看点 在科学教育备受重视的当下,仅仅记住知识点早已脱离了学习科学的初衷与目标。但是,刻板的教学方法不断让学生出现“脆弱知识综合征”的情况,即没有真正理解知识,不能学以致用。让学生动手探究无疑是一道良方,但如何设计让学生能够真正受益的动手项目?家庭教育又如何能和学校教育相辅相成,将科学教育的精神渗透到生活中?对此,国家小学科学课程标准研制组组长郝京华教授和外滩君分享了她在教育前线阵地上多年的研究成果,为对此感到迷茫的家长和老师指明了方向。

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文丨竹山 编丨Luna

南京师范大学教科院的郝京华教授 在小学调研时,常拿这样一道数学题问小学生:“每辆公共汽车能装载36名学生,运送1128名学生需要多少辆公共汽车?”

结果有近五分之一的学生回答:“31辆余12人。”

呆板的回答显示出孩子们的思维还困于书本上的运算。许多刚学完新课的孩子们,对知识点能够背诵如流,可是等待考试结束,不久就会遗忘,更不用提“理解知识”,明白学到的东西和日常生活之间的联系。

南京师范大学教授郝京华:孩子学不会真正知识背后,是“脆弱知识综合征”作祟

“学不能致用”这个现象,并不新鲜。除了数学,物理、生物、化学……这类科学教育中涉及的科目也都是如此。甚至两千多年前的荀子就探讨过,学习不应该只是听闻,最重要的是要有实践——

“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之。”

近期,北京就在中考的改革政策中明确:“2023年前,将实验操作纳入初中学业水平考试,考试成绩纳入高中阶段学校招生录取依据。”这也显示出,动手实践的确是科学教育学习中重要的一环。

那么,孩子无法真正理解知识的原因究竟什么?让孩子动手的探究、实验又为什么会成为一剂良药?

外滩君和郝京华教授探讨了这些问题。作为 国家小学科学课程标准研制组组长和修订组副组长,苏教版科学教材主编,以及教育部基础教育课程改革南京师大研究中心副主任 ,郝教授对这些显然有着足够深入的认识。

她从自己多年在科学教育领域的实践与考察出发,以专业的眼光,剖析了当下科学教育中存在的问题,分享了设计动手实践、探究项目的心得。

南京师范大学教授郝京华:孩子学不会真正知识背后,是“脆弱知识综合征”作祟

郝京华教授

南京师范大学教授郝京华:孩子学不会真正知识背后,是“脆弱知识综合征”作祟

没有真正学会知识背后,

“脆弱知识综合征”在作祟

著名物理学家费曼在教授大学新生物理课程时,曾在第一节复习课上对新生们这样建议:

南京师范大学教授郝京华:孩子学不会真正知识背后,是“脆弱知识综合征”作祟 不要试图背诵公式。 你也许会因此成功一小会儿。但你背得越多,在这条邪路上就走得越远。
物理是一个极为庞大的体系:它包含了数以百万的公式!你绝不可能记住所有公式!如果你靠背公式来学习,等你开始工作或其他什么时候,总有一天会完蛋的。南京师范大学教授郝京华:孩子学不会真正知识背后,是“脆弱知识综合征”作祟

费曼的忠告虽然已经过去多年,但他谈及的问题仍然在现在孩子的问题中存在着。

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郝京华教授举了个中学生的例子。“从苹果上切下一块丢进水里,这块苹果会浮起来,还是沉下去呢?”结果,很多孩子回答“要视切下的苹果的大小而定。”言下之意就是大块会沉,小块会浮。

这其实是一道关于密度的问题,孩子们或许对密度的定义了如指掌,可是一道看似突破出题套路的问题,就让他们变得茫然。即使学过知识,也不知道如何使用。切下的苹果和整个苹果密度一样,整个苹果会沉,切下的苹果也会沉。

知识,在孩子们头脑中只是书本上硬背下来的几行字句。 这样的结果不能怪孩子们学不懂,因为从教学的方法上,知识就鲜少和实际生活联系在一起。

譬如一年级的数学课,孩子们一到学校,就开始学习10以内的加减法。可是什么是数字?这个本质的问题老师却没有解释。

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但俄罗斯的一堂数学课却让郝京华教授至今印象深刻。

老师让孩子们比较两把尺子的长短,孩子们用重合的方式,摸到长的那把尺子多出来一部分。接着,老师问了一个问题:“有两间教室,我们不能一眼看出它们的大小来,不能再用这种重合的方式,该怎么办?”

