在小学水平促进关于光的科学知识和推理能力发展的教育.doc

第10章在小学水平促进关于光的科学知识和推理能力发展的教育Shirley J. Magnusson and Annemarie Sullivan Palincsar当孩子们在外面玩耍或者玩看起来是新奇的材料的时候，他们可能会问这样的问题：它能做什么？它是怎么工作的？它摸上去什么感觉？我能用它作什么？为什么会发生这样的情况？这天生的好奇心和对他们周围世界的探险导致一些人把孩子称为“自然”的科学家。当然这些问题也正是科学家们真正从事的。而孩子毕竟不是科学家。关于世界是如何运转的好奇心使得孩子们从事科学相对容易，他们倾向于观察和思考（见第一章，Box 1-1）是把孩子们带入科学殿堂的有力工具。但是在孩子们不经意间从事的观察和推理与科学家们受过训练的努力之间有着大量的不同。我们如何帮助学生发展科学已知的思想和方法？向学生介绍科学文化推理的种类，观察和测量的工具，依据的标准，以及科学知识生产背后的价值和信仰是主要的教育挑战。而我们和其他人的工作使我们意识到，孩子们能够成功的承担这样的学习挑战，即使是在最早的最基础的年级里。学生是如何学习的：教室里的科学光学学习不像数学，数学主题像整数算术是有理数学习的基础，而他们又都是函数的学习的基础，在科学特有主题的选择和顺序上少有共识，尤其是在基础水平上。什么明显的是后面科学学习的基础，是学习从事科学探索意味着什么学习不经意的研究和科学研究之间的不同。这种学习可以在许多不同的特有背景下完成。在这一章，我们选择光作为我们的中心主题因为它提供了几个好处。第一个好处是实践中的：这个主题涉及的相对简单的概念，孩子们可以在用相对简易的设备的研究中了解。举例来说，我们的身体和太阳造成的影子可以被学习，相似的学习可以发生在普通的手电筒和教室里的材料间。铅笔和纸，可能还有一些测量距离的方法，这些就是数据收集所需要的全部。孩子们也可以用简单的光学盒子来学习光学，（基本科学学习的光学单元）在它里面灯泡被放在纸板盒子里，纸板盒子的开口被建筑用纸遮光板覆盖以控制从盒子里发出光的数量。遮光板的狭缝产生的细光束是学习光的反射和折射所必需的。多样的被不同颜色玻璃纸滤光器覆盖的宽开口使我们可以研究各种颜色光的混合。并且再一次的，铅笔和纸是反映光的路径的数据收集所需的全部。另外，发展关于光的科学知识给我们带来了对我们不能直接体验的世界的样子形成概念的挑战这对很多科学学习来说是个关键因素。例如，光在传播，而我们没有看到它这么做；当我们在暗处打开手电，并且看到光斑越过了空间，我们推断它传播了。发展科学知识经常需要观念的改变，它使我们达到以新的方式观察我们的物质世界。学生们必须认识到事物并不总是如它们看起来的样子这本身就是一个很大的观念上的飞跃。光学学习给了孩子们一个可达到的机会来不同的看待世界，并且向他们的现有观念挑战。我们看到我们周围的世界因为光从物体反射到我们眼睛里，而我们并没有感觉到我们看到的是反射光的结果。此外，一些孩子把影子看作物体而不理解影子是由于光被挡住形成的。观念上的发展是必须的，如果他们要理解光源，物体，以及物体投射的影子之间的关系。用手电筒的活动在提供给他们一个关于科学认知方法的强有力的早期经历的同时，也能提供给孩子们一个挑战日常关于影子的直接观念的机会。因为不经意的对光的观察行为会给人错误认识，但是一个相对可行的光学研究会是具有启发的，光学学习表明了不经意的观察和实验间的差异。由于以上这些原因，光学学习帮助孩子们理解物质世界的关联不是不证自明的，以及从对于世界的观察建立起的科学知识与他们的日常推理是不同的。当把人们如何学习的原理应用于光学学习的时候，相似的有三个主要的教育挑战：（1）给学生们提供机会，发展深入的观念上的对作为目标的光的样子的理解，以及研究和绘制结论的科学标准和规范（关于光学和更普遍的）；（2）帮助学生在原有的知识和经验的基础上建立和发展科学观念；并且（3）鼓励学生提出从事科学实践必须的他们自己思考出来的问题。概念理解人们如何学习的理论告诉我们，理解的学习需要对中心概念周围的知识进行组织。因此，当我们以易于使用的工具和大量对于光的行为的观察的机会来学习光时，如果教室活跃的对于这一章的描述只是简单的一套经验和观察，它将很难给学生们留下深刻的知识。许多个人行动的经验（例如看到木头反射的光又被镜子所反射）不能确保学生理解关于光的概念，进而使他们可以在广阔的多样的环境中预测光的行为。因此，这一章教师最主要的任务是引导学生观察，推理，理解，直到核心观念被领会。什么是我们认为的观念上理解的中心？根据上面的建议，抓住日常的观察和推理与科学的观察和推理之间的不同，不仅仅是光学教学步骤的中心，也给进一步的对科学的学习打下了极为重要的基础。显著的观念包括以下几点： 科学团体对于理解，交流思想以及解释世界如何运行的标准和日常标准是不同的。科学要求仔细观测，包括正确且精确的记录，以及建立符合事实的模型。 观测的模型作为知识主张被声明。 主张由可以明显证实或证伪它们的性质来评判。 猜想只有经过检验，才可以取得主张的地位。 