3和科学概念有关的结构

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1、和科学概念有关的结构——（美）兰本达《小学科学教育“探究—研讨”教学法》虽然结构和概念有时可以用作同义词，我们还是想把它们的意义区分开来。这两者都指关系；可是概念指导的关系总是抽象的，而结构指的关系的可以是抽象的，也可以不是抽象的。一幢建筑物的结构是具体的，这里不能用概念这个词。但是思想的结构却是抽象的，例如我们讲到逻辑时提到的（在逻辑系统中的关系形式可以称之为概念；这里这两个词可以用作同义词）。一种分类，正如我们刚才所见的，有一个结构——一种关系的型式——但那并不是概念。因此，结构所包含的意思比概念要广，因为它

2、既可以用于具体的事物，也可以用于抽象的事物。而概念则总是抽象的。　　科学上的概念有其本身的等级制度。关于宇宙自然界的最高的抽象可以称作概念体系。学者们对如何系统地阐述这些体系和究竟划分为几个基本体系，各有不同的方法。可是我们发现，这些概念体系都以宇宙自然界的三个主要方面为中心：泛指的宇宙，质量—能量，生物。这三大概念体系可以陈述为：　　1．宇宙处于永恒变化之中。　　2．宇宙的总的质量和能量是守恒的。　　3．生物处于不断的变化之中。　　这每一个体系都包含着许多概念。每个概念代表着一种抽象的形式，一种抽象的相互关系，

3、在概念的等级制度中有着自己的位置。比如磁性属于电磁的范畴，而电磁又属于电磁波谱范畴，后者又属于质量-能量概念体系（见前第2条）。这些关系可以很方便地用概念和从属概念表达出来：我们把磁称为电磁这个概念的从属概念；把电磁称为电磁波谱这个概念的从属概念。“概念”、“从属概念”这些概念是用来表明在某种特定情况下的关系的。它们用起来很方便，但并不说明其在自然界等级制度中的任何位置。　　《里面是什么？》那堂课所使用的那些材料的“幕后”结构是：通过触和听觉可以感受到看不见的物体的存在。该堂课的第一部分处理那些可以摸得到的、透过

4、棕色的纸口袋能发出声音的那些熟悉的东西。从统计上讲只有一定的可能性能推断出这些东西的存在和特性。同样，塑料口袋里的空气也是看不见的，但是可以感觉到，也可以使之发出声音来。在这里，孩子们开始知道了口袋里面有空气，但是他们推断出了空气是一种物质性的东西——它可以象苹果或土豆一样表现自己的存在。　　最后一点事实孩子们没有表达清楚；它是从材料的“幕后”关系型式推导出来的结果。这一结构和看不见的气体也是由物质组成的这一份属概念有关。一个范围更大的概念会说：气体是由运动着的微小的物质颗粒组成的。在关于质量—能量这一概念体系下

5、，这一点可以更抽象地概述为：“宇宙间质量和能量的总和始终是一个常数（是守恒的）。”因为这堂课的第一部分和第二部分的关系型式是类似的，所以孩子们讲起空气时，好象空气也是一件东西，一件实体的“东西”。如果不使用那些材料，或者没有玛丽?史蒂文斯安排的那种经历，孩子们不会认为空气可以和苹果、土豆一起排列，是一种实质性的东西，一种物质。物质的特性是科学的一个基本概念。使用口袋的那次经历使孩子们在较小的范围内知道了关于质量—能量这个宏大的概念体系，为将来进一步发展奠定一个良好的基础。（在第五章里我们就下一步可做些什么提出了一

6、些建议。）通过结构，材料揭示了一个现象：空气是物质，它能够做（或者能够用以做）固体物质做的事。而这一点是物质特性的一个从属概念。　　现在请考虑一下这样一组东西：一盆水、一个软木塞、一小块木头、一颗***子和一只油泥做的小球。这一组材料后面有什么结构呢？把它们放入水中会揭示什么关系形式呢？显然，有些会浮、有些不会。我们能不能把我们对这种形式的感性认识再提炼一下呢？可以在几个层次上做到这一点。我们将在下两节里对此进行研究。在往下看之前，你能想出领悟这一型式的办法吗？　　孩子们也许会说，重的东西沉下去，轻的东西会浮在水

7、面。这是这一型式的一部分，这些物体和水的关系的一个部分。如果我们再加上一小块比那个软木塞和木块都轻的油泥，我们就得想出一种新的型式来。如果我们想揭示一种更能说明问题的关系，我们可以再加上一只乒乓球、一只和乒乓球同样大小的泥球、一团揉成拳头一样大小的铝箔、一块石头，以及一块切成同那块石头一样大小、一样形状的海绵。这样就会揭示另一个现象：同样大小的东西，重的下沉，轻的浮着。如果要孩子们想办法让那块油泥浮起来，他们最终会把它捏成一个船的样子。样子变了，可是重量没有变；大一些的孩子就会去寻求一种新的型式！如果我们把上面讲

8、的材料同时交给孩子们，孩子们就会提出许多表达他们的发现的说法和许多有创见的回答，而这些又会提出新的问题。这些材料使孩子们都卷入了进去，在许多层次上对他们有意义；这些材料揭示了许多相关的型式，但是使阿基米德大伤脑筋的、要他判定希隆国王的王冠是不是纯金的问题，仍没有得到解决。这一经历将成为使人努力从事科学的一种激励。　　漂浮，这些型式都与之有关的这个概念，可以用一个问题表现出