初中科学核心概念的教学思考.ppt

初中科学核心 概念的教学思考,一、初中科学课程必须重视核心概念的教学, 发达国家的教育改革高度关注核心概念的教学 （张颖之、刘恩山 :核心概念在理科教学中的地位和作用从记忆事实向理解概念的转变.教育学报，2010.1 )： 赫德( Hurd)：组成科学课程中的概念和原理应该能够展现当代学科的概貌,是学科结构的主干部分,它们被称为核心概念( key concepts or representative ideas )；,戴伊(Day)：核心概念是某个知识领域的中心,虽然不是所有人都接受了这些知识,但它们却获得了广泛的应用,而且这些知识还能经得起时间的检验； 费德恩( Feden)：核心概念是一种教师希望学生理解并能在忘记其非本质信息或周边信息之后,仍然能应用的概念性知识,并且他们认为核心概念必须清楚地呈现给学生；,埃里克森( Erickson)：核心概念是指居于学科中心,具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法。这些核心概念具有广阔的解释空间,源于学科中的各种概念、理论、原理和解释体系,为领域的发展提供了深入的视角,还为学科之间提供了联系。,埃里克森：基于概念的课程与教学超越事实的教学,我国理科新课程的深化将 高度关注核心概念的教学 高中生物课程标准已明确提出核心概念的教学目标，义务教育科学课程标准也明确提出概念是重要的知识目标，很可能还要进一步提出核心概念的教学要求。,初中 数学、物理、化学、生物、英语、地理、科学等各门学科 小学 数学、科学等学科,核心概念教学研究与论文涉及各个学科,二、什么是核心概念,事实性 知识,概念性 知识,程序性 知识,A,C,B,科学知识,1. 事实性知识,科学事实,果皮有三层,动脉血红色，静脉血紫色,用词语 来表现,有内涵 和外延,内涵外延的 宽窄度相反,反映客观对象的本质属性的思维形式：如光合作用,概念,2. 概念性知识,外延,内涵,概念对象本质属性总和,适合概念的对象范围,重要的科学概念,重要的科学原理,重要的科学理论,重要的科学模型,学科的核心概念：构成学科的最基本的、最主要的、最重要的概念,核心概念,核心概念,3. 程序性知识,实验操 作程序,科学探究 基本程序,各仪器的 操作规程,促进学生的学习理解,1,三、为什么要关注核心概念的教学,记住概念名称或定义,深度的、高层次的学习,知道或认识事实,肤浅的、低层次的学习,概念理解性学习,美国高中数学与科学先修学习项目委员会的专家杰瑞·P·戈勒博等人在学习与理解（教育科学出版社，2008.6）中用较大篇幅阐述了人类学习的七个原则,原则1“原理性概念知识”原则： 当新知识和现有知识围绕着学科的主要概念和原则被组织的时候，会促进理解性学习。,认识洋葱表皮细胞,认识口腔上皮细胞,理解细胞是生物体结构与功能的基本单位,例 如,事实学习,概念学习,抽象思维,两种学习认知过程比较,概念学习,事实学习,分析综合、归纳演绎、抽象概括、判断推理 需要比较深刻的理解,回忆、描述、列出、举例、释义、区分 不需要太多的理解,如美国学者认为指出植物体主要组成部分的名称属于事实学习；而了解每一部分由于其结构不同而起到了不同的作用，发挥不同的功能则是概念学习的核心部分。 （转引自张颖之,刘恩山：教育学报2010.1）,学生在生活和学习中有许多直接的感受，这些感受在学生的心灵上打下了深深的烙印，成为学生极为重要的生活经验，并为他们解释有关现象提供了“可信赖”的依据。,四、学生的核心概念受哪些因素影响,（一）直接的感受,案例1：重力大小的相关因素,提出问题：重力的大小跟哪些因素有关？ 建立假说： 可能跟物体的质量有关，质量越大，重力越大； 可能跟物体的体积有关，体积越大，重力越大； 可能跟物体的高度有关，高度越大，重力越大； 可能跟物体的高度有关，高度越小，重力越大。