主张是挑战的题目，而不被认为是新的科学知识，直到科学团体接受它们。这些理解，是未来一切对科学的学习的基础。还有一些我们希望学生掌握的关于光的主题的核心观念。不过，这些将根据年级水平和投入这个主题的时间数量稍作调整。这些观念包括以下几点： 所有物体（我们日常生活中接触的）反射和吸收光，一些物体还可以传播光。 暗的或黑的物体主要吸收光；浅的或白的物体主要反射光。 物体反射的光和它所吸收的光之间存在着相反的关系：更多的反射光意味着更少的吸收光。 光在物体上的反射遵循一种特殊的方式：光的入射角等于光的反射角。 我们实际看到的是被物体反射的光。 我们要看到物体，必须要有一个光源。 照明的光源要么能够产生光（例如太阳），要么能够反射光（例如月亮）。 当一个物体挡住了一个光源，就形成了一道影子。阴影是黑暗的，因为没有光能够到达那里再反射到我们眼睛里。物体到它所挡住的光的光源的距离，决定了它影子的大小。物体影子的形状取决于其对着光的角度，所以物体的影子可能会有多种形状。 物体的颜色就是他所反射的光的颜色。不同颜色光来源于白光，它可以被分成多种颜色。 物体的颜色取决于它反射和吸收白光中特定颜色光的范围。其他概念例如自然光既是波又是粒子超出了小学生需要理解的范围。但是教师需要知道这些中心概念来有效的解决可能出现的问题，就像我们将在这章的稍后讨论的那样。原有知识学生们把许多关于光的原有观念带到教室。它们中的一些，改变起来相对简单。例如，一些学生相信影子是一个物体，但是这个观念不是根深蒂固的，简单的光学实验可以提供令人信服的反面的证据。其他科学上的错误观念并非都这样容易被简单的实验所改变。一个非常普遍的信念是光只被有光泽的物体反射，像镜子和有光泽的金属。这完全不会使人惊讶；有光泽物体的反射是相当的明显，而观察无外在光泽物体的反射需要一个工具（例如，一个简单的装置像一张纸恰当的放置来显示反射光，或者一个更复杂的装置像一个电子测量仪来测量光的能量） 。事实上，自然光困扰了科学家几个世纪。我们理解它所面临的挑战部分在于光的行为和作用并非简单的由我们的感觉所决定。光对于我们来说传播的太快了，以至于我们看不到它的传播，并且我们观察到的光，像日光和星光，传播了极遥远的距离，却并没有提供它到达我们这里所花费时间的直接的证据。科学家们已经测得光有压力作用，但这不属于我们可以感知的范围。我们看到东西是由于光反射到我们眼里，但是我们没有办法直接体验它。我们一般认为颜色是物体的固有特性，因为我们不能体验实际上发生的事情：我们看到的颜色是物体反射光的颜色。此外，把握这个概念需要理解白光由被物体不同程度的吸收和反射的多种颜色的光组成。如果没有被反射，我们看到黑，如果全部被反射，我们看到白，这与我们把彩色颜料混合在一起获得深色的经验是相反的。最后，说明自然光十分复杂最强有力的证据可能是科学家们用两种差别迥异的模型来描述光：粒子和波动。因为日常经验加强的观点与科学理解有着相当大的差异，培养观念上的转变需要帮助学生注意结论是怎样由他们观察到的现象推理得到的。由于这个原因，本章我们建议的教学方法是提供给学生很多机会来提出和检验对知识的主张，以这样的方式来检查足够多的他们自己的或是其他人的推理。不过，再一次的，老师的任务是评论性的。正如我们将看到的，对学生起作用的原有观念可能导致他们简单的注意力不集中，很快的解散，或者不相信他们没有期望看到的东西。认知之后小孩子们，甚至很多成年人，设想事物是它们看起来的样子，不需要进一步的质疑。光被物体反射仅当它们是有光泽的，也许看起来是正确的，而且不需要进一步的质疑。然而，科学是怀疑的学问即使是一些看起来显而易见的事情因为解释自然是科学活动的中心。因此寻找为什么有光泽物体反射光的解释必须包括对为什么无光泽物体不反射光这一问题的解答。当然，这样的研究将产生可以驳倒只有有光泽物体反射光这一错误观念的证据。于是，孩子们从事科学，就意味着从事全新的质疑事物的方法。甚至意味着要求他们质疑我们中的大多数日常生活中不会质疑的方面。这意味着怀疑我们从对原有观念进行证实的证据中感到的特有的信心，并且自问在哪些方面证据是不完善的，可能会被另外的证据所反对。发展这样的思维方式，是科学教学的主要教育挑战。通过探究来学习光学头脑中装着上面的原则，现在我们转变为以教室中的研究行为或是基于探究的讲授来学习科学。我们相信，学生们直接观察现象的研究会起到若干重大作用。首先，当学生们做光学实验并且观察到他们不曾预期的现象，这种差异的经历会直接挑战他们错误的或者部分发展的观念。如果学生们要发展对光的科学的观念，他们需要许多机会来观察和讨论光在未曾预料到的方面表现出的行为。被设计持续数周的，允许学生们使用许多不同工具的探究能够提供这样的经验。当学生们进行把他们对于世界的理解与科学家们的想法统一起来的工作的时候，重复研究的过程这样的机会允许他们在新的背景下问相同的问题，以及在日益增加的理解的背景下问新的问题。在成功设计的引导性探究教育中平等重要的参与给了学生科学研究行为规范的第一手经验。但是探究是一个对时间和资源要求很高的活动，并且学生的研究并不总是得到支持目标知识的观测结果和经历。