小学科学教育概论专业知识讲座

第一章科学与科学教育

第一节科学的本质

科学一词起源于中国古汉语，原意为“科举之学”，英文为science，本义是知识。日本著名科学启蒙大师福泽瑜吉引用了中国古汉语的“科学”一词，把“science”译为“科学”，1893年，康有为引进并使用“科学”二字，1896年我国著名启蒙思想家梁启超在《变法通议》一文中使用了“科学”一词，严复在翻译《天演论》等科学著作时，也用“科学”二字。20世纪后她才广泛地被人们接受，那么什么叫科学呢？“科学”的来源?一、科学的内涵

在现代汉语大词典中，科学的解释为“科学是反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。或科学是关于自然、社会和思维的知识体系，是社会实践经验的总结，并在社会实践中得到验证和发展”。随着现代社会的发展，人们对科学的内涵的认识不断深化，涉及范围也越来越广，一般主要包含五个方面，即知识体系、创造活动、社会结构、社会生产力和文化形态。现分述如下。你懂科学吗?（一）科学是系统化的理论知识体系科学作为知识体系，包括概念、原则（定律）和理论。其主要内容有两个方面，一是客观事实，如物理学的声、光、电；化学家发现的各种元素和化合物；生物中遗传和变异等现象。二是规律，如物理学中的能量守恒和转化定律；化学上的门捷列夫周期律，生物上的进化论等都是概括和总结出来的客观规律。所以说科学如实地反映客观事实，并对事实进行思维加工，揭示出客观事物内在规律的知识。（二）科学是创造知识的认识活动科学不仅仅是知识、事实的汇集，科学更是一个“动词”—求知活动。科学作为认识活动，包括三个基本过程：1、探索即发现问题，对感知的事物多方寻求答案，解决疑问。2、解释对客观现象进行分析作出解答或阐明，提出理论。3、检验科学理论是否成为真理，必须对解释加以验证，才能真正产生知识。（三）科学是一种社会结构在现代，从事科学研究、探索客观世界，已是一种社会活动，它涉及众多的人、许多的工作、不同的国家以及各个部门，这样的活动已形成一种社会结构。现今来看，科学的社会结构，由科学研究体系、科学后勤部门和科学管理机构等共同组成。研究体系从横向看包括基础研究、应用研究、开发研究；从纵向看包括各类研究组织和各种科学管理部门。各类系统和机构相互联系，构成科学社会机构。(四)科学是社会生产力培根说：“知识就是力量”，马克思说：“科学技术是生产力”，邓小平说：“科学技术是第一生产力”。科学与物质生产活动密切联系，担负着解决人与自然的矛盾的任务，它既是生产力中的一个要素，又是一种社会生产力。传统科学的表现形式是“生产—技术—科学”，而现今则是“科学—技术—生产”，科学成果转变为技术，并加入到生产过程中去，表明科学不断地转化，成为人类物质和文化追求的重要要素。因而科学实质上是一种社会生产力。（五）科学是文化形态科学作为系统化的理论知识体系，是一种特殊的社会意识形态，它与文化密切联系，并成为文化的一个重要组成部分，且是文化发展的基础。我们常说某某国家科学发达，实际是指文化发展的状态，也标志着其文明进程。人们在认识自然和和改造自然的活动中形成的一套科学思想、科学精神、科学方法和科学道德，以及由此建立起来的价值观念和行为体系都无不是反映其文化形态。科学能塑造人；科学通过技术革新不断形成“商品文化”，满足人们的物质追求；科学是社会前进的不竭动力。对科学的不同认识关于科学目前科学教育界较为流行的观念是“三位一体”说，即科学的定义包括三个重要组成部分：科学态度科学探究的过程及方法科学探究的成果（科学知识体系）。至于具体的科学定义现仍然在探讨中。二、科学的本质对于科学的本质中外学者众说纷纭。保加利亚学者T.H.伏尔科夫认为：“科学的本质，不在于已经认识的真理，而在于探索真理”。我国学者认为：科学是人对自然界客观事实和规律的理性认识；科学是知识体系；科学是一项社会实践活动。美国科学教育专家莱德曼（Lederman）的报告中认为科学的本质有以下几个方面：一是科学思想是不断发展变化的；二是科学需要证据；三是科学带有主观性，因而科学家应努力识别并避免偏见；四是科学是逻辑推理及人类想象和创造力的结合；五是科学的发展受社会及文化因素的影响。下面就五个方面作分述如下：（一）科学思想的发展变化科学本身就是一个不断探究、生产知识的过程。科学理论的形成是在一定时期、一定的社会背景条件下产生，因而具有相对性和历史性，随着科学的进步和认知能力的增强，会使科学理论不断更新，科学理论才能得以完善。例如人类的燃素说、进化论就是科学思想不断发展的过程。（二）科学证据科学证据从哪里来，从实践中来。科学需要实践。实践是检验真理的唯一标准，所有的科学规律必须接受实践的检验，不论现在还是将来。任何一名科学工作者都必须重视收集证据，为科学理论提供依据。蜗牛绝食？