关于“科学概念“若干问题的探讨

近来，在小学科学教育领域对“科学概念”日益关注，以小学科学教育的专业性刊物《科学课》为例，2008年的第1-5期都登载了与“科学概念”有关的文章，尤其是从第5期开始专门刊载《小学<科学>教材中的科学概念》，分年级分领域(或主题)列出了苏教版小学《科学》教材的各类科学概念的具体表述。但“科学概念”究竟是什么？科学概念与科学知识、科学概念与前科学概念、科学概念与科学探究之间是什么样的关系？有什么区别与联系？还不够明晰，有的甚至持相反的观点，我们有必要对这些问题进行探讨与研究。

一、“科学概念”是什么？

(一)目前对“科学概念”的两种观点

对“科学概念”，不同的文章有不同的表述，不同的作者有不同的理解，归纳起来主要有两种观点。

1.科学概念是组成科学知识的基本要素

持这种观点的有：苏教版教材编写组的“科学概念是组成科学知识的基本单元，是科学知识结构的基础。”（科学课5期P14），他们认为学生掌握一个科学概念，实质上就是掌握同类事物的共同特征。持同样观点的还有夏敏军的“科学概念是组成科学知识的基本要素，是科学知识结构的基础”（科学课2期P6）。杨晓雍的“科学概念既是科学理论系统的逻辑起点，又是科学研究活动的真正起点，是科学理论体系的基础”（科学课1期P8）。这里的“起点”“基础”就是“科学概念是知识的基本要素”的思想。他们在表述这些概念时，常用“知道”“认识”“理解”“了解”等词，如：知道植物由根、茎、叶、花、果实、种子组成（科学课5期P15）。我们知道，种子植物由根、茎、叶、花、果实、种子组成，这是事实，这是我们的感官所能感知到的，有时不需要专门的学习，走到植物面前就能清楚和明白的。再如：了解人体及动物的消化系统及功能（科学课5期P16）。人及动物的消化系统是怎样的，他们的功能又是什么？这也是事实性知识，通过教师的传授、讲解，通过书刊的阅读即可获得。以上两种表述均是“事实性知识目标”。持这种观点的人把“科学概念”放置于人类知识的背景之下，他们是从科学知识形成的视角来考察科学概念的。正如马建坤所说的“从科学理论体系的产生与发展来看，科学基于概念，科学概念不仅是科学理论体系的基本要素，而且在科学理论体系的形成及运用过程中起着决定性的作用。科学体系尽管内容极为庞杂，但都是用语言表达科学事实、科学概念、科学规则和科学理论。其中科学事实要用科学概念来描述，科学规则和科学理论也必须在科学概念的基础上引申发展、重新组合。”(科学课0801期P9)，从中我们可以看出，他们把科学理论体系中的“科学规则、定律、和原理”看作是知识，然后把科学概念看作是组成这些知识的元素，把科学概念看作是科学知识的下位概念。