因此，我们把第一手的研究和第二手的研究结合起来，在第二手的研究中，学生们以假想的科学家的笔记本来看看她是在哪探究的，这样可以获得更复杂的工具的支持。这样第二手的探究提供了共同的研究经历，这种共同的经历允许教师把注意力引导到科学家们从事的导致中心观念发展的推理过程的步骤上来。此外，它让学生们看到，当科学家们从事相似类型的探究时，更复杂的工具，更多的条件控制以及大量的样本数量对于那些具有普遍成立的信心的结论是相当重要的。通过有指导的研究进行的启发式的科学教学为了帮助理解我们教育演变的讨论，我们介绍启发式教学一个思维工具对小学老师进行有指导的探究教育的策划，实施和评估提供支持。启发式教学（见图10-1）译者注：图略，它与其他基于研究的步骤并通过研究进行的基础科学教学有着许多共同的特征，以各个阶段来表现周期性的教育。图10-1中全是大写字母的单词指出了阶段，带有箭头的线表示从一个阶段到另一个阶段的发展。汇报在这种教育观念中是最关键的阶段；这是一个各个学生的小组把他们研究的结果报告给他们的同班同学的机会。学生期待着报告他们的知识主张，他们在研究期间收集的论据使他们对为那些主张制造并提供证据感到有信心。这种期待给了学生的研究活动以责任，而这在简单的要求学生观察现象时是往往会缺乏的。为了建立一个主张，学生们将需要精确且正确的数据，并且图略图10-1 有指导的探究性科学教学周期图为了给全班一个有意义的主张，他们需要理解引起研究的问题和使他们的研究找到答案的方法之间的关系。从一个阶段引到另一个阶段的多重线表明科学研究活动的两个基本重点：产生描述这个世界如何运行的知识（外圈），以及产生和检验解释他们关系的理论（内圈）。汇报阶段总是标志着探究周期的结束，在此作出决定，是否从事相同问题和研究背景的另一个周期，还是重新从事新的研究背景或者新的问题。以发展关于经验关系的知识主张为中心的周期一般会领先于同样主题领域以发展解释他们的关系为中心的周期。思考和讨论解释可能会发生在其他周期，但是被内圈代表的周期的中心是检验解释。启发式教学的每个阶段提出了不同的学习机会和教学挑战。每个阶段也提供了机会，集中想法来描述物质世界（概念和理论或者内容）以及我们系统的探索物质世界的大自然的方法（方法和推理或过程）。在调查中的内容与过程的相互作用说明教师们必须对孩子们在经历并解释他们在物理世界时的认识活动有所注意。老师们应该让学生们思考他们所观察的是什么，以及他们所观察的现象对于当前研究的问题意味着什么。让学生回答为什么他们所做的事情能够对解决问题有所帮助，有时候这是非常有用的。另外，教师还需要和学生一起观察，这样，可以引导学生注意那些他们可能忽视的重要的细节，或者鼓励他们去注意一些对知识建构有很大作用的其他现象。当调查过程比较简单时，学生们能够将注意转移到所得数据以及这些数据对所调查问题的贡献上。当调查过程较为复杂时，学生们除了调查的本身外，还需要更多的时间来关注所得数据的意义。有时，学生自己去规划整个调查过程，这样他们要一边调查，一边注意评估自己计划的进展情况，并适时的作出改进。总之，老师们需要观察学生们是否能解决调查过程中的复杂情况，这样才能保证提供足够的时间支持学生们的知识建构。一旦数据搜集完毕，学生们需要分析。找出规律是一个演绎过程，在此过程中，学生们特殊的例子联系到一般的规律。经过这个过程之后，学生们做出自己的论断，就像一科学家一样。就是说，他们通过已证实的方式来作出关于物理世界的论断。我们认为调查的这一方面是一个不同的教学活动，因为教师和学生的认知活动的属性已经改变了。这一方面也被认为是准备“报告阶段”的一部分。解释:为了解释调查阶段，我们来看看发生在Kingsley夫人的幼儿园里的对光和影子的调查研究清静。Amanda和 Rochelle一起工作，事实上是Amanda指导Rochelle。后来当Kingsley对他们进行检查，请他们说一下在研究过程中的发现。Amanda非常肯定地认为物体的影子永远保持一个形状，而且看得出来，Rochelle也同意她的看法。尽管Amanda然后对自己过去的想法进行反思（见关于报告阶段的说明）。下面是Lacey的四年级班上发生的一个片断。这是调查早期的一次交流情况，Lacey夫人实现了解到一个三个女孩的小组在调查过程中遇到了一些挑战。她首先询问了她们在调查中用了那些材料以及目前有什么发现。在交流中，她发觉小组中的一个同学喜欢一个人独立工作，而不是和大家一起合作。除此之外，这三个小姑娘目前还没有在一起讨论过各自的收获。随后，Lacey夫人希望她们能一起工作。当收到原因时，她特别提到，当一个人有了思维的火花时，大家会和他一起分享，一起运用到下面的工作中，这对研究的进展是非常有用的。特别是可以让一个人拿着手电筒和物体，另一个人使用light catcher，这是非常有效的。 ML：拿起一个蓝色的泡沫物体，将手电筒照在上面，你们发现了什么？Mandy：有些光头过去了。ML：你怎么知道呢？Mandy：因为有蓝色的光照在了墙上了啊。ML：还有别的什么现象？Mandy：有些光线被反射了。ML：很好的，把它记录下来吧。