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如何在探究过程中建构科学核心概念
何处不青山 发表于 2015/6/22 16:51:00

前言  

近年内,在多次科学研讨会上,都听得了一个新词——“核心概念”。郁波老师、童海云老师、喻佰军老师诸多科学教研的领军人物都在研究“核心概念”。据了解得知,国外对科学的核心概念研究更是深入。什么是核心概念,核心概念得重要吗,小学科学课程中都有那些核心概念,如何在教学中建构核心概念?这些问题一直在我脑海中翻滚,在好奇心的驱动下,我认真查阅读了我国的小学科学课程标准(修订版)以及国外的一些权威期刊,并在教学过程中进行了些实验以及反思,有了些不成熟的心得,在这里与广大教师分享。  

摘要  

核心概念是一个科学领域中的核心思想,是人们认识世界、改造世界的核心思想和观念。它是领域内每个事实、知识、主题的高度概括,而不是具体的知识。它的提出打破了中国长期以来只注重科学知识的学习轻科学态度、科学思想的教育的局面,是后课改时代的主要特征。引导学生建构核心概念,建构核心概念是一项复杂的工作,它不是简单把核心概念的讲解告知,而应在教学活动每一个环节上都进行细致的设计,并能巧妙的渗入学生心中。探究任务的设置应有非常好的连贯性,并能符合儿童生理和心智的发展规律;探究目标的表述也是直接影响学生认知的主要部份,更有概括的概念目标比事实性的知识性掌握目标对学生更有意义;教师在一个探究活动过程中的众多的事实性知识的基础上引学生建立科学的概念,进而向大概念,核心概念发展;同还得处理好探究过程与核心概念建构的关系,谁主谁次、是不是每一个探究过程都有必须引导学生去建构核心概念;另外在我们的评价体系中应注重考察学生的核心概念的理解。  

关键词:核心概念   探究活动  建构概念  

   

一、科学核心概念界定  

从宏观本质上说,科学的核心概念,是在小学科学教育中,必须努力让学生发展起来的一些思想,必须形成一些观念。它是人们认识世界,改造世界,处理自然与社会、自然与人之关系的一种思想观念。所以,可以说它是学科的核心思想和观念。从具体实体上说,核心概念又是各个自然领域中的一些高于一切具体事实性知识和主题的大概念、大原理、大原则。每个核心概念都是学习具体的小概念、小主题以及事实性知识点的指导思想。

二、核心概念的意义  

在我国《小学科学课程标准修订稿草案》中明确指出,小学阶段科学教育主要包括物质科学,生命科学,宇宙与空间科学以及科学技术与社会等四大领域,相关基础知识。  

前三个领域是自然科学中最重要的领域,是适合于儿童学习的最基本核心概念,为儿童的终身学习和生活打下良好的基础。技术领域,对学生进行科学和技术两方面的教育,是当前科学教育的发展方向,提高学生综合应用和实践创新的能力。希望学生通过亲历科学探究的过程,对所列内容进行学习,能逐步领悟到一些普适的科学规律和主题,同时在总体上对科学和技术是人类进行的创新活动有所体验。  

通过对物质科学有关知识的学习,了解物质的一些基本性质和基本运动形式,认识物体的运动、力、能量和能量的不同形式及其相互转换。  

通过对生命科学有关知识的学习,了解生命现象、生命活动的特征、过程和发展的一般规律,认识人具有一个高级功能的脑。  

通过对地球科学有关知识的学习,了解地球、太阳系的基本情况及运动的规律,认识到人类只有一个地球,改善生态环境,与大自然和谐相处。  

通过对技术方面的学习,初步学会能综合知识和经验,进行简单的设计和制作,并能亲历以设计为特色的技术同以探究为特点的科学相并存的过程,发展学生综合解决实际问题的能力。  

三、小学科学课程中的核心概念  

在我国《小学科学课程标准修订稿草案》中指出,在小学科学课程的四大领域中物质科学领域包含了10个核心概念;生命科学领域包含了7个核心概念;宇宙与空间科学包含了4个核心概念;而科学技术与社会领域中包含了3个核心概念。即在小学科学课程共有24个核心概念。根据课程的编排24个核心概念下面,可以细分成142个小概念作为学习单元。  