2.科学概念是个体对科学知识的理解和看法。

持这种观点的有：郁波老师的“科学概念是用一句完整的话，表达的对事物或现象的理解和解释。反映了事物或现象间的联系，体现的是一种科学的观念”（郁波，2008）。按照《辞海》的解释，表达概念的语言形式是词或词组（辞海，1979版）。现在郁波老师把“科学概念”表达的语言形式为“一句话”，是一句“对事物或现象的理解和解释”的话。显然，这里的“理解”“解释”是针对个体而言，因为不同的人有不同的理解，不同的理解就有不同的看法。持相同观点的还有王小梅老师的“科学概念更多地体现着一种观念和思想”（科学课4期，P51），王小梅认为科学概念建构的基础是一般的事实性知识，儿童在认识世界的过程中，直接接触的是某一个（或某一种）事实的现象，认识、理解这些事实现象，形成“事实性知识”仅仅是一种初级层次的思维活动，他们是更深层次的科学概念的建构基础。她的观点同样是从儿童认识、理解的角度考察“科学概念”的。他们在表述科学概念时，是从人们对事实性知识理解的视角加以描述的。如：“植物是由不同的部分组成，这些部分在植物的生长过程中发挥不同的功能”（科学课4期P51），这不仅仅是事实性的知识，而且提高到了“结构与功能”的层面上，他们会从“事实性知识”中体会到不同的组成部分发挥着不同的功能，同时在他们的意识中也隐含着“相同的部分具有相同的功能”。这是建立在以事实性知识为基础之上的认识与理解。再如“消化系统的不同组成部分具有不同的功能，目的是使食物被人体吸收。”(郁波，关注科学概念)。这样的表述不仅仅局限于让孩子知道食物在人体内消化经过什么途径与器官的作用，更重要的是把结构与功能紧密联系在了一起，强调了它们的关系。正是因为消化系统的不同组成部分具有不同的功能，从而组成了消化系统，目的是使食物被人体消化。从这种表述方式中我们同样可以粗略地感受到它表达的是对于人体消化的一种观点，一种看法，或者是一种思想。持这种观点的人把“科学概念”放置于个体对人类知识的建构背景之下，从个体知识的形成的视角加以考察。把科学概念是建立在“事实性知识”之上，同时把科学的观念和对科学的看法也包涵在“科学概念”之中。

(二)我对“科学概念”的理解

综合上述两种观点，一种认为科学概念是知识的要素，是知识的组成部分。另一种认为科学概念是事实性知识的提升，并伴随着一个人对知识的理解与看法。在国外也有“科学概念”的说法，在美国《国家科学教育标准》中提出了“统一的科学概念和过程体系”，其中提出了“四大概念体系”即“形式与功能”“变化与守恒”“演变与平衡”“系统、结构、秩序”。它对“形式与功能”是这样解释的：形式与功能是自然界和人类社会互为补充的两个侧面，一个物体或系统其形式是与功能相一致的。它列举了“植物茎的构造具有海绵一样的吸水性，它的功能是输送根部的水分。”(《科学究竟是什么》，P:19)。我们从这里可以看出国外把“科学概念”也看作是对事实性知识为基础之上的认识与理解，并带有各自的一定的看法和想法。

当然，通过人类的不断探索所形成的人类所共享的知识，一定是客观的。例如：“热胀冷缩”这一知识，不管用什么样的语种去描述，表达的意思应是相同的。对于同一种语言的描述也是应该一致的。而对于某一个具体的人（或一个人群）而言，在认识和理解上是由差异的，其内涵和外延并不是重叠，各自带有主观的愿望和先前的经验。如：我们科学教师对“热胀冷缩”的理解，绝大多数是“世界上大多数的物质受热后分子运动加快，体积会膨胀，受冷后分子运动减缓，体积会缩小”，而对孩子而言，他们的理解大多是“世界上的物质有受热体积增大，受冷体积减小的性质。”两者有明显的差异。按照这样的理解，同一个科学概念可以有多种表述，各人的表述也许都不一样。因此，作为科学教育并不是把人类的科学知识原封不动地灌施给孩子们，也不是停留在事实性知识的层面上，而是让孩子建立起自己的对科学知识的理解和看法，形成自己的观点和思想，即“科学概念”。我们允许孩子对知识有不同的理解、有不同的表述、有不同的看法和想法，当然前提是“科学的”“正确的”“自己能接受的”。我们教材或教育者所提出的“科学概念”或者说希望为孩子形成的“科学概念”其描述、表述也可以是多样的，例如：“植物是由不同的部分组成，这些部分在植物的生长过程中发挥不同的功能”也可描述为“植物是由不同的器官组成，不同的器官发挥着不同的功能。”“植物的器官有自己特殊的结构，这种结构与它们在植物的生长发育过程中所承担的功能相适应。”但不管怎样的描述，一定是适合孩子的。千万不能用成人的眼光、成人的语言去描述。如：“开关是通过连接和断开电路来控制电路中用电器工作状态的元件。”(教科版培训资料，P40)这样的描述恐怕成人味浓了一点。