也许老师的问题中最重要的一个是“你是怎么知道的呢”。她发出这样一个讯息，就是，学生们在所观察的现象上是要被质疑的。描述:当本活动开始将每个小组的发现与大家分享之后，班级这个科学思考着的社团角色便有了新的含义。在科学的实践过程中，这个阶段标志着这样一个跳跃，是把重点从发散式思维转向聚合式思维。从在操作中把科学社会中的价值、信仰、规则、传统作为背景到把它们作为发展变化着的背景。现在，学生们的观点已变得越来越重要，而不仅仅是那些调查小组的。在这个阶段里，就象科学家运用他们的研究数据来准备科学社会展示的论文一样，学生们也在用他们笔记本里的各种信息和观测结果来准备对自己同学的公共展示的各种材料分享一个人的观点和论据的公共属性意味着学生需要决定自己的观点，他要有从足的证据来应对大家的检查，还决定选择哪些数据来支持自己的论点和驳斥别人的质询。学生们可以用海报作为来作为报告的媒体，这样字体就大到让每位同学能看见。海报应该包括小组观点，引证数据。如果小组调查了不同的问题，那么他们呀应一一列出。数据引用表格，文字，图表各种形式展现。学生们可以提供一个示意图来说明调查的程序，从而为数据提供一个脉络。学生准备报告时，还应考虑如何让学生最大程度的理解他们的发现，并且让大家相信自己的观点。思考如何陈述观点，选择哪些数据来说明决定过程提供了重要的学习机会。在这个阶段中，老师最重要的角色是运用目前普遍已认识到的规则，真理来帮助学生完善提高自己的观点。例如：人们认为联系应该严谨陈述，并且要用确定的，可靠的数据支持。另外，大家也认识到如果观点用否定句式陈述的话，就意味着所说的观点是不准确的。例如：光源发出的光线不影响光线是否从物体上反射回来。这些观点帮助科学社会缩小可能性联系的范围。此外，教师们所扮演的另一个角色是让学生注意到那些会影响他们展示效果的细节。例如：为了更有效传达自己的观点，教师们可在鼓励学生写出他们自己观点的同时，插入一些图画来解释。还有，教师可以帮助学生来提到海报在交流发现上的有效性。例如：它可读性如何？想法陈述清晰吗？有没有更多的信息来让大家理解的观点或证明它的正确。最后，教师还有一个重要的任务是调空好学生所得出的观点的类型和他们所选证据的种类。老师决定是否去和在多大范围内来促使学生认识到过程方法在确定他们所观察结果的重要性老师决定是否去和什么时候来传授给学生特定的策略，用来解释和分析他们的数据，或者提供给他们写作上的技巧。帮助学生学会从数据中寻找规律也许十分重要。例如表10-2有两个表格，上面一个是学生们最初记录表格各列的顺序与学生观察时所处地点的顺序组合。第一列中物体顺序仅仅是学生观察他们的先后顺序。下面的表格一个相似表格表达了同样的数据，但更容易寻找规律。列和排重新记录，数据已被简化。这个重组和简化后的数据形式对科学家们很普遍，对写生从中发现规律来说也是非常必要的。一般情况下，老师们的支持是为了帮助小组想出怎样更好地表达他们想从数据中所得出的观点，这不包括评价他们的数据能否支持这个观点，那是汇报阶段的一部分，需要在班上一起分享。另外，老师们还可选择去支持同学们从已有数据中得出更多的结论。尤其是当有小组获得了独得的数据来做出结论，而这个结论在老师看来对全班的知识建构有着积极的作用。在Lacey女士的四年级班，尽管学生们都假定光仅表现为一种方式，但有一个小组得到了光以不只一种方式表现的证据。考虑到这是班上唯一一个从证据中做出这个论断的组，Lacey女士支持他们把这个观点写在报告用的海报上。这样可以向全班介绍。还有一种方法是老师在“准备调查”阶段就通过提问的方式引导学生考虑到光可能不只以一种方式表现。这种情况下可能是在强调不会出现不令人信服的证据。通过这种方法，老师在调查阶段可以监视学生是否在寻求多种可能性，也就可以知道学生是否在观测光通过多种方式与物体发生作用：说明: 下面是三年级学生关于光的调查的一个摘录，表现了一个典型的在学生试图做出结论时师生交流的过程。这些学生将用光盒来产生非常细的光柱，并在兴趣阶段已经对这个方面很感兴趣，曾想到很多问题。最后，不同的组用不同类型的材料作了调查，在下面的摘录中，注意大多数时候是学生在说话，老师仅仅是通过提问来了解学生思考的状况。还要注意老师通过询问学生怎样用观察到的结果来支持所做的结论。M: 你们现在做的结论是什么Don: 我们要改变它，因为我们认为光的速度是一个“二手结论”M: 嗯，好。Kevin: 光可以一面镜子上反射回来，而其他那些不是镜子的物体，像一张纸，让我拿给你看。对，这是一张纸，你看，当光抵达它的一面，光不见了。但当光消失之前，它照射到纸上，它通过了纸，然后不见了。M.S: 嗯，那所有的光都通过去了吗？Kevin: 不是。看，你看到了所有从这个孔里通过的光线了吗？M.S: 是的。K: 它们奔向那张纸，当抵达表面时，不见了。M.S: 哪你认为他们到哪去了呢？Don: 通过了这张纸，这时很少一点光线，它们在这里停下来，因为不再有任何能力到其他地方去。M.S: 好，等一会，就是说你认为只有一点光线通过了纸，那剩余的那些到哪里去了呢？K: 不，到达纸面的光剩余的那些从光中消失。