《简析科学教学中的大概念》
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【摘 要】围绕大概念开展科学教学,已经成为科学教育界的共识.因此,厘清大概念与其他科学概念的关系,认识大概念在认知体系中的地位,了解基于大概念开展科学教学的方法,有助于学生深入理解和迁移运用科学知识,形成科学思维,理解科学本质,为学生将来的学习和生活奠定基础.
【关键词】大概念;科学教学;生命世界
大概念是指在科学知识的学习过程中,能够用于解释和预测较大范围自然界现象的概念,是科学领域中的核心思想,是人们认识世界、改造世界的核心观念.例如,“适者生存,优胜劣汰”就是一个大概念,用它可以解释为什么一些物种灭亡了,而其他物种却可以生生不息地繁衍下去,以及解释生物的进化、退化、遗传、变异现象,甚至可以预测目前生存的一些物种将来的命运可能会如何.
由温·哈伦编著的《科学教育的原则和大概念》一书指出：要基于大概念来组织小学科学教学.韦钰院士在《以大概念的理念进行科学教育》一文中也指出：科学教学要围绕涉及重要領域的有结构、有组织的科学核心概念和模型——大概念来进行.用大概念构建课程内容框架也是《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》的设计思想和研制基础之一.由此可见,围绕大概念来进行课堂教学已成为国内外科学教育界关注的热点.厘清大概念与其他科学概念的关系,认识大概念在认知体系中的地位,了解基于大概念开展科学教学的方法,有助于学生深入理解和迁移运用科学知识,形成科学思维,理解科学本质,为学生将来的学习和生活奠定基础.
一、厘清大概念与其他科学概念的关系
科学概念可以分解为统一概念、大概念、主要概念、具体概念四个统摄性程度不同的概念.科学概念中统摄性程度最高的是统一概念,它是从不同领域中抽象出来的自然规律、观念或思想.例如“物质是变化的”就属于统一概念的范畴.统一概念的下位概念是大概念.虽然大概念抽象和覆盖的程度不如统一概念,但它是一个学科领域中最主要、最核心的思想和观点.例如“生物的多样性、存活和灭绝都是进化的结果”“生物需要能量和营养物质,为此它们经常需要依赖其他生物或与其他生物竞争”等是大概念.大概念的下位概念是主要概念,它是学生在科学学习中需要理解和运用的概念.主要概念比大概念更细化、更具体,也更适合学生理解.如“动物能适应环境,通过获取植物和其他动物的养分来维持生存”“植物能够适应环境,可制造和获取养分来维持自身的生存”等.更下位的概念就是具体概念,它比主要概念具体得多,可以细化为好几项,是小学科学课堂教学的重要内容.例如“动物的行为能够适应环境的变化”“植物具有制造和获取养分的结构”等就是具体概念.而“蛇会冬眠”“植物叶子能进行光合作用”等都属于具体事实,它是建立具体概念的基础.
二 认识大概念在认知体系中的地位
人的知识结构呈金字塔形.最底层的全是事实性知识,在事实性知识上面是统摄性程度较低的具体概念,具体概念往上分别是主要概念、大概念、统一概念,哲学观点是统摄所有知识的,位于顶层（见图1）.
由此可见,大概念在人的认知体系中占有非常重要的地位.学生头脑中孤立的、琐碎的、毫无联系的各种事实性知识、公式和具体概念等,必须抽象形成紧密联系的主要概念,构建成指向大概念的概念框架,并随着大概念的进一步发展,逐渐形成统一概念,进而指向哲学观点.这样的认知体系能促使学生成长为有一双慧眼的智者,为将来成为社会适应能力良好的决策人打下基础.因此,建构以大概念为先导的教学认知体系,才是教师应该追求的教学目标和教育理想——教育为人的一辈子幸福奠基.
三、了解基于大概念开展科学教学的方法
学生的科学学习不能只停留在事实知识层面,而应从事实中抽象出具体概念,由此上升到主要概念,再趋向于大概念.指向大概念的科学学习,旨在培养学生迁移和运用知识的能力,从而能够举一反三地解释更多的具体事实和现象（见图2）.
指向大概念的科学探究,能够促进学生对知识的深层理解,促进学生科学思维的发展,提升学生的科学素养.科学家彭加莱曾经说过：科学是基于事实之上的,就好像房子是用砖石砌成的一样.但事实堆积并不是科学,就好像堆在一起的砖石并不是房子一样.《科学教育的原则和大概念》一书指出,学生需要学习的大概念是有组织、有结构的科学知识和模型,它们能够解释较大范围内的一系列相关现象.无论学生将来是否进一步学习科学或直接从事科技工作,这些大概念都将有助于他们理解所观察到的自然界现象,以及依据科学知识参与那些影响自己和他人生活质量的决策.
四 引导学生构建概念框架
布鲁纳认为：任何学科都有其基本结构,任何与该学科有联系的事实、论据、概念等都可以不断地纳入一个处于不断统一的结构之中.这种基本结构就是由各级概念构成的学科框架.
以生命世界领域“生物与环境”主题为例,教师先引导学生对仙人掌的刺、松树的松针进行观察研究,得出仙人掌的刺和松树的松针都是为了更好地适应生存环境而演化的结果.这一过程旨在引导学生把具体的事实性知识转化为对具体概念的理解.接着,教师借助更多植物适应环境的具体概念,引导学生理解主要概念——植物能够借助自身结构适应环境.“植物能够借助自身结构适应环境”“动物能够借助自身结构适应环境”等大量关于植物和动物进化、退化、变异、遗传的一般性主要概念,有利于学生形成并理解“生物能够借助自身结构适应环境”的大概念.这种大概念（规律性认识）具有普适性,可以统摄主要概念和具体概念,且具有迁移运用价值.学生一旦形成了“生物能够借助自身结构适应环境”的大概念,就无须学习生命世界领域中大量的具体事实,只要迁移运用大概念,就可以解释大量的事实性现象——特定环境中的植物所具有的特征,如“为什么沙漠和戈壁滩中的植物叶子会退化成针状”等.概念框架就此建构完成.概念框架的建构,不但减轻了学生的学习负担,而且提高了他们分析问题、解决问题的能力.这就是基于大概念教学的价值所在.
综上所述,大概念不同于主要概念和具体概念,它可以统摄下位概念,揭示知识的本质和学科知识之间的联系,具有统整学科知识的功能.具体概念和主要概念可以解释很多具体知识,但解释空间和迁移运用价值远不如大概念.大量的具体事实性知识是形成具体概念的基础.具体概念是形成主要概念的基础,主要概念是形成大概念的保证.对科学大概念的理解,可以促使体、联系、本质地看问题,形成科学的思维习惯,掌握有效的科学学习方法.
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