15分钟过去了,有孩子说,可以用板子来量。然后,孩子用画斜线的方式来表示板子的数量,一间教室能放20块板子,另一间能放21块,一下子就比较出了大小。

到这时,老师才会告诉孩子这些斜线怎么用数字表示。也正是在这个过程中,孩子们对于数的本质有了深刻的认识。

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如果不能把学到的知识运用在实际生活里,这样的知识是很脆弱的。 哈佛大学知名教授、“零点项目”创始人大卫·珀金斯针对这种情况,提出了“脆弱知识综合征”的说法。

孩子对所学的知识只有浅表的了解,比如,知道定义,但是却没有真正理解,遇到真实生活中的情景,就回答不上来了。

而这种现象,缺乏引导、缺少与现实联系的教学难辞其咎。学习就好像登山,孩子们背下来书上的知识,只是知道了山峰在哪里,却不知道具体要走哪条路,要怎么走上这些山峰。

缺少构建知识的过程,正是脆弱知识综合征的病因。


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让孩子亲自动手,

增加解决真实问题的机会

要改善脆弱知识综合征的情况,必然要对症下药。既然孩子现在是缺少了构建知识的过程,那就要在教学中把这个过程补回来。 一要让孩子具有网状的知识结构,二要多动手,增加孩子解决真实情境中复杂问题的机会。

1. 大概念引领知识框架

在构建知识结构的方法中, 郝京华教授提到了“大概念”这一理念—— 大概念是指可以适用于一定范围内物体和现象的概念与此相对应。 与之相对的,用于特定观察和实验的称为小概念。而且,大概念可以以各种形式体现:一个词,一个短语,一个句子或者一个理论。

大概念之于具体的知识点,就好比楼房之于砖块。孩子们面对知识,就好似面对一座楼房,眼中应该看到楼房的全貌,而不是迷失在垒成楼房的砖块里。

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因此,大概念需要具备四个特点:

第一,它是这门学科中最重要的。 比如,遗传变异之于生物学,没有这个概念,这个学科也不成立了。

第二,可以解释很多现象。 比如,原子论和分子论,不仅可以解释非生命现象,也可以解释生命现象。

第三,可以迁移到其他领域。 比如,生态这个概念,在“教师生态”、“校园生态”、“家庭生态”中,已经带有方法论的意义。

第四,可以螺旋上升。 比如,能量这个概念,在幼儿园、小学、大学,涵盖的内容是不断深化的。

在大概念的框架之下,具体的知识点才更容易结成网络,也便于孩子在学习之后融会贯通,解决真实问题。

而要在课堂中联系实际,其中一个办法就是带着孩子动手体验。给孩子们设计可以动手参与的实践项目, 虽然与真正生活中的问题仍有差距,但不失为一种增加他们解决真实情景中复杂问题的机会

2. 设计答案未知的真探究项目

在设计探究内容的时候,郝京华教授说道, 探究可以分为良构探究与非良构探究两种

所谓良构探究,就好比拿着步骤说明书,把乐高积木组装成包装盒上那些设计好的建筑、车辆等成品。

比如“探究种子萌发需要什么样的条件”,其实前人们已经找到了问题的答案。但这种“重演-再现”式的“探究”并不利于孩子进行真正的探究。

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真正的探究,是孩子和老师手中都没有说明书,面对一堆积木,需要自己尝试,看每一块积木能有什么用,最后能不能拼出什么来。 这也就是非良构探究——探究结果不可预期,探究路径也不清晰,甚至老师也不知道答案。

郝京华教授还举了个非良构探究的例子: 探究常青植物落不落叶,以及落叶的规律是什么?