因为纸片不是镜子，如果光线照的是镜子，它会从镜子那反射回来。M.S: 所以，如果是镜子，光线会转向另一个方向，或者反射回来。那如果是镜子外的另一种物体K: 那它就不反射。M.S: 它仅仅是消失，它不反射？K: 对！M.S: 好，你们要向大家证明你们的发现哦，你们还需要一些数据。Don: 那不是精确的数据，我们整理了K: 我在这里画了一幅画。M.S: 可以展示这个吗？我会给你另一张纸，先记录下你们的进度。你们如何表现出光线在镜子那和在纸片是不同的呢？你可以先把你的想法告诉给小组里的其他同学。K: 我可以画在上面，就说光线通过去了看，在这里，然后，光线又过去了通过了盒子。然后我们把很小的一部分画成这样，像一个靶子，在把纸放在这里。M.S: 哦，Kevin 在说当光线照射到镜面时，它是这样一种样子，当光线照射在纸片上，是另外一种样子。那你怎么把这个展示出来呢？D: 另外，还有一个问题，光线本来是到处传播的。但当它到了那里，却停下了，再也回不去了。M.S: 这也很有趣。但你们要集中在一个问题上，并解决好它。当你觉得你已经有足够的证据，并且特别想探索另一个问题，还要有充足的时间，你才可以去做。报告阶段：描述：谈就是学习最重要的一个特征是学生可以广泛的分享和交流彼此的发现。首先，每个在一起调查的同学发表他们的观点和理由。下面的同学则在一起讨论他们的优点，以及如何借鉴他们的长处。然后，同学们讨论所列出的各种观点的共性和不同，思考那些观点需要否定，这样就产生了一个可以被广泛接受的观点列表并且决定哪些问题或观点还需要进一步地调查。除了提供机会让大家在一起讨论研究进程的重要问题之外，这个阶段还需要同学们自己去宣传并为自己的观点辩护，他还提供了让报告的同学们检查自己认识水平的机会，当然还有台下同学的理解情况。另外当同学们广泛地交流他们的结果时，就对语法以及所用语言的需求变得显著。因此这是老师指导学生促进他们交流的好机会。当学生第一次经历这个活动的时候，老师在同学们面前扮演了一个关键的角色。这包括建立一套完善的规则。尽管孩子们想要挑战其他同学的思想成果，他们的老师应该做的是让同学们明白只有大家一起合作和努力，他们才能够知道怎样用调查的方法来探求物理世界的真理。台下的同学们要做的是，考虑小组是否在他们所研究的课题下有一个经过了调查分析的论断，是否有明确的证据来支持他们的论断。同学们的支持关系到是否有足够的证据（不仅来自于小组自身所有的数据，也来自于其他小组），这些正与论断相符。在老师的演示和反馈的帮助下，学生们终于能够把一个与物理世界真理的对话独立地进行下去。报告阶段十分复杂，但也提供了很多机会使老师能够帮助学生们去思考和行动。当每个小组分享完他们的观点，以及描述完他们的数据是如何证实观点的时候，老师担当了很多角色：监控学生的思考，与学生一起工作来澄清不明确的问题，在同学们讨论的时候打断给与耐心点拨;当一个极其重要的在整班教学和小组调查时的先行者。在这一阶段教师要做的最难的一点，就是如何推动小组通过调查发现现象背后的本质，以及学会科学的探究方法。这其中要用到调查过程中发现以及整个班级中提出的所有的想法。随着全班同学讨论完各个论断，并且选择那些具有充分有效的证据的论断称为“班级论断”这意味着大家在此论断的正确性上达成一致，报告阶段达到了高潮。经过讨论大家还发现了在哪些论断上还存有争议以及哪些论断还有“矛盾论据”现象（例如，当一个小组提供的论据还可以推出与已决论断矛盾的论断），这样就为新一轮的调查提供了动机。说明：课程管理方面的专家解释了在此阶段老师和学生活动的各个方面。下面摘录的是lacey女士的四年级班上报告刚开始的情景。lacey女士把各小组的论断发给大家，全班会按照列表的顺序讨论下去，班里也会有各种不同的反映，她还预先警告同学们会有与他们冲突的观点出现，让大家做好心理准备。M.L：下面我给大家介绍我们论断的列表。我们不知道我们是不是应该相信他们。有很多结论可能以“还有待考虑”结尾。我们仍需要在深入的考虑。你们知道吗?有很多观点也许你们不同意，所以你们要集中注意力了，他们可能不让你信服，你自己在心中对自己说“哈，我要试试”或“我要验证看他到底是不是这样的”。Lacey女士的介绍向大家传达了一个重要的信息，报告不是截断，它是一个持续的探究过程中的一部分，它的下一阶段会受到已经出现的一切的影响。它给大家带来警告，有冲突的观点的出现会促使大家投入更多的注意力到报告阶段的其他的观点。下面的摘录是一个学生向一个小组质疑他们的论断。这个小组认为“光不会被困住”并列出证据“你不可能把它卷起来再扔掉”。学生们的辩论呈现给老师很多信息，他决定要采取行动来支持同学们获得科学知识以及形成科学的探索的方法。B：“你刚才说你认为光不能被困住，因为他是一种气，你不能将他卷起来扔掉，这怎么理解？”M：“我们是说我们不能抓住光砸向其他人。”H：“它不是固体。”M：“它也不是液体。”B：“就是说你们认为光是气体，你们是怎么知道的？”H：“空气是气体，你感觉不到，只有当它流动时才感觉得到。同样，你也感觉不到光，因为它平时也不流动。”