24个核心概念具有全面性、具体性,能体现出作为该域领中的核心思想、核心观念。笔者认为,此24个核心概念还是太过具体、概括性不够。在国际科学教育中有一份更为准确,更有概括性的核心概念表述。它是于201010月经过欧洲、美洲、东亚多国科学教育专家、科学家、社会学家等共同研讨得出。它结合了各国科学课程标准中的核心概念以及领域的专学的思想。它不但高度概括了我国课标中的四大领域中的24个核心概念,制定成10个新的核心概念,并结合发达国家的课标制定了4个关于科学本身的核心概念。  

科学概念:  

1.宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的。  

2.物体可以对一定距离以外的其他物体产生作用。  

3.改变一下物体的运动状态需要有净力作用于其上。  

4.当事物发生变化或被改变时,会发生能量的转化,但是在宇宙中能量的总量是不变的。  

5.地球的构造和它的大气圈以及在其中发生的过,影响着地球表面的状况和气候。  

6.宇宙中有数量极大的星系,太阳系只是其中一个星系——银河系中很小的一部份。  

7.生物体是由细胞组成的。  

8.生物需要能量和营养物质,为此它们经常需要依赖其他生物或与其他生竞争。  

9.生物体的遗传信息会一代代地传递下去。  

10.生物多样性、存活和灭绝都是进化结果。  

关于科学的概念  

11.科学认为每一种现象都具有一个或多个原因。  

12.科学上给出的解释、理论和模型都是在特定的时期内与事实最为吻合的。  

13.科学发现的知识可以用于开发技术和产品,为人类服务。  

14.科学的应用经常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。  

四、如何在探究过程中建构科学核心概念  

核心概念是一个科学领域中的核心思想,是人们认识世界、改造世界的核心思想和观念。它是领域内每个事实、知识、主题的高度概括,而不是具体的知识。它的提出打破了中国长期以来只注重科学知识的学习轻科学态度、科学思想的教育的局面,是后课改时代的主要特征。笔者在10月份参加的科教版全国优质课观摩与研讨会中发现,几乎所有课都正努力的在教学过程中建构好核心概念的教育。一节好课的标准,不是学生在你的课堂上学习到了多少独立的科学事实、单一知识的,它更要注重学生的实验能力以及大概念的教育。  

那么该如何在探究过程中建构好核心概念的教育呢?笔者认为,广大教育者比较习惯于知识性的教学,在思想上一时还是不太能接受在注重能力培训注重大概念教育的教学过程,会有惊慌失措感觉;再加现有的教育评价体系下,不少教师在现实面前会选择放弃。所以首要前提就是我们一定要有改革者的决心与面对困难的思想准备,因为这是科学大概念是学科学的核心思想,是指导学生学习具体的概念、主题、事实性知识的依据,是学生科学素养的体现,是学生最基本的世界观,社会观。  

建构核心概念是一项复杂的工作,它不是简单把核心概念的讲解告知,而应在教学活动每一个环节上都进行细致的设计,并能巧妙的深入学生心中。课标指出科学的教学活动主要都是以探究活动为主。所以如何在探究过程建构科学核心概念就是最直接最重要的。探究任务的设置应有非常好的连贯性,并能符合儿童生理和心智的发展规律;探究目标的表述也是直接影响学生认知的主要部份,更有概括的概念目标比事实性的知识性掌握目标对学生更有意义;教师在一个探究活动过程中的众多的事实性知识的基础上引学生建立科学的概念,进而向大概念,核心概念发展;同还得处理好探究过程与核心概念建构的关系,谁主谁次、是不是每一个探究过程都有必须引导学生去建构核心概念;另外在我们的评价体系中应注重考察学生的核心概念的理解并在自然界中的应用。下面是笔者依据文献调查结合自身教学经验对科学核心概念的建构在探究活动中的各个环节的做法与经验的介绍。  

1.探究任务的设置  

探究任务的设置原则上应该是教材编委们经过充分调查研究后的对探究任务进行系统的设置。教材的编委专家们都是全国最优秀的科学教育工作者,有着先进的教育理念和丰富的教学经验,对每个探究任务都进行长期的精细的推敲与论证。特别是我们现行的科教版教材在探究任务设置更有深层的意义。  

但是,毕竟我们国家地域辽阔,地理自然环境大不一样,另外中国现是发展中国家先富起来的东部沿海地区,在教育资源上有着巨大的优势,而中西部地区却是教育条件严重不足。教育环境的差异必定影响着学生诸多方面的发展差异,认识水平、身心发展、对科学理解、对自然的体验都有着巨大的差异。  

