基于概念建构的科学教学设计PPT课件

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1、基于概念建构的科学教学设基于概念建构的科学教学设计计金州新区教育科学研究金州新区教育科学研究院院 韩韩 春春 蓉蓉内容介绍 一、建构主义思想简说一、建构主义思想简说 二、什么是科学概念二、什么是科学概念 三、基于概念的过程设计三、基于概念的过程设计 四、几点思考四、几点思考一、建构主义思想建构主义思想 皮亚杰皮亚杰:儿童在与周围环境相互作用的过程中，逐步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。展。儿童与环境的相互作用涉及两个基本过程：儿童与环境的相互作用涉及两个基本过程：“同化同化”与与“顺应

2、顺应”。同化是指个体把外界刺激所提供的信息整合。同化是指个体把外界刺激所提供的信息整合到自己原有认知结构内的过程；顺应是指个体的认知结构到自己原有认知结构内的过程；顺应是指个体的认知结构因外部刺激的影响而发生改变的过程。因外部刺激的影响而发生改变的过程。同化是认知结构数量的扩充同化是认知结构数量的扩充 顺应则是认知结构性质的改变顺应则是认知结构性质的改变 认知个体通过同化与顺应这两种形式来达到与周围认知个体通过同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡：当儿童能用现有图式去同化新信息时，他环境的平衡：当儿童能用现有图式去同化新信息时，他处于一种平衡的认知状态；而当现有图式不能同化新信处于一种平

3、衡的认知状态；而当现有图式不能同化新信息时，平衡即被破坏，而修改或创造新图式（顺应）的息时，平衡即被破坏，而修改或创造新图式（顺应）的过程就是寻找新的平衡的过程。过程就是寻找新的平衡的过程。认知发展过程模式认知发展过程模式皮亚杰：皮亚杰：认知结构认知结构I I认知结构认知结构I I认知结构认知结构环境环境I I环境环境I I环境环境认知平衡认知平衡认知不平衡认知不平衡认知平衡认知平衡平衡化平衡化同化同化顺应顺应同化同化同化同化顺应顺应顺应顺应心理学研究表明心理学研究表明 人不能长期容忍认知心理的不平衡人不能长期容忍认知心理的不平衡,人都有填补人都有填补认知空缺、解决认知冲突的本能。认知空缺、解

4、决认知冲突的本能。对于不平衡状态的内部感受是一种不协调及不满对于不平衡状态的内部感受是一种不协调及不满足感，儿童会努力克服这种消极感受，已恢复就足感，儿童会努力克服这种消极感受，已恢复就得平衡或达到新的平衡。儿童正是在这种不断寻得平衡或达到新的平衡。儿童正是在这种不断寻求平衡的过程中，实现了认知发展。求平衡的过程中，实现了认知发展。概念转变是一个认知冲突的形成和解决的过程。概念转变是一个认知冲突的形成和解决的过程。维果斯基维果斯基:强调认知过程中学习者所处社会文化历史强调认知过程中学习者所处社会文化历史背景的作用，并提出了背景的作用，并提出了“最近发展区最近发展区”的理论。的理论。维果斯基认为

5、学生的发展有两种水平：一种是学维果斯基认为学生的发展有两种水平：一种是学生的现有水平，指独立活动时所能达到的解决问题的生的现有水平，指独立活动时所能达到的解决问题的水平；另一种是学生可能的发展水平，也就是通过教水平；另一种是学生可能的发展水平，也就是通过教学所获得的潜力。两者之间的差异就是最近发展区。学所获得的潜力。两者之间的差异就是最近发展区。好的教学应着眼于学生的最近发展区。好的教学应着眼于学生的最近发展区。“最近发展区最近发展区”理论模型理论模型 维果斯基维果斯基现有学现有学习水平习水平潜在学潜在学习水平习水平最最近近发发展展区区 学习者是具有大量生活经验和先前知识的学习者是具有大量生活

6、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可能妨碍新的学习，但无论如何它们是学习的基础。基础。案例：案例：鱼的故事鱼的故事 Fish is Fish Fish is Fish牛牛鸟鸟人人理解依赖于个人的理解依赖于个人的经验，经验，知识与学习知识与学习者不可分离者不可分离 （一）建构主义的知识观（一）建构主义的知识观1 1、知识是经验性实在：、知识是经验性实在：知识并不是对现实的准确表征知识并不是对现实的准确表征,它只是一种它只是一种解释、一种假设，而不是最终答案。解释、一种假设，而不是最终答案。2 2

