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观念建构为本的化学教学设计研究
作者:王磊、张…    文章来源:《化学教育》 08年第6期    点击数:    更新时间:2009-12-30

 

1 问题的提出

    学生是教学工作的对象,是课程学习活动的主体。因此教学设计必须考虑学生的发展,尤其是着重于学生未来的发展。什么样的知识对学生未来的发展最有意义?宋心琦教授认为,中学化学教学能够使学生终身受益的,不是具体的化学专业知识,而是影响他们世界观、人生观和价值观的化学思想观念,不是诸如分类、实验、计算等特殊的方法和技能,而是影响他们思维方式和问题解决能力的具有化学特点的认识论和方法论。学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念应当是中学化学教学的第一目标[1]。提高科学素养不能没有科学知识的教育,但是并不追求对科学事实和信息量的更多占有,而是要求对核心概念和科学思想的深刻领悟。

反观教学现状,很多教师的教学更关注具体的、事实性的知识,对概念、原理等也主要强调它们的具体定义内容,而忽视了这些具体知识背后的基本化学观念。结果,学生虽学习了许多的具体性化学知识,做了大量的化学习题,但是在生活、工作中遇到和化学相关的问题却不会从化学的角度进行思维,表现不出受过化学教育的效果。综上所述,帮助学生建立基本观念是学生未来发展的要求,重视基本观念的教学是当代科学教育改革的趋势。重视基本化学观念的教学,帮助学生建立基本的、核心的化学观念不但有重要意义,而且也具有现实的必要性。

 

2 观念建构为本的教学理论[2]

如何帮助学生建立基本的、核心的化学观念呢?北京师范大学的王磊教授和她的研究生范晓琼于2005年提出了如下的观念建构为本的教学理论构想。

2.1 观念性知识与具体性知识

学习中获得的学科观念指学生通过对学科中某一领域的学习所获得的对该领域的总观性的认识和理解。从广义范畴看待知识,这种认识和理解也可称作观念性知识。这种观念或观念性知识是在学科具体性知识的基础上通过不断地概括和提炼形成的,它对学生的学习和发展都能发挥重要的、持久的迁移作用。

从知识的内容属性可以将学科知识分为3类:第1类为“过程方法性知识”;第2类知识为“概念原理性知识”;第3类知识为“事实性知识”,如化学学科中的元素化合物知识。过程方法知识和概念原理知识还可以细分为2种知识:第1种是关于对这些知识本身进行定义、描述、强调等的相关知识;第2种是从这些知识本身所蕴含的丰富的认知价值和方法价值中提取出来的、功能化的知识。

 



从知识的层次和迁移价值可以将学科知识分为2类:第1类是“观念性知识”,它是建立在具体学科知识基础上,并超越具体学科知识,具有丰富的认识价值和方法价值的知识。过程方法性知识和概念原理性知识体系中的第2种知识就属于观念性知识。第2类是“具体性知识”,它是具体的学科知识,包括事实性知识和过程方法性知识和概念原理性知识体系中的第1种知识。

2.2 观念建构为本的教学

观念建构为本的教学中具体性知识是支撑观念建构的工具和载体。教学和学习的目标是在具体性知识基础上通过不断概括提炼出观念或观念性知识,建构起学科的观念体系。教学内容的选择以观念为核心,选择能形成和体现这些观念的具体性知识内容。观念的建构需要学生在有意义的、真实的、具有挑战性的学习环境中,以积极主动的态度,通参与具有驱动性的问题和活动,独立地或与同学、老师合作去探究和发现知识之间的联系和隐藏在事实背后的重要思想和观点,最终建构起自己的观念体系。

 

3 观念建构为本的教学设计模型

课堂教学中,教师如何进行观念建构为本的教学呢?本文作者提出了观念建构为本的教学设计模型,如图2所示。



本教学设计模型包含以观念为本的教学分析和以观念建构为本的教学策略设计2个过程。第1个过程是对教学的静态分析,是通过对教学内容和学生特征的分析来确定合理的教学目标,即是为了明确“教什么”而进行的课前分析。第2个过程是对教学的动态设计,是通过对教学情境、教学问题、学生活动、反思策略的设计,确定采取什么样的方式方法进行教学以实现教学目的,即是为了明确“如何教”而进行的课前设计。

 

4 观念建构为本的教学设计与实施案例

核心观念的建构通常难以通过一堂课的教学来完成。因此,观念建构为本的教学设计,不能立足在一个课时、或一节的教学内容上;而应该选择相关内容进行整体的单元设计。这种整体单元设计的教学内容可以是教材课本中原有的教学单元,这样就可以进行连续的教学,逐步地进行观念建构。如果教学内容不在同一单元,但有相同的核心观念,可以以核心观念为纽带进行整体教学设计,在不同的教学内容完成同一观念不同水平建构;虽然教学不连续,但每个教学内容相隔时间不长,同样也能完成观念的建构。下面以高二化学“电离平衡”为例来说明如何进行具体的教学设计和实施。

