小学科学教育教什么怎么教

昨天看到小学科学教育主编郁波关于小学科学教育的思想的一个说法:

为什么要开设科学课?科学到底学什么?
科学…并不仅仅是要孩子们掌握碎片化的知识,例如植物的组成部分、动物的身体结构等等。

这些知识固然重要,但更重要的是更宏观、更接近自然的图景下,让孩子们了解自然科学的概念和理论,以及人们认识自然的方法和过程。

…需要学习像科学家那样时间和思考。

这个说法很好,至少是思考了科学是什么,应该教什么以后的一个说法。至少比中学物理编写组那个“凡是难点都去掉或者变选学”的说法和指导思想好很多。至少比语文教材编写组的“语文主要是培养情操,文以载道”高很多很多倍。后两者都没有从一个学科是什么的角度来思考教什么。如果某些难点的学习对于理解这个学科是什么,这个学科的研究者是如何思考的,那么这个难点就很应该称为学习的内容。如果一个难点的学习可以把很多知识融会贯通,(现在或者将来)起到了桥梁的作用,那么这个难点就必须成为学习的内容。比如说,力学的动量守恒。同样,语文学习最关键的地方在于帮助学习者更好地听说读写,以及愿意来听说读写,也就是能和喜欢交流,尤其是思想的交流。因此,分析性听说读写才是最重要的教学内容,也就是我说的WHWM(说什么,怎么说,为什么说这些这么说,对读者意味着什么)分析。当然,对于外语学习者,字词本身可能会稍微重要一些。这就是我一直说的以学科大图景为目标的理解型学习。首先,我们要问这个学科的大图景——基本对象、基本问题、典型思维方式、典型分析方法、和世界以及其他学科的关系——是什么,然后再决定用哪些例子、概念和概念之间的联系来体现这个大图景,从而帮助学生建立一个这个学科的大图景以及其中的核心概念的一个组织。有了这个大图景和大骨架,将来,学生可以自己来学习和探索新的东西,并且,这个新的学习和探索是通过把这些新的东西联系到这个骨架上的方式来进行的。

说完了这个说法好的地方,我们来说一个不够的地方。然后,我们来做一个补充,并且从这个补充我们来看科学教育,尤其是小学科学教育,教什么怎么教。这个说法的主要缺点是不够明确:像科学家那样思考值得是“怎样”,具体什么是那个更宏观的图景,什么是人们认识自然的方法?对于教材的主编来说,这个几个问题灭有明确的回答,是不够的。当然,也有可能是没有写出来,实际上郁波主编有答案。

具体的碎片化的科学知识,例如,“植物的组成部分、动物的身体结构”,甚至,“物质有分子原子构成”,这个被Feynman认为科学里面最最重要和值得传播(Feynman设想如果有一天人类即将毁灭,这个时候有机会留给下一个可能的文明的一句话,这样的场景)的一个知识,都是没有太大意义的。科学只不过就是技术的进步使得我们能够做测量,以及在尊重测量结果的前提下,我们展开批判性思维的结果。也就是说,科学的基石不过就是测量和批判性思维。举两个例子。我们的日常生活经验可能会告诉我们,重的物体下落更快,力是维持物体运动的原因(当我们把推一个桌子的力撤掉的时候,桌子也就不动了,因此,运动需要力来维持)。历史上,这两个说法确实在很长的时间内都被认为是正确的。直到,Galileo做了(或者说据传说做了)斜塔实验和滑块实验。前者中,两个不同重量的铁球同时从斜塔上落下,发现差不多同时达到。后者中,一个物块从一个斜面滑下来到达一个平面上,发现随着平面的光滑程度的提高,物块可以走的很远。这部分是测量和实验。想起来用测量和实验来检验一个命题,则是批判性思维:任何一个进入我的思考的事实、概念和命题,必须经过理性的拷问和实验的检验,而不是因为它是任何人说的。对于物块的滑动距离这个事情,我们来接着运用批判性的逻辑思维。如果说进入平面以后,物块已经不受力的作用,那么,它就应该马上停下来,这个和平面的光滑程度无关。因此,也就是说,要么前提“力是维持运动的原因”错了,要么在进入平面以后,物块继续受着力的作用。这个实验还可以做一个外推,假设平面做得非常非常光滑,按照越光滑物块走得越远推测,有可能物块可以继续运动下去。于是,问题来了,这个时候,维持运动的力是什么?经过批判性思维和实验测量的结合,我们就发现,之前的两个命题都是错的。