7、、知识只是一种、知识只是一种“可行性可行性”：知识并不能精确地概括世界的法则，：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行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行再创造。再创造。3 3、知识源于主体的建构：、知识源于主体的建构：人认识的对象是经验性实在，那么，认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。知者与认知对象就不能断然分离。（二）（二）建构主义的学习观建构主义的学习观 1、学习是学习者主动建构内部心理表征的过程、学习是学习者主动建构内部心理表征的过程：学学习者总是主动选择一些信息，忽视一些信息，并从中习

8、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验相结合建构对输入信息的解释。2、学习中的建构是双向的、学习中的建构是双向的：建构一方面是对新信息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的意义的建构，另一方面是对原有经验的改造和重组3、学习者对学习对象的理解存在差异、学习者对学习对象的理解存在差异。（三）建构主义的教师观及学生观（三）建构主义的教师观及学生观 教师是知识学习的促进者：教师是知识学习的促进者：教师应该重视学生自己对各种现象的理解，倾听他们的

9、想法，洞察他们想法的由来，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：学生是富有背景经验的主体：在以往的学习中，学生已经形成了丰富的经验，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。二、什么是科学概念（一）关于科学概念的讨论（一）关于科学概念的讨论（二）为什么要以发展概念为主要目标（二）为什么要以发展概念为主要目标（三）概念转变的心理过程（三）概念转变的心理过程 （一）关于科学概念的讨论（一）关于科学概念的讨论 观点一：观点一：科学概念是组成科学知识的基本要素科学概念是组成科

10、学知识的基本要素 学生掌握一个科学概念实质上就是掌握同类事物学生掌握一个科学概念实质上就是掌握同类事物的共同特征。的共同特征。表述科学概念时，常用表述科学概念时，常用“知道知道”“”“认识认识”“”“理解理解”“”“了解了解”等词等词，持这种观点的人把持这种观点的人把“科学科学概念概念”放置于人类知识的背景之下，把科学理论体系放置于人类知识的背景之下，把科学理论体系中的中的“科学规则、定律和原理科学规则、定律和原理”看作是知识，把科学看作是知识，把科学概念看作是组成这些知识的元素概念看作是组成这些知识的元素.(下位下位)概念在知识结构中的地位概念在知识结构中的地位 观点二观点二:科学概念是个体

11、对科学知识的理解和看法科学概念是个体对科学知识的理解和看法 科学概念是用一句完整的话表达对事物或现象科学概念是用一句完整的话表达对事物或现象的理解和解释。反映的是事物或现象间的联系，的理解和解释。反映的是事物或现象间的联系，体现的是一种科学的观念。体现的是一种科学的观念。A.A.知道食物在人体内的消化过程。（科学知识）知道食物在人体内的消化过程。（科学知识）B.B.消化系统的不同组成部分具有不同的功能，目的是使食消化系统的不同组成部分具有不同的功能，目的是使食物被人体吸收。（科学概念）物被人体吸收。（科学概念）这种表述方式中我们可以感受到它表达的是对于人体这种表述方式中我们可以感受到它表达的是

12、对于人体消化的一种观点，一种看法，或者是一种思想。持这消化的一种观点，一种看法，或者是一种思想。持这种观点的人把种观点的人把“科学概念科学概念”放置于个体对人类知识的放置于个体对人类知识的建构背景之下，从个体知识的形成的视角加以考察。建构背景之下，从个体知识的形成的视角加以考察。把科学概念是建立在把科学概念是建立在“事实性知识事实性知识”之上，同时把科之上，同时把科学的观念和对科学的看法也包涵在学的观念和对科学的看法也包涵在“科学概念科学概念”之中之中 两种观点两种观点 一种认为科学概念是知识的要素，是知识的组成部分。一种认为科学概念是知识的要素，是知识的组成部分。另一种认为科学概念是事实性知

13、识的提升，并伴随着一另一种认为科学概念是事实性知识的提升，并伴随着一个人对知识的理解与看法。个人对知识的理解与看法。科学概念有层次性，科学概念越具体越靠近事实性知识科学概念有层次性，科学概念越具体越靠近事实性知识，越抽象越靠近科学观念、科学思想及科学世界观。，越抽象越靠近科学观念、科学思想及科学世界观。我们存在的问题 科学概念科学概念 =科学事实科学事实 =科学知识科学知识 科学概念科学概念事实事实 科学概念科学概念概念概念 区分事实和概念的最基本的原则区分事实和概念的最基本的原则 事实是客观的，是通过感官或仪器观察测量得到的事实是客观的，是通过感官或仪器观察测量得到的.概念是主观的，是人的思