4.1 以观念建构为本的教学分析

4.1.1 以观念为核心的内容分析

一个教学单元中的知识类型是多样的,可能同时存在事实性知识、概念原理性知识、过程方法性知识中的几种或全部。以观念为核心的内容分析的主要目的就是从这些多样的知识类型中抽取出基本观念。确认哪些具体性知识能支撑基本观念的建构,以及这些知识间的层级关系和相互联系如何。

进行内容分析的基本流程有2种。一种采用自下而上的思路:①知识组成的层次结构分析;②各层次知识之间相互关系分析;③明确基本观念。另一种采用自上而下的思路。即:①确认基本观念;②分析知识间的层级关系,寻找对基本观念建构起支撑作用的各类知识。“电离平衡”一章中采取第2种思路。

1) 确认基本观念

“电离平衡”一章内容分为4节。第一节“电离平衡”主要研究弱电解质电离的平衡问题;第二节“水的电离和溶液的pH”主要研究水的电离平衡问题和pH的简单计算;第三节“盐类的水解”主要研究弱酸根离子和弱碱阳离子对水的电离平衡的影响;第四节“酸碱中和滴定”主要研究通过滴定的方法测量强酸、强碱的浓度问题。除了第四节研究的是强酸强碱的中和反应与电离平衡关系不大外,其他3节都涉及到弱电解质电离的平衡问题。而弱电

解质的电离涉及的是物质在水中以什么微粒存在,哪种微粒为主的问题。

通过对“电离平衡”一章主要内容的分析,可以确定在本章中可以以平衡观和微粒观作为核心观念,帮助学生从微粒的角度来认识物质在水溶液中的行为。核心观念的主要内容是:物质在水溶液中是以分子、离子等微粒的形式存在的;这些微粒之间存在相互作用,使分子分解为离子、离子结合成分子;当微粒间的这些相互作用过程可逆时会达到平衡状态,这时微粒的数目保持不变;条件改变会引起平衡的移动,影响微粒的数量。

2)分析知识间的层级关系,寻找对基本观念建构起支撑作用的各类知识

基本观念的形成总是和具有观念性的核心概念、基本原理、一般方法相联系的,而对这些概念、原理、方法的学习又要通过对相关的具体性知识的学习获得。根据教材内容分析,基本观念由哪些概念原理性知识、过程方法性知识、事实性知识支撑;概念原理性知识、过程方法性知识又有哪些具体的知识来支撑;这些知识间又有什么相互联系。通过这样的分析建构起教材内容的知识层级结构体系,明确了各知识点的功能和地位,为教学目标的制定和

教学策略的设计做好准备。图3分析了第一节“电离平衡”中各类知识的层级关系。以同样的方法可以对其他2节进行知识层极关系分析(略)。

通过对各节知识层级关系的分析,可以发现从溶液中存在的微粒、微粒间的相互作用2个方面来看,从逐步建构、发展微粒观和平衡观这一目标来说,整个教学单元按图4所示的教学顺序更加合理。





 

4.1.2 以观念为核心的学生特征分析

以观念为核心的学生特征分析,主要从2方面对学生进行分析。一方面分析学生原有观念的水平和原有观念与将要建构的新观念的关系,从而确定新观念建构的起点和相应的教学方式。另一方面分析学生在和基本观念相关的概念原理、过程方法和事实性知识方面达到了什么水平,从而确定教学中选择什么样的素材来支持基本观念的建构,采取什么样的活动方式进行观念建构。对学生特征分析可以采用测查法,也可以采用预估法。测查法是指通过编制一定的试题来测查学生的水平。预估法是指教师根据学生在课堂上的表现和课后作业中的情况估计学生的水平。

在进行“电离平衡”的教学前,教师通过编制的问卷从水的组成、水的导电性、强弱电解质的导电性、弱电解质的电离原理、溶液的酸碱性等方面对学生进行测查。测查结果如下。

在具体知识方面:(1) 所有学生明白弱电解质在水中是部分电离的,但3/4的学生不清楚弱电解质部分电离的原因;(2) 4/5的学生知道水是弱电解质,能电离出极少的H+OH-,但由于平时经验的干扰,只有2/3的学生能用水的电离来解释水的导电性;(3)所有的学生都认同盐溶液可能显酸性或碱性,但90%的学生不清楚盐溶液显酸性或碱性的原因。

从平衡观方面分析:2/3的学生没有完全建立“可逆反应(过程)→不能进行到底→反应变化过程存在限度”这个分析问题的程序,或者将这个分析问题的程序应用于其他可逆过程中的能力还比较差。

从微粒观方面分析:大部分学生已经初步建立了用微粒来解释宏观现象的意识;但是学生用微粒来解释实际问题的能力还不高,受具体知识的影响较大。例如,所有的学生都认为溶液的酸碱性与溶液中的H+OH-有关,但解释盐溶液为什么可能显酸性或碱性时,91%的学生还是用具体例子说明的。这也说明了学生并没有建立起用微粒来分析问题的一般思路或程序。

4.1.3 确定以观念建构为核心的教学目标

通过对教学内容的分析和学生特征的分析,就可以确定本章在核心观念建构方面的教学目标为:使学生学会应用微粒的观点来解释、分析实际生活和生产中的溶液问题,建立用微粒的观点来分析溶液问题的一般程序(如图5);并进一步发展学生的平衡观,使学生能判断出溶液体系中的可逆过程,用平衡的观点来解释该过程中的相关问题。



