旨向初中科学核心素养的学习设计
发布时间:2017-09-27 13:58:33 发布者:金华市外国语学校 点击浏览:956次

谢昱圣

  要:新课程倡导“以生为本”、“学为中心”,科学教学要以发展学生科学核心素养为目标,教师应充分理解学生,为学生的学习进行教学设计。文章提出了学习设计的理论基础、策略、原则,为教学中落实“科学核心素养”提供可贵借鉴经验。

关键词: 科学核心素养   学习设计  学为中心

 随着课改的深入,我们越来越重视学生发展核心素养体系的建立。20169月,我国学生发展核心素养研究成果发布,学生发展核心素养,总体框架以以培养“全面发展的人”为核心,分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面。而在科学教学中涉及的“科学核心素养”主要包括科学观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四个要素。而传统的以教师的“教”为中心的教学方式已完全阻碍科学核心素养的培养提升。那如何你来解决这个矛盾?如何通过科学的学与教来提升学生科学核心素养?笔者认为解决这些问题的根本途径是要实行顶层设计,关注学生的差异,紧扣科学本质,为学习设计教学。

    一、学习设计理论基础

美国著明心理学家罗伯特M加涅提出“为学习设计教学”,它是指教师以各种学习和教学理论为基础,依据教学对象的特点和自己的教学理念、风格,运用系统的观点与方法,遵循教学过程的基本规律,对教学活动的系统规划、安排与决策。目的是为了学生的易学,有效地学而进行的设计。“为学习设计教学”的了理论比较全面和合理地看待学与教的关系,也反映了人们对学与教关系的认识的深化,新课程核心理念是“以生为本”,在今天,“为学习设计教学”就更有生命力。

    二、学习设计策略

   (一)重视学情分析,凸显科学观念

    科学观念包括物质观、运动观、能量观、相互作用观等要素。凸显科学观念,教师需要了解学情,学习设计强调任何教学活动都要以满足学习者的需要为出发点和落脚点,为此教师要重视学情分析,要明确学生学习起始能力的分析和已经形成的背景知识和技能分析,然后进行针对行的设计,从而加深学生对科学观念的理解。

    1.突破相异构想,扫除认知障碍

“相异构想”又称“先入想法”,也称“前概念”,是指学生在日常生活和个人经验积累过程中形成的对事物的直接看法。片面的,错误的“相异构想”,由于“先入为主”的心理效应,很容易使学生的思维陷入僵化,造成认识的偏差。在学程设计中要预设学生可能出现的认识障碍,暴露前概念,触及概念建构的核心,只有这样才可能激活学生思维,起到思维先行的作用。

【案例1】在学习八上《浮力》这一节时,关于浮力学生常见的前概念有:浮在液面的物体受到的浮力大,沉入液体中的物体受到的浮力小;浮力与物体密度,物体深度,物体体积有关这些前概念会相当顽固,因此这堂课的核心是将前概念向科学概念转化,让学生对影响浮力大小的因素有准确的认识和发自内心的认同。

认识浮力

温馨提示:完成下列任务前请不要翻阅教材上前人已得到的结论。

课堂上可供选择的器材:弹簧测力计;等体积的铜块、铁块、铝块;橡皮泥;形状不规则的小石块;细线;烧杯;水;酒精等。

1.请举出5个以上你所知道的物体受浮力的例子。

2.沉入水中的物体受到浮力吗?试设计实验验证你的判断,用图或文字表达均可。

3.活动与体验:

1)把一个篮球或空的加盖矿泉水瓶(尽量挑容积大的)慢慢压入盛水的桶中。在全部浸没在水中时,观察现象并描述手的感觉。

2)把一个鸡蛋置于水中,观察鸡蛋的浮沉情况。在水中加食盐并搅拌,直到不能继续溶解为止(加足够的食盐后静置一夜或加热待冷却),再观察鸡蛋的浮沉情况。

 4.浸在液体中的物体受到的浮力的大小可能跟哪些因素有关?请列出你的猜测并说说你作出这些猜测的依据。                     

你能设计实验来验证你的猜测吗?试试看。                 

让学生设计实验验证浸没在液体中的物体是否受浮力,其实,这也是让学生在相对自由的时间和空间里先行寻找测量浮力的方法。而称重法测浮力是本课后续实验的基本操作方法。接着是关于影响浮力大小的因素的猜测环节。因为有家庭体验性实验的准备,猜想比较充分,前概念也得以充分暴露。在验证或排除各种猜测时,实验设计和思维辨析是关键,由于课前思考的铺垫,在比较艰难的实证和思辨的过程中,那些基础较佳者心领神会并积极思维,而学习困难者也基本能跟上。

