小。因为，任何对较少现象适用的概念，都会联系到一个适用于数量更多现象的较大概念，以此类推，较大的概念又可以归入一个更大的、更广泛的概念。在理论上，这种将概念连接在一起而形成较大概念的过程，可以一直延续下去，直到归纳成数目很少的几个顶层概念，甚至可以用一个概念解释所有的事物。这样的一些概念，必然是高度抽象的，并和实际的经验相去甚远，在解释一些经验时，它们不如那些与实际事件和现象联系更为明显的概念有用。这些顶层概念不是通常所说的交叉学科的概念，它不仅是跨越了不同课程学科的边界，而且完全模糊了学科的边界，称其为跨学科的概念更为适当。这类概念包括系统、对称、因果关系、结构与功能以及模式等。我们决定将大概念放在交叉学科的水平，低于跨学科的顶层概念。

——摘自《以大概念理念进行科学教育》，第15页

人们发现“学校的科学”和“真实的科学”之间存在着巨大的鸿沟。科学领域的变化用“日新月异”来形容毫不为过，知识的保质期正在大大缩短。换言之，汇编进教材里的专家结论正在迅速过时，如何才能在这样一个知识不断更新的时代，保证学生学的东西在几年后，甚至十几年后依然是“有用”的，那就不仅要教学生专家结论，还要渗透专家思维。大概念是一个很好的抓手，能够打通科学教育与科学研究。与会者明确了科学教育的目的，他们认为科学教育的目的有三个：

一是理解有关科学的大概念，包括科学知识的大概念和有关科学本身及其应用有关的大概念；

二是收集和运用实证的能力；

三是科学的态度和倾向。而大概念的理解过程往往就是科学思维、科学态度培养的过程。

大概念的最大特性就是具有普遍的解释力，当然这个“普遍”是相对的，这也就是书中所提的“大概念多大才合适？”问题所关心的。如果我们以具体为底，抽象为顶拉一个巨网，概念就在其中。我们知道概念其实就是对具体事物共性的抽象，而大概念就是程度比较高的抽象，越大的概念，它的普遍性越高，可解释和可应用的现象越多，同时也就离具体事物越远。

因此，大概念的顶端一定是跨学科的，比如系统、对称、因果、结构、功能以及模式等，这些大概念适用于各种学科和各种现象，具有最普遍的解释力，但同时这些大概念也远离具体的现实世界，过于抽象。因此，温·哈伦等学者将大概念定义在“交叉学科”的层面，这里所说的交叉学科，就是指仍然有学科的界限，但学科之间可以相互交流和融通，而跨学科则已经没有学科。

书中谈到的大概念仍然主要在科学学科领域，但立足于未来现实世界的需要，考虑到了与其他学科（比如技术和工程）之间的关联，实际上因为大概念是比较高层次的概念，它往往会横跨多个领域。

如前所述，大概念是一个错综复杂的网络，这个网络既有纵向的层级，也有横向的关联。书中明确区分了小概念与大概念：小概念是适用范围比较小的，比如“蚯蚓能很好地适应在泥土中生活”就是小概念；大概念是适用范围比较大的，比如与刚才那个小概念相对应的大概念就是“生物体需要经过很长时期的进化形成在特定条件下的功能”。

选择大概念的四个标准如下：

一是普遍性，是指能够解释较大范围的物体、事件和现象；

二是全局性，是指能影响较大范围的人群，是比较重要的问题；

三是相关性，是指与人们的生活息息相关；

四是文化性，是指具有文化上的意义，符合人类科学探索的逻辑，可以融入科学史。

根据以上四个标准，学者们最终得出了14个大概念，其中有10个属于科学知识的大概念。

1.宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的；

2.物体可以对一定距离以外的物体产生作用；

3.改变一个物体的运动状态需要有力作用于其上；

4.在宇宙中能量的总量是不变的，但是在某种事件发生的过程中，能量会从一种储存形式转化成另一种储存形式；

5.地球的构造和它的大气圈以及在其中发生的过程，影响着地球表面的状况和气候；

6.宇宙中存在着数量极大的星系，我们所在的太阳系只是其中一个星系——银河系中很小的一部分；

7.生物体以细胞为基础构成，并具有一定的生命周期；

8.生物需要能量和物质的供给，为此它们经常需要依赖于其他生物或与其他生物竞争；

9.生物体的遗传信息会一代代地传递下去；

10.生物的多样性、存活和灭绝都是进化的结果。

另外还有4个属于科学本身的大概念。

1.科学是究其所以，或是发现自然现象的原因；

2.科学上的解释、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合的；

3.将科学研究中得到的知识运用于工程和技术，以创造服务于人类的产品；

4.科学的运用常常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。

发展大概念的进程

对每一个学习的个体来说，从最初基于他们先前经验而形成的特定想法，进展到能够解释较大范围有关现象、更为有用的概念，都有一个进展的过程。如何描述这一进展过程呢？我们找到了三种主要的概念进展模式，它们以不同的方式达到课程框架中设置的学习目标。

第一种是以爬梯子的形式比喻进展的过程，应用得最为广泛。在这种进程中，必须完成每一步，后一步才能着手开始。这种方法容易给出一种固定的线性发展印象，进展过程好像被看作是一系列可分离的不同阶段。

第二种模式只对最终要求给出描述，允许用不同的方法，就像拼图游戏中使用的小碎片，可以用任何顺序拼在一起。这种模式的缺点是在决定适当的学习项目时，提供给教师和课程研制者的指导过少。

