朱玉軍+王香鳳

摘要：“核心觀念”在國內(nèi)外科學教育改革中都特別被強調(diào)，明晰科學核心觀念的具體內(nèi)涵及其教育價值，對于科學教學實踐具有重要意義。在分析國內(nèi)外科學教育課程標準的基礎上，提出科學核心觀念包括3個層次的內(nèi)涵：科學的世界觀、跨學科概念和各學科核心概念。重點討論了科學核心觀念建構教學的價值：可以改變課程內(nèi)容“偏、難、繁、舊”的弊病，克服以往教學中灌輸和堆積事實性知識的缺陷，回歸到科學是探尋世界的普遍聯(lián)系和規(guī)律的本質(zhì)上來，增強學生對科學知識的關聯(lián)化、組織化和結構化的理解，從而提升學生的科學思維、科學判斷和科學實踐能力，提高學生的問題解決能力和科學素養(yǎng)，有利于實現(xiàn)發(fā)展學生核心素養(yǎng)的教育日標。

關鍵詞：核心觀念；跨學科概念；學科核心概念；科學素養(yǎng)；核心素養(yǎng)

文章編號：1005 - 6629（2017）8 - 0010 - 05

中圖分類號：C633.8

文獻標識碼：B

2014年我國教育部頒布《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》首次提出“研究制訂學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系和學業(yè)質(zhì)量標準”。在高科技對國家、社會和個人生活的影響越來越深遠的當下，發(fā)展學生核心素養(yǎng)教育目標的落實離不開基礎教育階段的科學教育。我國普通高中化學、物理、生物、地理課程標準多次強調(diào)觀念教育，例如：有關學科的“形成化學基本觀念”“將物理事實作為證據(jù)的觀念…‘生物科學知識和觀念”“形成正確的地理觀念”；還有反映社會發(fā)展的“可持續(xù)發(fā)展的觀念”“資源觀、人口觀、環(huán)境觀”“人與自然和諧發(fā)展的觀念”“全球觀”等。美國國家教育進展評價項目（ NAEP，National Assessment of Educational Progress）中提到“big ideas（大觀念）”“core concepts（核心概念）”“conceptions of the natural world（有關自然世界的觀念）”等?！睹绹鴩铱茖W教育標準》（1996）中提出所有美國人都要熟悉基本的科學觀念和方法；在早年建立起來的對待科學的態(tài)度和價值觀將會影響一個人成年時期科學素養(yǎng)的發(fā)展。《美國K-12科學教育框架》（2012）義提出了跨學科概念和核心觀念（ Crosscutting Conceptsand Core Ideas）。但是，這些出現(xiàn)在教育改革政策文本中有關科學的“觀念”并沒有清晰的界定和框架，一定程度上給一線教師的科學教學實踐帶來困惑?；诖耍疚膰L試分析“科學核心觀念”的內(nèi)涵及其教育價值，為科學教學提供參考。

1科學教育改革中“科學核心觀念”的內(nèi)涵分析

1.1觀念和概念的關系辨析

《現(xiàn)代漢語詞典》對“觀念”的解釋為“思想意識，客觀事物在人腦里留下的概括的形象”；對“概念”的解釋為“思維的基本形式之一，反映客觀事物的一般的、本質(zhì)的特征，人類把感覺到的事物的共同特點抽出來，加以概括就成為概念”。可見，觀念與概念是具有共同點的：（1）都是屬于人類的思想意識。（2）都是人類對客觀事物的認識。（3）都是對客觀事物的特點進行抽象和概括的結果。另外，觀念與概念也有不同和相互依存之處：（1）概念必須是嚴格界定的，具有清晰的內(nèi)涵和外延，其意義在于區(qū)分不同的客觀事物；觀念是對客觀事物整體考察而獲得領悟的結果，具有模糊性和廣泛性，可以反映客觀事物的內(nèi)在聯(lián)系。（2）概念是思維的基本形式，往往反映某一種或某一類客觀事物（如化學概念）；而觀念是在許多概念和判斷的基礎上形成的總括性的認識，它所概括的客觀事物包括更多的種類。（3）人類的認識發(fā)展是由個別到一般，再由一般到個別，在認識個別事物的過程中就形成了許多概念，然后在這些概念的基礎上逐步上升到一般性認識而形成觀念，再在觀念的指導下認識更多的客觀事物，如此往復，不斷地修正和深化對客觀世界的認識。