在这个探究项目中,不同常青植物之间的习性可能就有很大的差别,比如桂树和冬青;南方和北方的常青植物的落叶情况也可能不尽相同。甚至老师也不知道这个这些问题的具体答案,因此,孩子可以自己设计探究的方案和方法,而不是按照老师设计好的既定路线,完成“探究”。

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郝京华教授又介绍了近期设计的“雨水收集”探究项目,不仅涉及到孩子们在学校的真实生活,也涉及到多个学科的知识:

现在倡导雨污分流,因为雨水的污染程度较小。既然如此,学校厕所冲水、浇灌花草的水是不是都可以用雨水代替自来水呢?

在学校里可以如何收集雨水呢?雨水里又有些什么微生物和物质,用作厕所用水和浇灌用水,有哪些影响呢?

……

整个“雨水收集”项目涉及的内容非常多,因为真实情境中涉及的问题往往也都是复杂的。这样的项目,正适合帮助孩子运用自己所学的各种知识来解决问题。

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3. 不要轻易告诉孩子答案

在没有进行探究项目的时候,科学教育的常见问题之一就是灌输式教学。而在探究项目之中,这仍然是一个需要注意的点—— 老师不应急于告诉孩子答案

南京师范大学教授郝京华:孩子学不会真正知识背后,是“脆弱知识综合征”作祟但什么时候该放,什么时候该扶,这是很有讲究的。跟老师的教学技巧很有关系,也就是老师应该搭什么样的脚手架,这是教学艺术的问题。南京师范大学教授郝京华:孩子学不会真正知识背后,是“脆弱知识综合征”作祟

郝京华教授说起曾在广州看的一堂课:

老师让孩子拿一个烧瓶,烧瓶口上抹了一点肥皂泡,孩子把手捂到烧瓶下面,烧瓶口上可以看到肥皂泡泡鼓了起来。

这时,老师让孩子们解释,这个肥皂泡怎么鼓起来的。孩子们觉得,是因为热空气上升导致的。

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转折就在这里出现。

有些老师在这时,可能就会直接出孩子们的错误。但这位老师非常好,没有这样做,而是请孩子们把“热空气上升”这个解释画出来。

接着,老师又问,如果把瓶子歪过来,会不会有泡泡呢?如果把瓶子反过来,会不会还有泡泡呢?

孩子们自己尝试过后,发现把瓶子歪过来、反过来也会有泡泡,就对“热空气上升”这个解释产生了动摇。

这就是老师把‘脚手架’搭得很好的典型例子。 ”郝京华教授这样评价。

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科学素养不再是科学家的专属

除了在学校的学习,家庭教育中进行科学教育也很重要。 因为当我们在谈论科学教育的时候,更重要的目标即培养孩子们的科学素养。所谓素养,绝不是仅靠学校培养就足够的。

生活中处处都有可以学习的地方。 只不过,如何引导孩子、如何对孩子提问是一门学问。 郝京华教授用“地球引力”的知识点举了一个例子,从中我们可以感受一下“提问”对孩子的作用。

“关于地球引力,如果问‘人站在地球上为什么不会掉到宇宙空间去’,那就是傻问题。我会画个地球,问孩子,‘在南极倒一瓶水,水会往哪里流?’ 很多孩子会画水往下流,而不是往上、往地心流。这就反映出来他们还没有深刻理解地心引力。

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虽然大部分时候,家庭教育都发生在非正式教育环境中,但优势也很明显: 家庭生活就是真实的生活,家庭活动也让孩子有机会接触到真实的自然环境 ,动物园、博物馆、科技馆等地方,除了是学校学习的调剂,也为孩子提供了更为丰富的资源。

就说去动物园这件事,家长就可以和孩子一起观察动物,但不要直接告诉孩子这个是什么,那个是什么。

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可以问问孩子,看看麻雀是怎么走路的,别的鸟又是怎么走路的?它们的形态有什么不同?