（三）科学的主观性和客观性科学家从问题的提出，到现象观察及实验设计，以及对数据的解释，常常是在现的科学理论指导和影响下进行的，再加上个人的知识背景、国籍、性别、信念和经历等诸多因素的影响，使之在科学观察和实验方式上不同，因而会得出不同的结论。所以科学理论在一定程度上存在主观性。但科学规律是不随人的主观意志为转移的，这是它客观性的体现。因此，为了正确反映自然界的事物、现象之间的内在的、必然的、本质的联系，我们必须反复实践，认真检验，才有可能避免偏见。（四）科学的理智性和创造性科学探究是一项创造性的工作。对事物的认识、探讨和总结都需要正确的判断和推理，怎样分析和解答更需要理智，不是凭空而来，理智的结论是千辛万苦、孜孜不倦的创造性劳动。苹果从树上掉下来，牛顿悟出万有引力，阿基米德在浴池中浸泡，发现沉浮定律，这些都是观察、想象和理智推断所带来的创造性活动。如果没有对事物深刻认识，不会有理智的推断。图2、图3通过观察，我们推断它们曾经聚在一起，为什么聚在一起，大家可能有这样或那样的推理。所以观察与推理是科学的基础。科学的推理不是人脑凭空的任意想象，而是对客观现象的合乎逻辑推理的解释，同一现象可能有多种解释。上图是狗足印吗?(五)科学影响社会文化科学的产生是由于社会的需要。科学研究本身就一种社会活动，科学的结论必然会影响社会，使人们在价值观和世界观的认识上会发生变化。如“地心说”、“日心说”影响了人们对自然的认识，一度成为社会文化的焦点。另外，社会文化的价值取向直接影响对科学的投入，对科学研究方向及方法的选择，甚至决定对科学解释或结论的取舍。所科学与社会是互相联系相互影响的。第二节科学教育及科学素养的涵义一、科学教育科学教育与科学的发展几乎是同步进行的。18世纪中叶至19世纪中叶，西欧和北美各国都先后完成了以蒸汽机为标志的第一次产业革命，社会生产力迅速发展。形势向教育提出了培养大批合格劳动者的要求。一方面要求“普及教育”和实现“国民教育”，另一方面要求积极改革教育内容，强化科学知识的传授。19世纪中叶至20世纪中叶，以电动机的广泛运用为标志的第二次产业革命，推动了社会生产力和科学技术的进一步发展。对人才的要求也就更高。马克思最先明确提出“科学教育”的概念，他指出：科学教育是大生产和近代科学的产物。20世纪中叶，以电子计算机的应用为标志的第三次产业革命，引起了生产与社会出现革命性的变化。什么是科学教育？学术界对科学教育有不同解释：科学教育是一种通过现代科技知识及其社会价值的教学，让学生掌握科学概念，学会科学方法，培养科学态度，且懂得如何面对现实中的科学与社会有关问题做出明智抉择，以培养科技专业人才，提高全民科学素养为目的的教育活动。此定义是从教育角度来说的。科学教育是关注科学技术时代的现代人所必须的一学素养的一种养成教育，是将科学知识、科学思想、科学方法、科学精神作为整体的体系，使其内化成为受教育者的信念和行为的教育过程。从而使科学态度与每个公民的日常生活息息相关，让科学精神和人文精神在现代文明中交融贯通。这是从社会认识的角度来定义的。科学教育的内容有：科学知识、科学方法、科学精神、科学态度、科学价值五个方面。二、科学教育目标与科学素养(一)小学科学教育目标凡是目标，都有定向、激励、调节、评价功能。我国科学教育采用的是分科教学的形式，体现在小学是自然或小学科学，初中有物理、化学、生物，高中则有物理、化学、生物、地理课程之中。按照国家1995年提出“科教兴国”的国策，针对小学《科学（3—6年级）课程标准》，我们的总目标：“通过科学课程的学习，知道与周围常见事物有关的浅显的科学知识，并能应用于日常生活，逐步养成科学的行为习惯和生活习惯（掌握和运用知识）；了解科学探究的过程和方法，尝试应用于科学探究活动，逐步学会科学地看问题、想问题（学会科学探究的方法和技能）；保持和发展对周围世界的好奇心与求知欲，形成大胆想象、尊重证据、敢于创新的科学态度和爱科学、爱家乡、爱祖国的情感（情感态度）；亲近自然、欣赏自然、珍爱生命，积极参与资源和环境的保护，关心科技的发展”（人生观和价值观）。此目标分四个层面：第一即掌握和运用科学知识，第二是科学探究，第三是指对科学的情感态度，第四即人生观和价值观。（二）科学素养小学科学教育的目的不在于将每一个人都培养成为科学家，小学科学教育的根本目的是提高公民的素质，培养科学素养，是为了帮助小学生更好地理解和运用科学解决个人与社会的问题。小学科学教育围绕着的核心是培养科学素养，素养即平日说的修养，即具有一定的知识水平和正确对待事物的能力。小学科学教育培养科学素养科学探究情感态度与价值观科学知识生命世界物质世界地球与宇宙科学素养小学生需要什么样的科学素养？其内容包括科学探究、情感态度与价值观和科学知识（生命世界、物质世界、地球与宇宙）三大方面。《科学课程标准（3—6）》具体内容标准科学探究情感态度与价值观生命世界物质世界地球与宇宙·认识科学探究·提出问题·猜想与假设·制定计划·观察、实验、制作·搜集整理信息·思考与结论·表达与交流

