促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)

1、促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)胡久華北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院100875支瑤北京市第三十五中學(xué)100032摘要：促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循建構(gòu)主義教學(xué)理論，以學(xué)習(xí)者為中心，通過對各種過程和資源的設(shè)計(jì)支撐學(xué)生的建構(gòu)活動(dòng)，按照“研究教學(xué)內(nèi)容的知識脈絡(luò)一一分析學(xué)生的認(rèn)識脈絡(luò)一一設(shè)計(jì)建構(gòu)概念的問題一一提供學(xué)生解決問題所需的證據(jù)”這一基本思路完成教學(xué)設(shè)計(jì)。止匕外，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要重視學(xué)生認(rèn)識方式的建構(gòu)，創(chuàng)設(shè)形成概念認(rèn)識的學(xué)習(xí)情境，以及提供多樣認(rèn)識建構(gòu)的學(xué)習(xí)活動(dòng)等。關(guān)鍵詞：科學(xué)概念教學(xué)設(shè)計(jì)建構(gòu)主義科學(xué)概念的學(xué)習(xí)使學(xué)生更加本質(zhì)地認(rèn)識事物與現(xiàn)象，促進(jìn)科學(xué)知識的系統(tǒng)化與結(jié)構(gòu)化，幫助學(xué)生發(fā)展邏輯推理能力

2、，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)設(shè)計(jì)符合學(xué)習(xí)規(guī)律和學(xué)生學(xué)習(xí)心理的多樣化教學(xué)活動(dòng)，盡可能地啟迪學(xué)生思維，增進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的認(rèn)識建構(gòu)與理解水平，避免對科學(xué)概念的機(jī)械記憶。但是，已有的研究表明科學(xué)概念教學(xué)的效果往往不是很理想，學(xué)生對科學(xué)概念的認(rèn)識不能達(dá)到較高水平。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因在于教師在教學(xué)過程中沒有讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)概念的建構(gòu)過程。為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生對科學(xué)概念認(rèn)識的深層次理解，教學(xué)設(shè)計(jì)的思路與策略是什么？本文結(jié)合案例進(jìn)行了理論分析與實(shí)踐探討。一、促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)理論怎樣的教學(xué)設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)概念理解？要想回答這個(gè)問題，首先要清楚如何才能促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)概念認(rèn)識。建構(gòu)主

3、義的教學(xué)理論認(rèn)為，對學(xué)習(xí)內(nèi)容較為深刻的理解和掌握是通過學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)來達(dá)到的，而不是通過教師向?qū)W生傳播信息獲得的。學(xué)習(xí)者在一定的情景下學(xué)習(xí)，或利用自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)同化新知識或通過“順應(yīng)”、改造、重組原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)來同化新知識，理解、掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，達(dá)到對新知識意義的建構(gòu)。建構(gòu)主義提倡在教師指導(dǎo)下的、以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，也就是說，既強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知主體作用，又不忽視教師的指導(dǎo)作用，教師是意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者，而不是知識的傳授者與灌輸者。學(xué)生是信息加工的主體、是意義的主動(dòng)建構(gòu)者，而不是外部刺激的被動(dòng)接受者和被灌輸?shù)膶ο?。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)利用各種信

4、息資源來支持學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程的最終目的是完成知識的意義建構(gòu)?；诮?gòu)主義教學(xué)理論，學(xué)生的科學(xué)概念學(xué)習(xí)是建構(gòu)性的，學(xué)生是科學(xué)概念意義的主動(dòng)建構(gòu)者，教學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于通過對各種過程和資源的設(shè)計(jì)支撐學(xué)生的建構(gòu)活動(dòng)。因此，可以按照以下思路進(jìn)行科學(xué)概念的教學(xué)設(shè)計(jì)：首先分析教學(xué)內(nèi)容的知識線索，確定教學(xué)的知識脈絡(luò)；然后分析學(xué)生的已有認(rèn)識與科學(xué)概念問的差異，確定教學(xué)過程中學(xué)生的認(rèn)知脈絡(luò)；之后分析活動(dòng)線索和STS線索，結(jié)合學(xué)生的已有知識和探究能力，確定教學(xué)過程的問題線索；最后確定是否需要為學(xué)生提供解決問題所需的證據(jù)，以及以哪種方式向?qū)W生提供。具體如下圖所示：知以脈絡(luò)認(rèn)知膿絡(luò)向翹線索解決問題