    2.唤醒原有认知,形成新旧知识的联结

美国心理学家桑代克提出的学习准备律,即学习的实质在于形成刺激与反应的联结。当学习者在学习新知识之前,如果给以相关知识的前期准备,形成新旧知识的联结,学习者就会对学习任务感到满意;学习者如果无准备而直接给以学习活动,学习者则会感到困惑。

 前期准备包括知识与技能、思维方法两个方面,学程即可以从这两个方面为学生搭建新旧知识的联结。

    【案例2】在学习八下“二氧化碳的制取”时,通过回顾学习“氧气的制取”时的认知方法,唤醒学生学习这一类知识的常见方法并且通过画方法树将默会的知识显性化,便于其记忆、迁移从而形成能力。


   (1)实验室制取氧气的原理是什么?

   (2)实验室制取氧气的装置有哪种类型?选择依据是什么?

   (3)实验室操作步骤是怎样的?

   (4)可以用什么方法来收集氧气,为什么?

   (5)氧气的验满方法是什么?

尝试解答有关问题,并将答案写在学程上相关问题的后面。最后归纳出“实验室制取气体的一般设计思路和方法”,并以方法结构图的形式呈现。(如图)

   (二)基于知识分类,凸显科学思维

 现代认知心理学根据对个体学习的信息加工过程的实验研究结果, 把知识划分为“知什么”的陈述性知识和“怎么做”的程序性知识。陈述性知识的教学目标主要是培养学生回忆知识的能力,而程序性知识的教学目标是培养学生依照程序顺利完成某项活动的行动能力。将知识分为不同类型,每一种类型都有各自的学习规律。学习每一种知识的科学思维方法不一样,诸如观察法、分类法、归纳法、比较法、类比法、控制变量法等。通过好的学习设计、教学活动,促成学生将科学方法的思维的方法内化为自己的认知图式。

    1.陈述性知识的设计

    对陈述性知识的习得,安德森以陈述性知识的表征为基础,用激活论来加以解释,即命题网络中的命题有两种状态:静止的(长时记忆中)和激活的(工作记忆中)。一定的命题激活后,可以沿着已有的命题网络扩散,当新学习的命题与原有命题同处于激活状态(即同处于工作记忆中)时,新旧命题就可以相互联系,从而习得新命题或产生新命题。激活论认为,新知识的学习经过下列阶段:第一,向学生呈现新的命题知识;第二,学生将文字或其他符号转换成命题的表征;第三,外在输入的新命题通过激活的扩散,使学生原有命题网络中的相关命题被激活;第四,新命题和被激活的原有命题同处于工作记忆中,它们形成网络联系,新命题即被习得;第五,新命题和学习阶段被激活的原有命题形成紧密联系而被贮存于长时记忆中。

针对陈述性知识中不同内容的特点,选择不同的方式进行知识整理。

   1)数轴式

    人耳可分为三部分:外耳、中耳和内耳。外耳是唯一暴露在体外的部分,中耳和内耳位于颅骨内,受颅骨保护。这部分内容,学生可以很直观的通过看图进行总结整理。并按照听觉形成的过程在脑中形成一条完整的路径。故这块内容适合用数轴式的方法进行整理。

   【案例3】耳的结构和功能

    1.阅读课本p53,完成图2-19的填空,耳可分为哪几个部分?每个部分是由哪些结构组成的?耳中的各个结构有什么功能?

    2.概括出听觉的形成过程。

                            咽鼓管

                                      前庭、半规管


文本框: 将振动转换成神经冲动


文本框: 产生听觉           外耳道   鼓膜                           听神经             


文本框: 收集 声波
文本框: 声波通道 文本框: 传递兴奋
文本框: 放大振动
文本框: 产生振动


声波





 



收集                                     

    3.根据听觉的形成过程,说说引起听觉障碍的原因可能有哪些?

