教科書編寫的建構主義認知視角

劉忠學

認知心理學是一門研究認知及行為背后的心智處理的心理學，研究內容包括人的注意、知覺、表象、記憶、創造性、問題解決、言語和思維等。近些年來隨著計算機技術和腦科學的發展，認知心理學得到了飛速發展，很多研究成果對于人的學習具有重要的指導作用。尤其是現代認知心理學中的建構主義學習理論，對于科學學習影響巨大，已經成為科學學習的重要理論。人教鄂教版小學《科學》教科書依據《義務教育小學科學課程標準》編寫，以培養學生科學素養為宗旨，涵蓋科學知識、科學探究、科學態度以及科學、技術、社會與環境四個維度的學習目標。為了更好地實現課程標準的教育宗旨和相應的學習目標，在教科書編寫過程中，編寫人員深入研究了認知心理學的有關學習理論，并將這些理論運用于教科書的編寫中，努力讓教科書的內容適合學生學習，方便教師教學。

建構主義學習理論的基本思想及對科學學習的啟示

1.建構主義學習理論的基本思想

建構主義學習理論是認知學習理論的一個分支，來源于皮亞杰的兒童認知發展理論。皮亞杰認為兒童是在與環境相互作用的過程中，逐步建構起對外部世界的認識，從而使自身的認知結構得到發展。在皮亞杰理論的基礎上，經科爾伯格、斯騰伯格、維果斯基等人進一步研究，使得建構主義理論進一步豐富和完善。

建構主義學習理論認為，學習是在一定的社會文化背景下，借助其他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，實現的意義建構的過程。情境、協作、會話、意義建構是學習的四大要素。

好的情境有利于學生對所學內容的意義建構，情境創設可看作教學設計的重要內容之一。協作是學習過程中發生的他人的幫助、人際間的交流、討論活動。協作對學習資料的搜集與分析、假設的提出與驗證、學習成果的評價以至于意義的建構，都具有重要的作用。會話是協作過程不可缺少的環節，而且貫穿于協作的全過程，它使單個學習者的思維成果為整個群體所共享。意義建構是學習者對當前所學內容反映的事物的性質、規律以及該事物與其他事物之間內在聯系的較深刻的理解，這種理解的積累就形成認知結構。

建構主義學習理論主張學生要用探索法、發現法去建構知識的意義，在建構意義的過程中要主動搜集、分析有關資料，對所學的問題提出假設并加以驗證;要把當前學習的內容與自己已經知道的事物相聯系，并對這種聯系進行認真思考。建構主義學習理論注重激發學生的學習興趣，幫助學生形成學習動機，創設符合教學內容要求的情境，提示新舊知識之間聯系的線索，幫助學生建構所學知識的意義。

2.建構主義學習理論對科學學習的啟示

建構主義學習理論明確了學習過程的一些規律，較好地說明了學習如何發生、意義如何建構、概念如何形成，以及理想的學習環境應當包含哪些主要因素。在建構主義思想指導下，可以形成一套比較有效的科學學習方式。

（1）對于科學概念的建構，建構主義注重科學知識的情境性，關注兒童的前概念以及科學概念的結構性和有效遷移

建構主義學習理論認為，科學知識的獲得過程與個體經驗和一定的社會情境有關，科學知識和其他知識一樣具有一定的情境性。要想有效地建構科學知識，應當設置合適的情境，調動學生的已有認知，形成有意義的建構和學習。建構主義學習理論一個重要觀點是：兒童并非一無所知，有效的科學學習一定要關注兒童的前概念。兒童在很小的時候就對周圍的世界有了自己的觀察和認識，在學習科學知識之前，兒童的頭腦中并非一片空白，對科學知識的掌握需要他們與原有經驗即“前概念”發生作用，尋找兒童的前概念，才能找到建構科學概念的基礎?？茖W概念和人的認知都有一定的結構性，在建構科學概念的時候，學生的認知結構特點與科學知識的結構發展具有一致性，這樣才能更好地促成建構。通俗地說，科學知識有抽象程度和難易程度的不同，要把這些科學知識進行分級，按照概念進階的形式，安排在不同年級段的學習中，讓學生的認知結構和科學知識的結構相適應，這樣才能更好地建構科學概念。科學概念被“同化”或建構后，學生要能夠對新的知識進行有效遷移，能夠對科學知識舉一反三、靈活運用，能夠在新的情境下應用科學知識解決問題。