B：“那你们是说光和空气很像，所以认为光也是气体。”Lacey女士本来可以指出光是不是气体与他们所要关注的问题无关，也可以直接指出光是能量，不是物质，来停止争论，还可以明确的说这个问题还需要进一步探索，但最后她决定不插入他们的争论。尽管这个决定在宣传关于光的科学知识方面有局限性，但它可以使学生有机会和责任感来检验其他人的观点，这是对规律和科学实践精神的尊重，就像Bobby一直在追问那些女孩子们他们是如何知道光是气体那样。这样的问题给那些对它特别感兴趣的同学提供了机会，使他们可以将问题带出课堂去探索，或者把一些与此问题相关的资源带入课堂（有关书籍或从互联网上得到的文章）。在下面两个情境中，Lacey女士根据疑问产生的原因用两种不同的方式解决了学生对汇报小组的质疑。第一个情境，学生对汇报小组因为语言表达问题产生的歧义提出了质疑，这种情况说明在表达自己的观点以及阐述别人的观点的时候，语言能力都是很重要的。B：我不大明白“我们相信光是像一条路一样传播的”。你们是怎样知道它是像一条路一样传播的呢？它应该有很多条路。（“一条路”被理解为“只是一个方向”）M：我通过观察手电筒的光发现它是直的。（“一条路”指“像直线一样的方式”）B：假设现在有一束光线，它同样可以向其他方向传播啊？伸出五个手指（“一条路”被认为仅仅是一条线，而不是很多方向）M：我们不相信。Miss L：那我想你最好在黑板上把你的想法画给大家看。把口头的表述转化为通过直观的媒体表现，这样可以解决许多语言应用带来的歧义。女孩子们用了一种很好的方法“一棵树，一个人，太阳”来表现光传播的两种可能。她们从太阳上引出许多条线来表现光是沿直线传播的，这样就与她们想表达的论断相符了。Lacey女士然后和大家一起修改了论断的语言表述，使他能够与刚才的解释一致。M.L:（对大家说）你们想帮他们想出一种表达方式能把论断表达得更具体一点吗？她告诉我们一个事物，但却少了一个词来描述它。（对和）如果你们认为光不是波形传播的，那是什么？M:真的M.L:那怎么使论断能说明这一点？H:我们认为光仅沿着直线传播M.L:（对大家）你们觉得这次能让我们明白了吗C:是的!在第二个情景中，一个学生努力去理解光反射和透过。M.L认为 是因为语言的问题，他无法形成光可以同时以两种形式表现的概念。最后，她采取了干预，通过问问题引起学生摆脱了困惑。S:反射和透过一，对塑料盘。当光发生反射时，它就从塑料盘反射了回来，而当它透过时，它又透过了塑料盘。我不理解，如果它反射了，怎么还会透过去呢！M:哦，当我们使光成一定角度照射上去，光就发生了反射。当我们使光垂直照射上去，它就发生了透过。M.L:S,你有没有仔细想过光可以同时做两件事呢？如果它反射了，为什么又透过去了？这样明白了？在上面的两个例子中，还有本章刚开始引入的例子中的一个二年级学生不同意光能够从木头上反射的论断，这些都说明了学生们缺乏一种概念，就是光是可以按照那些学生所发生的表现出来的.Brad没想到光可以有能力从木头上反射，stefan也没想到光可以同时反射和透过一个物体。怎么有一部分光“知道”要反射回来，其他光却透过去了？这样的问题都是可以理解的，学生不接受那些证明是真对的却使他们难以置信的真理，我们不要感到突然，正象这些论断不符合学生已有的观点一样，在科学研究中，不符合科学已有理论的观点已经常会被怀疑，这是科学文化的一部分。事实上，有很多科学史上的例子，那样表述了新奇观点的论文会经常因为它与已存在的传统只是或论断不一致而被顶级期刊退稿，但后来，它们却得到很高的评价，有的甚至会获奖。因此，当这种现象存在的时候，老师们要清楚这是因为这个观点与学生已有的概念建构冲突，就像书中建议的那样。正确的做法是努力让学生对它产生很浓的兴趣，这样会使他们经过探索达到科学的理解认识程度。在这种情况下，有很多可以采取的方式，有的研究表明，让学生通过观察可以改变他们原有的关于事物联系的认识，或者至少被一种别的认识替代，在那个光的反射怀疑二年级同学的例子中，最好能给他提材料，让他能够观察到光在木头上反射的情景，所以给他机会检验光检查固体上反射。另一些研究者，则建议引导学生通过观察一系列紧密联系的现象，再归纳出一个结论。在那个不相信光可以从木头上和其他固体反射的例子里，我们可以让学生观察那些已经能接受的反射例子（e.g镜子）；想想一块非常厚的镜子，可以看到光线透过玻璃到达银面在那里发生反射，再想到一个类似的，反射现象不那么明显但又是另一种类型的物体的表面，就像一张灰白的纸，等等。这种迁移已可以远到去理解黑毛毯上发生的反射。在学生原来的观点中，它是无论如何能发生反射的，但事实上，如果房间足够黑的话，反射现象是可以观测到的另外一种对待因论断与观察差距太大而不被学生接受的方案是：告诉学生们，科学研究最重要的部分之一就是去发展新的理论。这并不一定就意味着否定现有观点，但是它却意味着学生们需要认识到这样一点，在科研进程中，文化信仰和那些检验了科学产物的实践才能决定哪些知识是有价值的，是可以接受的，这些知识被称为科学知识。学生们需要在科学的引导下，相应的完成他们的知识建构过程。