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洪 潮 沙河口区教师进修学校,基于概念建构的科学教学设计,一、 建构主义思想追溯,哲学及科学哲学渊源 心理学渊源 皮亚杰 儿童在与周围环境相互作用的过程中,逐步建构起关于外部世界的知识,从而使自身认知结构得到发展,维果斯基 认知发展发生于社会文化环境中,社会文化影响着认知发展的形式; 儿童的许多重要认知技能是在与父母、老师以及更有能力的同伴的社会交往中发展起来的;,(一)基本观点,建构主义的知识观 知识是经验性实在 知识并不是对现实的准确表征,它只是一种解释、一种假设,而不是最终答案,知识只是一种“可行性” 知识并不能精确地概括世界的法则,在面对具体问题时更不会一用就灵,而是需要针对具体情境进行再创造,知识源于主体的建构 人认识的对象是经验性实在,那么,认知者与认知对象就不能断然分离 学习者是具有大量生活经验和先前知识的主体,这些知识与经验可能促进新的学习,也可能妨碍新的学习,但无论如何它们是学习的基础,Fish is Fish,牛,鸟,人,理解依赖于个人的经验,知识与学习者不可分离,建构主义的学习观,学习是学习者主动建构内部心理表征的过程 学习者总是主动选择一些信息,忽视一些信息,并从中进行推论,而且在推论过程中,也总是与他以前的经验相结合建构对输入信息的解释,学习中的建构是双向的 建构一方面是对新信息的意义的建构,另一方面是对原有经验的改造和重组 学习不仅是理解和记忆新知识,而且要分析它的合理性、有效性,从而形成自己对事物的观点,形成自己的思想,学习者对学习对象的理解存在差异 学习者的个体经验是相当丰富的,又是存在差异的 每个学习者都有以自己的方式看待新知识的倾向,不同人看到事物的不同方面,通过学习者的合作或社会性学习,可以使理解更加丰富和全面,建构主义的教师观及学生观,教师是知识学习的促进者 建构主义在原则上否定知识传递的可能性 ,否认教师能够“教给”学生任何知识 教师应该重视学生自己对各种现象的理解,倾听他们现在的想法,洞察他们这些想法的由来,以此为根据,引导学生丰富或调整自己的理解,学生是富有背景经验的主体 在日常生活中,在以往的学习中,学生已经形成了丰富的经验, 从自然现象到社会生活,他们几乎都有一些自己的看法 把学生现有的知识经验作为新知识的生长点,引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验,教学是以学生活动为主的师生互动过程 教学的作用在于给学生设置有效的活动机会,使学生在活动和讨论中、在问题解决的过程中建构自己的知识,(二)建构主义理论在教育中的应用,抛锚式教学 这一教学模式的主要目的是使学生在一个完整、真实的问题情境中,产生学习的需要,并通过镶嵌式教学以及学习共同体中成员间的互动、交流,即合作学习,凭借自己的主动学习、生成学习,亲身体验完成从识别目标提出和达到目标的全过程。,认知学徒教学 通过允许学生获取、开发和利用真实领域中的活动工具的方法,来支持学生在某一领域中的学习,支架式教学 为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架,这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的,随机通达教学 由于事物的复杂性和问题的多面性,要做到对事物内在性质和事物之间相互联系的全面了解与把握,即形成对所学知识全面深刻的意义建构是很困难的,往往从不同的角度考虑可以得出不同的理解,在教学中必须注意对同一教学内容,在不同时间、不同情景、为不同的目的、用不同的方式加以呈现,从而使学习者获得对同一事物或问题的更为全面深刻的认识与理解,二、关于“过程”的思考,关于过程的三个关键维度: 学生学习认知过程及特点 科学研究的过程及特点 课堂教学过程及特点,科学课堂的过程,教学过程,科学过程,学生认知过程,提供新情境,情境,检索 已有经验,假 设 检 验,提出问题,观察(信息),聚焦问题,建构活动 (观察、实验、阅读、制作、 讨论、记录、交流),概念转变,反应、强化、 协调、反思,注意、警觉 回忆原有经验,结论与表达,实 践 认 识,冲突,建构,联 系,求 真,科学课堂应该是怎样的过程? 