|
中文版序 科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而應當慎重選擇一些重要的科學觀念，用適當的、生動的教育方法，幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解，初步形成科學態度，掌握科學方法，了解科學精神，構建一個人健康協調發展的基礎。 引言 科學教育的目標不是去獲得一堆由事實和理論堆砌的知識，而應是實現一個趨向于核心概念的進展過程，這樣做有助于學生理解與他們生活相關的事件和現象。核心概念及進展過程可以幫助學生理解與他們在校以及離開學校以后的生活有關的一些事件和現象，我們把這些核心概念稱為科學上的大概念。科學活動一般是從周圍的事物和事件開始的，小學階段應注意，所教內容使學生感興趣，選擇適當的學習內容是這些內容不僅對學生在中學的學習有用，而且對他們一生都有用。
第一章 1.在義務教育的所有年級，學校都應該設置科學教育項目，以系統的發展和持續保持學習者對周圍世界的好奇心，對科學活動的熱愛以及對如何闡明自然現象的理解。
“科學”既包含了有關世界的知識，也包含了知識和理論賴以發展和改變的過程，這個過程包括觀察、提問、調研和對實證進行推理。
從事科學探究可以使學生欣賞自身并開始認識到科學的威力和局限性。
科學的理解源于在好奇心激勵下進行的對事物和現象的探究，而這種好奇心是出自于對我們周圍事物尋求理解的愿望。正如在下面原則4將要進一步指出的那樣，理解并不是簡單的有或無，而是隨著經驗的增長，不斷增加復雜性的過程。
科學應該成為小學教育的一部分，這個原則的提出，基于它來自正面的有力證據。小學科學教育會使兒童的一些由直覺形成的非科學的想法受到挑戰，如果這些想法不被遏制，會干擾他們以后對世界的理解。
從事科學探究可以使學生體驗親歷發現的快樂，并開始了解科學活動的本質、科學的權威和局限性。學習科學人物和科學史有助于了解科學是一項人類的重要事業，在其中人們通過系統的收集數據和運用實際的證據來發現可信的知識。 2.科學教育的主要目的應該是為了使每個人都能夠參與有依據的決策和采取適當的行動，這對保證他們個人、社會以及環境的健康和協調發展是重要的。 科學教育幫助他們發展理解能力，推理能力和科學態度，以及引導學生擁有一個身心健康和有價值的人生。
學習科學的方法有利于理解力的提高，能幫助學生發展學習的能力。在一個變化迅速的世界，為了能有效地工作，這些能力是一生都需要的。 3.科學教育具有多方面的目標，科學教育應該致力于: · 理解一些科學上有關的大概念，包括科學概念以及關于科學本身和科學在社會中所起作用的概念 · 收集和運用實證的科學能力 · 科學態度。
大概念是指可以適用于一定范圍內物體和現象的概念，能夠用于解釋和預測較大范圍自然界現象的概念。
科學教育的目標也包括科學能力的發展和科學態度的培養……學生也會在書寫和口頭語言，以及數學方面獲得進步。 4.基于對概念的審慎分析以及基于當前對學習是如何發生的有關研究和理解，應該給出為了達到科學教育各個方面目標的清晰過程，指出在不同階段需要掌握的概念。
從發現學生是如何使經驗獲得意義的，我們可以提供在表征趨向目標進展中思維變化的豐富描述。
學生從學前教育，經過小學到中學，我們對他們在不同教育階段中進展的預期: · 逐步提高闡明物體特性的能力，能考慮到用不直接觀察到的特征來闡明物體的特性； · 較高的認知能力，能認識到闡明某些現象時需要考慮多個因素； · 較好的定量觀察能力，能用數學來完善和加深理解； · 能更有效的運用物理、心理和數學模型。 5.應該從學生感興趣并與它們生活相關的課題開始，逐步進展到掌握大概念。
