引进“核心概念”，提升博物馆科学教育——以自然博物馆的进化论教育为例

张媛媛

一、自然博物馆面临的问题

近几十年来，博物馆的发展经历了从收藏机构的角色定位到以公众教育为核心的功能定位的重要转变。“教育”已位列博物馆三大基本职能之首，是博物馆所有相关活动所紧密围绕的永恒主题。博物馆教育因其独特的优势已经成为了除学校教育外最具价值的社会教育手段之一。

经过30余年的快速发展，我国自然博物馆建设成绩斐然，对促进我国公民科学素质提高起到了积极作用。但自然博物馆的高速建设也集中暴露了一些展览内容设计上的不足，这些不足严重影响着自然博物馆进行科学教育的效果。主要有如下问题：

第一，知识点堆砌、孤立和零散。在设计展览内容时过于关注知识点本身，忽视了知识点之间的联系和知识框架的构建。自然博物馆里通常都展出着大量的标本，每件标本都关联着许多背景知识，博物馆往往希望向观众传达的知识越多越好，但如果对这些知识不加选择和组织地一并呈现给观众，便很容易使观众失去方向，并且很难达到形成知识结构和拓展认知的目的。

第二，重结论、轻过程，展览的表达方式多为论断式的，缺少对科学发现、科学探索过程的介绍。其实在科学上并没有什么绝对真理，大部分的科学理论一直在实践过程中经历反复修正，而科学家提出假说、通过实验和实践来验证的方法和态度才是科学的精髓所在。论断式的表达方式省略了科学家的探究过程，不利于观众充分理解科学知识的来龙去脉，更不利于科学方法、科学精神、科学态度的传播。比如很多博物馆在介绍生命史上几次大的生物灭绝事件时，会选择各种假说中的一个来当作大灭绝的原因，这种结论让观众印象深刻，但这并不是最需要传达给观众的信息，还容易让观众误把假说当作定论，应当介绍几种假说并给出相应的支撑证据，明确表明大灭绝的原因并无定论，是科学家还在不断研究的一个课题。

第三，展览主题空洞，缺乏科学内涵。展览主题不仅应该是展览内容的高度总结和浓缩，还应该能够体现重要的科学知识和(或)科学精神的精髓。如某博物馆的展览主题为“走进野生动物的情感世界——世界野生动物标本展”，笔者认为这或许是一个吸引眼球的标题，也点明了展览主要内容，但并不具有科学意义，以此为主题很难通过展览体现出相应的科学知识、科学方法和科学态度。围绕缺乏科学内涵的主题也很难设计出有科学意义的展览内容。

上述问题并不是孤立存在的，而是在进行展览策划时没有明确的教育目标，没有把握住关键性的科学知识，思维局限在展品的范围内，内容局限在描述的层次上，没有深入挖掘展品背后所蕴含的科学道理，没有将展览的出发点放在科学的高度上去整体考虑所导致的；根本原因是缺乏对应该传播什么样的知识的把握。现象、事实和应用类的知识固然重要，但此类知识属于低水平认知，单纯记忆这些知识很难帮助观众发展出深层理解力，而概念性的认知需要综合性的思维，帮助观众形成在概念水平上整合知识的能力，才是科学教育应该着重传达的理念。[1]

二、核心概念的作用

不论何种教育形式，在确定教学内容前，首先应该明确其目标，科学教育也不例外。进入21世纪，我国形成了由低到高三个层次的科学教育目标：知识与技能、过程与方法、情感态度价值观。[2]2009年，由来自七个国家的十位科学家、工程师和科学教育专家撰写的《科学教育的原则与大概念》[3]中提到科学教育的目标有：“理解一些科学上有关的大概念，包括科学概念以及关于科学本身和科学在社会中所起作用的概念；收集和运用实证的科学能力；科学态度。”我国自2001年启动新一轮基础教育课程改革并陆续颁布了《科学课程标准》以来，更加强调以重点科学内容及其相互联系建立开放型的知识结构，明确了科学课程实施策略的“知识统整”“经验统整”和“社会统整”的基本属性。上述不同机构和个人提出的科学教育的目标虽然表述不同，但传达的信息是一致的，强调科学教育首先应该建立在掌握关键概念基础上，而不是任何概念，更不是分散的知识点。

上面提到的大概念或者关键概念其实就是核心概念。美国课程专家埃里克森提出将那些处于学科的核心，并能超越课堂之外，具有持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法叫作核心概念。[1]核心概念有两个特点：(1)普适性，它具有广泛的解释力，能统摄众多的学科知识；(2)迁移性，它可以应用于新的情境，解决相关领域的新问题。因此以传播核心概念为根本的教育能够为全面实现科学教育目标打下稳固的基础。

核心概念是将散乱存在的学科知识有序融合在一起的“车轮楔”；是整合与协调事例、科学内容、教育活动和主题之间的“聚合器”；核心概念是构建知识大厦的“脚手架”，能够帮助学生构建知识体系，将繁杂的知识点有序地整合进知识大厦之中；核心概念还是能够促进学生进行知识迁移的“推进器”。利用核心概念来来进行思考能促进思维整合，不仅可以起到知识点聚合的作用，而且核心概念向上能够关联起跨学科概念或科学大概念，使人获得可迁移且能广泛应用的科学概念与深刻的理解能力。[4]