初步的观察之后,家长还可以引导孩子做一些推测和思考。

这些鸟的嘴都长什么样子?长成这样它们平时会吃些什么?怎么吃?

这些问题也许大家都不知道答案,但是也正好多了一个和孩子一起寻找答案的机会。 不论是询问专业人员,还是上网搜索,或者和孩子一起阅读科普书籍,都是不错的方式。

在很多展馆, 为了满足孩子多感官的体验需要,还开放了可以自由触摸的展区 。比如大英博物馆部分文物就可以触摸,让参观者能够直观地感受到文物的质地。

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霍克森胡椒瓶(Hoxnepepper pot),49号展厅

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国家博物馆曾办“大英博物馆100件文物中的世界史”展览,中国国家博物馆社教部与忆空间合作为此次展览设计了一份学习单

但不论是提问,还是阅读,都还是停留在“闻之、见之、知之”的程度, 要实现“行之”,家长还是要和孩子一起动起手来

其实,动手实践也并不难, 除了老师要求的,也可以把教科书上的观察、操作都尝试一下

例如,郝京华教授担任主编的苏教版小学科学教材中,一年级要求孩子们观察身边的各种事物,石头、泥土、水等;二年级讲到磁铁时,介绍了自制指南针的方法;四年级涉及了养蚕宝宝、抽丝等一系列动手内容;五年级还有用瓦楞纸和塑料瓶盖做传动装置……

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苏教版小学《科学》五年级下册中的链条传动装置

各种博物馆也开设了不少 需要孩子们动手参与的教育活动,既锻炼了动手能力,也增加了孩子和其他人的交流与合作机会

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上海自然博物馆“化石挖掘”活动

俗话说一回生二回熟,不管做多做少,从小就动手的孩子,也会比较习惯这样的学习和探索方式。到了中学,面对过程更复杂,难度更高,甚至需要自己设计过程的实验,上手的难度总会小一些。

在科技发展日新月异的当下,很容易预见未来社会中科技之重要性。因此,郝京华教授还强调, 如今的科学素养,其内涵已经和60年代的精英教育截然不同

过去, 精英教育着重关注的是科学知识和培养科学家, 但现在,科学素养是每个人都应该具备的素质 。而且,它已经成为了多个概念的复合体, 包括了自然观、科学观、科学知识、科学态度、科学行为等许多内容

一方面,科学素养可以让自己保持清醒的认知。 面对层出不穷的谣言、骗局,可以有自己的判断,少交一些“智商税”。

BBC曾在2017年推出过一部纪录片,名为《清洁饮食,肮脏真相》。纪录片中,主持人新陈代谢专家Giles Yeo博士就直接与一些“清洁饮食”概念的提出者面对面对话,甚至尖锐地指出这些概念中的荒谬之处。

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另一方面是推己及人。 就比如去年开始推行的垃圾分类,学习如何给日常垃圾分类只是第一步。了解处理垃圾的方式,垃圾对于环境的影响,理解垃圾分类对于人类发展的意义则是更进一步的修养。

2020年是个特别的年份,“新冠疫情”期间出现了不愿意戴口罩、哄抢双黄连口服液等事件,但同时也有许多人,尤其是年轻人在呼吁大家做好防护工作,海外华人和留学生等群体还大量购置口罩等防护用品寄送到中国。

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这些事情都让人直观地感受到科学素养的力量和影响。 如果没有知识,没有道德,没有对生命和自然的敬畏,没有理性的思考,这一切都无法实现。 所以,这个时代的科学素养,不仅仅是具有科学知识,也意味着拥有相应的道德。

时代在变,科学教育也在变。

Tell me and I forget.

Teach me and I may remember.

Involve me and I learn.

这段流传已久的话虽然出处不明,但也成为了不少教育者的职业箴言。灌输式的教育已经越来越不能满足未来科学教育的需求,启发、引导、实践,让孩子在感受中学习科学,在体验中理解知识,这不仅是对抗“脆弱知识综合征”的良方,也是培养科学素养的法门。

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