教科书编写的建构主义认知视角

刘忠学

认知心理学是一门研究认知及行为背后的心智处理的心理学，研究内容包括人的注意、知觉、表象、记忆、创造性、问题解决、言语和思维等。近些年来随着计算机技术和脑科学的发展，认知心理学得到了飞速发展，很多研究成果对于人的学习具有重要的指导作用。尤其是现代认知心理学中的建构主义学习理论，对于科学学习影响巨大，已经成为科学学习的重要理论。人教鄂教版小学《科学》教科书依据《义务教育小学科学课程标准》编写，以培养学生科学素养为宗旨，涵盖科学知识、科学探究、科学态度以及科学、技术、社会与环境四个维度的学习目标。为了更好地实现课程标准的教育宗旨和相应的学习目标，在教科书编写过程中，编写人员深入研究了认知心理学的有关学习理论，并将这些理论运用于教科书的编写中，努力让教科书的内容适合学生学习，方便教师教学。

建构主义学习理论的基本思想及对科学学习的启示

1.建构主义学习理论的基本思想

建构主义学习理论是认知学习理论的一个分支，来源于皮亚杰的儿童认知发展理论。皮亚杰认为儿童是在与环境相互作用的过程中，逐步建构起对外部世界的认识，从而使自身的认知结构得到发展。在皮亚杰理论的基础上，经科尔伯格、斯腾伯格、维果斯基等人进一步研究，使得建构主义理论进一步丰富和完善。

建构主义学习理论认为，学习是在一定的社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，实现的意义建构的过程。情境、协作、会话、意义建构是学习的四大要素。

好的情境有利于学生对所学内容的意义建构，情境创设可看作教学设计的重要内容之一。协作是学习过程中发生的他人的帮助、人际间的交流、讨论活动。协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价以至于意义的建构，都具有重要的作用。会话是协作过程不可缺少的环节，而且贯穿于协作的全过程，它使单个学习者的思维成果为整个群体所共享。意义建构是学习者对当前所学内容反映的事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间内在联系的较深刻的理解，这种理解的积累就形成认知结构。

建构主义学习理论主张学生要用探索法、發现法去建构知识的意义，在建构意义的过程中要主动搜集、分析有关资料，对所学的问题提出假设并加以验证;要把当前学习的内容与自己已经知道的事物相联系，并对这种联系进行认真思考。建构主义学习理论注重激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机，创设符合教学内容要求的情境，提示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构所学知识的意义。

2.建构主义学习理论对科学学习的启示

建构主义学习理论明确了学习过程的一些规律，较好地说明了学习如何发生、意义如何建构、概念如何形成，以及理想的学习环境应当包含哪些主要因素。在建构主义思想指导下，可以形成一套比较有效的科学学习方式。

（1）对于科学概念的建构，建构主义注重科学知识的情境性，关注儿童的前概念以及科学概念的结构性和有效迁移

建构主义学习理论认为，科学知识的获得过程与个体经验和一定的社会情境有关，科学知识和其他知识一样具有一定的情境性。要想有效地建构科学知识，应当设置合适的情境，调动学生的已有认知，形成有意义的建构和学习。建构主义学习理论一个重要观点是：儿童并非一无所知，有效的科学学习一定要关注儿童的前概念。儿童在很小的时候就对周围的世界有了自己的观察和认识，在学习科学知识之前，儿童的头脑中并非一片空白，对科学知识的掌握需要他们与原有经验即“前概念”发生作用，寻找儿童的前概念，才能找到建构科学概念的基础。科学概念和人的认知都有一定的结构性，在建构科学概念的时候，学生的认知结构特点与科学知识的结构发展具有一致性，这样才能更好地促成建构。通俗地说，科学知识有抽象程度和难易程度的不同，要把这些科学知识进行分级，按照概念进阶的形式，安排在不同年级段的学习中，让学生的认知结构和科学知识的结构相适应，这样才能更好地建构科学概念。科学概念被“同化”或建构后，学生要能够对新的知识进行有效迁移，能够对科学知识举一反三、灵活运用，能够在新的情境下应用科学知识解决问题。

（2）建构主义认为儿童在科学探究中通过与同伴合作、研讨和交流，能够促进他们科学能力和科学知识的增长

建构主义学习理论非常注重学生的学习体验。学生通过科学探究，可以发现和理解科学知识的本质，在提出问题、解决问题的过程中，发现并运用科学知识，从而加深对科学知识的理解。在科学探究的过程中，学习者与同伴的互动是一种很好的学习方式。在科学学习中，学生要积极开展与同伴的合作学习，通过调查、访谈等多种社交途径，提升自己的科学探究能力，更快地掌握科学知识。建构主义学习理论认为，对于科学知识的建构不能只停留在一种“默会”，还应该上升到语言的表述和交流上。因为科学知识虽然具有一定的缄默性，但是对科学知识的理解不能停留在只能意会不能言传的层次上，要能够用科学术语来表述概念，这样才能有效地传递对科学概念的理解。