,案例 2：惯性的认识,将惯性现象的成因看成是力的作用 认为运动的物体具有惯性 认为运动状态变化时才有惯性 认为速度越大，物体的惯性越大,案例3：力相互作用,胜者感受自己的力比对方的大；,负者感受自己的力比对方的小。,案例 4:摩擦力与接触面积的关系,有的学生认为：接触面积越大，摩擦力越大。 理由：骑自行车时，如果自行车车胎瘪了，人就越费劲。这是因为轮胎瘪气后，车轮与地面的接触面积增大了。可见，接触面积越大，摩擦力就越大。,滚动摩擦的本质,（二） 片面的经验,经验是建构概念的基础，但片面的经验容易使学生以偏概全，建立起事物之间非本质的联系，从而形成错误的前概念。,案例 5：浮力的大小随深度的增加而增大；,案例 6：灯泡不亮是因为没有电流通过灯泡。,四、学生的核心概念受哪些因素影响,（三）旧概念的泛化,任何一个科学概念的正确性都有其条件性，即都有其适用的范围和成立的条件。学生容易把某个科学概念适用的范围不恰当地扩大，从而形成“相异构想”。,案例 7：灯泡亮暗与电流大小,物体吸放热与温度的改变,对电动机，U、I、R的关系,四、学生的核心概念受哪些因素影响,2.4 知识的负迁移,迁移是指先前学习对后继学习的影响，它是人在学习中最常见、最重要的心理现象。任何有意义的学习，都无不存在着迁移现象。迁移有正迁移与负迁移，负迁移是学生产生错误前概念的主要原因。,四、学生的核心概念受哪些因素影响,数学知识的负迁移,数学是表达科学规律和解决科学问题的重要工具，数学公式反映的是抽象的数量关系，而科学公式反映的则是具体的量与量的关系。当抽象的概念和关系直接套用在具体的情景时，往往会产生一些偏差。,案例 8：密度和电阻定义式,数学知识的负迁移,机械的类比,人在学习新知时，常常会从以往的经验知识中找到一个相似的知识，或者构造一个熟悉的模型，作为建构新知的支撑，并将旧知或熟悉的模型与新知建立起对应关系，从而促进旧知向新知的迁移。,单极型,撞击型,电流就像水流一样，点亮灯泡就像水池里的水通过水管，注到桶里一样。,石块撞击会撞出火花，两条电线中的电流相撞击时，也会撞出火花，从而使灯泡发光。,案例 9：电流模型,电流流动就像爬坡，越爬力气越小，所以，电流越来越小。,电流从电池中出来，分配给 2 只灯泡。这样，在线路中流过的电流会越来越小，2 只灯泡灯泡一样亮，是因为它们分得的电流一样多。,案例10：串联电路各处电流的关系,当R1(或R2)增大时，灯泡亮度如何变化？,顺序模型：电流是按顺序受到电路各元件的影响的,案例11：电流受电路元件的影响,光的微粒说； 热质说； 白布可以染成各种颜色白光是最简单的色光； 黑色是用黑颜料画成的黑色是由黑光形成的。,数学知识的负迁移,机械的类比,相近概念的干扰,有许多表面看上去十分相似的概念却存在着许多差异。这样，先前学习某个概念时形成的观念就会极为容易地带到后继相似概念的学习中，从而为新概念的学习造成不良的影响。,案例 12：平均速度,平均分计算：,平均速度计算：,（五）语词的影响,概念是用语词来表达的，不少情况下，语词含义的丰富性，以及生活用语意义的模糊性，会对学生建构具有特定含义的科学概念造成干扰，由此形成了对科学概念的相异构想。,案例13：温度与热量,案例14：透镜的会聚作用与发散作用,四、学生的核心概念受哪些因素影响,火车的冲力； 惯性好大啊！ 目光炯炯 滑轮组的机械效率 他的力气好大！,凭直觉，而不是严格的推理和确定无疑的事实进行判断，是思维惰性的表现。,（六）非科学的推理,对称的透镜两个焦距相等，不对称的透镜两个焦距不相等。,1 牛重的液体不可能产生 2 牛的浮力。因为浮力等于被物体排开的液体受到的重力。1 牛的液体全部排掉，也只有 1 牛啊！