过程任务,1.引导学生参与并理解科学实践活动 让学生像科学家一样做科学并理解为什么要这样做 观察、记录、假设、交流、讨论 进行科学探究或运用其它形式学科学 (必须从感性认识上升到理性认识),2.引导学生理解科学知识是怎样形成的 理解科学的本质、科学的认知方式 崇尚事实(客观、理性) 尊重规范(数据与解释之间的逻辑推理) 强调可重复性(用于接受检验、反思与面对质疑),3.引导学生学习在事实的基础上建立科学概念 让儿童理论与证据相互作用从而进入儿童的内心 能够区分理论和证据(想到的和感受到的) 能注意到理论与证据的不一致,并乐于协调(解释、预测、正确对待反例),从四年级(上册)第一单元 空气的性质的过程设计说起,设计1: 1、猜谜语导入 2、收集空气,利用材料证明周围存在空气 3、对照表格,运用观察水的方法研究空气 4、汇报交流 5、纸巾不湿的秘密 6、赶空气 7、怎样才能带回一瓶纯的当地的空气,从四年级(上册)第一单元 空气的性质的过程设计说起,设计2: 1、学生观察并描述两个杯子(一个装水,一个空杯),导入新课 2、借助工具,研究空气 3、空气信息发布会 4、保护纸巾 5、漏斗的秘密 6、喷泉游戏,同活动内容的不同目标导向,比较点之一:引入活动(情境创设) 设计1:谜语对四年级学生,不具有“谜”感 设计2:观察比较两个杯子即比较水和空气 类比迁移,充分暴露初始想法,比较点之二:借助工具研究空气 (工具有吸管、塑料袋、气球等) 设计1:对照表格,运用观察水的方法研究空气,设计2:借助工具观察研究,把自己的重要发现,简单地记录在卡片上 (工具有吸管、塑料袋、气球、注射器等) 在原有认识的基础上深化、拓宽对空气的了解。,比较点之三:经典魔术纸巾不湿 设计1:教师示范,学生初次实验,要求:小组每人轮流做一次;一张纸只用一次。再次实验:要求:成功的同学想办法做失败,失败的同学吸取教训,想办法做成功。 活动导向:以实验本身的成功和失败为准 设计2:保护纸巾,学生每人做一次。 活动导向: 进一步思考讨论 什么原因使纸巾不会被水打湿的。,比较点之四:后续活动 设计1:赶水空气会流动,新知识的教学 设计2:漏斗的秘密“空气占据空间”这一概念在新情境中的运用。,这是形似神不似的两个案例: 形:活动和活动外在形式 神:活动的目标内涵 我们追求有“目标内涵”的教学,对设计2的活动目标内涵梳理,这样的课的目标定位,冲击着课程改革初期的科学课,观察热闹的背后,推敲活动的目标,反思探究的有效,能否有一种新的启示?,三、关于“概念”,1、概念是什么 2、为什么要以发展概念为主要目标 3、儿童如何学习科学 4、对教学设计的启示,1、概念是什么?,(1)概念在知识结构中的地位,(2)关于概念的定义 “科学概念是有组织的、有不同覆盖程度的、用抽象语言表达的、超越主题和事实的一些观念和思想。” 所有概念建立者一个共同的特点是:在浩瀚的事实中探求意义,探寻一个概括的体系,把一个问题所有可能的特征包括进去 。 兰本达,帮助学生建立关于“空气”的概念: 空气看不见摸不着,但是我们可以借助其他物体和工具感觉到空气的存在,空气和水有相同的特点,也有不同的特点。,2、为什么要发展学生的概念,我的理解:它将实现两个基本想法 日常教学中的活动设计对学生的思维要求提高了,不仅仅是知识理解层面,而且要上升到综合分析层面,这样的教学目标将增强学生的思考力。,以探究为核心的小学科学课堂教学找到了落脚点,帮助学生在熟悉事物、收集事实、寻找证据的同时,还要形成一种观念性的概念,用这种概念引领科学探究活动的深入,这对学生长大后所形成的科学素养无疑具有重要的影响。