基于概念的科学教学设计

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、,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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、,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，

14、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

15、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

16、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