   2)表格式

脊椎动物是动物界中最高等的动物,根据它们的形态特征不同,可以分为鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类五大类。对于这块内容的学习,学生可以从生活环境、体表特征、生殖方式、呼吸器官、体温是否恒定以及相应的代表动物这几方面进行比较学习。根据植物是否具备根、茎、叶、种子,以及种子是否有果皮包被,可将其分为被子植物、裸子植物、蕨类、苔藓类、藻类。对于这块内容的学习,学生可以从构成、生活环境、繁殖方式、有哪些器官以及代表植物这几方面进行比较学习。故对于这些内容,采用列表格的方法更清晰明了。

   3)结构图

    在自然界中物质常常以物体的形态存在,物体按一定的结构层次存在于自然界中。那么,生物体又是以什么样的结构层次存在于自然界呢?被子植物和人体的结构层次各有什么特点?有没有共同点?本块内容的知识存在着纵向的联系,同时又需要将知识进行横向的比较,因此,可以采用结构图形式加以整理。

   【案例4】生物的特征及组成层次

    1.阅读书本内容,完成知识梳理:

  2.程序性知识的设计

    对程序性知识的习得,安德森主张用知识的编辑来解释,即程序性知识是由陈述性知识经过知识的编辑转化而来的。知识编辑就是将以命题网络表征的陈述性知识,经过合成与程序化两个子过程转变成以产生式表征的程序性知识的过程。所谓合成,是将一系列个别的产生式汇编成一个程序。这样,个别的产生式就被依次组合起来,其中一个产生式的激活,就会引起下一个产生式的激活,如此进行下去,会形成一个前后连贯的程序。所谓程序化指的是在执行程序时逐渐摆脱对陈述性知识提示的依赖。一旦程序性知识的习得达到这一阶段,在执行过程中就不需要停下来思考下一步该怎样做。整个产生式系统在执行时就会形成一个连贯流畅又不需要过多意识关注的程序,这就是技能的学习达到了自动化或熟练的程度。

物质由液态变成气态的过程叫做汽化。汽化要吸热,包括蒸发和沸腾两种方式。蒸发是在液体表面进行的一种缓慢的汽化现象。它在任何温度下都能进行。在日常生活中,蒸发与人类生活息息相关,有的时候需要加速蒸发,有的时候需要减慢蒸发。学生大多能从生活体验分辨加速蒸发还是减速蒸发,但较难说明原因。为了加深学生的体验,可以让学生动手实验探究完成这块内容的学习。

   【案例5】探究液体蒸发快慢的影响因素

    1.提出问题:液体蒸发的快慢和哪些因素有关呢?

    2.提出假设:液体蒸发快慢跟(至少写出3个)

  (1                有关,提出假设的依据是               

  (2                有关,提出假设的依据是               

  (3                有关,提出假设的依据是               

  (4                有关,提出假设的依据是               

  (5                有关,提出假设的依据是               

    3.设计实验方案:        

材料:玻璃片(2块)、滴管、酒精、酒精灯、木夹、硬纸片等。

    4.得出结论:                                    

    在初中科学教学中,“科学探究法”是一种基本的且是十分重要的探究学习方法。在课堂教学中,如果教师能以具体的实验探究为案例,帮助学生抽象概括出“科学探究法”的基本步骤及操作要点,那么,在以后学习有关这一类知识时,学生就能触类旁通,并在不断的实践运用中,逐步将这一知识转化为解决问题的能力,升华为解决问题的智慧。

    三、利用科学史料,激发科学探究

科学史在初中科学教学中的价值与地位是怎样的?对学生的核心素养培育有何帮助?这是我们必须要思考的问题。教材中,科学史内容篇幅过短,并常常把科学家几年甚至几十年的研究过程用一句话带过。但是事实上,科学发现的历史过程 ,反映了人们认识发展的一般过程。在学程中穿插科学故事,将科学史作为情景素材,将科学史发展的过程演化为学生认知的历程,激发兴趣的同时唤醒学生的探究欲望,领悟科学的本质,提升科学核心素养。