可見，觀念和概念有著密切的聯(lián)系，是相互依存的，觀念中包含了概念的成分，概念需要通過觀念來實現(xiàn)廣泛應用。建立在概念基礎上的觀念才是更接近客觀事物本質(zhì)屬性的，才是更接近真理的，離開了概念成分的觀念將是空泛而不著邊際的，是沒有說服力和指導意義的；同時，離開了觀念，概念將是符號、抽象、晦澀、刻板、專業(yè)、復雜等的代名詞，難以被更多人所理解和接受，其價值和意義將大打折扣，尤其是具有復雜性的科學概念。

所以，科學教育改革政策文本中提到的有關科學的觀念也應該包含3個遞進層次的認識：（1）化學、物理、生物等學科概念的成分；（2）跨學科概念的成分；（3）建立在各學科概念及跨學科概念基礎上的總括性觀念。從提高未來公民科學素養(yǎng)的角度來看，科學教育中重視科學觀念教育是必要的。

1.2科學核心觀念的內(nèi)涵

在上述提到的國內(nèi)外科學教育課程改革文件中，“核心觀念”又被稱為“基本觀念”“fundamentalconcepls”“key concepts”“big ideas”“core ideas/concepts”，但并沒有明確而系統(tǒng)的闡述。有學者從學科層面及學科某一核心內(nèi)容出發(fā)闡述核心觀念，另有學者介紹了美國科學教育框架中的核心觀念，其基本共識是：核心觀念指居于具體教學情境和具體事實知識之上的思想意識，是對科學及其各學科的概括性認識，是期望學生將來離開學校且忘掉許多具體科學知識后仍能留下的思想觀念，具有持久價值和遷移作用；核心觀念是在具體的教學情境中通過對事實性知識和概念的學習而逐步形成的，對事實性知識的學習和應用具有統(tǒng)領和支配作用。但是，已有研究并未系統(tǒng)闡述科學核心觀念的具體內(nèi)涵及其框架層次。

事實上，科學研究是高級的思維和認識過程，是具有復雜性的，科學觀念是對科學研究的過程、科學研究的結果（科學知識）及科學的應用價值等的概括性理解和認識。從科學本身的復雜性及人類認識的可上升性來說，科學觀念的形成與建構并不是一蹴而就的，而應該是循序漸進的，是有層次性的。通過對我國普通高中科學課程標準及美國科學教育框架的分析，提煉出“科學核心觀念”內(nèi)涵的3個層次。endprint

一是學科核心概念，是居于學科中心地位的關鍵性的概念，可以統(tǒng)領和整合各學科（化學、物理、生物等）內(nèi)部的事實性知識，具有概念層面的復雜性，具有學習的深度和階段性，具有廣泛的解釋力。例如，化學學科中的“元素觀”“微粒觀”“化學變化觀”等，物理學科中的“宇宙是由物質(zhì)和能量構成的”“能量和電荷守恒”等，生命科學中的“生命的進化和自然選擇”“生態(tài)平衡”等，地理學科中的“大陸板塊構造理論”“地球的白轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)”等，都可以統(tǒng)領各個學科的諸多事實件知識。

二是指跨學科概念，它們能夠反映各學科（化學、物理、生物等）之間有意義的聯(lián)系，在各個學科領域都具有解釋價值，可以給學生提供一個將各個學科關聯(lián)起來的組織架構，從而讓學生建立起理解世界的一致性的科學視角。例如，《美國K-12科學教育框架》（2012）中提出的七個跨學科概念：（1）模型思想；（2）因果關系的機制與解釋；（3）尺度、比例和數(shù)量；（4）系統(tǒng)和系統(tǒng)模型；（5）能量與物質(zhì)的流動、循環(huán)與守恒；（6）結構與功能；（7）穩(wěn)定與變化。這些都需要在各學科學習的基礎上，通過提煉、概括和關聯(lián)逐步形成和強化。

三是指在學習科學知識和科學探究實踐中逐步形成的看待世界、社會、科學和人類未來發(fā)展的核心觀念，如我國《基礎教育課程改革綱要（試行）》（2001）中提到的“正確的世界觀、人生觀、價值觀”，以及在國內(nèi)外課程改革文件中提到的“環(huán)境觀”“人與自然和諧發(fā)展的觀念”“可持續(xù)發(fā)展的觀念”“全球觀”“科學本質(zhì)觀”等，這是在對各學科核心概念和跨學科概念理解的基礎上認識的進一步螺旋上升。