,物体在平面镜内所成像的大小与平面镜的大小有关，平面镜越小，所成的像也越小。,四、学生的核心概念受哪些因素影响,1,围绕核心概念组织概念活动 通过概念活动来加深学生对核心概念的理解，而不是仅仅记住事实性知识或一般概念的名称,五、怎样进行核心概念的教学,（自加里·D·鲍里奇著，易东平译：有效教学方法，江苏教育出版社，2002，12，p.193，略有修改 ）,1,围绕核心概念组织概念活动 及时地以恰当方式给核心概念下定义，并在概念运用中强化对定义的理解（包括内涵与外延两个方面）。,四、怎样进行核心概念的教学,氧气能够燃烧,燃烧需要点燃,铁生锈是铁与水作用的结果,锅是用金属制成的，所以金属不会燃烧,火和水都是物质，灭火就是把火这种物质去掉,有眼、嘴、头，会游泳的动物是鱼，因此鲸鱼是鱼,会在空中飞的动物叫做鸟，翩蝠是鸟，鸡不是鸟,2,恰当选择概念获得的形式来设计教学,五、怎样进行核心概念的教学,以感觉、知觉和表象为基础，通过分析综合、抽象概括等思维活动，从个别到一般,从具体到抽象，逐步把握一类事物的本质的过程。,以定义形式直接向学习者揭示新概念的共同关键特征，学习者利用原有认知结构中的适当观念，理解新概念，并纳入原有的认知结构，从而获得新概念的意义。,概念形成,概念同化,美国著名教育心理学家奥苏贝尔提出学生获得概念主要有两种形式：,学生大部分概念的获得方式,案例16:动态电路的分析（R增大）,1. R增大时，总电流I1不变，L1亮度不变；IR减小，电流I2增大，L2变亮。,2.R增大时， IR减小，电流I2增大，L2变亮。电路总电阻增大， I1变小，L1变暗。,3.R增大时， 电路总电流减小， 通过各段电路的电流也变小，故L1和L2都变暗。,4.因为R增大前，I2已与IR分开了，故电流I2不受R变化的影响，L2亮度不变； IR 变小使I1变小，故L1变暗。,3,高度重视前科学概念与错误概念对概念掌握的影响，促成学生的概念转变,五、怎样进行核心概念的教学,概念转变是指：学生原有概念改变、发展和重建的过程，即学习者由前科学概念向科学概念，由误解概念向正确概念转变的过程。指个体原有的某种知识经验由于受到与它不一致的新经验的影响而发生的重大改变。 例如有些学生误认为“动脉血”就是在动脉里流动的血，经过学习发生概念转变，懂得动脉血是经过肺部气体交换以后含氧量比较高的血液。,鄱斯纳 （Posner，1982）,学生的错误概念常常是难以改变的, 教育的目的是要改变错误概念，要回答两个问题：原有的概念及其结构（又叫“概念生态”）中什么特征妨碍学生对新概念的选择；一个核心概念在什么样的条件下被另一个概念所取代。 学习是一项理性活动，是理解和接受概念的过程，是一种探究。学生必须依据证据对学习的对象进行判断。教师应是“科学思维的模范”；强调实验室的作用,泰森指出了概念转变的途径是： 概念的丰富（扩展）：新知识的纳入补充了现有知识，通过积累的方式使这些知识发生变化。 如生物学中鸟类的概念，小学以前没有包括家禽，初中鸟类概念便要增加家禽； 一般说概念的丰富（扩展）较容易实现。 概念的重建（修订）：新获得的信息与现有的信念、假定或有关理解之间存在着冲突，因而要对对立的理解作出调整。,概念教学模式举例, NN三步教学模式,揭示学生误解概念,引入相冲突的科学概念,鼓励学生评价新观念, 学生概念转变5段教学模式,例17：光的折射的教学,案例18：学生对放大镜的前概念,问题：放大镜为什么能把一些东西点燃？ 解释 1：放大镜能使东西放大，所以它也能使光变大； 解释 2：放大镜后面的光并没有比前面的光多些，但更集中，所以更强烈。,当学生难以由当前情境建构科学概念时，可以在当前情境与科学概念之间进行一些铺垫，为学生前概念向科学概念转化架设桥梁。,案例19：物体的支持力,情景：自行车上下坡的情景（脚不踩） 学生：自行车下坡时，运动越来越快；自行车上坡时，运动越来越慢。