1.激发学习兴趣

兴趣是学生最好的导师,通过设置与科学发现史相关的情景体验,激发学生

探索的欲望,对培养学生对科学的兴趣有着极大的作用。

【案例6

问题:观察世界地图,仔细观察各大洲轮廓边界,你能发现什么?你猜测这是什么原因?如果你的假设是正确的,你会去找到什么证据来支持你的结论?

http://f.hiphotos.baidu.com/zhidao/wh%3D600%2C800/sign=35f521460cf3d7ca0ca33770c22f9231/b64543a98226cffcb3c0d9cab9014a90f703eae4.jpg魏格纳的故事

1910年德国的地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳在偶然翻阅世界地图时,发现一个奇特现象:大西洋的两岸——欧洲和非洲的西海岸遥对北南美洲的东海岸,轮廓非常相似,这边大陆的凸出部分正好能和另一边大陆的凹进部分凑合起来;如果从地图上把这两块大陆剪下来,再拼在一起,就能拼凑成一个大致上吻合的整体。把南美洲跟非洲的轮廓比较一下,更可以清楚地看出这一点:远远深入大西洋南部的巴西的凸出部分,正好可以嵌入非洲西海岸几内亚湾的凹进部分。

http://f.hiphotos.baidu.com/zhidao/wh%3D600%2C800/sign=35f521460cf3d7ca0ca33770c22f9231/b64543a98226cffcb3c0d9cab9014a90f703eae4.jpghttp://f.hiphotos.baidu.com/zhidao/wh%3D600%2C800/sign=35f521460cf3d7ca0ca33770c22f9231/b64543a98226cffcb3c0d9cab9014a90f703eae4.jpghttp://f.hiphotos.baidu.com/zhidao/wh%3D600%2C800/sign=35f521460cf3d7ca0ca33770c22f9231/b64543a98226cffcb3c0d9cab9014a90f703eae4.jpg魏格纳结合他的考察经历,认为这绝非偶然的巧合,并形成了一个大胆的假设:推断在距今3亿年前,地球上所有的大陆和岛屿都连结在一块,构成一个庞大的原始大陆,叫做泛大陆。泛大陆被一个更加辽阔的原始大洋所包围。后来从大约距今两亿年时,泛大陆先后在多处出现裂缝。每一裂缝的两侧,向相反的方向移动。裂缝扩大,海水侵入,就产生了新的海洋。相反地,原始大洋则逐渐缩小。分裂开的陆块各自漂移到现在的位置,形成了今天人们熟悉的陆地分布状态。

课堂中,教师通过小组交流,评价质疑,

2.培育探究精神

《光合作用》 (八下第三章第6)是非常重要和关键的内容。从教材本身内容来看 ,基本思路是先给光合作用的概念 ,再给出反应式 ,然后直接揭示反应过程和实质 ,是一个封闭的演绎过程。从教学实践来看 ,这节课的重点往往就完全落在如何落实知识 ,让学生掌握反应过程上 ,成为一个单一的“特殊认识过程”。

【案例7

教师在上课前提出这样的问题:“一粒种子可以长成参天大树 ,植物是如何进行物质积累的?”学生初步议论之后 ,教师提出公元前 3世纪古希腊学者亚里士多德的结论: “植物的物质积累来源于土壤。”大多数同学根据生活经验表示接受。事实上,亚里士多德的结论事实上也是经验推测,并没有进行实验。因此依循科学发展的历史线索,教师在学程中引入3个科学史实验。

关于光合作用发现的那些故事

故事11648年比利时医生海尔蒙特的柳树实验。 将柳 树苗种于已知重量的土壤中 ,只用纯净的雨水浇灌 , 5 年后柳树的质量增加了 80 kg,而土壤减少了不到 100g。你认为这是什么原因呢?猜猜减少的100g又是什么呢?

故事21771年,英国的普里斯特利发现植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气;普里斯特利还发现置于密封玻璃罩内的老鼠极易窒息,但是如果加入一片新鲜薄荷叶,老鼠就可以苏醒。为什么老鼠会窒息?放置植物后老鼠就可以苏醒呢?