4.2 以观念建构为本的教学策略设计

以观念建构为本的教学策略设计包括4个方面:以观念建构为目的的情境设计、以观念建构为目的的问题设计、以观念建构为目的的小组活动设计和以观念建构为目的的反思策略。

4.2.1 以观念建构为目的的情境设计

以观念建构为目的的情境设计关键是要呈现给学生合适的刺激性材料信息。这些刺激材料信息要具备情境设计的一般功能:(1)要能激发学生的好奇心和发现欲;(2)要能引起学生的认知冲突;(3)要能诱发学生质疑猜想。对于观念建构为本这一教学目的而言,这些刺激性材料主要目的是:(1)要能引起学生观念上的冲突;(2)要能促使学生主动进入分析问题和解决问题的活动中。

4.2.2 以观念建构为目的的问题设计

以观念建构为目的的问题设计是立足教学目标,尤其是建构或发展核心化学观念这一目标,按照最近发展区的理论,综合考虑学生原有观念与将要建构的观念之间的差距、学生原有具体性知识与将要学习的具体性知识之间的差距,设计一组有层次的结构性问题,使学生在解决问题的过程中学习具体知识,生成与发展核心化学观念。

在进行以观念建构为目的问题设计时要遵循以下原则:

1) 问题要适合学生的认知水平,使大部分学生通过努力思索、讨论、活动后能够回答,从而充分调动学生思维的积极性。

2)问题要有一定的开放性和挑战性,使学生能从多个角度、多个方面进行思考,不同能力水平的学生可以得到层次、范围不同的结论。这种开放性问题不只是具体答案有多种或具体解题方法有多种;而是当学生的认识角度不同、认识方式不同(即观念水平不同)时,对问题的解决方式则不同、答案也可能不同。通过解决这些开放性的问题,不同能力的学生在观念上能得到不同程度的发展,有的学生可能会在观念水平上有提高,有的学生可能在观念水平上提高不大,但在观念的应用范围上会有所扩大。

3)问题本身应该潜在地体现与学习者原有知识经验的联系,同时它又蕴含着新的关系和规律,这种联系不只是针对问题的表面特征,更主要的是针对问题中的深层关系和结构,即在观念层面上有联系。使学生能在解决问题的过程中寻找与解决问题相关的各种知识,并对化学知识与解决问题之间的联系进行主动思考,探索问题解决的多种方法,从而建构起属于自己的知识结构,建构起新的观念,或发展原有的观念水平。

4.2.3 以观念建构为目的的小组活动设计

以观念建构为目的的小组活动设计的起点是与一定情境相联系的问题,小组活动的目的是使学生建构起以具体知识为基础而又超越具体知识的观念体系。在观念建构为本的教学中,知识组成是有层次结构的,小组活动设计就是要把这些具有层次结构的知识与一定的情境相联系,以一组问题为起点,设计成结构性的小组活动。结构性的小组活动可以是从具体知识入手,使学生在大量事实的基础上建构起核心的化学观念,也可以是从上位的基本观念开始,使学生在不同的情境中接触具体的事例,从而建构起稳固的基本观念。

小组活动设计时要注意把握活动的开放性。要根据学生的原有知识水平和观念水平来选择活动内容和形式,使大多数学生都能进入活动、参与讨论,都能在组内活动中作出贡献;每个能力水平不同学生在活动中会面对不同的挑战,能得到不同的发展。

4.2.4 以观念建构为目的的反思策略

观念建构为本的教学更关注的是以具体性知识为载体和工具来帮助学生建构化学基本观念。所以在课的结尾时要引导学生进行如下的反思:这节课解决问题的逻辑顺序是什么,问题与所学知识之间有什么联系,各知识的意义要点之间有什么联系。通过这样的反思使学生将所学的各具体性知识和相关的背景经验联系起来,与探索中的各种事实资料联系起来,和具体性知识背后的观念联系起来,使学生在解决问题中逐渐形成和发展的基本观念内化为学生认知结构。

综上所述,情境设计、问题设计和活动的设计应该是连在一起的。创设的情境必须以问题为导向,能引起学生的思考;设计的问题必须产生于一定的情境中,与真实的生活、生产素材相联系。问题应该能引起学生的活动,应该让学生能在活动中得到解决,活动需要教师提前去设计;学生在小组活动中又会产生新的问题,这些问题会推动学生进行更深入的活动,这些问题和活动教师应提前进行预设,以确保实施有效教学。

 

4.3 “电离平衡”一节的教学设计(1课时)

  如图6所示。

 

 

参考文献

[1] 宋心琦,胡美玲.化学教育,2001,22(9):9-13

[2] 范晓琼.观念建构为本教学的理论研究及其在高中化学新课程中的实施.北京:北京师范大学硕士论文,2005

[3] 孙炘.美国实施《普及科学——美国2061计划》试略.扬州教育学院学报,2004:(2)

[4] 皮连生.教学设计——心理学的理论与技术.北京:高等教育出版社,2000

 

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