所以我们一线教师应在教材内容理解透彻的基础上,认真结合本地区或本校学生的生理与心理的发展水平以及在现有的教育资源条件下作出更加符合所教学学生的实际情况最有效率的探究任务。简单的说来,就是把探究活动“本土化”。  

比如在日晷探究任务中,教材与众多资料给出的都是简易的地平日晷,这种日晷比较适合我国方地区,因为垂直于地面的指针能与太阳形成一个较大的角度,而我们深圳市在我国的最南端,北回归线内,太阳几乎是垂直照射到地面。所以在设置探究任务时,赤道日晷(北京故宫博物馆中陈列的日晷)更能让学生理解日晷工作的原理。  

2.探究目标的表达  

探究目标的表达是一门艺术,简单的几个文字变化却能表达完全不同的教师的对教学教育的思想。下面是四年级上册《形形色色的动物》一课的三种目标的表达:  

A、 掌握动物的六大类别名称,并能说出各自的特征。  

B、 能用不同的标准给动物分类。  

C、 动物可以被分成不同的类别,这取决于所选择的标准。  

显然,这三种目标的表达都是针对《形形色色的动物》一课而设。但其表达的教育思想却有天壤之别,它们所追求的却有着截然的不同。A目标是赤裸裸的应试教育的产物,完全是要求学生能够识记教材给出的六大类别的动物并要求背读每一个种类动物的特征。在这样的教学中,学生只能学到最低层次的事实性知识点。B目标要比A目标有了些改进,是课改后的我们常用目标。如此表达的教学目标我们认为它依旧是一个具体事实性知识的掌握,并且要求学生能够了解众多不同的标准的分类方法。它看似很开放,很有想法,但实际上会令学生更不知所从、懵懵懂懂。C目标的表达是很多教师可能会一时接受不了,没有了具体的事实性知识,总有点不踏实。而它却是从是一大概念上指导学生的从一些动物类别中建立起一个适用于诸多方面的小概念,学生获得的是一种思想,一种观念,能引导学生可持续发展的能力。  

所以我们进探究目标表达上,应轻化事实性知识,而注重大概念、核心概念的渗透。这是一种“授之以渔”的做法,这是一种世界观、社会观的教育。我们福田区现大力推行的“转变教与学方式”教学改革中,“先学后教  合作探究”教学模式中要求学生在老师的导学案上“先学”,所以教学目标的表述就显得尤为最要了。  

3.引导学生在学习事实的基础上建构科学概念  

有了科学概念性的探究目标,不尽是所有学生都能体会、领悟大概念的意义。我们教师做为探究过程的组织者、引导者应积极引导学生在学习事实性知识的基础上建立科学概念。早在2000初就有不少国外学者研究此类问题,在诸多方面的研究都对我们现在产生了深刻的影响。学者们认为,引导学生在学习事实性知识基础上建立科学概念是一项复杂的工作,要求教师对学生的前概念掌握情况有充分了解,教师要对概念本身有到位的理解。有了以上的前提条件才能进一步讨论概念的建构,概念建构是一个把众多事实抽象化的思维过程,这是学生必需经历的过程,所以教师重点在引导学生如何在众多事实中找到共性或是本质规律,从而通过抽象文字表达抽象的思维,形成原理、概念。在这过程中,教师应引导学生在实验证据与概念间相互作用从而进入儿童的内心,引导学生要能够区分概念和证据之间的内在区别,即学生“想到的”和“看到的”“感受到的”区别。另外,还得引导学生注意到概念与证据的不一致,并能正确的对待反例,进而通过反复的预测、例举来求证,在深化概念的理解。  

    所有这些行为对我们科学教师提出高要求,因为教师的引导言行都影响着学生对概念的建构。比如:在对各种材料进行实验、观察、分析,抽象出导体这个概念的过程中,教师如果说铁丝、铜丝是能够导电,塑料、空气是“不能导电”,这就说明教师自己对导体的概念是混淆的,还未认识到导体与绝缘体的导电能力没有绝对的界线,只有容易不容易的区别,没有能够不能够的界线。 所以笔者认为,引导学生在建构科学概念是一件复杂而又细致的工作。  