這樣從3個層面來把握科學核心觀念的內(nèi)涵，符合我國科學教育實行分科教學、螺旋上升的教學實踐，也有利于教師有目的地分層實施基于科學核心觀念教育的教學實踐。

2科學核心觀念的教育價值

2.1 科學核心觀念教育是落實我國基礎教育課程改革精神的必然選擇

我國《基礎教育課程改革綱要（試行）》（2001）指出：“改變課程過于注重知識傳授的傾向，使獲得基礎知識與基本技能的過程同時成為學會學習和形成正確價值觀的過程；改變課程結構過于強調(diào)學科本位、科目過多和缺乏整合的現(xiàn)狀，體現(xiàn)課程結構的綜合性；改變課程內(nèi)容過于注重書本知識的現(xiàn)狀，精選終身學習必備的基礎知識和技能?！笨茖W核心觀念建構的教學能夠讓學生形成正確的價值觀念；能夠?qū)崿F(xiàn)各學科間的有意義聯(lián)系和整合，體現(xiàn)課程結構的整體性和綜合性；能夠讓學生將來離開學校并忘記書本知識后，留下終身學習必備的科學觀念、思想和方法，形成解決問題的能力。另外，在學校里形成的科學核心觀念具有持久價值和遷移作用，它可以指導公民利用科學知識解決實際生活問題和參與社會決策；科學核心觀念可以促進公民對爆炸式增長的知識和信息的理解、把握和統(tǒng)領；科學核心觀念建構的教學是精簡學科教學內(nèi)容，改變“難、繁、偏、舊”弊端，抓住學科核心概念，減輕學生學習負擔和教師教學壓力，提高學生問題解決能力的必然選擇。

例如，中學化學里要學習很多化學元素、化學物質(zhì)及其性質(zhì)、化學反應等具體知識。如果沒有化學核心觀念的統(tǒng)領，對于學生來說就是一個艱難的記憶過程，而且很容易遺忘卻留不下什么有價值的東西。這會導致學生對化學學科的學習產(chǎn)生挫敗感而失去學習興趣，于是就有很多學生對化學產(chǎn)生了“理科中的文科”的誤解和評價，他們學習化學只是為了在升學考試中獲得較高分數(shù)而已。相反，如果在化學教學中注重利用元素觀、微粒觀、結構與性質(zhì)的關系、分類觀、化學變化觀、化學價值觀等化學學科核心概念來統(tǒng)領化學元素、化學物質(zhì)及其性質(zhì)、化學反應等具體知識，就會使學生的學習變得有系統(tǒng)、有組織、有規(guī)律，學生就可以結構化地理解、掌握和應用相關的事實性知識和核心概念。當學生在化學學習過程中逐漸明白世間萬物皆由化學元素組成；豐富多彩的物質(zhì)世界是由原子、分子、離子的排列組合和相互作用而決定的，可以利用化學實驗來探尋其中的奧秘；對化學物質(zhì)和化學反應可以分類學習，化學符號、宏觀物質(zhì)及現(xiàn)象、微觀構成（原子、分子、離子的排列及相互作用）之間有密切的關系；化學為人類生活的改善和社會的發(fā)展做出了突出貢獻，化學不僅創(chuàng)造了美麗的自然世界，而且人類利用化學義創(chuàng)造了一個人類生活的現(xiàn)實世界……學生就會從看似繁雜的化學元素、化學符號、化學物質(zhì)、化學反應等具體的知識中跳出來，找到其中的宏觀一微觀一符號之間的邏輯關系，抓住化學的核心觀念并用來統(tǒng)領具體的化學知識和事實性材料，就會覺得化學原來也有基本邏輯、基本規(guī)律和核心概念，化學并不難學，要正確地理解和看待大干世界就必須要學習化學、學好化學。同樣地，物理教學中可以利用“物質(zhì)和能量是宇宙的基本構成；宇宙的演化包含物質(zhì)的相互作用和能量的轉(zhuǎn)換，是通過力（重力、電磁力、核力等）和場（電場、磁場等）而發(fā)生的；能量和電荷在相互作用和轉(zhuǎn)換中保持守恒；波傳播能量”等物理學科的核心概念來統(tǒng)領；生物的學科核心概念包括細胞是生命活動的基本單位，細胞是由原有的細胞分裂而來；DNA是遺傳物質(zhì)的化學密碼；生態(tài)系統(tǒng)及其平衡是生命體和非生命體之間相互作用的結果；生物體具有白我調(diào)節(jié)的能力；生命的進化和白然選擇等；地理的學科核心概念包括大陸的板塊構造；地球的白轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)；天氣與氣候；自然資源與自然災害；地質(zhì)的演變；人類活動對地球的影響等。