我们处在一个信息爆炸的时代，随着人们研究的深入，科学技术的不断发展，每时每刻都在产生大量新的知识，单纯记忆这些知识已不可能也无必要。这个飞速发展的社会其实要求人们具有概念性的思维能力，以面对日益复杂多变的社会形势。只有抓住核心概念才能在有限的展示空间和时间内将最具价值的信息传递给观众，并帮助观众构建知识框架，促进跨学科概念的理解。只有这样，观众在以后遇到与该学科有关联的新知识才能将它们纳入这个框架体系中。这个思考过程是训练分析、综合、推理等多种科学思维方法的过程，能够提升观众运用科学知识解决问题的能力。基于核心概念设计博物馆展教活动，才能保证活动的科学性和良好的逻辑体系。[5]

三、核心概念的提出

2011年美国国家研究理事会(National Research Council)出版的《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和学科核心概念》以及以此框架为基础在2013年发布的《新一代科学教育标准》中，明确了包括“跨学科概念”和“学科核心概念”在内的“核心科学概念”(以下简称“核心概念”)应该作为科学教育的主线。核心概念对于全面达成教育目标至关重要，没有以核心概念为根本的教育，其他科学方法和科学精神的传播无从谈起。博物馆的展教活动作为科学教育的一种具体形式，和其他教育手段一样，应该由一系列的相关概念组成。[6]

《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和学科核心概念》列出了核心概念的四个标准：(1)代表了当代科学或者某一学科的主要观点；(2)具有强大的解释力，能够用于解释学生在当下或毕业以后实际生活中遇到的问题，也可用于解释和理解不断变化着的世界；(3)为理解和研究更为高级的概念和解决新情境下的新问题提供有力的工具；(4)在各个年级都可以进行不同程度的教与学，理解的深度和复杂程度随着年级的增长而逐级进阶。在展教活动的大致范围确定后，我们可以依据上述标准从该学科的各科学概念中筛选出这一领域的核心概念，这一过程需要对学科有足够深入的认识，还需要参考权威的科学课程标准。

核心概念会随着处在不同层级的科学主题或话题而发生变化。因此需要在给定的范围内找到最能够聚合起所有现象、事件和客体的组织性观念。比如在生命科学中，我们在《科学教育的原则与大概念》能够找到的核心概念有：生物体是由细胞组成的；生物需要能量和营养物质，为此它们经常需要依赖其他生物或与其他生物竞争；生物体的遗传信息会一代代地传递下去；生物的多样性、存活和灭绝都是进化的结果。而在更具体的生物进化这个主题上，我们参考我国中小学《科学课程标准》等指导文件并结合达尔文进化论的具体内容，提炼出的核心概念包括以下5点：1、生物存在可遗传的变异，可遗传的变异是自然选择的基础；2、生物普遍倾向于过度繁殖，为争夺有限资源导致生存斗争；3、生物的各种微小变异要经受自然选择作用的筛选，对生物适应有利的变异便得以保存和传代，不利的变异终将遭受淘汰；4、所有的生物都有一个共同祖先；5、生物体的遗传信息会一代代地通过核酸传递下去，可遗传变异的物质基础是核酸。

大部分的教育活动都是确定主题之后再筛选这个主题下有哪些最值得传播的核心概念，然后在这个主题下寻找合适的展品或者搜寻相关的现象或事件，再从现象或事件分析、归纳和总结出核心概念。但在自然博物馆展览工作中，经常是先有展品也就是各种各样的自然标本，后有主题。这个主题需要在综合考虑标本所关联的核心概念之后再联系标本的实际情况确定。不管哪种情况，核心概念的准确把握都是教育内容科学合理的保证。

四、基于核心概念的博物馆科学教育实践

由于概念是具体知识或经验的高度抽象，其理解过程并不容易，需要在教育者的启发和帮助下才能完成。在明确了核心概念后，教育实践活动其实就是由事实、现象推导出概念并在此过程中实现核心概念理解的过程，涉及核心概念的拆解，寻找围绕核心概念的具体事件、现象或展品，知识点、知识框架的构建和其他相关概念融入知识框架等。而以展览为主要形式的博物馆科学教育实践则需要通过合理地组织展品、现象、知识点和核心概念等来实现。

教育家夸美纽斯在《大教学论》中写道：“一切知识都是从感官开始的。”情境教学是用生动的情境引起学生的学习情绪，调动学生的学习积极性，从而更好地实现教学目的的一种教学方法。特定情境下的认知有利于知识的构建并能够促进知识、技能和经验这三者之间的连接，还能够促进知识迁移，使在一种情境中获得的技能、知识或态度对另一种情境中技能、知识的获得或态度的形成产生影响，在此过程中解决实际问题的能力得到提升[7]，这与科学教育的目标是一致的。