尽管接受与日常认识相违背的论断是一种挑战，在我们长期观察学生们之后发现即时最小的孩子也能够很好的掌握这些违反他们原来认识的论断。下面是Kingsley女士的幼儿园班级里学习光和影的例子。学生们在讨论经过研究后得出的两个论断，他们被显示在黑板上：“一个物体可以产生不止一个的影子”和“一个物体只能产生一个影子”。当Kingsley女士要求大家根据显示在黑板上的学生们的调查数据来评价两个论断时，一个叫Amanda的小朋友坚持认为物体的影子只有一个形状。MK：大家来看看我们得到的数据，它们能支持光有不止一个影子的论断吗？A：两个论断都支持。MK：Amanda，你认为都支持是吗？告诉我原因。A：因为，嗯，（摸了摸那些有很多影子的海报），都是影子啊！（又摸了摸只有一个影子的海报），是一个影子啊！这里，Amanda正确的指出了所给数据不能推出一个论断明显比另一个论断对。她把注意力集中到结论的模棱两可上。这样就进一步研究提供了理由，于是，老师就建议第二天继续下去。下面的例子是发生在第二天进一步研究过程中的对话。所有小组的数据又一次显示在前面，在检查过这些数据后几乎所有都支持存在不止一个影子，Amanda则给出了另外一种评价。MK：我们要从这些文档中看出一个物体到底是可以呈现一个想还是多个像。这些证据支持的是指着展示的两个论断OJ：多个。D：一个。A：前一个是对的（一个物体成多个像）。MK：为什么啊？A：因为可以看到一个物体产生多个像，让我们看看照在纸上的光线吧。值得指出的是Kingsley女士和其他老师在这个期间都允许学生们用自己已有的观点去做事，但要求他们不断的通过自己和别人调查后的结果来检验这些观点。Amanda还需要几个调查的循环最终获得与他原有的不同的观点。因此不断循环的围绕一个话题的调查过程是促进学生获得科学知识和认识方法非常重要的一个方面。第二手调查到目前为止，我们都把通过第一手调查得到的知识作为重点，这些经历给同学们提供了很多次重复的机会来观察并检验他们的观点，使他们体会到通过科学实验的观察所得到的论断与那些在日常生活中积累起来的认识的不同。但是探究式学习还包括文本的学习，这是一种对人类积累起来的知识的学习，这些知识是经过科学的检验的；而且和第一手调查一样，都需要伴随很多认识活动。第二手调查的课程还可以让学生的注意力集中到最核心的概念上来。现在问题是如何吸引学生进行这种活动，而且要使他们对此保持兴趣以及在学习过程中培养他们怀疑批评式的科学思维。为了达到这个目标，我们编写了一本新颖的课本来适应探究性学习的需要。这种课文来自科学家的笔记，因此也被叫做笔记式课文。课文选了很多一个虚构的叫Lesley Park的科学家的笔记，她用她的笔记去“广泛的思考”她感兴趣的现象，和大家一起分享她研究的各种现象，各种问题以及所得到的各种数据。我们举下面的例子来说明如何让课文式课本达到探究式学习的吸引学生的要求以及教师在这种活动中所扮演的角色要求。通过那种特殊的笔记是课本，学生们也是一起做各种报告，这一点和学生们通过物质做实验很像，只是在Lesley的调查中，存在着不同的地方，比如，她用了光表来测量她观测到的光。下面是sution女士用不同的方式来帮助她的学生学习课文，例如，她首先带领学生很快的浏览一遍课文，这样学生通过一些特征来判断这是一本科学家的笔记:有科学家名字的签名，活动的日期，表现调查程序的图表，列举数据的表格。在阅读过程中，学生还花了很多时间来发现课文中的信息与自己生活经历上的联系。Sutton女士通过第一手调查时所得到的观点列举完成了这一步。学生们认同了那些已经广泛达成一致的结论和加深的结论，抛弃了那些没有足够证据的。另外，还有很多时候，sutton女士让同学们注意那些课本出现的用语，并与那些同学们在自己写作和讨论时使用的做比较。（例如，lesley用了obsorbing而学生用了olocking来形容同一种行为）下面三个例子说明了课本是怎样和老师推动一道来促使学生对科学逻辑产生兴趣的。第一个例子中，学生遇到了一个表格，这个表格中被lesley讲数据放进了那些被她称为“光量子”的单位里。Ms：下面大家看一个有多少candle？这就是光一共所具有的数目了。L：10个Ms：10个J：可以是10.5或者10.3个吗？Ns：我想一下，你一位它的数目会随光的亮度变化吗？J：那如果是0个candles，就一位着光一点也不传播Ms：是的，很棒！Talsure：那有没有millicandle的东西呢？Sutton女士帮助学生们理解表格里的一些东西。为了让学生理解表格其他内容，让学生认识到从光源发出的光的量是10candles 很重要的，这个讨论，却使学生们对这种量度产生了兴趣。想起他们本身所具有的对其他量度的认识，他们询问了这种量多是从哪种量度制中导出的，以及它是怎么工作的。（例如，是不是像“米”量度系统一样）在下面的一个例子中学生们遇到了lesley的论点“所有的物体反射又透过？”Ms：你们认为那些证据可以支持lesley的观点“所有的物体反射又透过？”I：几乎所有的物体度是这样的，如果我们使用光测量仪，也许会发现每个物体都会有一点反射和透过。