第三种模式是将总的目标分解成几条链。在每一条链里，概念随着时间的推移逐步开展，通过螺旋式发展课程来实现进展。但是，在形成大概念进程中，这种模式容易失去不同链条表达的概念之间的联系。每一种模式都有优点和不足之处。由于在学习不同的概念时，需要的学习经验性质和范围不同，或许每一种模式都需要用到。

——摘自《以大概念理念进行科学教育》，第21~22页

大概念不是凭空出现的，而是从儿童已有的概念中发展而来的，人类从婴儿开始，就在不断地建立各种概念。在早期婴儿对世界的探索中，两个概念的建立是重要的，即因果关系和客体恒常性。当婴儿发现一个行为总是伴随着另一个行为产生，就会推导出因果关系。如书中所说，概念的建立包含了两种思维，即归纳式和演绎式。从具体的案例中概括出抽象的概念就是归纳式，而将抽象的概念运用于具体的案例就是演绎式，这两种思维方式在概念建立里常常也是融合使用的。

由此可见，概念是需要发展的，温·哈伦等学者提出了三种概念进展方式。

一是爬梯式，是指将学习分成若干阶段，这个阶段可以指一个学期、一个学年或一个学段，每个阶段都有相应的目标，但不一定都和大概念一致。因此，爬梯式的缺点就是可能要爬到顶点才能发现大概念，在爬梯时往往看不到终点。因此，爬梯的路线可能是曲折的。

二是拼图式，就像拼图游戏一样，每一块碎片上实际上都包含了整体的信息，这种整体的信息就是指大概念，在大概念的引导下，可以有效地组织各种在学校获得的经验以及在校外获得的经验。但是，拼图式的缺点在于比较灵活多变，导致很难为教师提供确定的指导。

三是螺旋式，是指将同一内容可以反复学习，只不过每一次的难度和复杂度都在不断增加。螺旋式的缺点和爬梯式一样，往往因为减低难度而忽视了大概念的教学，从而和后面的学习脱节。

三种概念进展方式都各有优缺点，因此在“概念成长”的过程中，这三种进展方式常常都要用到。比如，当学生在不同背景下遇到的同一种现象需要用拼图式，用大概念统合各种现象。当学生的想法受到局限时，需要用螺旋式拓展他们的经验，使他们能拓宽自己的思路。而当学生的想法比较固化，只接受与自己概念相同的案例时，则需要用爬梯式，引入相应更加上位的概念。

用大概念理念进行科学教育

如果教学法并不与形成大概念的需要进行衔接，只是建议教学内容应该专注于大概念是没有用的。如果存在的是过于权威的总结性评测系统，或是教材内容过于臃肿，那么主张基于探究的教学也不会有效。如果教学中没有反思的时间和创新的空间，不可能期望能够培养学生对继续学习的责任心。如果课程的内容被认为远离学生的兴趣和体验，也不可能期望他们对科学持有积极的态度。

——摘自《以大概念理念进行科学教育》，第38~39页

温·哈伦等学者认为用大概念理念进行科学教育，首先要确立“课程内容、教学法、评测”的关联体系，也就是说，三者要协调一致，才能将大概念真正贯彻到学习中去。

首先，课程内容要与真实世界相连接，可以引入世界面临的现实挑战，既能让学生感受到学习的意义，又能激活日常生活中的具体经验，对理解大概念十分有帮助。但同时，真实世界的问题往往过于庞杂和交错，会让学生感觉迷惑，无从下手，因此，也需要根据大概念甄别真实场景的关键特征。课程内容的组织可以参考前面提到的大概念发展进阶，根据不同的年龄逐步渗透大概念。

其次，大概念理念下的教学就是要采用与学生年龄发展相适应的方式，帮助他们理解大概念。大概念教学就是联结的过程，这里既包括不断联结具体经验与具体经验，也包括联结具体经验和抽象概念。教学过程就好比一个造房子的过程，教师在心中是有房子的整体图景的，所有的砖头、钢筋都是为造房而用的，这样的教学才能帮助学生搭建起房子，而不是最后也是一堆散落一地的无用的砖块。所以，值得一提的是，即使是面向5~7岁孩子的教学应该也应该是以大概念为指向的，只是要根据他们的年龄阶段选择合适的表达，但方向都是一致的。

最后，在建构大概念的过程中，形成性评测和总结性评测都十分重要，缺一不可。正因为大概念的形成是有难度的，所以在过程中无论教师和学生都需要不断得到反馈，调整自己的教学和学习，而形成性评测就起到这个作用。教师应该在学习一开始就告诉学生明确的目标，然后和学生一起来收集过程中的学习证据，主要通过提问的方式来评测学生的学习情况，而学生可以通过口头、文字或画图的方式来作答。教师根据学习证据来确定下一步的教学。而总结性评测的功能是对一个时期的教学目标进行检验，总结性评测往往带有对教师的教学进行评价和考量的作用，教师会更加重视。温·哈伦等学者再三强调，评测特别是总结性评测一定要和课程内容和教学法相配套，否则很难落实大概念理念，总结性评测应该不局限于书面评测，而用方式更多样的表现性评价来考量。

（作者系浙江大学教育学院课程与学习科学系 刘 徽）

参考文献：

[1] 温·哈伦. 科学教育的原则和大概念[m]. 北京:科学普及出版社,2011.

[2] 温·哈伦. 以大概念理念进行科学教育[m]. 北京:科学普及出版社,2016.

* 本文系2016年国家社会科学基金教育学一般课题“中小学课堂学习环境的设计研究” (课题批准号：bha160093)的研究成果之一。

（本文刊载于《现代教学》2019年11a刊）

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