课堂上科学知识的构建

原文作者： Rosalind Driver, John Leach

课堂上科学知识的构建

知识是不能传播的是需要通过学习者的心理活动构成，这个观点支撑着当代科学教育。本文从社会建构的科学知识观和科学知识学习的角度, 对课堂教学中的教与学进行了理论透视，同时涉及了个人和社会进程的知识建构。首先，我们概述了科学知识的性质。然后我们将描述两个传统概念来解释学习科学的过程：个人建构主义和社会建构主义。最后，我们说明了个人和社会如何看待学习，如何看待学习科学知识的性质，以及如何解释在正式场合科学学习的必要性。

建构主义立场的核心观念：知识不是直接从一个知者传递到另一个人，而是通过各种各样的不同的人共同分享被学习者主动建立起来的。一种侧重于意义的个人建构和许多非正式理论是学习者对自然现象的理解，是来自学习者自己在日常生活中接触的一些物理事件。从课堂教学考虑，这被认为是需要精心设计的实践活动，挑战学习者先前的概念鼓励学习者重新组织他们的个人理论。不同于传统的是把知识建构的过程和学生一起描绘出来。

还有一些人认为这涉及到科学实践中的学徒训练。我们自己的工作重点是研究如何利用学生的前概念和课堂上的科学概念发生冲突，激发学生的求知欲望从而达到更好地学习效果。显然，知识建设的过程有一系列的解释，这似乎需要我们对这些不同的观点以及它们之间的相互关系作出解释。

科学教育者另一个需要理清的问题是建构主义学习观与教育学含意之间的关系。的确，Millar认为特定的学习观点不一定涉及具体的教学实践。此外，人们曾试图用“建构主义”的方法来阐述科学教育学的方法，但遭到了批评，原因是教学实践是建立在对科学经验主义观点的基础上的，这一论点后来在文章中得到了检验。

本文将对在课堂上学习科学中所涉及的个人经验、语言、社会化等诸因素之间相互作用提出自己的看法，并对其在科学知识、科学学习和教育学之间存在着问题进行探讨。

科学知识的本质

任何关于教学和学习科学的描述都需要考虑到所教授知识的本质。近几年在科学研究领域的著作强调：科学实践不能仅仅用单一的方式去描述，也就是说不存在单一的“科学本质”(Millar，Driver，Leach，amp;Scott，1993)我们认为：在科学教育中必须认识到科学知识，既是象征性的，也需要社会的接受。科学的对象不是自然现象，而是科学界为解释自然而提出的建构。Hanson(1958)用伽利略解释自由落体运动作为一个很好的例子，对科学概念和世界现象之间的区别进行了描述。

ROSALINDD River是英国利兹大学教育学院的科学教育教授，HILARYA SOKO、JOHNL SEAL和Philips COTT是科学教育的讲师。这四个人对科学有共同的爱好，特别强调概念理解的发展，并且都是儿童科学研究小组的成员。Eduardo Mortimer是巴西米纳斯吉拉斯联邦大学教育学院的助理教授，他也对概念理解的发展特别感兴趣。

从收集的测量物体坠落的数据可以发现在给定距离内加速度依据物体速度的改变而改变，这是一种导致出现复杂和不雅关系的公式。一旦他开始考虑速度在给定时间间隔内的变化，就会发现下降物体的恒定加速度变得明显。从观察中得到，加速的概念并没有以一种不成问题的方式出现，而是被强加在物体身上。许多领域的科学知识，比如解释电路的行为；解释能量在生态系统中流动；或化学反应速率，由正式指定的实体和假定它们之间存在的关系组成。即使在相对简单的科学领域，这个领域的概念都通过描述和塑造的并不是通过阅读“自然之书”以一种明显的方式揭示出来的。然而，他们是为了尝试说明和解释某种现象而被发明或者强加出来的一种构想，这通常是相当大智力斗争的结果。

一旦这些知识在科学界被建立和认可，那么这些知识将成为“理所当然”了。因此，科学的象征世界现在充斥着原子、电子、离子、场和通量、基因和染色体等实体；它是由诸如进化论之类的思想组织起来的，也包括测量和实验的过程。这些本体论实体，组织的概念，以及相关的认识论和实践的科学是不可能被个人通过观察自然世界而发现。科学知识作为公共知识是通过科学的文化和社会机构来构建和传播的。

历史上的许多研究或是社会学，都会把科学社区内活动所产生的知识描述为相对主义或完全是社会进步的结果。此外，这种相对主义立场认为:我们普通人是不可能知道这种知识是否真实的反映了世界，也不清楚科学“进步”的概念是否存在问题。目前，这种显而易见的“非理性主义”和相关的科学相对主义在科学研究和科学教育中引起争议。但是，社会建构的科学知识观点在逻辑上并不意味着相对主义。当现实主义本体论被提出时，Harr6(1986)指出，就算科学知识是社会建构并且被验证过的，但它也是受世界状况和原本经验知识所制约。