有了这个最最核心和基本的科学是什么之后,我们就要设计好的例子,找到具体的知识以及具体知识的发现过程,找到具体知识和其他知识以及现实生活经验的联系和区别,来体现这个核心的科学是什么。除了实验测量和批判性思维,当然,我们还有一些其他的核心理念。例如,还原论,也就是把事物不断地分解,就是一个科学的典型思维方式。跟还原论相配套的还有一个叫做还原以后的整体论,也就是叫做综合的典型分析方法。这里我们仅仅举例讨论分解。设想,你家电脑坏了。如果你是土豪,那跳过别看了。否则,你可能希望找出来哪里坏了然后去换那个坏的部分。其中一个方法就是找一个型号完全一样或者非常接近的好的电脑,然后采用替换元件的方法来找到坏的那个部分。例如你发现,替换了主机以后就好了。这个时候你把电脑看做了主机和显示器(电源线、网线暂时忽略)两个部分。接着,如果你还是想省点钱,也有时间,则继续把主机拆分成主板、硬盘、内存、电源、机箱等部分,继续用好的那个来替换。也许你就会发现,主板坏了。这时候,你就差不多可以去买主板了。但是,假设你跟我当年一样好奇,你就会把主板继续拆分和替换。没准能够发现是一个电容坏了,于是花五毛钱换个电容就好了。你看,这就是层层分解的思路。这是解决问题的很自然的思路,很科学的思路。当然,这个方法不解决所有的问题,在有的系统里面,完全都运行良好的各个部分放到一起会出现整体功能上的问题。这个时候,需要把各个部分分解之后在运用综合的分析方法。例如两个非常优秀的人放到一起就是没有产生更高的产出率。如果真的要解决这个问题,不是拆开就行,还需要对每一个人做某种分解,找出来真正的原因为止。因此,就算是综合分析法,其基础也是分解。只是,确实,分解有的时候不解决所有的问题。

顺便,在这个“体会还原论和还原之后的整体论”的意义上,Feynman所选的“物质有分子原子构成”具有了纯粹知识之外的价值。

除了实验测量、批判性思维、分解和综合,科学理论的表现形式往往是数学模型。因此,准备一些核心的数学概念来当做武器库,以及了解如何用数学概念来解决实际问题,也是科学非常重要的内容。具体到每一门具体的科学学科,还会有更多(其实也不是这么多)的典型思维方式和典型分析方法。关于数学和数学怎么用,以及其他具体学科的内容,在这里就不再展开具体的例子了。

有了实验测量、批判性思维、分解和综合,数学作为科学的语言,这几个核心的什么是科学的特质以后,我们就可以围绕这些来选择具体的例子、概念和概念之间的联系来做科学的教学了。

当然,第一总结出来这些核心特质,尤其要考虑到每一个具体学科,不是容易的事情。第二,就算脑子里面有了这些核心特质,如何用它们为指导来选择和组织具体科学知识,也是不容易的。第三,选择和组织好了具体科学知识,能够在教学中做好实现,也是不容易的。因此,如果要做好科学教育,尤其是小学的科学教育,我们首先要找到能够做到以上三点的人。

具体来说,前面两点,只要有一个真的能够搞懂的人就行了。其他的老师可以帮助这个老师。那么,我想一个还过得去的小学,找到一个这样的科学老师,还是有可能的。或者说,在师资的培养上,我们也只需要培养这样的人就够了。第三点,在这样的老师的带领下,有很多其他的老师是做得到的。

《小学科学教育教什么怎么教》有2个想法

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