科学概念还具有一定的层次性，科学概念越具体越靠近事实性知识，越抽象越靠近科学观念、科学思想及科学世界观。现在一般把科学概念分为两个层级——具体概念和核心概念。

对科学概念的关注与研究是当代科学教育的一个特点(《关注科学概念》，2008)。正如《科学究竟是什么》一书中所说的，关于孩子们科学概念形成过程的研究成果更是具有一般意义和普遍价值。相比于后现代主义课程论、课堂教学的组织与管理等，与文化和社会发展条件关系较弱，如果说有些领域可以“跨越式发展”的话，那么这也许是最可以走捷径的领域(《科学究竟是什么》，P:205)，从关注事实性知识到关注科学概念，是中国小学科学教育必须迈出的关键性一步,这也正是我们中国小学科学教育发展的必由之路。

从孩子科学素养的形成角度看，构建“科学概念”比让他们掌握大量的事实性信息(知识)更为重要，因为，科学概念包含着一个人的观念和思想，而改变人的观念比更新人的知识困难得多。

从课堂教育的角度看，构建“科学概念”还能避免科学探究的盲目性，改变为探究而探究的课堂教学，能引导科学探究的方向，还能为教师的提问、引导指明了方向。

二、科学概念与科学知识

对这两个概念我们应放在两个不同的界面上加以剖析，否则容易混为一谈。

对于“科学知识”，它应是一个独立的界面。它既不是存在于我们某个具体的人的头脑中的知识，也不是某些科学家头脑中的知识，而是被我们人类所公认、所共有的知识,它包括事实、概念、原理、规则、定理等。有时我们把“事实、概念、原理、规则、定理”也称作为“科学事实、科学概念、科学原理、科学规则、科学定理。”而其中的“科学概念”就是指科学知识中的“概念”，而不是我所理解的“科学概念”，两者的内涵和外延并不重叠（但有交叉）。持第一种观点的人就是以这里的“科学概念”作为“科学概念”的。科学知识存在形式为文字、符号、图式等，并保存在一定的介质上，可供人们提取和习得。因此，它具有客观性、相对的稳定性。

对于“科学概念”，它又是一个独立的界面。每一个人的头脑中都有一套“概念系统”，在这套“概念系统”中包含着日常概念、社会概念、生活概念、科学概念等，因人与人之间存在着社会背景、受教育程度、生活环境等因素的不同，其“概念系统”也有很大的差异。作为某一个具体的人，他头脑中的科学知识只占人类科学知识的很小一部分，而对这一小部分知识的认识、理解、看法、想法也是因人而异的，因而形成的“科学概念”是有差异的。当然，这里的科学概念并不是脱离人类的知识而独立存在，而是借助人类的知识（包括知识中的“概念”），结合各自的主观愿望和先前的经验构建成的。因此，科学概念是建筑在客观性基础之上的主观性，具有个性化特征并伴随着一定的观念、思想，甚至是世界观。

小学科学教育就是借助和利用人类的科学知识（包括其中的“概念”），通过“科学探究”的途径，帮助孩子纠正原有的错误的概念，建立和形成科学的概念。科学知识仅是我们科学教师手中的工具（或媒介、手段），让孩子形成正确的科学概念是我们的目的。