（2）建構主義認為兒童在科學探究中通過與同伴合作、研討和交流，能夠促進他們科學能力和科學知識的增長

建構主義學習理論非常注重學生的學習體驗。學生通過科學探究，可以發現和理解科學知識的本質，在提出問題、解決問題的過程中，發現并運用科學知識，從而加深對科學知識的理解。在科學探究的過程中，學習者與同伴的互動是一種很好的學習方式。在科學學習中，學生要積極開展與同伴的合作學習，通過調查、訪談等多種社交途徑，提升自己的科學探究能力，更快地掌握科學知識。建構主義學習理論認為，對于科學知識的建構不能只停留在一種“默會”，還應該上升到語言的表述和交流上。因為科學知識雖然具有一定的緘默性，但是對科學知識的理解不能停留在只能意會不能言傳的層次上，要能夠用科學術語來表述概念，這樣才能有效地傳遞對科學概念的理解。

（3）要培養學生的學習興趣和好奇心，發揮他們的學習能動性，調動他們的學習動機

動機和興趣是學習強有力的動力。在科學學習的起始環節，要激發學生的學習興趣，在學習的過程中也要注意保持和激發學生的學習動機和興趣?？茖W學習不是對一個科學知識點的學習，不是停留在一節課的學習?？茖W學習具有一定的邏輯性和層次性，學習過程要環環相扣，要能夠“一石激起千層浪”。在科學學習中，興趣和動機要貫穿始終，直到課堂教學結束。要讓這種興趣和好奇一直深藏在學生的內心，就好比將科學的種子深植在學生的心中，將來會有發芽和生長的一天。

基于建構主義學習理論的教科書設計

科學教科書是學生科學學習的載體，是教師教學的主要工具。建構主義學習理論對科學學習具有重要的指導意義，同樣適用于指導小學科學教科書的編寫和設計。人教鄂教版《科學》教科書在編寫過程中，基于建構主義學習理論，在整體結構、情境創設、概念學習、活動設計、課文表述等方面都盡可能體現學生科學學習的認知特點，便于學生學習，并充分考慮教師教學的需要。

1.教科書體現科學知識結構和兒童認知結構一致

科學知識具有一定的系統性和結構性，內在的邏輯關系也具有一定的進階性。根據課程標準設計的學習進階，人教鄂教版小學《科學》教科書按照學生的生活經驗圈不斷發展的線索，編排為三個循環，幫助學生建構課程標準中的18個主要科學概念。在低年級段，主要從一些具體科學事物入手，引導學生通過觀察、比較、概括，形成初級的科學概念。在初級概念的基礎上，中年級段通過實驗、分析和推理等思維過程，形成比較抽象的科學概念和規律。在高年級段，注重概念之間的聯系和結構，進而形成具有一定結構體系的科學框架。

為了實現學習進階，人教鄂教版小學《科學》教科書將科學概念進行分級處理，通過各個單元模塊，將這些分級概念組織起來，引導學生學習。按照物質科學、生命科學、地球與宇宙、技術與工程四大學習領域，每冊都安排一定的單元開展學習。單元內各課所涉及的概念，根據它們的相互關系，采取不同的組合模式，以體現科學知識的內在結構，如遞進式、分總式、總分式等。對于分級概念之間邏輯性強的概念體系采取遞進式編排，如《種鳳仙花》單元，有5課內容：《播種發芽》《養護鳳仙花》《根、莖、葉》《花、果實、種子》《鳳仙花的生命周期》，這些課所涉及的內容具有一定的先后邏輯關系，采取遞進式編排。對于通過歸納分析才能形成的科學概念，多采取分總式，如《學習用品中的科學》單元，主要研究學習用品中所涉及的不同性質的力，分別進行探究，最后歸納總結力的基本性質。對于需要利用演繹思維形成的概念知識，多采用總分式。如《周圍的空氣》單元，先對空氣有一個總體認識，然后探究空氣各個方面的性質，如空氣有質量嗎、空氣占據空間嗎等。

