以大概念的理念进行科学教育

　　作者简介：韦钰，中国工程院院士、国家教育咨询委员会委员、东南大学儿童发展与学习科学重点实验室名誉主任；

　　科学教育的目的是培养知情的决策者，使学生具有进行正确决策的知识基础和能力。

　　科学教育大概念的提出

　　科学技术的发展颠覆性地改变了科学技术与社会、科学技术与人之间的关系。科学素质成为21世纪公民必不可少的基本素质，决定着一个国家民主的进程、竞争的实力和国家的安危。

　　由于预见到即将到来的这种巨大变化以及公民具备科学素质的重要性，在上世纪90年代，许多国家着手启动了新一轮中小学科学教育改革。1994年，十多位科学家和教育家聚集在位于巴黎的世界科学联盟(ICSU)总部，成立了国际科学能力建设委员会(ICSU-CCBS)。成立该委员会的目的是在世界范围内推进中小学科学教育改革，委员会的主席由两位诺贝尔物理奖的获得者——法国的夏帕克(G.Charpak)和美国的勒德曼(L.Lederman)担任。进入21世纪以后，以这个委员会主要成员为核心，成立了世界科学院联合组织(IAP)的探究式科学教育专家委员会(IAP-IBSE)。这个委员会致力于交流各国科学教育改革发展的经验和研究成果、组织相关的国际会议以及发表具有指导性的有关文献。接下来，IBSE又在各大洲建立了地区委员会，以推动探究式科学教育在各国的发展。

　　2009年10月，来自墨西哥、智利、中国、加拿大、美国、法国、英国的10位专家聚集在苏格兰的罗斯湖畔，召开了一次有关探究式科学教育的国际研讨会。这10位专家主要来自IAP-IBSE专家委员会。会议在总结各国科学教育研究和实践的基础上，探讨了在知识爆炸性增长、科学技术快速发展的形势下，基础教育阶段的科学教育应该如何进行，特别是如何选择学习内容等问题。作为这次具有广泛代表性的高水平会议的成果，《科学教育的原则和大概念》一书诞生了。该书由英国科学教育专家哈伦女士(WynneHarlen)执笔，与会专家参与讨论和修改过程。该书明确提出了科学教育的10项原则和基础教育阶段应该学习的14个科学大概念，其中14个科学大概念包括10个有关科学内容的大概念和4个关于科学本身的大概念。

　　《科学教育的原则和大概念》一书的英文版出版之后，被译成了包括法文、中文、西班牙文、塞尔维亚文、希腊文在内的多个版本，在国际科学教育界受到了广泛的重视和欢迎。书中所论及的科学教育的原则和大概念，得到了不同国家的科学教育研究者和标准制定者的认同。

　　在该书出版之后的5年里，社会经济的发展不断对科学教育提出了新的要求，在科学教育研究和实践方面也有了新的进展。在上述背景下，2014年9月，由哈伦女士召集的同一组专家重新聚集在会议原址，研讨因需求而再版该书的问题。作为第二次研讨会的成果，《以大概念的理念进行科学教育》(以下简称《大概念》)一书出版。《大概念》一书并未对五年前出版的《科学教育的原则和大概念》一书做原则性的改动，但是总结了近五年来科技的新进展对科学教育提出的新要求、科学教育研究取得的新成果以及成功的实践经验。该书在实证性科学研究的支持下，进一步明确了科学教育改革的方向，涉及了科学教育的内容、学习方法，学生评价、对教学过程的评估以及改进教师教育与培训等诸多方面的内容。《大概念》一书受到联合国教科文组织和IAP的强烈推荐，已有多个文字版本正式出版。该书现已译成中文，即将问世。

　　学生在科学课上

　　笔者有幸从1994年开始就参与了上述委员会的工作，并自2001年开始在中国做了一些教改实验，有了一些亲身的体验。因此，本文拟从实证研究的角度，就以大概念理念进行科学教育对培养创新人才的重要性这一问题做一些初步的解读。目的是以此为例，探讨中国教育改革之路，也是尝试回答“钱学森之问”。

　　科学大概念是有组织、有结构的科学知识和模型

　　《大概念》的重要特点是明确提出：科学教育的目的是培养知情的决策者，使学生具有进行正确决策的知识基础和能力。科学教育要培养学生在学校期间以及在毕业以后继续前行的人生中，成为对自己生活方式、生涯选择、事业发展以及对事关环境、能源、科学技术应用、科学伦理等涉及社会经济发展的关键问题，作出知情、明智抉择的理性人。基于这样的目的，基础教育阶段科学教育的学习内容应该要少一点，但深一点，教师应该把学习组织为趋向于大概念的、连续的、有联系的学习进程。

　　首先在内容上，科学教育不是给学生讲授一些零碎的、不连贯的知识片段和堆积在一起的科学定律，而是需要围绕涉及重要科学领域的有结构、有联系的科学核心概念和模型——大概念来进行学习。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来砌成的一样。但是，一些事实的堆积并不是科学，就像堆在一起的一堆砖石并不是房子一样。《大概念》中给出学生需要学习的这些科学大概念是有组织、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。不管学生将来是否进一步学习科学，是否直接从事科技工作，这些大概念对于他们理解所观察到的自然界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都是十分必要的。

　　就学习方法而言，不单单是探究，以大概念进行科学教育还强调整个基础教育阶段的科学学习过程是不可分割的，是趋向于整体目标不断上升的建构过程。学生从小开始就应该学习如何从周围的现象中抓住体现现象本质的问题进行探索，学习如何提出问题，如何找寻解决问题的思路和方法，由易到难，由浅入深。就像培养优秀的围棋运动员一样，必须从小开始，让他逐渐掌握难度逐层加深的棋谱；像培养钢琴家一样，让他不断挑战难度逐步加深的琴谱。《大概念》一书依据近五年来发达国家的教育实践，提供了不同年龄阶段围绕14个大概念的学习内容。学生从5岁开始就学习如何探究，从可能不那么正确的想法开始，逐渐建构出科学大概念。

　　《大概念》一书还指出，科学教育改革要取得实效必须将内容、方法和评测视为相互联系、不可分割的整体，并认真实施下去，否则教育改革只会成为过场。

　　能否掌握概念和建立模型会影响决策判断能力和创新能力

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