（3）要培养学生的学习兴趣和好奇心，发挥他们的学习能动性，调动他们的学习动机

动机和兴趣是学习强有力的动力。在科学学习的起始环节，要激发学生的学习兴趣，在学习的过程中也要注意保持和激发学生的学习动机和兴趣。科学学习不是对一个科学知识点的学习，不是停留在一节课的学习。科学学习具有一定的逻辑性和层次性，学习过程要环环相扣，要能够“一石激起千层浪”。在科学学习中，兴趣和动机要贯穿始终，直到课堂教学结束。要让这种兴趣和好奇一直深藏在学生的内心，就好比将科学的种子深植在学生的心中，将来会有发芽和生长的一天。

基于建构主义学习理论的教科书设计

科学教科书是学生科学学习的载体，是教师教学的主要工具。建构主义学习理论对科学学习具有重要的指导意义，同样适用于指导小学科学教科书的编写和设计。人教鄂教版《科学》教科书在编写过程中，基于建构主义学习理论，在整体结构、情境创设、概念学习、活动设计、课文表述等方面都尽可能体现学生科学学习的认知特点，便于学生学习，并充分考虑教师教学的需要。

1.教科书体现科学知识结构和儿童认知结构一致

科学知识具有一定的系统性和结构性，内在的逻辑关系也具有一定的进阶性。根据课程标准设计的学习进阶，人教鄂教版小学《科学》教科书按照学生的生活经验圈不断发展的线索，编排为三个循环，帮助学生建构课程标准中的18个主要科学概念。在低年级段，主要从一些具体科学事物入手，引导学生通过观察、比较、概括，形成初级的科学概念。在初级概念的基础上，中年级段通过实验、分析和推理等思维过程，形成比较抽象的科学概念和规律。在高年级段，注重概念之间的联系和结构，进而形成具有一定结构体系的科学框架。

为了实现学习进阶，人教鄂教版小学《科学》教科书将科学概念进行分级处理，通过各个单元模块，将这些分级概念组织起来，引导学生学习。按照物质科学、生命科学、地球与宇宙、技术与工程四大学习领域，每册都安排一定的单元开展学习。单元内各课所涉及的概念，根据它们的相互关系，采取不同的组合模式，以体现科学知识的内在结构，如递进式、分总式、总分式等。对于分级概念之间逻辑性强的概念体系采取递进式编排，如《种凤仙花》单元，有5课内容：《播种发芽》《养护凤仙花》《根、茎、叶》《花、果实、种子》《凤仙花的生命周期》，这些课所涉及的内容具有一定的先后逻辑关系，采取递进式编排。对于通过归纳分析才能形成的科学概念，多采取分总式，如《学习用品中的科学》单元，主要研究学习用品中所涉及的不同性质的力，分别进行探究，最后归纳总结力的基本性质。对于需要利用演绎思维形成的概念知识，多采用总分式。如《周围的空气》单元，先对空气有一个总体认识，然后探究空气各个方面的性质，如空气有质量吗、空气占据空间吗等。

通过学习进阶和有结构的单元，将整套书形成一个具有一定科学知识结构的体系，这个科学知识的结构体系和儿童的认知结构体系相一致。教材内容按照学生的年龄发展特点，从具体到抽象，从简单知识到相互联系的复杂知识，按照学生生活经验圈由近及远的顺序螺旋上升，这种编排方式非常符合不同年龄段学生的认知特点。

2.课文起始，立足学生生活“创设情境”激发学生的学习动机

学生的生活经验是科学学习的原始土壤。从学生的生活经验圈出发，引发探究主题是人教鄂教版《科学》教科书的一大特色。人教鄂教版《科学》教科书每一课都设计有“课页”，课页内容体现学生的生活，利用学生的生活经验创设学习情境。课页以图文结合的方式呈现，图片呈现学生生活中具有一定的科学趣味和科学问题的情境，通过情境内容让科学学习和学生的生活发生联系，激发他们的原有认知。在图片的基础上，通过文字引出探究的问题。这些问题源自生活，基于学生的已有认知，可以有效地暴露学生的前概念，可以帮助教师找准有效的教学起点。教学中，教师可以根据这个情境设计教学，也可以参照这个情境来设计自己的教学。

3.课文主体，通过“科学实践”逐步建构科学概念

建构主义学习理论注重学生的体验，倡导学生以具体的科学实践来学习科学。科学探究是科学实践的主要方式，也是建构科学知识的重要途径。学生科学概念的建构不是一蹴而就的，有时需要多个科学实践活动支撑，才能让学生理解概念的本质。人教鄂教版小学《科学》教科书的每一课根据不同的科学概念，安排数量不同的探究活动，这些活动都指向本课的核心概念。课文的第一个探究活动一般与课页的聚焦问题关联，并与下面的活动有一定的承接。根据学生的认知特点，各个活动之间循序渐进、逻辑上升，既体现学生的科学思维过程，也符合学生探究的过程。