5、的證據(jù)根據(jù)教材內(nèi)容和課程標(biāo)準(zhǔn)要求,確定載學(xué)內(nèi)容及其邏輯順序。為學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展餓計(jì)合理的問題域索,并確定通過提供哪些素材（教據(jù)、實(shí)驗(yàn)等）幫助學(xué)生探查學(xué)生的已有認(rèn)識，了解學(xué)生的已解關(guān)問題,）有認(rèn)識與科學(xué)概念間的差異，結(jié)合學(xué):生的實(shí)際情況m確定學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的2口發(fā)盛脈絡(luò)口LJ圖1促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)思路二、促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)策略1 .重視認(rèn)識方式的建構(gòu)研究表明，在學(xué)生科學(xué)概念的學(xué)習(xí)中，在紛繁復(fù)雜的學(xué)生個(gè)人概念背后確實(shí)存在著認(rèn)識方式這一上位因素。科學(xué)概念和其相應(yīng)的認(rèn)識方式是相輔相成的，要想達(dá)到對科學(xué)概念的高水平理解，需要建立起相應(yīng)的認(rèn)識方式。所謂認(rèn)識方式是超越了科學(xué)概念本體，

6、位于具體概念上位的概念，指的是學(xué)習(xí)者在思考和處理科學(xué)問題時(shí)，所表現(xiàn)出來的傾向于使用某種思維模式或是從一定的認(rèn)識角度來認(rèn)識或解決問題的信息處理對策或模式。重視學(xué)生認(rèn)識方式的建構(gòu)，更具體的說，就是改變原來科學(xué)概念教學(xué)中存在的過多關(guān)注具體概念辨析和概念的識記，忽視科學(xué)概念的認(rèn)識功能和指導(dǎo)作用，導(dǎo)致學(xué)生記得具體的科學(xué)概念，不會應(yīng)用概念分析、解釋問題或現(xiàn)象。因此，概念理論教學(xué)要重視學(xué)生觀念的建構(gòu)，重視概念在學(xué)生認(rèn)識中的作用，即從具體知識的教學(xué)轉(zhuǎn)化為關(guān)注認(rèn)識方式的教學(xué)。表1關(guān)注具體性知識的教學(xué)與關(guān)注認(rèn)識方式的教學(xué)的區(qū)別關(guān)注具體性知識的教學(xué)關(guān)注認(rèn)識方式的教學(xué)教學(xué)注重對具體性知識的學(xué)習(xí)和思考，具體性知識的記憶

7、和淺層次理解是教學(xué)和學(xué)習(xí)的最終目的。教學(xué)也注重對具體性知識的學(xué)習(xí)和思考,但最終目的是把具體性知識作為載體和工具來幫助學(xué)生觀念的建構(gòu)和形成。內(nèi)容的選擇主要是覆蓋大綱及教材中的大量具體學(xué)科知識內(nèi)容，局限于對這些材料的組織和呈現(xiàn)，幾乎沒有選擇性。內(nèi)容的選擇是以居于學(xué)科中心的觀念為核心，綜合考慮大綱和教材以及其它教學(xué)資源，選擇那些能形成和體現(xiàn)這些基本觀念的具體知識內(nèi)容進(jìn)行組織和呈現(xiàn)。教學(xué)過程旨在記住這些知識，多采用講授式，“老師站著講，學(xué)生坐著聽”。教學(xué)過程旨在發(fā)展學(xué)生的綜合思維和深層理解力，多采用讓學(xué)生去主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和在活動(dòng)中去主動(dòng)探究、去主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，與同學(xué)、老師交流、質(zhì)詢等多種方式。教學(xué)內(nèi)

8、容的分析缺少對知識層次結(jié)構(gòu)和知識之間關(guān)系的分析。教學(xué)內(nèi)容的分析是以觀念為核心，主要分析知識的層次結(jié)構(gòu)和知識之間相互聯(lián)系教學(xué)活動(dòng)圍繞對具體性知識的講解展開，缺乏情景的創(chuàng)設(shè)、問題與活動(dòng)。教學(xué)活動(dòng)圍繞對觀念建構(gòu)這一目的創(chuàng)設(shè)的豐富情景和一系列問題和組織的探究性活動(dòng)展開。教學(xué)活動(dòng)要求各種具體操作技能性訓(xùn)練。教學(xué)活動(dòng)要求運(yùn)用多種技能的復(fù)雜行為表現(xiàn)?？梢?，關(guān)注認(rèn)識方式的教學(xué)過程是一個(gè)關(guān)注學(xué)生深層思維技能，有效培養(yǎng)學(xué)生批判性、創(chuàng)造性等綜合思維的教學(xué)過程。在教學(xué)過程中，教師通過各種途徑積極引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用超越事實(shí)的思維方式對所學(xué)知識內(nèi)容進(jìn)行思考。因此，科學(xué)概念教學(xué)不僅承擔(dān)著具體科學(xué)概念的教學(xué)任務(wù)，還應(yīng)該承擔(dān)建構(gòu)和發(fā)