2.2科學核心觀念教育是對科學本質(zhì)的回歸

愛因斯坦（1954）指出“科學的目的，一方面是盡可能完整地理解所有感性經(jīng)驗之間的聯(lián)系，另一方面是通過最少個數(shù)的基本概念和基本關系的使用來達到理解的目的?！睈垡蛩固惯€認為：“科學并不是一些定律的匯集，也不是許多各不相關的事實的目錄，它是人類頭腦用其自由發(fā)明出來的觀念和概念所作的創(chuàng)造?！笨茖W的目的就是要找到紛繁復雜的大干世界里的各種事物和現(xiàn)象間的聯(lián)系、規(guī)律，再建構科學理論，最終回答一些大問題，形成科學的核心觀念。例如，生物要回答的大問題是生命的起源；物理要回答的大問題是宇宙的起源；化學要回答的大問題是如何保證社會的可持續(xù)發(fā)展。事實上，回顧科學發(fā)展的歷史，它已經(jīng)改變了人類的不少觀念，宇宙學讓人類意識到生活在一顆繞太陽轉(zhuǎn)的微小行星上；進化論告訴我們地球上所有的生命都是一家人；化學告訴我們元素是萬物之源；分子生物學告訴我們生命并不抽象，生命是物質(zhì)的。endprint

可以看出，科學的發(fā)展反映了物質(zhì)世界的普遍聯(lián)系性，科學的目的不是堆砌事實材料，不是匯集事實的目錄，而是要找到物質(zhì)世界的基本聯(lián)系和核心觀念，科學知識之間是相互聯(lián)系和滲透的關系，科學知識的發(fā)展具有層次性，最終形成人類看待世界的基本價值觀念。因此，過去那種強調(diào)事實性知識的灌輸和堆積，強調(diào)將越來越多的知識添加到學生記憶中的教學，是不符合科學本質(zhì)的，是不能適應知識爆炸性增長的，無法達成提高學生科學素養(yǎng)的課程改革目標。而科學核心觀念建構的教學正是對科學本質(zhì)的回歸，它強調(diào)各類知識間的基本聯(lián)系，強調(diào)科學核心觀念對教學的引領作用，重視學生結構化地學習和理解事實性的知識和核心概念，強調(diào)學生對科學本質(zhì)的認識和理解，旨在提高學生的科學素養(yǎng)水平，使學生形成科學的自然觀、科學一技術一社會一環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的核心觀念、可持續(xù)發(fā)展的核心觀念等。

2.3科學核心觀念教育是對教育本質(zhì)的回歸

愛因斯坦在《論教育》中指出：“人們常常簡單地認為學校就是把盡可能多的知識傳授給學生的工具，這是錯誤的認識……學校的目標是培養(yǎng)能夠獨立思考、獨立行為，又視對社會的奉獻為其人生第一要義的個人……育就是忘記了在學校所學的一切之后剩下的東西?！睂W生在基礎教育中學習了化學、物理、生物、地理等學科知識，掌握了大量的事實性知識。然而，當學生高中畢業(yè)后不再繼續(xù)學習某些學科，很多在基礎教育階段學習的知識將逐漸被遺忘，最終還能剩下什么來體現(xiàn)教育的本質(zhì)和價值呢？因此，教育的本質(zhì)和根本目的不在于事實性知識的傳授，而在于播撒知識、道德和信仰的種子，在于培養(yǎng)學生的獨立思考能力、獨立判斷能力、獨立行為能力，思考、判斷和行為義是需要核心觀念作為指導的。由此可以看出，科學核心觀念建構的教學才能讓我們在忘記了化學方程式、物理定律、生物種類、地理名稱等具體知識后，剩下伴隨一生的具有持久價值和遷移作用的核心觀念，來幫助我們正確地看待世界、解決生活問題、參與社會決策等。從現(xiàn)實來看，日本福島核事故后我國許多民眾的“搶鹽”事件，“張悟本的綠豆養(yǎng)生”事件，廈門、寧波、昆明等地的PX（對二甲苯）項目引發(fā)的風波等，都與科學核心觀念（尤其是化學核心概念）、科學態(tài)度和科學素養(yǎng)的缺失有關，這樣的狀況對于落實科學發(fā)展觀、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和建設和諧社會都是不利的。因此，科學核心觀念建構的教學是對教育本質(zhì)的回歸，它能夠讓科學教育發(fā)揮持久的價值和作用，可以讓學生科學地看待人類與自然的關系、科學與自然的關系、科學與社會的關系、科學與生命的關系，可以為學生未來生活質(zhì)量的提高提供幫助，可以促進學生的未來發(fā)展，可以提高學生未來參與社會決策的能力，可以為人類的可持續(xù)發(fā)展提供根本的思想觀念基礎?？茖W核心觀念建構的教學還可以讓學生清楚科學究竟是什么，都有哪些分支學科，科學家究竟在干些什么，科學家是怎樣思考和解決問題的，哪些工作的科技含量比較高，科學與人類的生活有怎樣的聯(lián)系，科學對社會發(fā)展和人類文明有怎樣的作用和貢獻，這可以激發(fā)學生學習科學的興趣和動機。