与学校教育、书籍、视频资源等教育手段相比，自然博物馆在以核心概念为中心的情境创设教育上有着天然的优势，其优势在于自然博物馆拥有大量的实物藏品。自然博物馆用各种展品来布置展览创造情境，吸引观众学习，这是其他教育方式努力追求却难以做到的。这些藏品是科学家研究的对象，是关联现象和结论的纽带。以进化论为例，该理论有大量的直接证据支撑，如古生物化石、生物解剖结构标本等，而这些证据正是自然博物馆致力于收藏、保护、展示和研究的“物证”，这些物证承载着具有多重教育意义的信息，能够给观众以最直观、真实和生动的体验。科学家们通过对这些标本的观察和研究，归纳、推理并总结出了一系列有关进化论的结论。通过对这些标本和化石的合理布置，就可以再现科学家们科学探究、科学发现的“情境”，并让观众在此情境中将相应的科学方法、科学精神、科学态度内化。自然博物馆基于展品和展览的情境创设教育是其他教育方式无法替代的[8]。而且自然博物馆的观众的学习多是主动的，而主动地学习往往能够取得更好的学习效果。

在情境创设上，与人类关系越密切、与生活越贴近的内容设计越容易引起参观者的共鸣。比如同源器官这个概念十分抽象，但如果在展览时从人的器官开始讲述，比如五根手指和脚趾，再将现生爬行动物、鸟类和哺乳动物的早期四足类祖先的五指标本或模型展现在观众面前，强大的现实证据会胜过千言万语。由此引出动物的同源器官的概念，推导出所有生物一个共同祖先这个核心概念，再从这个概念迁移到生物还有那些同源器官上，最终又回到了观众所熟悉的事物上。让观众有代入感地经历归纳、推论、演绎等科学思维过程。

科学史情境以科学发展史上具有重大转折作用的事件为主线，用实物展品、场景模拟等展现科学家们的探索过程，这包括研究过程，还包括科学家的观点和态度、相关的理论和实践的发展，同时还包含有各学科之间的联系。了解科学史能帮助观众锻炼思维能力、掌握知识结构和体会实事求是的科学精神。例如孟德尔通过8年的豌豆杂交实验发现性状分离和自由组合定律的过程，这一过程说明了生物性状遗传的一般规律，展现了科学研究思维逻辑——从提出假说到实验验证再到假说得到证明的过程，并提示了孟德尔在艰苦条件下敢于独立思考、不断探索的精神。而科学家们也没有止步于孟德尔发现的规律，随后几十年，生物遗传的物质基础及其结构相继在科学家的探索下得到发现。

展品是自然博物馆有别于其他教育机构最具特色的教育资源和传播媒介，承载着多重信息，只有将这些信息揭示出来才能真正发挥自然博物馆科学教育的优势。以进化论为例，相关的展品主要来自进化的证据，包括古生物化石、现生动物标本、比较解剖学标本等，这些证据承载着所有有关于进化论的重要信息，是进化论核心概念的物证。比如古生物化石，其承载的信息包括它们的分类信息、地层信息、生态学等知识点层面的信息；这些化石说明了什么、这种生物是因为什么原因灭绝的、它们的生境和习性是怎样推断出来的？这些是科学研究方法和过程层面的信息；这种生物的灭绝给我们人类有哪些启示？这是观念层次的思考。只有引导观众由浅入深地思考才能真正达到科学教育的目标。如哈佛大学自然历史博物馆的进化厅通过化石、解剖学和遗传学的证据，说明所有的生物因为有一个共同祖先而相互关联，通过各种各样动植物标本丰富的种类多样性的展示和计算机模拟来展示自然选择是如何发挥作用的，实现了证据、推理、结论和启发的统一。

在情境创设的前提下，自然博物馆通过把核心概念情节化、具体化和通俗化来融入进故事中，吸引观众自主学习[6]。展览的内容设计过程中还需要抓住概念之间的关联，有意识地帮助观众构建一个以核心概念为主干、其他的概念和事实为枝叶的知识树。以进化论的核心概念为例，前文提到的5个核心概念1～5互相关联，核心概念5是1的基础，1、2和5共同导致3的发生，1、2、3和5都指向一个结论4。此外，由于跨学科概念在说明事物、创造理论以及观察和设计时发挥着重要的作用，因此在适当的时机，还应注意在核心概念的指引下引导观众思维转向跨学科概念，使科学教育的意义得到升华。

五、总结

本文基于自然博物馆的教育现状，通过对核心概念的定义和特点的分析，提出只有以核心概念为本的科学教育活动才能全面实现科学教育目标，并表明核心概念的引入对于自然博物馆展览主题的提炼、展示内容的选择、内容结构的组织等具有一定的启发意义。本文提出基于核心概念的科学教育活动实际上就是实现概念理解的过程，这个过程可以通过多种多样的情境创设来实现。自然博物馆在情境创设的科学教育上较其他教育手段具有天然的优势，在自然博物馆工作中应该充分发挥展品的优势，深入挖掘展品蕴含的信息。在展览内容陈述上应以讲故事的方式为主，并在适当的时机注意由核心概念指向跨学科概念。