4.处理好探究过程与核心概念的关系  

既然在探究过程中引导学生建构科学概念非常重要,那是不是每一个探究过程都要与某一个科学概念甚至核心概念建构到位呢?难道探究过程中的其他目标内容,如事实性知识,事实据证的获取,对事物的观察、对数据记录、分析,对问题的成因的假设、求证与验证等科学实验能力的培养就不重要、就应该放弃了吗?显然,这是一种对核心概念建构的误解。我们强调在事实的基础上建构科学概念,科学概念尤其是核心概念是一个终极目标,学生在探究过程中的观察能力、获取据证能力、记录数据分析数据能力、对问题的假设与论证能力培养都是为了更好的在事实基础上建立概念。反过来,在建立起核心概念之后,有了宏观抽象的概念指导,学生在获取其他事实时,就能举一反三,利用抽象的概念去获得更多的事实性知识,对事实会有更深层次的理解。所以概念的建构与探究过程中的知识掌握、实验能力科学素养的培养之间是相互相承的关系。  

比如:在学生建构起了“光是一种能量的形式”的核心概念之后,在“选用什么样的材料制作太阳能板”的探究活动中,引导学生对问题的结论假设,进行重复的实验测试,观察、记录获得众多测量数据,并对数据进行分析,最后获得事实性结论。探究过程最终是要引导学生建立起“不同的物质吸热能不同,这取决于物质能吸收多少的太阳光”这一科学概念。当学生建立起这个科学概念后,就能在太阳能热水器太阳能板料材选择最作恰当的选择。有了概念的这一抽象宏观的思想指导,学生在解释冬夏两季颜色问题上,就会有比较理性恰当的解释。  

5.评价与反思对核心概念深化与系统化  

笔者发现在我国有一种非常奇怪的现象,不少优秀的教科研工作者有得非常好的教学思想、教学方法、模式,但是在推行过程中,总会被中国只重知识,轻能力、态度、思想的应试教育的评价系统所打压。我们要改变现有的评价体系,放轻具体事实,知识的比重,加大力度对学生的实验能力,学习态度、对自然与社会、自然与人的观念评价的比重。评价类型既要有总结性评价,也要有过程性评价。评价的形式也不定局限性于试卷测验,还可以实验操作,问卷调查,档案记录,一对一访谈,观察等形式。评价的内容设置更不能只在具体事实认知上考核学生的掌握情况,而是重点考核学生在众多具体事实上建构概念,或是在一个大概念引导下去解决解释某些类似事实。  

在天健小学五年级上册生物与环境单元测评中,有这么道题:核心概念是:“生物多样性、存活和灭绝都是进化结果”有位科学家在南极考察时,看见一只可爱的小企鹅正在细嚼慢咽着妈妈捕回的小鱼。这时,在不远处一只凶狠的贼鸥正准备向可爱的小企鹅发出攻击。最后可爱小企鹅还是成了贼鸥的午餐。问题1、请根据上述事写出一条食物链,问题2、如果你是那位科学家,你会在贼鸥攻击前站出来,阻止后面残忍事件发生吗,为什么?在这样的评价题目中,问题1注重了学生对食物链小概念的理解,并利用小概念解决具体的事实问题。问题2则考察了学生对科学核心概念的理解,它是考察的是学生的一个种人与自然关系的观念。这样的评价无疑能使学生对核心概念有更深层次的领悟,也是学生世界观、社会观的深化。  

五、尚存问题与思考  

   1、教师的素养局限,在笔者在教学实践中努力的在各个环节注重科学概念的建构的渗入,也取得了一些成效。然而在天津研讨会上我发现,与一些赛课教师相比我的努力成效还是微不足道。原因在于,很多教师培训的机会少,本身的科学素养有限,导致教师本身就不能准确把握核心概念,更谈不上引导学生建构核心概念。  

2、如今整个社会对科学学科的重视度还有待加强。从学校制度上、师资配置上、学生家长社会上,都应改变只重语数英的观念。  

   

参考文献  

1、  郁波  《关注科学概念》  教科版小学科学教材培训   2006.1  昆明  

2、  韦钰译 《科学教育原则与核心概念》 国际科学研讨会  2010.9 伦敦  

3、  《全日制义务教育小学科学课程标准(修改稿)》 知网2011.5  

4、  张红霞 郁波《小学科学教师科学素养调查研究》知网   2009  


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