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1、剑桥学习科学手册,目,录,CONTENTS,目,录,CONTENTS,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,基于项目的学习（PBL）是一种基于建构主义理论的情境化学习方式，学生通过应用知识、实际操作的方式来学习知识及思想的实践，能够加深对学习材料的理解。在PBL方式中，学生参与真实而有意义的问题探讨，PBL与学生的生活密切相关，学习方式类似于科学家、作家、历史学家等。PBL课堂允许学生探究问题、假设、作出说明、讨论思想、彼此质询、试验新思想。,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,驱动 问题,A,情境 探究,协作 活动,创造 制品,技术 工具,B,C,D,E,基
2、于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,积极建构 学习是一个积极、持续不断的过程，从新的经 历和概念中建构、从先行知识和经历中重构。,情境学习 在真实的问题情境中对所学内容的意义建构， 运用在更多的情境中。,社会交互 在学习共同体中学习者围绕问题，通过反复分 享、应用、讨论形成解决问题的方法。,认知工具 一切能促进学习者认知、帮助学生进行思维的 工具，如图表、思维导图等。,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,20世纪90年代教育存在问题,1,基于项目的科学课堂,2,五个特征的经验,3,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,驱动问题,驱动问题是指以一
3、个真实世界中的情境作为锚点，对学习者而言有意义且重要的问题，是PBL的核心。组织并推动项目的活动，使得整个项目活动连贯、一致，提供一种情境以便学生可以探究和实践。一个好的驱动问题有五个特点：可行性；价值性；情境性；意义性；道德性。,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,情境探究,科学研究应该效法真实的科学研究过程，科学的目标是解释与预测现象，学生利用学到的新思想作出假设，利用工具和技术进行搜集、分析并解释数据的调查研究方案，然后对现象作出解释。,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,情境探究,帮助学生设计调查方案,1,撰写结论和解释,2,基于项目的学习,PBL定
4、义,五个特征,理论背景,经验,情境探究,提供详细的课程材料，帮助学生设计问题驱动的调查，确定好调查的模式，并让学生提建议，教师要求学生根据材料中提示的技巧设计自己的调查，教师要及时给与反馈。,帮助学生设计调查方案,1,撰写结论和解释,2,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,情境探究,帮助学生设计调查方案,1,撰写结论和解释,2,在调查过程及数据收集完毕后，要指导学生分析、解释他们所发现的事实。提供解释框架：论点、论据、推理。,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,协作活动,3,2,1,帮助学生发展协作的能力：会话转换技巧、倾听、尊重,转变学生所期望的讲授接受模
5、式的课堂文化,增加学生协作的时间,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,技术工具,基于项目的学习,PBL定义,五个特征,理论背景,经验,创造制品,制品是知识建构的外在表现，首先，通过创造制品，学生建构、重构他们的理解。当学生创造制品、对制品进行反思时，他们积极地运用科学思想。,什么是制品？,目,录,CONTENTS,让学习者进入真实实践,1.帮助学生处理真实实践的复杂性； 2.帮助学生理解这些实践要素的基本原理； 3.教师过去可能从未接触过这样的实践； 4.时间和资源方面也受到限制。,挑战？,策略,A.使学生处于有意义情境的真实实践中； B.减少真实实践的复杂性； C.使真实实
6、践的内隐要素外显化； D.根据发展的进程对学习活动进行排序。,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,一.通过课程设计支持分析和解释,1.根据发展进程为学生安排学习活动序列，将实践活动置于有意义的情境中；,2.提供陈述的方式，通过陈述的方式来表达自己的想法，并提供简单、熟悉的工具，如彩色地图、蜡笔、纸。,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,二.支持分析和解释的工具,熟悉的科学术语、能量转换图、分析模板,可视化表征：彩色截面图、二维图表,交互式的表征、多重链接的表征,挑战及
7、策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,三.运用社会结构来支持解释,1.小组协作学习,2.多组独立完成相同任务,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,一.支持解释的课程设计,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,二.支持解释的工具,1.工作表,2.解释构造器,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,三.支持解释建构和解释证实的社会结构,指定不同的社会角色,完成
8、相同任务或者依据不同的方面分配不同的角色，如陈述者和听众。,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,一.通过课程设计来支持反思,对探究过程的反思，要求学生计划并监控自己的调查。,02,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,二.支持反思的工具,软件工具提供了学生存储思想和产品的一种方式，以便于这些思想和产品可以成为反思的对象，给反思提供脚手架，为反思提供明确提示，对调查的步骤进行组织。,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入