Ms：Megan，你说呢？M：有的物体这两种现象都有，但是我们不认为所有的物体都是这样的。Ms：如果你观察了很多物体你认为会这样吗？M：可能Ms：那如果很多物体的却是这样呢？M：但是我们没有证实所有的物体啊？在这个交流中，我们看到了sutton女士通过使学生注意到他们的论断与lesley的论断的区别将第一手调查与第二手调查联系在了一起。这就引起了两个方面的争论：测量和样本大小。Lesley使用光测量仪来统计数据，而学生们没有，他们仅仅是将他们所观测到的现象描述出来。Ian认为如果使用了测量工具，大家的结果会和lesley一样，sutton女士指出如果进行了更多的调查可能会有一个不同的发现，Megan却不这样想，他觉得大家永远不可能研究所有的物体。事实上，决定多少的证据才能足够代到可以推出一个广泛的结论，就像所有的物体都反射和透过一样，是科学上一个很重要的问题。在下面的例子中学生们试图考虑用其他可能来解释他们的结论与lesley的结论的区别。例如，lesley用数据报告了将手电筒光照到一个黑色的毛毡上之后发生的现象。-她说计量器上没有发现任何光通过。但是大多数同学都认为看到了透过光，下面是大家讨论为什么会有这种区别：C：当我们拿着灯而不是直接靠上去，而是稍微远一点，会发现后面有一些光。Ms：我们都看到了透过，我们认为光是透过了，可是他和他们的光测量仪却不这样认为。Jihad：但是更有把握一些，因为他有光测量仪，而我们没有Ms：为什么会有这样的区别呢？S：也许她把手电路离得很远，而我们离得很近？M.S：还有别的可能吗？Ian你说呢？I：也许她们手电筒不那么亮，或者毛毡太厚了，也许M.S：好的，有两种解释了。S：对，或者是因为光测量仪的原因。M.S:光测量仪怎么了呢？是不是它不那么容易测到光呢？T：因为它是10个10个测的，如果是0.09怎么办？M.S:那也许是因为它测不了1/10或1/1000。S：或者是她把小数舍掉了？M.S:也许是她舍掉了小数，也许是仪器自动舍掉的。很好！L： 或者也许是因为她把仪器放得太远，而光到不了那么远。在这个例子中，学生们试图想出很多方案来解释他们与Lesley的结果之间的曲别，包括实验流程上，材料上，光源强度上，记录数据的方法上，还有科学家自己对数据结果的修改。这个交流从广义上说很重要，表明了学生能够对调查方案设计中多种因素的影响有所认识。在这有了这种理解，他们可以认识到对变量的控制很重要，因为可以使实验中只有一组对照。探究式学习中课文成功的使用还有最后一点是学生采取了怀疑的眼光看待课本而不仅仅是听从于它，下面三个例子很有说服力。前面两个是同学们对Lesley的论断“所有的物体都能反射和透过光”的普遍性产生了怀疑。刚开始，Kit插话说“我认为她说所有太多了，她可以说大多数因为她可以观测很多物体，但因为所有太多了，而她也许只测了七个。”Sutton女士回应说，“对，也就是说你并不知道她要做这样的论断是不是做了足够多的次数可以说所有。”第二个对话是这样开始的。一个叫Katherme的学生认为Lesley没有给出充分的信息来说明她实验所有的材料。紧接着，Megan说他认为Lesley的材料都很相似（例如，它们都是“平的”），Lesley如果要做出“所有的物体既反射又透过”的论断的话，她的实验材料应该拥有更广泛的特征。Sutton女士让他说的具体些，于是Megan说，“她的材料没有球形的或者3D的，他们都是平的因为如果一个东西是3D的，它就会很厚。你用光照到一个绿色的球上，想看到光透过，你会发现有一半黑影，因为对球来说有两个面，而不是一个。”在一个相关的批评中，Kit认为Lesley不应该仅仅考虑她实验材料的颜色，应该还有材料是哪种物质构成的。Kit我认为如果白色物体由不同物质构成，论断不会成立。M.S好，如果你们用光测量仪像她那样测量表上所列的所有黑色物体，会有怎样的结果呢？它们吸收的会不会一样？它们会不会吸收相同量的光线？S不是。M.S有多少人同意不是所有的黑色物体吸收相等量的光？好的，大家看法都是对的。通过循环调查来促进学习不管学生是通过第一手调查还是第二手调查去学习，单独的每一轮都不会使学生达到学习的知识目标和认识目标。因此，在每个领域的探索都需要多轮的调查。关于怎样运用多轮调查和第一手调查和第二手调查的结合来设计课程单元超越了本章的范围。重要的是学生要有多次机会来学习概念（例如，很多轮的调查提供了多次处理同一个概念的机会），还要在不同的内容中遇到这样概念（例如，反射在有关镜子的内容中学到，也在不透光的物体的内容中提到）。这一节的目的是教师如何运用循环调查来促进学生的学习。教室这个社会决定了每个论断的命运。在每一轮中，论断都可能经历指出，驳斥，修改，接受，放弃，忽视的变化。（教师要用批判性的指导确保错误的论断在没有进一步探索的时候被接受，也要确保重要的论断能被理解）。Page461-469 概念框架的发展 假设现在同学们已经通过了几个循环的调查,怎样来阻止这些轮的调查成为无相关的经历,成为无相关的知识呢?同学们是怎样从重复的调查经历中发展,精心阐述,提炼概念框架的呢?我们已经讨论过以