然而，无论是否从相对主义去考虑，科学知识作为社会建构和验证的基础对科学教育有着重要的意义。这意味着学习科学涉及到科学的认识方式。由科学文化机构建立、验证和传播的科学思想，是不太可能被个人通过自己的经验发现或探究的；因此，学习科学涉及到科学界的想法和实践，并使这些想法和实践在个人层面上有意义。科学教育家的作用是帮助学习者理解科学知识，帮助他们对知识的产生过程和验证的方式有属于自己的理解，而不是组织个人对自然世界的感知。因此，这一教育学观点与经验主义观点有着根本的不同。

学习科学是一种个人活动

虽然皮亚杰直到晚年才称自己为“建构主义者”，但很早就提出知识是由认知主体建构的，这一观点对他在教育界的地位是至关重要的。正如他的“情报组织”所反映的那样，皮亚杰的主要关注点是人类建构他们对世界的认识这个过程。从广义上讲，皮亚杰假设存在一种认知方案，它是通过一个人在世界上的行为协调并内化而发展起来的，这些方案是为了适应更复杂经验过程。因此，新的方案是通过修改旧的方案而产生的。通过这种方式，智力发展被视为个人认知模式对物理环境的逐步适应。皮亚杰承认，社会互动可以在促进认知发展方面发挥作用，例如，通过讨论向儿童提供不同的观点，可能一开始儿童原本的认知和新观点会有冲突会经过对新观点的理解达到内化的效果。然而，个人层面的平衡被认为是必不可少的。

虽然皮亚杰晚年谈到了个人知识计划与科学史之间的关系，但实际上他的根本追求是认识论，他的大部分研究项目的重点是个人如何通过发展独立的逻辑结构和操作来理解物理世界。相比之下，在过去20年中出现的儿童科学推理的研究项目，则侧重于在儿童学习科学的主要知识计划，儿童对物理现象的概念已被广泛地记录在科学领域。虽然这一研究领域侧重于特定的知识，而不是一般的推理方案，但它与皮亚吉提的观点有许多共同点，而且在教育学方面有类似的观点。两者都认为意义是由个人创造的，并断言意义取决于个人目前的知识储备状况。当遇到的科学知识和自身储备的概念不一致或者自身从此接触此概念的时候，学习的过程就开始产生了。因此，学习被认为是一种概念转变或新概念产生的过程。从这个观点出发，科学的教授应该向学生提供感受物理知识的经历，在亲身感受的过程中可能会出现新旧概念的冲突，这将会鼓励学习者学习科学知识来更好地适应自身经历。这种教学实践的核心是在小组讨论并支持下开展的实践活动。从个人的角度来看，课堂是个人积极参与他人解释现象的场所，社会互动为个体对自身的反思提供了不同的视角。教师的角色是向学生提供物理体验和鼓励他们开展这种反思，孩子们的角色是被教授知识和被尊重的提问。在下面的文章中，Duckworth清楚地描述了哪些干预措施是有帮助的：

你能解释一下你所说的意思吗？你是怎么做到的？你为什么这么说？这和她刚才说的话有什么关系？你能给我举个例子吗？你是怎么想到的呢？在很多情况下，这些问题是尝试了解对方的思考过程和对问题的理解程度。然而，这样可以让他们也参与到其他人的思考过程中并且可以帮助他们进步。

教师的行为和干预要求学生提出论据和证据来支持自己的话语，因此，教师被认为是促进学生思考和学习的。我们认为，从这个角度看，在知识建设方面有一个重大遗漏。学习者认知结构的发展被认为是通过这些结构与外部物质现实特征的相互作用来实现的，并通过同伴互动，激发了学习和创造的意义。然而在一种实质性的方法中，学习者和现实世界、科学工具之间的互动是不被考虑的。

此外，在把学习看作是用新知识重新安置旧知识方案的时候，这种观点忽略了个体拥有多个概念方案的可能性，每一种方案都有适合的特定环境。与其说连续平衡，倒不如说学习的特点可能更好地体现在与特定环境相关的平行结构上。在此我们可以借鉴巴舍尔(1940/1968)的“概念轮廓”的概念：个人被描绘成在特定领域内有不同的思维方式，即概念轮廓，而不是构建一个独特而有力的想法。例如，在日常生活中，对物质的持续观察通常足以处理事物会发生的常见问题。然而，应当理解的是，物质的量子观点在逻辑上和本体论上不同于原子论的观点，并且这两者都不同于连续的模型。这三种观点可能构成一个人对固体的概念轮廓，每一种观点在不同的背景下都是合适的。因此，就像处理合成反应的化学家可能会发现，将原子视为物质粒子而不是力场中的一组数学奇点更为有用。