14、维活动的结果，即是由众多概念是主观的，是人的思维活动的结果，即是由众多的事实归纳推理得出的的事实归纳推理得出的.昆虫具有两对翅、三对足昆虫具有两对翅、三对足.工业污染区，深色的桦尺蛾越来越多，浅色的桦尺蛾工业污染区，深色的桦尺蛾越来越多，浅色的桦尺蛾越来越少越来越少 工业污染区，桦尺蛾的变化是自然选择的结果。工业污染区，桦尺蛾的变化是自然选择的结果。由雌雄亲代双方共同繁殖后代的生殖过程称为有性生由雌雄亲代双方共同繁殖后代的生殖过程称为有性生殖。殖。植物由根、茎、叶、花、果实、种子组成。植物由根、茎、叶、花、果实、种子组成。植物是由不同的部分组成，这些部分在植物的生长过植物是由不同的部分组成，这

15、些部分在植物的生长过程中发挥不同的功能程中发挥不同的功能。科学概念的层级 核心概念：核心概念：指的就是重要的概念，也可以称之为指的就是重要的概念，也可以称之为“概概念性知识念性知识”，是与科学事实相对应的知识。，是与科学事实相对应的知识。在教学中事实性知识需要学生通过观察测量获得，学在教学中事实性知识需要学生通过观察测量获得，学生学习的主要形式为记忆，检测时主要是复述；生学习的主要形式为记忆，检测时主要是复述；而概念性知识需要学生归纳推理，需要逻辑加工，最而概念性知识需要学生归纳推理，需要逻辑加工，最低层次也是需要学生理解，检测评价时一般需要在新低层次也是需要学生理解，检测评价时一般需要在新的

16、情境中应用。的情境中应用。新课标中的科学概念 核心概念有核心概念有2121个；分解概念有个；分解概念有125125个个如：力作用于物体会改变物体的运动状态（核心概念）核心概念）有的力直接施加在物体上（分解概念）分解概念）有的力可以通过看不见的物质施加在物体上（分解概念）分解概念）物体运动状态改变的多少和施加在该物体上的力有关（分解概念）分解概念）（二）为什么要以发展概念为主要目标（二）为什么要以发展概念为主要目标 1 1、建构、建构“科学概念科学概念”比掌握大量的事实性信息比掌握大量的事实性信息(知识知识)更为重要，因为，科学概念包含着一个人的观念和思想更为重要，因为，科学概念包含着一个人的观

17、念和思想，而改变人的观念比更新人的知识困难得多。，而改变人的观念比更新人的知识困难得多。2 2、建构、建构“科学概念科学概念”，提高了对学生的思维要求，不，提高了对学生的思维要求，不仅仅是知识理解层面，而且要上升到综合分析层面，这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。样的教学目标将增强学生的思考力。3 3、用概念引领科学探究活动的深入，避免了、用概念引领科学探究活动的深入，避免了科学探究的盲目性，改变了为了探究而探究的科学探究的盲目性，改变了为了探究而探究的课堂教学，使以探究为核心的小学科学课堂教课堂教学，使以探究为核心的小学科学课堂教学找到了落脚点，

18、还能为教师的提问、引导指学找到了落脚点，还能为教师的提问、引导指明方向，对学生科学素养具有重要意义。明方向，对学生科学素养具有重要意义。（三）概念转变的心理过程（三）概念转变的心理过程 1 1、学生在真正学习新的科学概念之前，已经有了、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，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。但往往与概念的科学含义不一致。2 2、学生的科学学习过程在某种意义上说是概念改、学生的科学学习过程在某种意义上说是概念改变的过程。为更好地达成概念转变，教学需要使学生变的过程。为更好地达成概念转变，

19、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。产生认知冲突，建构活动，才能完成概念转变。学生某些错误概念却难以改变 概念改变的难易程度概念改变的难易程度 心理模型心理模型是指对某一特定系统的功能部分及其相互关是指对某一特定系统的功能部分及其相互关系的表征，它是学生理解、推论和预测的基础。系的表征，它是学生理解、推论和预测的基础。学生学习和理解科学概念的过程就是建构心理模型的学生学习和理解科学概念的过程就是建构心理模型的过程，学生概念改变的心理过程也就是从不正确心理过程，学生概念改变的心理过程也就是从不正确心理模型向正确心理模型转变的过程。模型向正确心理模型转变的过程。只有支撑错误概念