·正确对待科学学习·正确对待科学·正确对待自然·正确对待科学、技术和社会关系（即四个对待）

·生物的多样性·生命的共同特征·生物与环境·健康生活

·物体与物质·运动与力·能量的表现形式

·地球的概貌与地球的物质·地球运动与所引起的变化·天空中的星体从科学知识、科学探究过程和情感态度三方面对科学素养进行解读。1、学习、理解和掌握科学知识体系及结构人类产生以来，随着对自然的好奇和科学验证，不断地发现新问题，总结出新成果，形成科学知识。所以科学知识是人类对自然界探索的成果的积累及人类在经验基础上对世界的认识的系统概括、抽象和总结。不同分科的科学知识分别构成自身的知识体系，一般科学知识体系主要包括科学事实、科学概念、科学定律和科学理论等方面的内容。科学事实:

是指人们运用感官或科学仪器获得的具体的、可被验证的科学信息。如“水往低处流”，“鱼儿离不开水”等。科学概念:

是对科学事实的归类、概括、抽象和总结。如：“污染”：环境中混入有害或破坏环境的物质。又如导体：容易导电的物体；绝缘体：不容易导电的物体等。科学定律或科学规律:

是用来描述两个或多个科学概念之间的联系。如摩擦——生热，遗传——变异等。科学理论是用来解释各种科学事实或科学规律的本质，其目的是回答“为什么”之类问题。如分子动理论（17-18世纪，人们开始认识到热现象是由物质内部大量微粒运动引起，后来则形成一种科学理论——分子动理论），进化论(适者生存论)等。科学知识体系结构如图：科学理论科学定律

科学概念

科学事实2、理解科学探究过程，学会运用科学方法中国古代就有“授人以鱼”不如“授人以渔”的说法，这种做法是有科学道理的。但得到渔具仍有人饥饿，这是值得思索的。面对着大自然、社会和生命，需要我们去了解和认识的内容太多，人对知识的学习不只是需要传授一方面，更多的是在前人基础上靠自己去加工、处理也即不断探究的过程。因此，科学探究是科学学习的中心环节。科学探究不仅可以使小学生体验到探究的乐趣，获得自信，形成正确的思维方式，而且可以帮助他们理解什么是科学，什么不是科学。我国科学探究的分目标：

知道科学探究涉及的主要活动，理解科学探究基本特征。能通过对身边自然事物的观察，发现和提出问题。能运用已有知识作出自己假想答案。能根据假想答案，制定简单的科学探究活动计划。能通过观察、实验、制作等活动进行探究。会查阅、整理从书刊及其他途径获得的科学资料。能在已有知识、经验和现有信息的基础上，通过简单的思维加工，作出自己的解释或结论，并知道这个结果应该是可以重复验证的。能用自己擅长的方式表达探究结果，进行交流，并参与评议，知道对别人研究的结论提出质疑。美国制定《国家科学教育标准》，在科学探究技能上提出了明确的要求，包括8个方面，我们国家与他们的要求是基本一致。3、培养对科学的兴趣，树立科学态度和价值观情感态度与价值观是科学素养的组成部分，我们在科学教育中，通过对千姿百态、变化万千、引人入胜的自然现象的学习，可以改变学生的认识和行为倾向，激发他们对科学学习的兴趣，陶冶爱科学、爱家乡、爱祖国的情感，并为形成正确的科学价值观打下良好基础。小学科学教育情感态度与价值观的目标

对待科学学习：保持欲望，尊重事实，敢于设想。对待科学：相信科学，不迷信科学。对待自然：热爱自然，保护自然。对待科学、技术与社会的关系：充分利用科学技术造服于社会，同时遵守社会道德规范。

理性态度(或科学态度)的培养

小学生情感态度表现为：儿童天真好奇，遇到新鲜事易冲动，想多观察和多了解，但注意力不集中。培养和保护儿童对科学的兴趣及对周围世界的好奇心，是帮助他们认识世界、学习并理解科学知识的重要步骤，还有与情感有关的态度如坚持不懈，正确对待失败，愿意与他人合作交流，尊重他人的观念及劳动成果等也都需要培养。理性态度

理性态度：是指在发展科学过程技能、探究及建构科学知识的过程中逐渐建立的对于科学探究的认识及态度（是对科学理智的思维活动）。其内容主要包括如下。1）注意考察任一信息来源的可靠性及重现性，区分偶然性与必然性。2）重视事实根据，合理怀疑，不迷信，不盲从权威。3）避免在证据不充分的情况下作出判断，或将某结论不恰当地进行推广。4）倾听和考虑他人的不同观念或解释。5）根据新的证据，怀疑、修正自己的意见。以往的书中笼统地提科学态度，科学态度就是面对实际问题，能够遵循事物本身的脉络，实事求是。孔夫子说：“知之为知之，不知为不知，是知也”。这就是科学态度。本书以理性态度来详细说明科学态度，其意义更深刻。第二章认知科学与科学教育第一节儿童是知识的建构者一、脑工作、脑研究与教学长期以来，我们多是采用“填鸭式”教学法，“要给学生一碗水，教师必须有一桶水”。这样的模式使学生的大脑成了蓄水器，知识好比流水，教师通过一些方法使之流入学生大脑。现代研究证明，知识进大脑实际上是一个相当复杂的问题。人脑人脑是由神经细胞组成，每个神经细胞又称为神经元,神经元又是由细胞体和侧枝（轴突和树突）构成，由突触互相连接，形成神经网络。据估计，人脑有1000亿个神经元，每个神经元通常与1000至10000个其他神经元相互连接。大脑分为左右两个半球，中间以胼胝（pianzhi）体相连。左右脑既有分工，又有合作，研究发现，左脑具有逻辑思维功能，主要分管思考、语言、书写、计算、判断、推理。右脑具有形象思维功能，负责操纵感觉领域如认识形体，鉴赏绘画、欣赏音乐。