（引出前概念） 架桥：请用动能和势能概念进行描述。 学生：向下运动时，势能减小，动能增大；向上摆动时，势能增大，动能减小。为机械能守恒定律的建立奠定基础。,案例20：动能与势能的转化,案例21:大气压的存在,现象1：在杯口盖一张硬纸片，翻过来后纸片落下； 现象2：杯内装满水，翻过来后纸片不会落下； 思维冲突：水不落下，为什么？（需要新概念） 学生：是不是水粘住纸片？（前概念层次的复杂性） 现象3：放掉手指，纸片落下。 思维冲突：不是因为水粘住，是什么原因？（需要新概念） 思考：第一次杯里有什么？装水之后，什么东西没有了？ 科学概念：空气有压强，是空气的压强将纸片托住。,案例22：力和运动,取一辆小车，让它翻过来停在桌面上。 不推它，会怎样？静止。（没有力的作用，物体处于静止状态） 怎样使它运动？推它。（有力的作用，物体才会运动） 要它运动得更快，怎么办？加大推力。（力越大，物体运动越快） 观察：当手撤去后，物体并不立即停下来。（形成冲突） 将车翻回来，推力撤去后，运动更远。（强化冲突） 推测：如果没有阻力车将一直运动下去。 科学概念：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。,案例23:灯的亮暗由什么因素决定?,案例24：速度概念的建立,情景：赛跑中如何比较快慢。（在终点看）相同路程比时间。（前概念） 情景：（在途中）相同时间比路程。（前概念） 科学上：单位时间的路程相比。（构建科学概念） 引发冲突：时间、路程都不同甲车在20秒内行驶300米，乙在30秒内行驶500米，怎样比较两车行驶的快慢？ 解决方法：取单位时间的路程相比。（构建科学概念）,4,高度重视探究、实验、表象在概念学习中的作用,五、怎样进行核心概念的教学,（一）通过实验给学生经历概念的产生过程,基于核心概念下的实验，十分关注学生概念形成的过程。不仅希望学生参与，更希望学生对概念的形成是在自己体验基础上。例如，美国国家科学教育标准指出，要“以从个人和社会视角所见的科学及科学的历史和本质等为背景，学习科学”。从学生们的认知发展与科学史的发展关系来看，重演历史上科学理论的产生过程，应该是进行“建构”式科学探究的有效途径之一。当然这里的“重演”不是机械的重复，而是能反映某科学发现的意义和认识过程的一种教学设计。这种设计，我的理解如同教育家波利亚曾说过：学习知识的最佳途径是自己去发现知识，这种发现学生理解最深刻，也最容易掌握其概念内在规律的联系。,案例25：如检验大气压的存在 马德堡半球实验是非常好的情境 教师通过将历史上的马德堡半球实验在现场演示，让两个学生拉小的马德堡半球，拉吸盘贴在玻璃上等演示实验 这样学生对大气压存在的概念容易理解且知道大气压是很大的，生活中处处存在大气压。,案例26：牛顿第一定律实验,实验一：“吹书” 实验二：杯底抽纸实验 实验三：“水杯中气泡运动情况”,（二）通过实验给学生搭建探究的思维平台,1在教师引导下完成实验设计 案例27.探究力和 运动的关系,（二）通过实验给学生搭建探究的思维平台,2设计不同的实验方案，让学生进行选择 案例28.碘的升华的教学,（三）通过实验传给学生科学探究的方法,案例29. 质量守恒定律教学,（四）通过实验带给学生“学以致用”的思想,案例30.计算并测定烧一壶水的时间和所用电能,结束语： 基于核心概念下的教学，学生经历的科学探究过程更多的关注了概念背后的本质内涵，更多地有自己的体验，因此他们对一些事实性知识以及一般科学概念，会一步一步地发展并获得“深层理解”，最终形成科学核心概念。而教师在探究活动中能站在高处去指导细微的教学，通过实验给学生搭建探究的思维平台，通过实验传给学生科学探究的思想方法，才能真正提高科学核心概念的教学效果。,谢谢！,