通過學習進階和有結構的單元，將整套書形成一個具有一定科學知識結構的體系，這個科學知識的結構體系和兒童的認知結構體系相一致。教材內容按照學生的年齡發展特點，從具體到抽象，從簡單知識到相互聯系的復雜知識，按照學生生活經驗圈由近及遠的順序螺旋上升，這種編排方式非常符合不同年齡段學生的認知特點。

2.課文起始，立足學生生活“創設情境”激發學生的學習動機

學生的生活經驗是科學學習的原始土壤。從學生的生活經驗圈出發，引發探究主題是人教鄂教版《科學》教科書的一大特色。人教鄂教版《科學》教科書每一課都設計有“課頁”，課頁內容體現學生的生活，利用學生的生活經驗創設學習情境。課頁以圖文結合的方式呈現，圖片呈現學生生活中具有一定的科學趣味和科學問題的情境，通過情境內容讓科學學習和學生的生活發生聯系，激發他們的原有認知。在圖片的基礎上，通過文字引出探究的問題。這些問題源自生活，基于學生的已有認知，可以有效地暴露學生的前概念，可以幫助教師找準有效的教學起點。教學中，教師可以根據這個情境設計教學，也可以參照這個情境來設計自己的教學。

3.課文主體，通過“科學實踐”逐步建構科學概念

建構主義學習理論注重學生的體驗，倡導學生以具體的科學實踐來學習科學。科學探究是科學實踐的主要方式，也是建構科學知識的重要途徑。學生科學概念的建構不是一蹴而就的，有時需要多個科學實踐活動支撐，才能讓學生理解概念的本質。人教鄂教版小學《科學》教科書的每一課根據不同的科學概念，安排數量不同的探究活動，這些活動都指向本課的核心概念。課文的第一個探究活動一般與課頁的聚焦問題關聯，并與下面的活動有一定的承接。根據學生的認知特點，各個活動之間循序漸進、邏輯上升，既體現學生的科學思維過程，也符合學生探究的過程。

比如《空氣占據空間嗎》一課，課頁從學生對固體、液體占據空間的生活認知出發，提出問題：空氣也像固體、液體一樣占據空間嗎？然后進入第一個科學實踐活動：把紙團塞進杯底，然后豎直倒扣在水槽中，讓學生猜測并驗證紙團是否會濕。實驗過后，讓學生嘗試提出自己的解釋，把這種現象和空氣占據空間的性質建立聯系。但是，僅僅一個實驗現象并不能說明一個科學規律，接著課文又設計了兩個科學實踐活動：給氣球充氣、放氣;吹套在塑料瓶里的氣球。通過這些活動，學生對于空氣占據空間的性質有了明確的認識。但是這些活動還是不夠，課文最后讓學生尋找更多的證據，并在生活中尋找更多的空氣占據空間的現象。

科學規律的發現不是一個現象和實驗所能夠說明的，學生也不是通過一個實驗就可以達到概念理解的。通過多個活動逐級建構科學概念，既符合科學探究的本質特點，也和學生的認知發展相一致。