2.4 科學核心觀念教育是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的必要途徑

我國第八次基礎教育課程改革制定了知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三位一體的三維課程目標。我國《基礎教育課程改革綱要（試行）》在“課程目標”中指出：“要使學生具有愛國主義、集體主義精神，熱愛社會主義；逐步形成正確的世界觀、人生觀、價值觀；具有社會責任感，努力為人民服務；具有初步的創(chuàng)新精神、實踐能力、科學和人文素養(yǎng)以及環(huán)境意識；使獲得基礎知識與基本技能的過程同時成為學會學習和形成正確價值觀的過程等。”目前我國正在研制的學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系是在三維目標基礎上的整合與發(fā)展，其在教育實踐層面的落實將離不開科學核心觀念教育，否則將是空中樓閣。

可見，在三維目標中，使學生形成熱愛國家、熱愛集體、熱愛人民、熱愛學習、熱愛科學等情感，形成為社會負責、為人民服務、環(huán)境意識等態(tài)度，形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，是最重要、最基礎、最普適的目標，即核心素養(yǎng)中的必備品格，因為不可能每一個學生將來都成為一名化學家、物理學家、生物學家或者地理學家，而每一個學生將來都是一名社會公民，需要有未來社會合格公民應該具有的基本素質(zhì)。然而，必備品格的形成不是空中樓閣，需要建立在各學科的基礎知識與基本技能的學習基礎上，需要在各學科的學習過程與思想方法的體驗和領悟中逐步形成，正如課程改革綱要中提出的“獲得基礎知識與基本技能的過程同時成為學會學習和形成正確價值觀的過程”，而科學核心觀念的建構也需要建立在基本知識與基本技能的學習之上，也離不開學習過程與科學方法的體驗。

因此，科學核心觀念建構的教學可以實現(xiàn)三維目標的整合落實，是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的必要途徑。例如，科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的觀念不是一朝一夕就能夠形成的，也不是聽幾個專家的報告就可以付諸行動的，它需要在科學教育階段逐漸滲透，需要在學生學習化學、物理、生物和地理等課程內(nèi)容的過程中逐步建構。當學生逐漸知道了人類面臨的能源、水資源、礦產(chǎn)資源、公共衛(wèi)生、食品安全、環(huán)境保護、材料開發(fā)、生命健康等的危機和挑戰(zhàn)，理解了自然世界的本質(zhì)以及生態(tài)環(huán)境與人類生活和社會發(fā)展的關系，理解了相關的化學、物理、生物、地理等學科的核心概念（綠色化學、能量守恒、核能及其利用、生態(tài)系統(tǒng)及其平衡、氣候變化、人類活動對地球的影響等），理解了碳足跡、水足跡、白色污染、臭氧層空洞等與生活密切相關的概念，理解了科學家探索自然世界的過程和方法，就會逐步建立起根深蒂固的可持續(xù)發(fā)展觀念，并落實在將來的個人生活和社會發(fā)展的決策和行動中。如此一來，整個社會才能形成可持續(xù)發(fā)展的文化，科學發(fā)展觀才能得到真正落實。endprint