教和學的項目應該具有足夠的靈活性，考慮到學生經驗和特定學習背景的不同，活動應該能使學習者有機會接觸到真實的物體和真實的問題，這樣做可以使學生產生興趣并提出問題，這些問題可以做為達到目標的學習起點。這樣的活動通常不像結構化的項目那樣，一次只面對一個概念，學生感興趣的有意義的活動往往會包含數個有關概念的發展。 6.學習的經驗應該明晰的反應出既包含科學知識，也包含科學探究的理念，并且符合當前科學和教育方面的見解。 科學活動和科學思維的目的都是為了理解世界。把科學看做是對世界的理解和創新，更能吸引和激勵學習者。 7.所有科學課程的活動都應該致力于深化學生對科學概念的理解，同時應該考慮其他可能的目標。例如，科學態度和能力的培養。 對小學教師來說，特別要注意確保兒童的活動不僅僅是停留在興趣的狀態，而是要引導他們加深對他們周圍事件的理解。 8.為學生設置的學習項目以及教師的職前教育和專業發展，都應該與為達到原則3中所設置的目標需要的教與學的方法保持一致。 我們需要的教學方法應該是能夠讓學生自己構建他們對概念的理解，包括基于可能的想法提出預設，用不同的方法收集數據、解釋數據，對比他們的預測來評價得到的結果以及討論這些概念如何運用。 關鍵之處不在于有多少實際的操作，而在于動腦，并讓學生需要帶著思考獲取和使用實證，以及相互之間對證據進行討論。 9.評測在科學教育中具有關鍵的作用，無論是對學生學習過程的形成性評測，還是對學生學習進展的總結性評測，都必須考慮所有的學習目標。
形成性評測是指用于幫助學生學習而整合與教學活動中的評測。
總結性評測用來在特定的時間點對學習者達到的水平做一個總結，以便向父母和監護人、新教師或新接手的教師，以及學生本人報告。
有助于學習的評測應該是在學習過程中進行的，而不是在學習之后發生的某種事情，所以應該嵌入到教學項目和教學指導中。 10.為了達到科學教育的目標，學校的科學項目應該促進教師之間的合作，并需要社會其他力量包括科學家的參與。
第二章 科學概念 1 宇宙中所有的物質都是由很小的微粒構成的。
原子是構成所有物質(有生命和無生命)的基本單元。可以用原子的行為來解釋不同的物質的特性。化學反應使材料中的原子重新排列，以生成新的物質，每個原子都有一個原子核，原子核中包含了中子和質子，并由電子圍繞。質子和電子攜帶著相反的電荷，相互吸引，以使原子維系在一起和形成一些化合物。 2 物體可以對一定距離以外的其他物體產生作用。 某些物體能夠對一定距離以外的其他物體產生影響。在有些情況下，例如聲和光，通過由產生源到接收物的輻射起作用；在另外一些情況下，一定距離間產生的作用是用物體之間存在的場來解釋的，例如磁場或萬有引力場。 3 改變一個物體的運動狀態需要有凈力作用于其上。 只有在力的綜合作用以后所剩凈力的作用下，物體的運動速度才會改變。所有的物體，不論大小，它們之間都存在萬有引力。依靠萬有引力，行星維持在圍繞太陽的軌道上運行，并使地球上的物體向地球中心下落。 4 當事物發生變化或被改變時，會發生能量的轉化，但是在宇宙中能量的總量總是不變的。 許多過程和事件總在變化，產生變化需要能量。能量可以通過多種方式從一個主體向另一個主體轉移。在這個過程中，部分能量會轉變為不易利用的形態。能量既不能產生，也不會消失。從化石燃料獲取的能量不再容易獲得了。 5 地球的構造和它的大氣圈以及在其中發生的過程，影響著地球表面的狀況和氣候。 來自太陽的輻射加熱地球的表面，并使空氣和海洋中產生對流，因之形成不同的氣候。在地表之下，來自地球內部的熱量導致了巖漿的運動。地球的固體表面由于巖石的形成和風化而不斷風在變化。 6 宇宙中存在著數量極大的星系，太陽系只是其中一個星系---銀河系中很小的一部分。 太陽、八大行星以及其它一些按一定軌道運轉的較小的星體共同組成了我們的太陽系。根據地球圍繞太陽的旋轉運動和取向，可以解釋白晝和黑夜的更替，以及四季的形成。太陽系是銀河系的一部分，銀河系又是宇宙中數以百計的類似星系中的一個。那些星系離我們非常遙遠，許多星系中也包含行星。 