学习科学是知识的社会建构

知识视角的个体建构将物理经验及其在学习科学中的作用放在首位，而社会建构主义者则认为学习应该引入一个象征性的世界。布鲁纳对维果茨基作品的介绍很好地表达了这一点：这个项目是为了寻找出，在一种文明中，有野心的人是如何从他们的教师和他们的教区牧师那里学习认识世界的方法。这个世界是一个象征性的世界，从概念上讲，它由有组织的、有规则约束的信念系统组成，关于存在的东西，如何达到目标，以及什么是要被重视的。没有人可以在没有别人的帮助下掌握这个世界，事实上可以说这个世界是别人的。

从这个角度来看，知识和科学的理解，是建立在个人参与社会的谈话和共同任务或共同问题。因此，创造意义是一个对话过程，涉及到对话中的人，而学习被看作是个人被更熟练的成员介绍到一种文化的过程。一种文化中比较有经验的成员可以通过构造任务来支持一个经验较少的成员，使经验较少的人能够执行这些任务并将过程内化。也就是说，通过学习经验较少的成员可以把新的知识转换成有自己意识控制的工具。

这里有一个关于科学教育的重要观点。如果知识构建仅仅被看作是一个单独的过程，那么这与传统上被认为是发现学习的过程是相似的。然而，如果要让学习者获得科学知识体系，知识建设的过程必须超越个人经验的。因为学习者不仅需要获得物理经验，还需要了解传统科学的概念和模型。挑战在于帮助学习者自己适应这些模型，了解它们的适用性领域，并在这些领域内能够使用它们。

如果教学要引导学生走向传统的科学观念，那么教师的干预是必不可少的，既可以提供适当的经验证据，也可以提供文化工具和把科学界的公约提供给学生。如何在正常的课堂生活中成功地实现这样一个对某种知识适应的过程，是我们面临的挑战之一。此外，当教师提出的科学观点与学习者先前的知识方案发生冲突时，也会面临特殊的挑战。

非正式科学思想与常识知识

年轻人有一系列的知识计划，用来解释他们在日常生活中遇到的现象。通过个人经验和社会化去解释日常生活中遇到的现象，并把这些解释当成是“常识”。在世界范围内进行的研究表明，儿童的非正式科学思想并不完全是独特的；在特定的科学领域内，经常会出现非正式的建模方法和对日常现象的解释，这种非正式科学思想在来自不同国家、语言和教育系统的儿童中均有发现。研究者对儿童的非正式科学思想最深入研究的领域之一是关于力学的非正式推理。这里有一个普遍的概念，即恒定力是保持物体恒定运动所必需的。这个概念不同于牛顿物理学，牛顿物理学把力和运动中的变化联系在一起，即加速度。然而，困难的是，如何才能看到像推重物或骑自行车这样的经历与“恒定的运动意味着恒定的力量”相适应？在关于物质实体的推理上，儿童认为物质的出现和消失没有问题。当一堆木柴燃烧成一堆灰烬时，孩子们就会说已经被“烧掉”了，再大一些的孩子可能会承认火灾中有气体产物。然而，这些并不是实质性的，而是具有不同的以太性质(Meheut，Saltiel，amp;Tiberghien，1985)。“气体，毕竟不能有质量或重量，否则，它们为什么不直接掉下来呢？”事实上，对于许多年轻人来说，空气或气体可以有重量的想法是最不可信的。许多人甚至假设他们有负重，因为他们倾向于使事情向上发展。对于气体在光合作用、呼吸和衰变等生物过程中的作用，我们也使用了类似的推理形式。

以上只是年轻人和成年人的推理中普遍存在的非正式思想类型的一些例子。在这里提到的领域中，我们认为，在非正式的推理方式中存在一些共同点，部分原因是文化成员用共同的方式来指代和讨论关于特定的现象。此外，个人体验自然现象的方式也受到共同方式的制约。

就人们的日常经验而言，非正式的意见往往是具有完全充分的解释和指导作用。就比如火灾确实会燃烧，剩下一小堆灰烬--这是一种广泛使用的处理无用垃圾的方法；如果你想让一架钢琴在地板上移动，你确实需要保持一个持续的推动。因此，人们使用并发现有用的思想在日常语言中被表达出来，这一点也就不足为奇了。诸如“像空气一样轻”或“完全烧毁”之类的短语既反映并进一步支持了非正式的基本想法。因此，我们认为，非正式的想法不仅仅是个人对世界的看法，而是以共同的语言所代表的共同观点。这一共同观点构成了一个社会建构的“合作”，促使大家用他人认可的方式去描述和解释世界。

在童年的岁月里，孩子们的思想由于经验和社会化而演变成“常识”观点。对于4-6岁的儿童来说，空气只以风或气流的形式存在，孩子们不把空气看作物质。空气作为物质的概念通常在7岁或8岁时成为世界儿童模型的一部分。然后，这些东西被概念化为占据空间，但没有重量，甚

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