比如《空气占据空间吗》一课，课页从学生对固体、液体占据空间的生活认知出发，提出问题：空气也像固体、液体一样占据空间吗？然后进入第一个科学实践活动：把纸团塞进杯底，然后竖直倒扣在水槽中，让学生猜测并验证纸团是否会湿。实验过后，让学生尝试提出自己的解释，把这种现象和空气占据空间的性质建立联系。但是，仅仅一个实验现象并不能说明一个科学规律，接着课文又设计了两个科学实践活动：给气球充气、放气;吹套在塑料瓶里的气球。通过这些活动，学生对于空气占据空间的性质有了明确的认识。但是这些活动还是不够，课文最后让学生寻找更多的证据，并在生活中寻找更多的空气占据空间的现象。

科学规律的发现不是一个现象和实验所能够说明的，学生也不是通过一个实验就可以达到概念理解的。通过多个活动逐级建构科学概念，既符合科学探究的本质特点，也和学生的认知发展相一致。

4.课文结尾，利用“拓展与应用”实现知识迁移

课文的结尾一般会安排一些拓展和应用内容，帮助学生运用知识解决问题和解释生活中的现象，发展他们的科学兴趣。一节课概念学习结束，还要关注学生对科学概念的掌握，促进学生迁移知识。人教鄂教版小学《科学》教科书在“拓展与应用”栏目安排了一些利用科学知识解释一些现象的问题，或一些生活中科学知识应用的案例等，帮助学生迁移科学知识，活学活用。另外，课文的结尾与起始也有一定的呼应，起始阶段的活动和问题有助于暴露和了解学生的已有经验，而结尾段的活动有助于教师通过学生应用知识，观察他们的科学概念形成情况。另外，“拓展与应用”中还涉及科学家的故事、趣味科学知识等，以培养学生的科学兴趣，拓展他们的视野。这样，为学生进一步学习科学打开了更广阔的空间，让学生在生活中也能主动地学科学、用科学。

5.单元学习结束，利用“单元回顾”将科学概念系统化、结构化

“单元回顾”主要有两方面功能。一是通过概念图对本单元所学的概念进行梳理，明确概念之间的关系，帮助学生形成系统的、有结构的科学知识，为进一步建构新知识打好基础。二是对本单元所学的内容进行总结，从科学知识、科学探究、科学态度以及科学、技术、社会与环境等学习维度，对一个单元学习目标的达成情况进行总结，帮助学生进一步认识到自己的学习是否达到本单元的学习目标。

6.利用科学图片、趣味实验和科學故事等多种方法激发学生的学习动机

人教鄂教版小学《科学》教科书不仅在课文的情境创设上激发学生的动机，在学习的各个环节都力求保持学生的学习兴趣。相比文字，小学生对于图片更有兴趣。教材以大量真实的、有冲击力的科学图片引发学生的兴趣。有些图片是告诉一个科学事实，有些是描述一种科学操作方法，有些是提示一种活动方式。科学事实的图片力求真实有趣，科学活动和操作的图片尽可能引导学生亲历科学实践过程，体现学生学习的主体性。通过这些图片，让学生对于科学感到亲切而有趣。在具体科学活动设计中，低年级段主要采取他们喜欢的游戏、猜谜语、手工以及绘画的方式学习和记录科学;中高年级段，在确保科学严谨性的前提下，尽量让科学活动和实验趣味化，将一些科学魔术、生活经验、趣味实验和制作融入科学探究，以激发和保持学生的学习动机。

7.注重科学词汇的学习和表述

人教鄂教版小学《科学》教科书对于学生学习的核心概念和科学词汇都有一定的界定和解释，要求学生用科学词汇进行表述和交流。课文设计有专门的“科学概念”栏目，并用符合不同年龄段学生的语言对概念进行解释和说明。科学知识的学习不能只停留在默会层面，需要用科学的术语进行表述，才能体现科学的严谨性，才能有利于科学活动的交流。在科学词汇的表述上，小学低年级段的课文语句尽量简短，感觉像是儿童自己说的语言，体现儿童性，避免使用一些生涩的词汇。在中、高年级段，课文语句要简洁、准确。另外，课文中还有一些学生的对话和提示语，通过这些语言体现学生之间的交流，体现师生之间的互动。同时，这些对话和提示语也可以激发学生的思维，调整他们的认知策略，帮助他们更好地探究科学。

人教鄂教版小学《科学》教科书非常关注儿童的科学学习过程，在学习和借鉴了建构主义等学习理论的基础上，将其中具有普适性的学习理论用以指导教科书的编写。从整体结构到具体的课文体例的编写，都有一定的认知心理学的依据，无论情境创设、科学实践活动、拓展与应用，还是单元回顾等栏目，图文表达都体现认知心理学的一些规律。

理论来自实践，实践也是检验理论的唯一标准。一套好的教科书不仅需要认知心理、教育理论等多方面理论的支撑，更需要教学实践的检验。人教鄂教版小学《科学》教科书以认知心理学等理论为指导，继承了多年来我国自然教学的优良传统和一些好的经验，基于我国的国情，努力让教科书更加适合学生学习，适合广大科学教師的教学。