7 生物體是由細胞組成的。 所有的生物體都是由一個或多個細胞構成的。多細胞生物包含功能不同的多個細胞。所有生命的基本功能都取決于構成生物體的各個細胞內發生的過程，生長是細胞分裂倍增的結果。 8 生物需要能量和營養物質，為此它們經常需要依賴其他生物或與其他生物競爭。 食物為生物體提供物質和能量，使其能實現生命的基本功能和生長。某些植物和細菌能夠利用太陽能生成復雜的食物分子。動物依靠消化這些復雜的食物分子來獲取能量，它們歸根結底都是依靠綠色植物來獲取能量。在任何生態系統中，都會存在物種之間為獲取能量和物質而產生的競爭，因為能量和物質是生存和繁衍后代所必需的。 9 生物體的遺傳信息會一代代地傳遞下去。 細胞中的遺傳物質儲存在化學分子DNA中,DNA序列可以用四個字母的編碼來表示。基因決定了生物體的發育和結構。在無性繁殖中，后代具有的全部基因都來自于一個母體。在有性繁殖中，基因中的各一半分別來自父方和母方。 10 生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結果。
今日存在的所有的生命都可以溯源于一個全體共同的祖先，它是一個簡單的單細胞有機體。源于物種內天然的差異，經過無數代的演變，能最好的適應一定條件的個體將有可能被選擇而存活，不能有效適應生存環境改變的生物將會滅絕。 關于科學的概念 11 科學認為每一種現象都具有一個或多個原因。 科學致力于尋求對自然界現象產生原因的解釋和理解。所提出的解釋應該基于來自觀察和實驗的證劇。產生和檢驗科學上的解釋不存在單一的科學方法。 12 科學上給出的解釋、理論和模型都是在特定的時期內與事實最為吻合的。 科學理論和模型代表了變量之間或某個系統中分量之間的關系。這些理論和模型必須與當時能獲得的觀察結果相吻合，并能提說可以被檢測的預期。任何理論和模型都只在一定范圍內有效，隨著新的數據的獲得，將會被修正，即使根據新的數據所得到的預期與根據過去獲得的數據得出的預期一致。對觀察到的現象的解釋會各有所好，因此每一種模型都有他的強處和局限性。 13 科學發現的知識可以用于開發技術和產品，為人類服務。 科學概念運用與技術可以使人類生活的各個方面產生顯著的變化。技術上的進步又能進一步促進科學活動，幫助滿足人類對自然界的好奇，增進對自然界的了解。在人類活動的某些領域里，技術會超前于科學概念的獲得；而在另一些領域里，科學概念出現在技術應用之前。 14 科學的應用經常會對倫理、社會、經濟和政治產生影響。 科學知識應用與技術會產生許多創新。科學的特定應用是否與我們的愿望相符不是科學本身獨自可以決定的，需要在倫理和道德上做出判斷，例如，基于對人類安全以及人和環境的影響作出判斷。
第三章 本節的目的是從小的起始的概念出發，接著發展到較大的，能夠包含較廣泛經驗的概念，再前進到能理解自然界物體、現象和相互聯系的，更概括的、更為抽象的概念。 1 宇宙中所有的物質都是由很小的微粒構成的 (物質、融化、蒸發、物質的量、微粒、原子、元素、化學反應、電流、磁力、放射、輻射) 微粒并不是存在于物體之中，他們就是物質。 微粒之間的吸力越強，要將微粒分開所需要的能量就越大，這就是為什么物質具有不同熔點和沸點的原因。 電子在物質中快速地移動，形成電流并產生磁力。 有些原子核不穩定，可以發射出某種粒子，這個過程稱為放射和輻射。 2 物體可以對一定距離外的另一些物體產生作用 (光、聲音、萬有引力、磁力、電荷、反射、吸收、散射、場) 可見光是一種射線，它的傳輸類似于水中波的傳輸。 無線電波、微波、紅外線、紫外線、x射線和伽馬射線。它們之間的差別在于具有不同的波長。這些射線可以通過真空傳播。 聲音的傳播類似于波，但是聲音不能在真空中傳播。 當射線被一個鏡面反射或通過一個透明的物體傳輸時，射線保持不變；而當射線被物體吸收時，它會發生變化，并且通常會導致該物體溫度上升。 在所有物體之間都存在萬有引力，它的大小和兩個物體所具有的質量以及相距的距離有關。