三、科学概念与前科学概念

这两个概念只相差一个字，可本质上具有显著的区别。我们先对一个人形成概念（科学概念与前科学概念的合称）的途径进行剖析，通过剖析加以区别和识别。

一个人形成概念的渠道有两条，一条是日常生活的渠道。每个个体在各自的社会、生活、文化、环境下，通过耳闻目睹、自身实践将周围自然界的物体和事件联系起来，形成对自然现象的理解或想法。例如：冷水放在锅子内用火烧变成了热水，热水放在面盆内过一段时间变成了冷水，多次反复，他就形成了“冷水能变成热水，热水能变成冷水”的概念。再如：儿童目睹麻雀在空中奋飞；眼见鸽子在空中展翅，就形成了“鸟会飞”的概念。当然，这种概念的形成是自发的、无意识的、不自觉的，所形成的概念也是非常原始的、简单的、有限的、零碎的、低层次的，有时是错误的。其心理图式是建立在直接经验的基础之上，往往与直接经验相链接。另一条是学校教学（包括自我学习、自我实践）的渠道。通过接受正规的学校教学或有意识地自学有关书籍、自觉地进行自我实践而形成的对客观世界的理解和认识。这种概念一般来说是比较正确的、全面的、系统的，但因教学方式的不同，而在概念的层次有所差异。

我们把从第一种渠道获得的概念就叫做前科学概念，有时简称为“前概念”，通过第二种渠道所形成的概念就是“科学概念”。按这样的理解：不管是科学教师、家长，还是科学家，他们的头脑中都存在前科学概念，前科学概念不是学生所特有的（《科学课》第1期，P：8）。因为他们在不断地生活着，有生活必然与周围的事物发生联系，有联系必然产生自己的看法和想法。只是成人与孩子的不同之处，孩子完全建立在直接经验之上，而成人在直接经验之上外加理性的思考，并与已形成的科学概念作适当的对照与链接。

科学概念与前科学概念可能一致，也可能冲突。如果一致则有利于科学概念的形成，如：孩子从金属勺子、铁锅、铝锅等事实中已有“金属能传热”的意识，这对形成“金属能传递热量”的科学概念十分有利。如果发生冲突，则将严重干扰科学概念的形成，甚至造成障碍，因为前科学概念具有很强的顽固性。例如：形成了“鸟会飞”的前概念之后，对鸡、鸭归入鸟类的概念就不易建立，常把“鸡、鸭”归入家禽类。

四、科学概念与科学探究

对“科学探究”，大家可能比较熟悉，科学探究的本意是指科学家从事科学研究以寻找事物的规律和本质，是对一个未知领域的探索。现在，我们科学课中的科学探究则是指学生通过类似科学家工作的一些探究活动来了解未知领域、建构知识、增强能力、经历困惑与顿悟从而增加自信心的一个自主学习过程。在《科学(3-6年级)课程标准》中，科学探究是“内容目标”中的首要目标。按照《课程标准》的解释：科学探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。“既是目标又是方式”怎么理解？按照我们的思维习惯，不妨反过来说：“既是方式又是目标”，这样的说法也许好理解一些，即科学探究作为“学习方式”的同时又是我们学习的“目标”，也就是说，它具有双重身份，一种身份是我们学习的方式和方法，另一种身份是我们学习的对象。我们学习的对象一般是陈述性知识，而科学探究是以程序性知识（或者说策略性知识）为学习的对象。其实，科学探究有三重身份，除了“学习的方式”和“学习的对象”外，应再加一个“学习的动力”的身份，因通过科学探究还能保持儿童的好奇心，能培养正确的积极的科学态度。

那么，“科学概念”是什么样的身份呢？显然，它没有多重身份，它的身份只有一个——“学习的对象”(确切地说“建构的对象”)，它不管你采用何种学习方式(或者说“教学方式”)，它的目标一直指向帮助孩子形成科学概念。当然，在小学科学教育中，科学探究是实现这一目标的主要方式。

科学概念与科学探究两者是内容与形式的关系，孩子科学概念的形成借助科学探究的方式来实现，科学探究活动是帮助儿童构建科学概念的重要途径和方法。同时，科学探究也是以“科学概念”为媒介(注：科学探究的方式是隐性的媒介)开展探究活动，如果没有“科学概念”这一目标的指引，“科学探究”容易迷失方向。