20、的心理模型发生转变，错误概念才只有支撑错误概念的心理模型发生转变，错误概念才会发生根本的转变。会发生根本的转变。心理模型的建构过程心理模型的建构过程心理模型建构过程的关键步骤三、基于概念的过程设计三、基于概念的过程设计调查学生前概念，设计概念目标分解概念目标，设计概念层次分解概念目标，设计概念层次沿着概念层次，设计支架活动沿着概念层次，设计支架活动设计新情境，监控概念转变设计路径技术设计路径技术（一）过程设计路径（一）过程设计路径原有概念原有概念：看不见，消失了；下面分布多；概 念概 念 1 1：不 能 被过滤，不能沉淀；均匀分布。新概念新概念2 2：有些质能溶解在水中有些物质则不行。支架活动

21、支架活动活活动动一一活活动动二二活活动动四四活活动动 五五此岸此岸踏脚石踏脚石彼岸彼岸活活动动三三 踏脚石踏脚石 活动承载的概念内涵活动承载的概念内涵1.观察、描述食盐和沙子在水中的变化观察、描述食盐和沙子在水中的变化 2.2.观察、描述面粉在水中的变化；过滤观察、描述面粉在水中的变化；过滤水中的食盐、沙子和面粉。水中的食盐、沙子和面粉。3.观察、描述高锰酸钾在水中的变化观察、描述高锰酸钾在水中的变化并过滤高锰酸钾。并过滤高锰酸钾。5.5.整理、表达与交流、判断新物质整理、表达与交流、判断新物质4.4.观察静置一段时间后的各种混合物观察静置一段时间后的各种混合物 支支架架活活动动变成肉眼看不见

22、的微粒变成肉眼看不见的微粒不能被过滤不能被过滤 肉眼看不见肉眼看不见均匀分布，肉眼看不见均匀分布，肉眼看不见不能被过滤不能被过滤 均匀分布，肉眼看见不均匀分布，肉眼看见不能被过滤，不能沉淀能被过滤，不能沉淀概念概念1：溶解的主要特征是物质变：溶解的主要特征是物质变成了肉眼看不见的微粒，不能成了肉眼看不见的微粒，不能被过滤，不能沉淀；均匀分布被过滤，不能沉淀；均匀分布概念概念2：有些物质能溶解在水中有：有些物质能溶解在水中有些物质则不行。些物质则不行。学生经历一个个典型的观察认识学生经历一个个典型的观察认识“食盐在水中的变化食盐在水中的变化”活动的过程；是一个用多种方法收集关于溶解现象信息活动的

23、过程；是一个用多种方法收集关于溶解现象信息的过程；也是一个学生对溶解概念不断清晰完善的过程，的过程；也是一个学生对溶解概念不断清晰完善的过程，诠释着科学的本质：诠释着科学的本质：对事实的尊重，对观察的依赖，对事实的尊重，对观察的依赖，对结论的谨慎，对错误的修正。对结论的谨慎，对错误的修正。学生初始想法是学生初始想法是“看不见、分布在下面多一点看不见、分布在下面多一点”.用高锰酸钾做用高锰酸钾做类比类比工具，使工具，使“均匀分布均匀分布”这一抽象的这一抽象的概念视觉化，变概念视觉化，变“看不见看不见”为为“看得见看得见”，矫正了学，矫正了学生原有生原有“食盐溶解后下面多上面少食盐溶解后下面多上面

24、少”的错误概念；的错误概念；用面粉做用面粉做比较比较，激发学生的认知冲突，用，激发学生的认知冲突，用过滤、沉淀过滤、沉淀的方法，给学生提供了更多的学习支架，通过不同侧的方法，给学生提供了更多的学习支架，通过不同侧面、多角度收集到面、多角度收集到更多的溶解事实更多的溶解事实，使学生对溶解的，使学生对溶解的“均一性均一性”“”“稳定性稳定性”的理解逐步清晰和丰富。的理解逐步清晰和丰富。需要强调的是：需要强调的是：过程与概念统一，科学的过程设计是前提，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。教学设计研究

25、的方向。（二）活动设计策略（二）活动设计策略1 1、直面概念，引发认知冲突、直面概念，引发认知冲突2 2、设计探究活动，促进概念建构、设计探究活动，促进概念建构3 3、使用新建模型，监控概念转化、使用新建模型，监控概念转化1、直面、直面 概念，引发认知冲突概念，引发认知冲突 认知冲突是概念改变过程的起点，是认知发展的认知冲突是概念改变过程的起点，是认知发展的 重要条件。冲突来自学生对概念解释的过度延伸。重要条件。冲突来自学生对概念解释的过度延伸。表现为：出乎意料、感到疑惑、紧张不适。表现为：出乎意料、感到疑惑、紧张不适。“差异式差异式”活动：与已有的概念完全相反或不同活动：与已有的概念完全相反