場是一個物體在它的周圍產生影響的區域。 3 改變一個物體的運動狀態需要有凈力作用于其上 物體拉地球的力和地球拉物體的力是相等的，但是地球的質量遠比物體的大，所以我們觀察到發生運動的是物體，而不是地球。在月球上，物體所受到的往下拉的萬有引力要比地球上所受到的小，因為月球的質量比地球小。地球對月球的拉力使月球能維持在軌道上運行，而由于月球對地球產生的拉力引發了潮汐。 4 當事物發生變化或被改變時，會發生能量的轉化，但是在宇宙中能量的總量總是不變的 使得物體發生改變必須要有能量。將能量轉給其他物體的稱為能源。 原子的質量是存儲能量的一種方式，被稱為核能。 5 地球的構造和它的大氣圈以及在其中發生的過程影響著地球表面的狀況和氣候 (大氣層溫度，壓力，運動的速度、水蒸氣、土壤，外部能源、地球內部能量、溫室效應) 紅外線不能通過大氣層，而是被大氣層吸收，使地球變暖，這就是溫室效應。 在大氣層的高層，紫外線和氧氣作用會產生臭氧，從而吸收有害的射線。 地幔的運動會帶動這些板塊之間產生相對移動。在板塊相互對撞時，形成了山脈和沿著板塊邊緣的一些裂紋地帶。這些地區可能會發生地震，也可能是活火山的地區。地球的表面會隨著時間而緩慢的變化，山脈會被水侵蝕；當地殼受力上升時會形成新的山脈。 6 宇宙中有數量極大的星系，太陽系只是其中一個星系，銀河系中很小的一部分
地球大約一年沿軌道繞太陽旋轉一周，月亮大約四個星期繞地球旋轉一周。 月亮反射來自太陽的光。 地球的地軸相對于它繞太陽旋轉的軌道平面是傾斜的，所以在地球的不同位置和處于一年中的不同時間，白晝的時間會變化。地球旋轉軸的傾斜導致了四季的形成。 7 生物體是由細胞組成的 (生物體繁殖、細胞分裂、呼吸系統、消化系統，排泄系統、體溫調節系統、血夜循環系統、酶、激素，電信號、酸堿度) 8 生物需要能量和營養物質，為此他們經常需要依賴其他生物或與其他生物競爭 (食物鏈，食物網，生態系統生產者，消費者，分解者，種群) 含有葉綠素的植物可以利用太陽光制造他們需要的食物。 分解者主要是細菌和真菌。 9 生物體的遺傳信息會一代代地傳遞下去 (細胞分裂、變異、性細胞、無性繁殖、克隆) 一個基因是一定長度的長長DNA。在單個染色體中包含了數百個或數千個基因。在人體中，大多數的細胞含有23對染色體。 10 生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結果 (化石，自然選擇) 11 科學認為每一種現象都具有一個或多個原因 (觀察、預期、假說、解釋、實際證據)
如果所有的假說與所有已知事實和科學原理相吻合，它就是最好的可能性解釋。 12 科學上給出的解釋、理論和模型都是在特定的時期內和事實最為吻合的 13 科學發現的知識可以用于開發技術和產品，以為人類服務
14 科學的應用經常會對倫理、社會、經濟和政治產生影響 科學研究可以幫助我們了解某些應用可能產生的影響。但是，有關他們是否應該予以實施的決策需要進行倫理和道德方面的判斷，這不是科學所能提供的。
第四章
支持發展大概念的教學法，必須也能促進探究能力的發展。 將原則應用到科學教育的學生活動中去，活動應:使學生愉快和充滿好奇的，但同時也能發展他們對概念的理解。和兒童的生活與健康有關。也有助于發展對科學本身的理解，探究性技能，以設法尋求與重視實證的意愿。建立在已有概念，技能和意愿之上，并能激勵學生的進一步發展。能使學生獲得科學活動的經驗，符合當前科學的發展。通過形成性評評測提高學生的理解能力和對自己學習的責任感。 組成教學法的原則包含了目前被廣泛認可的、能促進達到有效學習的一些主要特征:探究、個體和社會建構主義以及形成性評測的運用。
“探究”
“建構主義”
“形成性評測”
|
|
|