9、真实实践,三.通过社会结构支持反思,学生在协作的两人组或三人组中工作时，通过分配认知和元认知任务，能使学生更好地参与反思探究的实践中。例如，在同伴协作案例研究中，一个学生主要关注调查活动，而另一个学生则更具反思性，监控整个过程，并对后续步骤提供建议，同时对反思提示作出回应。,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,让学习者进入真实实践,挑战及策略,分析并解释数据,建构并证明解释,对实践的反思,通向真实实践的策略,将实践置于有意义的情境中 一种方法是创设提供实践意义的课程情境，另一种是学生 置于真实世界的情景中，在这种情景中开展的实践更接近 学生的的兴趣和关
10、注点。,减少复杂性 通过多种方法简化实践以减少实践的认知负荷，例如，将 实践分为几个分散的部分，或是为学习者分离出一些可自 动完成的任务。,根据发展进程安排学习活动序列 学习者在概念和控制复杂性上存在问题，在实践中，学生 的首要挑战是概念上的困难，而并非复杂性，学习者在新 概念的挑战上，为学习者提供概念支撑连接已学知识和实 践，据此安排学习活动序列。,使真实实践的内隐要素外显化 设计者对实践要素（对于新手来说是内隐要素）进行清晰 的陈述，帮助学生理解不熟悉的实践中究竟包含什么要素， 以及这些要素的基本原理是什么。,目,录,CONTENTS,儿童对物种多样性的探究,科学中的复杂推理主要包括解释、
11、预测、根据证据科学论点的能力与在新情景中应用结论的能力等。,1.根据科学证据形成科学解释； 2.分析不同类型的科学数据（柱状图、曲线图、地图等）； 3.（在相关证据的基础上）作出假设和预测。,含义,测量 标准,科学中的复杂推理,课程活动结构,科学课程,脚手架,从数字资源到认知工具,课程活动结构发展,儿童对物种多样性的探究,科学中的复杂推理,课程活动结构,科学课程,脚手架,从数字资源到认知工具,20世纪60年代初期，罗伯特卡尔波拉斯为科学学了一个学习框架叫做学习周期，说明了学习哪些知识，以及这些知识应该如何呈现，包括三个阶段：探索、概念介绍/创造、概念应用。,布鲁纳：“学习周期”的想法发展至“螺
12、旋课程”，螺旋课程通过不断增加复杂性来对概念进行多次探讨，使对概念的理解从直观发展到更具结构性。,约翰布兰斯福德和他的同事们，强调事实和概念性框架的不固定使用，以此来促进对概念的掌握。,01,03,02,课程活动结构发展,儿童对物种多样性的探究,五六年级的学生对动物关系和适应性有一定概念基础，但对概念的处理过于简单化，儿童在适当的指导下，能够对动物复杂交互的原因进行推理。,学习可能会随着时间推移而得到促进； 布鲁姆：复杂的知识可以在较小年龄段的儿童中培养。,理论 基础,学习者分析,研究 项目,培养 目标,连续八周的科学单元（单元1，生命科学：生物多样性；单元2，地球科学：天气；单元3，物理科学
13、：简单的机器），能够成为学习者开始形成科学探究能力的跳板，为后续单元中的高级推理形成富有成效的内容和推理基础。,主要培养学生的科学探究推理能力，并在探究过程中给予指导（解释的形成、数据的分析、建构假设）,科学中的复杂推理,课程活动结构,科学课程,脚手架,从数字资源到认知工具,课程活动结构发展,儿童对物种多样性的探究,其次，将活动发展并组织成有指导的顺序（参与、探究、解释与综合），简化复杂科学推理的过程，支持科学复杂推理的发展。,首先，在三个单元中确定教授的内容，内容都是由各个领域的科学专家确定的，它既描绘了基本的科学事实，又描绘了内容领域（例如，科学探究）的真实推理。,科学中的复杂推理,课程活
14、动结构,科学课程,脚手架,从数字资源到认知工具,课程活动结构发展,儿童对物种多样性的探究,需要在学生处理复杂问题、确定相关证据时提供必要的额外支持来协助学生，对有成效和无成效的学习尝试都要提供适当的指导。,科学中的复杂推理,课程活动结构,科学课程,脚手架,从数字资源到认知工具,课程活动结构发展,儿童对物种多样性的探究,科学中的复杂推理,课程活动结构,科学课程,脚手架,从数字资源到认知工具,课程活动结构发展,目,录,CONTENTS,科学教育中基于模型的推理能力培养,四种研究方法取向,4,3,2,1,电流模型参与电路推理,法拉第利用曲线来表征物体在场里的运动,将研究对象的特征转换成数据,来源于教
15、学设计的研究方式,科学教育中基于模型的推理能力培养,基于类推映射的拓扑模型,支持教学中的建模,太阳系的机械模型、宇宙的天体运转模型等。学生制作“地球月球太阳系统”的物理模型，在制作过程中，学生不断修改模型来说明新增的数据（例如日出方向、月出时间），从而得到反映天体间众多关系的模型。,物理缩图,例如,物理缩图,物理缩图是教学建模的有效起点，通过表面相似性建立模型，学生决定模型系统中应包括什么，为什么要包括及如何修改模型来解释新的观察和数据，它也可以激发学生产生关于关系结构的问题。,科学教育中基于模型的推理能力培养,基于类推映射的拓扑模型,支持教学中的建模,表征是外部事物在心理活动中的内部呈现，人
16、类通过知觉将外在事物、事件转换成内在的心理事件。学习是主动获取知识，并把新获得的知识和已有的认知结构建立起来，积极建构自己认知结构的过程，认知结构不断丰富的过程就是表征系统的形成过程，表征或表征系统并非是对世界的真实描述，而是人们知觉和认识世界的一套规则。,表征系统,科学教育中基于模型的推理能力培养,基于类推映射的拓扑模型,支持教学中的建模,总结了系统的基本功能，与被建模的系统并不相似，以此来构造模型。例如，一个电脑程序与贝壳没有相似之处，但如果能知道这种生物成长的本质要素，也能够用来建造贝壳模型。,句法模型,科学教育中基于模型的推理能力培养,基于类推映射的拓扑模型,支持教学中的建模,突现模型,突现 模型,突现模型对模型与世界之间的映射施加了更多的约束：对象间的关系产生突现行为，突现行为在对象或关系本身的描述中并不明显。,例如，气体的性能可以用桌球的碰撞来建模；碰撞速度的增加也加大了桌球撞击容器或