左脑的进一步研究发现，左脑还有不同功能的分区：额叶（计划、创造性解决问题）；顶叶（身体感觉区）；枕叶（视区）；颞叶（言语听区或听区）；小脑（运动、平衡）。左脑分区当刺激到来，通过感觉器官传向中枢神经，并形成某种神经元联系，不同的刺激联系的神经元模式不同，如语言刺激就存放于听区中，光的剌激就存放在枕叶中。一个人新知识的学习过程，也就是某种对应的神经网络模式建立的过程。强大的或多感官、多渠道的刺激会存入长期记忆库中，有利于回忆。目前教育中流行建构主义学说，原因就是神经网络模式不断建立的过程。丰富多彩的学生主动学习，有利于建构神经网络模式，有利于回忆和掌握知识。所以，美国支持学生动手和科学探究内容的教学。脑工作?二、建构主义与儿童科学学习追溯建构主义的历史，可追溯到18世纪一位意大利哲学家维科所发表的论文，他有这样的观点：一个人只能知道或了解他/她自己建构的知识结构，换言之，每个人总是试图从感觉器官感受到的混乱信号中寻求模式或顺序，从而建构他/她自身对世界的认识和理解。由于个人经历、背景及其他生理结构的差异，各自建构的知识或对世界的理解也就不同。目前的建构主义，通常是对几种认知流派的综合，如皮亚杰、维果茨基、布鲁纳、杜威流派等。建构主义理论认为：学习是学习者主动建构知识的过程，而不是将课本和教师的知识简单地装入学生头脑的过程。由于学生在学习新知识前，头脑中已经积累了一定的知识和经验，而且由于学习者原有的经验不同，建构方式也因人而异，即使在同一学习情景中接受同样的信息，不同的学生也会得到不同的意义和解释，即取得不同的学习效果。因此建构主义的本质就是学生在头脑中主动地将原有经验与新信息进行比较、分析、批判、选择并重建知识结构的过程。在这种模式下，学生是整个教学过程中的“主角”和“中心”，教师是教学活动的组织者和引导者，为学生建构自己的“知识结构”而架桥铺路。建构主义理论要点1、皮亚杰的贡献在美国教育界流传我国的一句名言：“耳闻易忘，目睹为实，躬亲则明。”意思是听过的信息易于忘记，见过的事物便于牢记，惟有亲自动手或亲身经历过的事件才是真正理解的东西。皮亚杰通过对生物和儿童的长期观察，他从生物学的角度提出了学习过程模式：生命体(人/儿童)渴望掌握、了解周围环境与物质世界相互作用与社会相互作用努力、主动适应周围环境（主动学习者）同化顺应组织机构不平衡平衡为了生存通过两种方式、过程关于学习过程作为主动学习者的儿童，其学习过程可理解为不断同化和顺应的过程。同化包含着对输入的信息进行识别、处理，使它最大限度地与个体已有的认知结构相适应（同化主动）。其结果是把从环境中得来的信息经过重组，结合到已有的认知结构中去。顺应就是当输入信息与现有的认知结构不相符合，从而造成不平衡，这时个体必须修改原认知结构以便建立一个新的平衡状态（顺应从动）。皮亚杰认为顺应、同化的过程还包含知觉、学习和动机（或兴趣）的成分。当感官输入和现有认知结构之间具有中等程度的不符合时，个体兴趣最大。兴趣在儿童学习中有着重要作用，“好奇”和“兴趣”是儿童学习的原动力，营造一个使学生保持“好奇”和兴趣的环境，有利于学生建构知识。要实现同化、顺应过程，关键要看信息输入是否激发动机和兴趣。

儿童学习过程流程图新事物新经历

设问：触摸不同的物体,会有怎样的温度感?用手触摸金属、木质表面、泡沫塑料，有何感受？新经历导致问题的提出：这是什么？为什么会发生？如何发生？冷热差大？将新经历与已有经验相比较：能否运用已有知识理论回答上述问题？