9、展學(xué)生認(rèn)識方式的任務(wù)。例如，在教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生通過分析“物質(zhì)進(jìn)入水溶液中將發(fā)生哪些變化？”、“溶液中存在哪些微粒？”、“哪些微粒能發(fā)生反應(yīng)？”等問題，培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀和動(dòng)態(tài)觀；可以利用稀釋前后鹽溶液的pH數(shù)據(jù)分析稀釋對鹽類水解平衡的影響，使學(xué)生學(xué)會用定量的觀點(diǎn)分析問題。2 .創(chuàng)設(shè)形成科學(xué)概念認(rèn)識的學(xué)習(xí)情境一些教師在進(jìn)行科學(xué)概念的教學(xué)時(shí)，拋開具體的概念認(rèn)識情境，就某一具體概念進(jìn)行純粹的啟發(fā)講解，導(dǎo)致學(xué)生知道具體概念的含義，但是不清楚這個(gè)科學(xué)概念存在于哪個(gè)具體的科學(xué)領(lǐng)域或科學(xué)主題，也不清楚為什么要學(xué)習(xí)這個(gè)科學(xué)概念，它能夠解決什么問題或者解釋哪種現(xiàn)象，自然當(dāng)應(yīng)用這個(gè)概念時(shí)，學(xué)生不會想到它。這樣

10、的概念教學(xué)完全脫離了概念認(rèn)識的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生對概念的認(rèn)識停留在具體含義上，尚未達(dá)到理解水平與遷移應(yīng)用階段。因此，教師在進(jìn)行概念教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要?jiǎng)?chuàng)設(shè)概念認(rèn)識的學(xué)習(xí)情境，從實(shí)際問題的解決需要，從自然現(xiàn)象的解釋需要，從社會問題的分析需要等出發(fā)，在解決問題或分析現(xiàn)象的過程中建構(gòu)科學(xué)概念，實(shí)現(xiàn)對科學(xué)概念的深層次理解，認(rèn)識到科學(xué)概念的應(yīng)用領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)概念認(rèn)識功能與解決問題功能。在創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境時(shí)，教師要運(yùn)用各種直觀手段，使抽象的科學(xué)概念形象化。教師應(yīng)認(rèn)識到科學(xué)概念的形成是由特殊到一般、由具體到抽象、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)識過程，是在這種由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的不斷循環(huán)所進(jìn)行的歸納、演繹等邏輯推理過程中逐漸產(chǎn)生的。因

11、此，在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意將有關(guān)理論具體化、形象化、直觀化，有利于啟發(fā)學(xué)生的思維，完成由感性認(rèn)識向理性認(rèn)識的飛躍。常見的直觀教學(xué)手段有采用實(shí)驗(yàn)等手段進(jìn)行教學(xué)的實(shí)物直觀，又采用圖像、數(shù)據(jù)、多媒體課件、錄像等直觀手段進(jìn)行教學(xué)的模象直觀。如，在探究溫度對化學(xué)反應(yīng)平衡的影響時(shí)，可以分別將NG1NO平衡球放入冷水和熱水中，使學(xué)生通過觀察、對比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲得感性認(rèn)識。而研究壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響時(shí)，可以給出在不同壓強(qiáng)下，同一反應(yīng)體系達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)各種物質(zhì)的濃度，使學(xué)生通過分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行探究，獲得結(jié)論。3 、提供多樣認(rèn)識建構(gòu)的學(xué)習(xí)活動(dòng)在進(jìn)行科學(xué)概念教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，為了促進(jìn)學(xué)生的概念理解，需要設(shè)計(jì)多樣認(rèn)識建構(gòu)的學(xué)

12、習(xí)活動(dòng)。討論活動(dòng)在科學(xué)概念學(xué)習(xí)中具有非常重要的作用。讓學(xué)生參與對觀念意義的交流，其中包括對疑點(diǎn)，假設(shè)以及論點(diǎn)的提出與評價(jià)，可以增進(jìn)學(xué)生原先的科學(xué)概念理解。如果學(xué)生對某領(lǐng)域的科學(xué)理論或觀念把握有誤或是錯(cuò)誤的，那么最適當(dāng)?shù)募m正方法是引出他們的想法，然后使這些想法面對矛盾的證據(jù)。這樣學(xué)生不僅在自己談?wù)摵退伎家恍┈F(xiàn)象方面有所進(jìn)展，而且會在敘述這一領(lǐng)域中的一些特征的方式上變得更趨一致。同伴間的交流能夠幫助學(xué)生對概念的理解與建構(gòu)，能夠使學(xué)生進(jìn)入高認(rèn)知水平，使他們形成和發(fā)展關(guān)于科學(xué)現(xiàn)象的有意義的認(rèn)識及觀念。設(shè)置問題和動(dòng)手活動(dòng)在科學(xué)概念學(xué)習(xí)中也非常重要。設(shè)置什么樣的問題或活動(dòng)能驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考？問題應(yīng)該是學(xué)生感興