,3、儿童如何学习科学,1、学生在真正学习新的科学概念之前,已经有了对一些概念的朴素的理解,它包含原有的经验和假设,但往往与概念的科学含义不一致。 2、学生的科学学习过程在某种意义上说是概念改变的过程。为更好地达成概念转变,教学需要使学生产生认知冲突,建构活动,才能完成概念转变。,有意义学习的两个条件: (1)学习者原有认知结构中应具有可以用来同化新观念的相应知识; (2)学习者应具备有意义学习的心向。 奥苏贝尔,4、对教学设计的启示,(1)教师要熟知学生的原有经验,并基于此而展开教学。 (2)要让学生乐于学习,保持学生的有意义学习的心向 (3)科学课上帮助学生发展的概念,要和学生原有的真实想法相互作用并建立起联系,才能不断丰富学生的经验世界。 (4)要监控学生概念的转变。,四、基于概念的过程设计,1、过程设计路径 以简单电路为例 2、活动设计策略,1、过程设计路径,调查学生前概念,设计概念目标,原有概念:点亮小灯泡 需要有电池、小灯泡和电线。,概念1:在一个具有电池、导线、小灯泡、开关的闭合回路里,小灯泡才可以点亮。 概念2:简单电路是由电源、用电器、导线、开关组成的回路,支架活动,活动1,活动2,活动3,活动4,此岸,踏脚石,彼岸,1、点亮小灯泡需要有电池、小灯泡和电线。,2、连接电池、导线、小灯泡形成电的通路。,3、正确连接电池、导线、小灯泡和开关并形成一个回路 (电能的提供、传输、转换和控制的通路),4、概念1:在一个具有电池、导线、小灯泡、开关的闭合回路里,小灯泡才可以点亮。 概念2:简单电路是由电源、用电器、导线、开关组成的回路,分解概念目标,设计概念箭头,沿着概念箭头,设计建构活动,活动一:观察描述食盐和沙子在水中的变化(先观察再搅拌),支架活动,活动承载的概念内涵,活动三:观察描述高锰酸钾在水中的变化(过滤高锰酸钾),不能被过滤、不能沉淀 (看不见),活动四:整理、交流,1、特征描述; 2、总结形成概念性观念,活动一:观察描述食盐和沙子在水中的变化(先观察再搅拌),支架活动,活动承载的概念内涵,活动三:观察描述高锰酸钾在水中的变化(过滤高锰酸钾),不能被过滤、不能沉淀 (看不见),活动四:整理、交流,1、特征描述; 2、总结形成概念性观念,活动一:实验组装使小灯泡能够发光。(先组装再观察讨论),点亮小灯泡需要有电池、小灯泡和电线,支架活动,活动承载的概念内涵,活动二:观察说明只有将电池、小灯泡导线依次连接在一起时,小灯泡才会被点亮。 (观察小灯泡的结构,形成正确连接),活动三:实验组装一个可以控制小灯泡发光的回路。(先组装再讨论各部分的作用),连接电池、导线、小灯泡形成电的通路。,正确连接电池、导线、小灯泡 和开关并形成一个回路,活动四:整理、交流,1、特征描述; 2、总结形成概念性观念,设计新情境,监控概念转变 活动五:如果使电动风扇(马达)旋转应该怎样连接? 如果要使新概念真正地成为知识体系中的一部分,还要知道如何运用新概念,并在此基础上做出解释、推论和预测,这样才算完成整个的概念改变过程。,设计路径技术:,调查学生前概念,设计概念目标,分解概念目标,设计概念箭头,沿着概念箭头,设计支架活动,设计新情境,监控概念转变,需要强调的是: 过程与概念统一,科学的过程设计是前提,以科学的过程为依托,渗透概念的教学是科学教学设计研究的方向。,2、活动设计策略,(1)直面朴素概念,引发认知冲突 (2)设计建构活动,促进理性思考 (3)使用新建模型,监控概念转化,(1)直面朴素概念,引发认知冲突,(认知冲突是概念改变过程的起点) “差异式”活动:与已有的概念完全相反或不同 “关联式”活动:基于已有概念展开 “独白式”活动:暴露多种真实概念,“差异式”活动例举:,使沉在水里的物体浮起来第一组材料: 西红柿、回形针、泡沫、牙签、纽扣、蜡烛、萝卜、木头 学生已有经验:物体沉浮与大小、轻重有关 该组材料的事实:物体沉浮与它们的大小、轻重无关
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