能！否！假定已有知识或理论回答上述问题，然后运用这种已有知识对未来事件或经历作出预测

寻求验证预测结果的证据

如果无证据说明预测结果的正确性，则寻求与其他早期经验相关的知识联系，作出新尝试。

如果预测结果被验证，则先前知识理论被扩展并用于解释更多的新现象、新经历。

人体对物体的冷热感觉不同除了与接触物体的表面温度有关外，与手的温度等有关！实验：将手张开，分别向手上呵气和吹气，感受是怎样，如何解释？2、维果茨基的“最近发展区”概念维果茨基的认知理论受皮亚杰的影响，他一方面认同皮亚杰的思想，同时他特别强调学习的社会性，即人的思维的内容和过程都不可避免地受社会、文化的影响（被动——主动）。维果茨基认为，儿童学习的过程是一个不断将人类社会知识内化的过程，因而教师、家长及社会因素对儿童的成长至关重要。“最近发展区”？维果茨基对建构主义理论的贡献就是提出的“最近发展区”的概念，即儿童的独立思维和操作能力与他人(如教师、家长)协助下能达到的水平之间的差距。儿童学习的过程，也就是其“最近发展区”不断上移的过程。教师的任务是思考如何在儿童的“最近发展区”内对儿童的学习给予恰到好处的帮助和支持。教育对儿童的发展能起到主导作用和促进作用，但需要确定儿童发展的两种水平：一种是已经达到的发展水平；另一种是儿童可能达到的发展水平，表现为“儿童还不能独立地完成任务，但在成人的帮助下，在集体活动中，通过模仿，却能够完成这些任务”。这两种水平之间的距离，就是“最近发展区”。

3、科学教育中的概念转变模型（CCM）帕斯纳和他的同事从认识论的角度(1982)，提出一种基于建构主义理论的帮助人们认识儿童的概念发展与转变过程的概念转变模型。帕斯纳将学生头脑中概念的建构及其联系比作一个动态的生态体系，概念的转变过程必须在这个概念生态系中进行。根据此模型，儿童学习科学的过程可看作是一个由新概念替换旧概念的过程，与科学史中科学概念和理论体系的建立发展过程相类似。概念转变的条件（1）学生必须对原有概念首先产生不满，由不满而产生“思变”的欲望。（2）新的概念必须在学生看来是明白的、可理解的。（3）学生能够运用新的概念解决问题，并以此解释原有概念所能解释的所有现象。（4）学生能够运用新的概念解决更多的问题，并以此解释其他更多的、学生原有概念不能解释的现象或事件。例如“呼吸”这个概念：生命有机体与外界进行气体交换的过程，即氧气进入，二氧化碳排出的过程。更深的概念为：生命活动中一切可以放出能量的化学反应的总称。概念转变与学习的关系所谓概念转变过程实质就是学习过程，就是学生原有概念改变、发展和重建的过程，就是学习者由前科学概念向科学概念的转变过程。为了促进学生实现概念转变，就要进行概念转变教学。为此，教师必须充分了解学生相关学科的原有知识经验背景，了解学生有哪些错误概念，并充分运用学生的原有概念创设教学中的认知冲突（情境），以此作为引发学生进行概念转变学习的契机。因为要转变学生的错误概念，仅仅告诉学生“正确”的概念是无效的。只有在激励性的情境中，在学生的前概念与科学概念的激烈碰撞中，才能解决前概念与科学概念之间的矛盾冲突，实现由前概念向科学概念的转变。概念转变的教学模式以CCM理论为基础的教学模式遵从如下顺序：一是采用不同诊断方式获得尽可能多的关于学生的已有知识水平以及各种可能的错误概念方面的信息；二是运用该信息设计具体教学过程；三是通过学生自我评估和教师评价相结合的方式检验测学生是否实现了从前非科学概念到科学概念的转变。“CCM”的优缺点该模式通过实践证明，其优点是：它在增进学生对科学概念的理解及提高学生对科学的兴趣等方面有显著效果。不足为：它教学时会遇到困难，因为很难做到学生一致的认知冲突（活动和实验结果与学生原有知识相矛盾），也有人认为此模式对学生学习科学过程的解释过于简单化和理想化，对学生的学习动机等因素缺乏考虑。该模型经修改后，它强调了学生学习过程中情感因素、学习态度等方面的重要性。另外，把学生新概念的构建与科学家建立、发展科学概念相等同来看是不妥当的。第二节儿童思维发展的主要阶段及特征皮亚杰是一位生物学家，对认知学术界的主要贡献之一在于他率先对儿童的智力、思维发展特点进行了系统的研究，他将儿童的思维发展划分成四个阶段：感觉运动阶段（0—2岁），前运演阶段（2—7岁），具体运演阶段（7—11岁），形式运演阶段（11岁以上）。