13、趣的社會問題或與學(xué)生的日常生活比較接近或者學(xué)生對其具有一定的模糊認(rèn)識，涉及到學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)的問題。比如在學(xué)習(xí)化學(xué)科學(xué)中“物質(zhì)的量”概念時(shí)，利用曹沖稱象的故事設(shè)置問題情境，如何利用宏觀物質(zhì)的質(zhì)量確定微觀粒子的質(zhì)量，從而使學(xué)生明白引入“物質(zhì)的量”的重要意義。運(yùn)用活動(dòng)把對概念或理論的認(rèn)識外顯，如用最大的放大鏡觀察到的水的內(nèi)部情況這些都可以大大降低抽象程度，使其形象化?？傊?，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生對科學(xué)概念的高水平認(rèn)識，教師在進(jìn)行科學(xué)概念的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮學(xué)生的認(rèn)知脈絡(luò)、科學(xué)概念的邏輯脈絡(luò)、建構(gòu)科學(xué)概念的問題與活動(dòng)，支持學(xué)生概念理解的相關(guān)信息，以及利于學(xué)生建構(gòu)理解的學(xué)習(xí)情境等，綜合分析這些因素，從而促進(jìn)學(xué)生理

14、解科學(xué)概念，實(shí)現(xiàn)科學(xué)概念對學(xué)生認(rèn)識的發(fā)展作用。三、教學(xué)設(shè)計(jì)案例原電池是化學(xué)科學(xué)中的重要概念，關(guān)于原電池的工作原理是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)?，F(xiàn)以“原電池的工作原理”為例，說明如何進(jìn)行促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)。通過對課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的研讀，整理出“原電池的工作原理”這一學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識脈絡(luò)，即：原電池裝置,I,，知識脈絡(luò)原電池工作原理（電極反應(yīng):,T原電池裝置中,電流是怎樣產(chǎn)生是？（產(chǎn)生電勢差一發(fā)生氧化還原發(fā)應(yīng)一形成持續(xù)電流）圖2”原電池的工作原理”的知識脈絡(luò)圖學(xué)生通過高一化學(xué)“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”這一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)知道化學(xué)能不僅能夠轉(zhuǎn)變成熱能，還能夠轉(zhuǎn)變成電能，但不知道如何實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化

15、。因此，根據(jù)學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，將“電池（原電池）是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置”作為學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的第一步。由于向?qū)W生展現(xiàn)的原電池為最簡單的銅鋅單液原電池（如圖3）,學(xué)生會很自然地自主發(fā)展對原電池工作原理的im醐酬S3銅等處液晾電旭認(rèn)識，認(rèn)為“電解質(zhì)溶液中要發(fā)生氧化還原反應(yīng)才能形成原電池，電池工作時(shí)電極材料要參加電極反應(yīng)”。針對學(xué)生的這一觀點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)事實(shí)讓學(xué)生發(fā)生認(rèn)知沖突，突破對原電池工作原理的認(rèn)識，建立更加科學(xué)的概念，即：形成電勢差（原電池）后才發(fā)生電極反應(yīng)，電極材料不一定參加電極反應(yīng)；同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生提出問題：“原電池是怎樣工作的？。最后，通過教師講解幫助學(xué)生了解原電池的工作原理，建立科學(xué)概念。上述

16、對學(xué)生的認(rèn)知脈絡(luò)的分析可以用下面的流程圖表?。簣D4”原電池的工作原理”的認(rèn)識脈絡(luò)圖確定了教學(xué)設(shè)計(jì)的知識脈絡(luò)和學(xué)生的認(rèn)知脈絡(luò)后，在根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)如下問題，作為本節(jié)課教學(xué)的問題線索。圖5”原電池的工作原理”教學(xué)設(shè)計(jì)的問題線索圖具體教學(xué)環(huán)節(jié)如下:1 .提出探究任務(wù)：（1）研究Zn與CuSO液反應(yīng)中的能量變化；（2）若該反應(yīng)能夠釋放能量，在教師引導(dǎo)下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將反應(yīng)釋放的能量直接轉(zhuǎn)化成電能。2 .師生互動(dòng)，設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案。借助實(shí)驗(yàn)和微觀圖示，引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識原電池原理通過設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問題和探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變已有概念，建構(gòu)科學(xué)概念3.請學(xué)生根據(jù)原電池工作的微觀圖示分析原電池的工作原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向或與干電池進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)）