26、或不同 “独白式独白式”活动：暴露多种真实概念活动：暴露多种真实概念“差异式差异式”活动活动 学生拉一张很重的桌子，没能拉动，于是认为没有力学生拉一张很重的桌子，没能拉动，于是认为没有力作用其上。然而，学生使用测力计，测到施加在桌子作用其上。然而，学生使用测力计，测到施加在桌子上很大的力。在随后的课堂讨论中，学生不得不协调上很大的力。在随后的课堂讨论中，学生不得不协调相互冲突的信息，即物体没被移动，而仍然有力施加相互冲突的信息，即物体没被移动，而仍然有力施加其上。那些参与认知冲突活动的学生在解决物理问题其上。那些参与认知冲突活动的学生在解决物理问题上显示出了更大的进步。上显示出了更大的进步。“

27、独白式独白式”活动活动 空气的性质空气的性质：你认为被压下来的空气到哪里去了，：你认为被压下来的空气到哪里去了，画出想法。画出想法。篮球中的空气篮球中的空气：2、设计探究活动，促进概念建构、设计探究活动，促进概念建构 类比活动：使思维可视化类比活动：使思维可视化 细化过程：帮助观察细微的变化细化过程：帮助观察细微的变化 利用概念图：整理信息利用概念图：整理信息 使用关键性问题研讨：促进反思交流使用关键性问题研讨：促进反思交流类比活动类比活动 把电流比拟为水流系统，在这个系统中电线像水管，电子像水，把电流比拟为水流系统，在这个系统中电线像水管，电子像水，电池像水泵，而电阻像水管中窄的部分，有时人

28、们把电流比做电池像水泵，而电阻像水管中窄的部分，有时人们把电流比做通过走廊的人流。在科学教育中类比的使用相当流行。通过走廊的人流。在科学教育中类比的使用相当流行。多数学生认为桌子不会对置于其上的书施加向上的力，但他们多数学生认为桌子不会对置于其上的书施加向上的力，但他们相信在用自己的手向下压弹簧时，弹簧会发力，仅以弹簧充当相信在用自己的手向下压弹簧时，弹簧会发力，仅以弹簧充当类比，通常不能起到改变学生错误概念的作用，但使用某种既类比，通常不能起到改变学生错误概念的作用，但使用某种既含原事例（桌子上的书）又含类比事例（手按弹簧）的含原事例（桌子上的书）又含类比事例（手按弹簧）的中间类中间类比比（

29、在有弹性的泡沫垫上的书），能够收到更好的教学效果。（在有弹性的泡沫垫上的书），能够收到更好的教学效果。细化过程细化过程 小灯泡结构在简单电路组装实验中的作用：小灯泡结构在简单电路组装实验中的作用：学生的观察活动要分两步走，小灯泡发亮的共同特征，再观察学生的观察活动要分两步走，小灯泡发亮的共同特征，再观察小灯泡的结构组成。小灯泡的结构组成。组装电路作为组装电路作为“过程过程”的设计的设计 小灯泡组装实验先做，小电扇实验后做的意义小灯泡组装实验先做，小电扇实验后做的意义 简单电路概念形成需要时间的教学思考简单电路概念形成需要时间的教学思考3、使用新建模型，监控概念转化、使用新建模型，监控概念转化

30、“漏斗的秘密漏斗的秘密”之于之于“空气占据空间空气占据空间”的意义的意义 “小电扇小电扇”之于之于“简单电路简单电路”的意义的意义 “篮球篮球”之于之于“被压缩空气中被压缩空气中”的意义的意义 把概念转变教学纳入到心理模型的建构框架中目的：把概念转变教学纳入到心理模型的建构框架中目的：概念改变不仅仅从概念本身入手，更重要的是关注支概念改变不仅仅从概念本身入手，更重要的是关注支撑错误概念的心理模型。撑错误概念的心理模型。从概念转变的心理过程从概念转变的心理过程认知过程入手，以新视角认知过程入手，以新视角梳理概念转变的方法、策略，梳理概念转变的方法、策略，能使人们更加明晰不同能使人们更加明晰不同的策略和方法是在建构模型的哪一步骤起作用，以期的策略和方法是在建构模型的哪一步骤起作用，以期改善概念改变的教学。改善概念改变的教学。四、几点思考四、几点思考1 1、怎样确立科学概念以及确立怎样的科学概念、怎样确立科学概念以及确立怎样的科学概念2 2、如何处理科学概念和科学事实的关系、如何处理科学概念和科学事实的关系3 3、如何处理科学概念和科学探究的关系、如何处理科学概念和科学探究的关系