阶段及特征（1）阶段1：感觉运动阶段（随意表征）处于这一时期，儿童的思维是高度感性化的，他们的认知主要是通过感官得到感性知识，如观看可得到颜色及形状信息，通过触摸可得物体软硬程度信息，通过品尝获得风味等信息。他们不能有意识地进行模式设计或排列，对事物的解释或表达是随意的。阶段及特征（2）阶段2：前运演阶段（相似性分类）处于这一时期的儿童的行为通常发生在大脑对该行为的思考之后。如大小不同的苹果放在一起让他选择一个，结果如何？当然是大的，这是思考后的选择结果。再如将一堆颜色、形状、大小不同的卡片放在一起，让一个4岁的小孩进行分类，其结果如右图。说明这一时期的儿童尚未对匹配或分类形成完整的概念，因此他们在解决问题的过程中，往往一次只注意到一个变量（大小），不能理解“守恒”的概念。总之，这一时期的儿童的认知机能以相对具体性、自我中心性和刻板性等为特征。阶段及特征（3）阶段3：具体运演阶段（一致详尽的分类及多重分类）这一阶段对物体分类的能力的主要特征是：6-11岁能根据某一种共同的特征对所有物体进行分类。如将颜色进行归类。随着年龄及经验积累，8-11岁儿童能根据一种以上特征或特性进行分类，从而具备多重分类的能力。此时他们认识到物体固有的特征，而且从知觉定向占优势的水平过渡到较大程度的思维灵活性为特征的认知水平。如温度升高，糖溶解度加大，反之认识到温度降低，糖则析出。儿童逐渐显示出认知运演的可逆性，同时对变量和守恒概念有一定的理解。见书35页图。阶段及特征（4）阶段4：形式运演阶段（运用逻辑思维及推理的复杂分类）此阶段表现在：一是搞清从属关系。大约在11岁，儿童开始思考物体群之间的关系和上位概念。物体之间不是孤立存在的，小集合归属于大集合，大集合之上还有更大的集合。此阶段儿童的思维活动具有演绎推理的性质，学生能够在较为一般的事物与较为具体的事物之间进行逻辑推理。如：所有的植物都是生物，所有的松树都是植物，因此，所有的松树都是生物。但是，生物并不都是松树。这里植物是松树的上位概念，而生物又是植物的上位概念。生物植物松阶段及特征（4）二是对物体进行横向及纵向的多重分类和再分类。到14岁左右，他们的思维方式变得更加灵活，能够根据一种或几种特征对物体进行分类，并将物体按多种不同的方式重新分类。他们认识到每一种分类由目标来决定，同时根据现实和表象特征思考可能的或假设的东西，并从其中选择与事实最接近或最合理的假设。如将书按大、中、小，按厚、中等、薄，以及按小说、非小说进行归类。阶段及特征（4）三是搞清事物或概念关系进行分类。到16岁，学生能根据事物或概念之间的本质联系及其逻辑关系进行横向、纵向的分类和再分类。他们同时认识到，某一排列只是多种可能性的一种，认识更加深化。认知科学研究表明，儿童的思维发展都要经过从简单到复杂、从具体到抽象、从非本质表征到本质表征的认识过程，这一发展顺序不因人的社会文化背景的不同而改变。概念图物质组成成分为分子/原子纯净物(同一种分子)混合物(两种或多种分子)溶液非溶液溶质溶剂悬浊液乳浊液单质(同一种元素)金属非金属化合物(两种或多种元素)碱酸盐第三节学习动机与科学教育人为什么学习？为了100分，为了得到表扬，为了考个好学校，为了掌握知识，都不全对。关于学习的动机或动力在哪里，世界上的研究理论不少，这里我们一起来了解和讨论。一、马斯洛的人本主义理论皮亚杰认为学生生来就具有好奇心，由于好奇而驱使他们不断探究和学习新知识。从教学的角度讲，当教学内容正也处于或略高于学生认知发展水平时，学生学习的兴趣及内在驱动力最大。维果茨基也认为教师要了解学生的最近发展区，才能为学生提供适当的指导与帮助。在实际教学中，学生对特殊或一般学业不感兴趣很常见，更不说构建知识。学生学习的动力因素是多方面的，人本主义马斯洛作为代表其学习动力说认为，课堂或书本学习都不是人生的第一需要。他将人的需要分成从低到高多个等级，当低级需要如生存、安全感、在团体中的亲密感、自尊心等得到满足后，高级需要如智力发展、艺术欣赏、自我实现等才会受到重视。一般来说，某一层次的需要相对满足了，就会向高一层次发展，追求更高一层次的需要就成为驱使行为的动力。即需要理论。需要其实大多情况下是盲目的，但需要是客观存在的。教师的任务之一是了解学生的需要，发现学生的特殊兴趣，并将它与学习联系起来，同时教师要努力创造安全、愉快的学习环境，鼓励学生在知识的海洋里探索。“需要理论”二、班德拉的社会认知学习理论班德拉对儿童或成人通过观察而进行学习的模式作了长期的专门研究。按班德拉的理论，观察式学习(理论)主要包括以下几个过程：（1）注意过程，即学生注意到待学习或示范言行；（2）大脑内部信息处理和记忆过程；（3）行动过程，即将通过观察学到的东西通过言行表达出来；（4）动机过程，即学习者决定是否注意示范言行的部分或全部，对观察到的示范言行如何处理，是否付诸实践等。如“蚂蚁能否食用”的观察，模仿秀的出现等。体现出别人能做的，自己也能做到，关键是什么？班德拉同时强调，影响学生学习动机的因素主要包括学生对自身能力的自信程度以及对行为后果的预测。如果一个人的自信心越强，对成功所抱的希望越坚定，其学习的热情也就越高涨。我们可以通过以下几种途径来增强学生的自信程度：（1）努力为学生提供成功的机会，让学生亲身经历成功的喜悦；（2）让学生注意到同辈或自己类似的人物的成功的例子；（3）通过“个别”谈话，重视学生的“闪光点”，并及时给予肯定；增强学生的自信（4）为学生提供轻松愉快的学习环境，避免过于严肃、紧张。三、威那的归因理论在对情感、信念深入研究后，发现学生的学习成果主要受两个方面因素的影响：成败归因及目标定位。威那的学习动机理论认为（归因理论）：每个人在经历了任何学习方面的成败后，往往试图分析或总结成败的原因。即“失败是成功之母”。常见的成败归因：个人学习能力的高低、努力程度、学习任务的难易程度和个人运气的好坏。如高考，对不同的人其成败归因各不相同。目前，认知科学的学者们根据学生的学习动机和目的把学生分为两类：一是以理解、掌握知识为目的；二是以取得高为目的。学习态度、动机与行为的关系以理解、掌握知识为目的学生是以取得高为目的学生以自我提高为乐成败归因为自我努力程度选择挑战性学习任务坚持不懈，知难而进，正确对待成败