4.課文結尾，利用“拓展與應用”實現知識遷移

課文的結尾一般會安排一些拓展和應用內容，幫助學生運用知識解決問題和解釋生活中的現象，發展他們的科學興趣。一節課概念學習結束，還要關注學生對科學概念的掌握，促進學生遷移知識。人教鄂教版小學《科學》教科書在“拓展與應用”欄目安排了一些利用科學知識解釋一些現象的問題，或一些生活中科學知識應用的案例等，幫助學生遷移科學知識，活學活用。另外，課文的結尾與起始也有一定的呼應，起始階段的活動和問題有助于暴露和了解學生的已有經驗，而結尾段的活動有助于教師通過學生應用知識，觀察他們的科學概念形成情況。另外，“拓展與應用”中還涉及科學家的故事、趣味科學知識等，以培養學生的科學興趣，拓展他們的視野。這樣，為學生進一步學習科學打開了更廣闊的空間，讓學生在生活中也能主動地學科學、用科學。

5.單元學習結束，利用“單元回顧”將科學概念系統化、結構化

“單元回顧”主要有兩方面功能。一是通過概念圖對本單元所學的概念進行梳理，明確概念之間的關系，幫助學生形成系統的、有結構的科學知識，為進一步建構新知識打好基礎。二是對本單元所學的內容進行總結，從科學知識、科學探究、科學態度以及科學、技術、社會與環境等學習維度，對一個單元學習目標的達成情況進行總結，幫助學生進一步認識到自己的學習是否達到本單元的學習目標。

6.利用科學圖片、趣味實驗和科學故事等多種方法激發學生的學習動機

人教鄂教版小學《科學》教科書不僅在課文的情境創設上激發學生的動機，在學習的各個環節都力求保持學生的學習興趣。相比文字，小學生對于圖片更有興趣。教材以大量真實的、有沖擊力的科學圖片引發學生的興趣。有些圖片是告訴一個科學事實，有些是描述一種科學操作方法，有些是提示一種活動方式?？茖W事實的圖片力求真實有趣，科學活動和操作的圖片盡可能引導學生親歷科學實踐過程，體現學生學習的主體性。通過這些圖片，讓學生對于科學感到親切而有趣。在具體科學活動設計中，低年級段主要采取他們喜歡的游戲、猜謎語、手工以及繪畫的方式學習和記錄科學;中高年級段，在確保科學嚴謹性的前提下，盡量讓科學活動和實驗趣味化，將一些科學魔術、生活經驗、趣味實驗和制作融入科學探究，以激發和保持學生的學習動機。

7.注重科學詞匯的學習和表述

人教鄂教版小學《科學》教科書對于學生學習的核心概念和科學詞匯都有一定的界定和解釋，要求學生用科學詞匯進行表述和交流。課文設計有專門的“科學概念”欄目，并用符合不同年齡段學生的語言對概念進行解釋和說明?？茖W知識的學習不能只停留在默會層面，需要用科學的術語進行表述，才能體現科學的嚴謹性，才能有利于科學活動的交流。在科學詞匯的表述上，小學低年級段的課文語句盡量簡短，感覺像是兒童自己說的語言，體現兒童性，避免使用一些生澀的詞匯。在中、高年級段，課文語句要簡潔、準確。另外，課文中還有一些學生的對話和提示語，通過這些語言體現學生之間的交流，體現師生之間的互動。同時，這些對話和提示語也可以激發學生的思維，調整他們的認知策略，幫助他們更好地探究科學。

人教鄂教版小學《科學》教科書非常關注兒童的科學學習過程，在學習和借鑒了建構主義等學習理論的基礎上，將其中具有普適性的學習理論用以指導教科書的編寫。從整體結構到具體的課文體例的編寫，都有一定的認知心理學的依據，無論情境創設、科學實踐活動、拓展與應用，還是單元回顧等欄目，圖文表達都體現認知心理學的一些規律。

理論來自實踐，實踐也是檢驗理論的唯一標準。一套好的教科書不僅需要認知心理、教育理論等多方面理論的支撐，更需要教學實踐的檢驗。人教鄂教版小學《科學》教科書以認知心理學等理論為指導，繼承了多年來我國自然教學的優良傳統和一些好的經驗，基于我國的國情，努力讓教科書更加適合學生學習，適合廣大科學教師的教學。