故事31773,荷兰的英格豪斯绿色植物在光下能释放某种气体,而且释放这种气体的能力在夕阳西下时降低,日落后则完全停止.如果你是英格豪斯,你认为这是什么原因呢?

故事41864,德国科学家萨克斯做过这样的实验:把绿叶放在暗处数小时,消耗叶片中部分营养物质,然后把叶片的一部分暴露在光下,另一部分遮光。经过一段时间后,用碘蒸汽处理叶片,结果遮光的部分叶片无颜色变化,而照光的一部分叶片显示深蓝色。为什么遮光前后叶片的颜色变化情况不一样呢?

(注:淀粉遇碘液变蓝)

海尔蒙特的柳树实验得出结论物质积累来自于水。这个实验体现了科学研究方法,但在学生评价实验的过程中,有同学提出,真的只需要水吗?空气里的CO2也可能参加反应。老师对这一想法予以充分肯定,让学生设计实验证明CO2能参加反应并且生成氧气。学生设计的实验方案与普利斯特利的设计非常相似。

沿着这样的轨迹,教师再追问普利斯特利的实验小白鼠生存环境的有什么要求?结合生活常识晚上要把室内的花移到室外这个生活经验,引导学生得出光合作用需要光这个条件。此外对于光合作用的产物是什么?怎么验证?这两个问题,可通过学生和教师的共同学习和实验,证明光合作用的主要产物是淀粉,而个实验最初是1864年德国生物学家萨克斯做的。

因此,通过引入相关科学史和科学研究方法 , 建立认识的逻辑,拉近了学生与科学发现、科学家的距离 ,对培育探究精神,激发学生的创新思维能力有着极大的帮助。

    四、合理创设情境,凸显科学态度与责任

科学态度与责任包括本质、态度、伦理、STSE等要素。凸显科学态度与责任就是将科学教学同科学态度与责任融合在一起的教学方式。这就需要创设合理的教学情境。

【案例8

在《电路图》一课教学中,要对电路组成的四个基本元件进行教学,传统的讲授对他们的理解是浅层的,一次在展示课中我进行了这样的设计。

活动一:

任务:让一个小灯泡亮起来

规则:两人以小组合作,器材自选,比一比那组又快又好

活动后,有些小组马上亮起来,有些小组很慢甚至不能亮起来,有些小组很郁闷。我适时地抓住时机,让小组自己诊断为什么没有亮起来?

小组1:我们组没有电池,那就是提供供不了电

小组2:我们组没有导线,传不了电

小组3:我们组没有灯泡,发不了光

师:巧妇难为无米之炊,看来电路需要电源、用电器、导线等

再看小组4和小组5都发光了又有什么区别吗?

小组4:我们没有开关,灯一直亮着,浪费电能。

这就是开关的作用。得出了基本元件及作用,学生有了充分的体验。

一个小小的改变,打破了常规,不是给大家一样的完整的器材,而是从中做了手脚,却带来了奇妙的效果,学生充分认识理解了电路的基本组成。巧妙地活动设计盘活了学生的思维。

【案例9】在《我们居住的地球》一课中,近代人对地球形状的探究,随着人们视野的扩大,活动范围的延伸,很多现象说明大地不是直觉的那么平,人们对地方的结论开始产生怀疑,做了各种各样的解释,开始认为地表可能是个曲面,较早时谁发现了什么现象?公元前六世纪,毕达哥拉斯坐在海边高山上观海思考:船去船身为什么比桅杆先消失?难道这事情是偶然的吗?看来大地可能是个曲面。

学生活动1:(模拟探究)

与学生一起讨论确定活动主题、活动器材、操作要点、观察点、现象记录、结论分析。同时也确定小组的分工。

在寻找器材时,引导学生从身边的物体中寻找,感受探究就在身边。找曲面引导学生可以是书本卷起的曲面,可以是头,可以是大腿,可以是教师提供的曲面。

学生小组合作完成实验,教师巡视并指导,选出要演示的小组。

请两小组上台演示并解说。

最后得出结论:船去船身比桅杆先消失,证明地面是个拱型曲面

继续探究:又有谁发现了什么现象,提出了新的看法。月食现象

在太阳和月球之间用球(代表地球)去遮挡,结果看到了月食,而用方体(代表地球)去遮挡,月食亏损部分是直线。可以证明地球的截面是圆弧。那能证明地球的整个形状吗?