运用、寻求有效的学习方法以高人一筹为荣成败归因为自身能力或外界因素只有当对自己的能力充满信心时才选择挑战性学习任务；否则尽量避免挑战性学习任务知难而退，惧怕失败

满足于机械记忆，不求甚解教师的任务就是要帮助学生建立以理解、掌握知识为目的的学习态度。现今专家们建议学生宜采用以下三种学习模式：一是有意义的学习；二是有一定自主权的学习；三是自我比较学习。有意义的学习是指学生在明确意识到学习任务与自身或日常生活的相关意义的情况下进行的学习。例如对纸厂排污河道的观察，可得出污染状况的结论，有利于增强环保意识。有一定自主权的学习是指学生对学习任务有一定的选择自由，并能在一定范围内参与教学决定。如提供不同难易程度的问题，交由学生自选择完成。自我比较学习是指学生自己对学习内容、学习态度、学习动机、学习方法和能力，以及学习环境进行纵向和横向比较，从而肯定自己或找出不足的过程。三种学习模式第三章以探究为中心的科学教育教学理论和实践第一节“动手—动脑”的教学思想一、“动手—动脑”的提出及要求“动手—动脑”是美国及许多国家小学科学教育的基本教学思想。基于儿童的认知特点及实践研究。美国标准指出学科学是一种主动学习的过程，学生在“做”中“学”；我国的标准中要求教师要鼓励儿童动手动脑“学”科学。由此，可看出“动手—动脑”对科学教育来说有着重要意义。二、为什么要倡导“动手—动脑”的教学

心理学研究表明，对于儿童来说，技能的形成需要反复的模仿练习，而知识的获取主要通过感性经验的积累。儿童时常依靠动手操作来认识和理解世界，但其认识和理解范围常局限于可感知的具体事物。小学生不能仅靠教师言语抽象地描绘来认知，而应当有亲身的体验和具体操作才能理解科学概念及内涵。所以对待儿童就要采用儿童思维发展所适应的方式进行教学才能贴近学生，达到教学目的。这就是重视“动手—动脑”的根本原因。美国通过对小学生的考察，得出的结论是：“如果应用实验性科学教学方法，教师可期望学生在科学过程技能及创造力方面有实质性的提高；在感知觉、逻辑推理、语言发展、科学知识和数学方面有中等程度进步；在对科学教育及对教学课程本身的态度等方面也有一定的进步，而对那些相对成绩差的学生帮助会更大。”近几十年来，我国在小学教学中教师们大多数仍习惯于教师讲学生记、考试背定义的模式。显然，这与科学教育是不相吻合的。因此，需要教师转变教学观念，但是将科学概念和原理转化成为适合儿童特点及可接受的言语是很难的，困难的原因主要体现在三个方面：1．教师喜欢用自己学习理解的方式及水平来讲授；2．教师在处理概念、学科结构时很少考虑学生的认识及心理过程；3．教师的讲授易深化，容易造成学生认识模糊。动手动脑的教学困难三、重视“动手—动脑”1．“动手—动脑”的关系我们强调采用“动手—动脑”的教学方法，“动手”只是一种手段，“动脑”才是目的。“动手”、“动脑”的关系如右图。动手动脑动手不动脑不动手动脑不动手不动脑高低高低动手动脑思维发展2．“动手—动脑”的教学模式1）“动手”模式学生全部按教师的要求进行动手操作，几乎没有什么思维过程。此模式对学生的作用不大。2）“动脑”模式此模式是教师讲解为主的方式，对学生抽象思维的发展有利，也是较有效的教学模式。3)“动手—动脑”从动手操作和思维发展来看“动手动脑”是最理想的模式。就科学课来谈，此模式的教学方法富有儿童情趣和符合儿童的认知规律，最有利于思维发展。教学中教师一定要言语动作应力求形象、直观、生动有趣，同时要注意引导儿童得出自己学习的结论。小学生在思维上要求直观性和具体性，这是教学中值得注意的，但我们的目标不要一味照顾小学生直觉的思维方式，即迁就其需要，而是要将他们低级的具体形象思维方式引入到高级抽象逻辑思维阶段，这才是我们对其思维培养的根本目的。第二节“发现法”教学思想和课程结构论一、发现法布鲁纳是美国著名认知派心理学家。是构建主义理论的支持者和倡导者，他率先将皮亚杰等学者的儿童认知发展理论应用于儿童教育中，主张用“发现法”进行教学。他认为，学生的学习活动就是一种发现。发现法也叫“假设法”、“探究法”、“解决问题法”、“引导发现法”。发现并不限于寻求人类尚未知晓的东西，确切地说，它是包括用自己的头脑亲自获得知识的一切方法。即发现不同于科学家的发明，而是学生凭自己的力量对人类文化知识所做的再发现。发现法中教师的作用教师只是学生寻找信息中起指导和顾问作用，而不是充当说明者。师生怎样做？教师：提供材料，作出指导和引导，当好顾问。学生：收集信息，自主思考，寻找证据，发现和总结规律。所起的作用就是：提高学生智慧的潜力，激发学生学习的兴趣，培养学生学习的内在动机，同时也帮助学生形成探究的态度，发展探究的能力。例如：提供蝴蝶成虫、蛹、幼虫、卵组合图，让学生发现变态。应用发现法可以帮助和促进学生学会探索解决问题的方法，学会活用和有效组织信息，并养成灵活而执着地追求态度，从而使他们成为“自主而自动的思想家”。发现法的不足之处是：费时、费力，另外，发现法对教师学生的要求较高，一般小学高年级才采用，就我国和状况，很难成为课堂教学中的主要方法。1．学科结构20世纪60年代，布鲁纳提出以学科基本结构为中心的课程改革思想。他指出：不论我们教哪一个学科，务必使学生理解学科的基本结构。什么是学科的基本结构？学科的基本结构就是学科的基本概念、基本原理及其内在规律。他说：“掌握某事物的结构，就是能够理解它是如何与其他许多别的事件或知识有意义地联系起来的。简单地说，学习学科结构就是学习事物是怎样互相关联的。如物质与元素，氧化与还原，化合与分解等。二、课程结构论