教师给出一只锅代表地球,遮挡后形成的月食亏损部分是弧形,所以证明不了整个地球的形状。

在探究学习中教师巧妙的设计了“锅”这么一个特殊的情境,培养了学生质疑的精神。体现科学要始于观察,勇于探究,敢于质疑,不断地修正和逼近真理。从天圆地方到曲面到球体到椭球体,都要不断地质疑,而质疑要有事实证据,要不断地实验,不断地发展,就越来越接近地球的本真面目。这就是科学本质之一。

    三、学习设计的原则

    1.整体性原则

   (1)学习方法的整体性,学习设计旨在要让学生掌握获取知识和发现知识的方法,从学生的实际学情出发,在课前、课中、课后对每一节教学内容的处理要循序渐进,逐级提升。(2)单元与教材的整体性,学程设计中将某一节课甚至一单元放在学科的大主题中进行纵向考量,设计为学生好学的学程,将零碎、孤立的知识科学地集中,合理而精确,避免学习目标的多元化和盲目性,进而大大提高教学效率。传统的教学设计大多只能反映学生课前预习的情况以及目标达成情况,这使得教师无法监督学生的课堂讨论与学习生成,学程设计,设计课堂生成板块,通过此板块一方面可以发现学生在课堂学习中的问题,另一方面也对学生的课堂参与起到较好的监督作用。同时,将预学、笔记、课后检测等教学文本合理设计在一起,编制“一体化学程”。此外,微课、教学视频与“整体化学程”结合在一起形成整体性的课前、课中、课后教学资源网络,有利于实现全体学生参与的教学理想。

    2.学生主体性原则

   (1)以学为中心,体现在站在学生的角度进行学程设计及学程设计中对教材进行合理化处理,真正做到将教师的教转化为学生的学。(2)注重培养学生非智力因素,激发学生的学习兴趣,让学生成为学习的主人,让学生在学习过程中体验快乐!(3)注重学生体验性学习,教师创设教学情境引导学生感悟和体验,教师的角色将不再是单纯的知识传授者。 “一切为了每一位学生的发展”是新课程的最高宗旨和核心理念。为了落实“学生本位”,我们必须将传统的“知识课堂”转变为利于学生发展的“生命课堂”。“如果你不在课堂上,你的学生会学习吗?”一个问题应值得引发所有教学者的深思,圣陶先生说“凡为教,目的在于达到不需要教”,著名教育家苏霍姆斯基说过:“教会学生借助已有的知识去获取知识.这是教学技巧的最高境界。”著名学者埃德加·富尔在他的著作中指出:“未来的文盲不再是不识字的人,而是没有学会怎样学习的人。”可见,掌握学习方法比知识更重要,学程设计能够培养学生自己学会学习的能力,一切为了学生的好学而设计,学程设计摆脱教师单方面完成的传统教学设计,而是在教师对课程进行“二次开发”后,并提出课程实施的主导性设计框架的基础上,充分发挥学生的主体性,让学生积极参与课程开发,并选择和调整课程实施活动的设计与规划,从而使课程实施符合学生发展的实际水平和学习需要,更能有效地体现差异,促进个体发展。

    3.适切性原则

    在学程设计中遵循学习行为与内容的适切、任务难度与学生水平的适切,要找准学生的起点,课前,学生通过预习、自学,本身对学习内容掌握已经不是零起点。我们要避免零起点教学的繁琐。其次,要懂得舍弃,面面俱到其实就会出现面面都没有真真到的弊病。我们的原则是“设计99%学生都会,而且能做对99%的学程。”不设计学生还不会的内容,说明我们没有把准学生的年龄特征、认知水平以及年段特点,说明我们拔高了教学目标,干了吃力不讨好的事,把“明后天”才学的内容放到了“今天”来学了。

 总的来说,“科学核心素养”是可教可学的,为学习设计教学,才能让学生更易、更深入、更有效的学习,才能理解科学观念,培养科学思维,才能更好进行实验探究,触及科学本质。

 

 

 

 

参考文献

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(此论文获市教科所2016年度论文评比一等奖)