2．强调学科结构的理由布鲁纳强调教学中要注重学科结构的理由如下：（1）学生懂得了学科结构，就容易理解掌握整个的学科学习内容。如英语中，单词，句型与结构规则的掌握就有利于学英语。（2）学生懂得了学科结构，就可以更好地记忆学科知识。他说：除非把一件件事情放进构造得很好的框架里，否则，很快就会忘记。（3）学生懂得了学科结构，能够促进技能和知识的迁移。因为掌握了基本概念和原理，就可以用之举一反三，触类旁通。（4）学习了学科结构能够缩小“高级”知识和“初级”知识之间的差距。虽然学科的基本概念和基本原理有高低、难易之分，但根本性质是一致的。如果不掌握学科结构，学生很难将学到的知识推广开来，更难以解决难题和激发智慧。他还指出：获得的知识如果没有完满的结构把它们联系在一起，那是一种多半会遗忘的知识。3．迁移布鲁纳课程结构的理论是建立在教育心理学的“迁移”这个概念上的。迁移”就是已经获得的知识、技能，甚至方法和态度对学习新知识、新技能的影响。如掌握英语的输入法，再来学习五笔输入法，它们之间有无影响？影响有两种，我们把学生已有的知识和技能如果对学习新知识和技能起一种帮助和推动作用的影响称为正迁移，反之对新知识、新技能的学习起阻碍作用的影响称为负迁移。布鲁纳认为学生学习过程中会发生两种迁移，即特殊迁移和普遍迁移。特殊迁移是指学习者在掌握某一种技能后，其经验和知识在其它方面运用中能得到技能的转移。如会骑自行车的人，很容易学会开摩托车。普遍迁移是指学习所知的基本概念和基本原理对学习新知识所有的影响，它是一般原理和态度的迁移。学生在掌握基本概念和原理后，就容易理解和解决遇到新知识及新问题。要实现一般原理和态度的迁移，必须精通学科的基本结构。特殊迁移和普遍迁移课程结构理论核心思想总之，布鲁纳的课程结构理论核心的思想是：如果你理解了知识结构，你可以独立前进，你无须与每件事物打交道，只要掌握某些原理你就可以推断事物。如建筑物的结构原理等。搞清结构有利于使学生这样的“新手”变成“专家”。但并不是只要将知识结构传授给学生后，就能有效的学习。有效的教学是考虑到学生的认知结构与所学新知识的结构之间建立起有意义的、实质性联系，这样学生才有可能真正理解所学内容并加发应用。第三节“学习循环”与科学教学施瓦布从科学及其科学探究的本质的角度提出了以探究为中心的教学思想——即学生学习的过程应与科学家进行科学研究的过程相一致。他认为，在以探究为中心的科学课堂里，学生不是被动地接受书本知识和科学理论，而是寻求科学理论或规律建立的证据；教师的任务不再是简单地传授知识，而需考虑如何提问、如何寻求证据评估学生的探究学习成果。为了做好探究式的科学教学，美国人找到了一种模式，就是“学习循环”。“学习循环”正好与探究为中心的科学教学结合起来，下面我们就来了解它们是如何结合的。“学习循环”，起源于美国20世纪60年代“科学课程改进研究工程”，现今美国小学科学教学中广泛应用。几十年来的实践和研究证明这种学生自主探究和教师讲授相结合的教学方法在小学