概念转变的科学教学.ppt

概念转变的科学教学概念转变的科学教学淮阴师范学院第二附属小学淮阴师范学院第二附属小学 宗全全宗全全一、从概念说起一、从概念说起科学素养人们经由科学的学习，所能获得的知识、能力、态度等各方面智能的增进。若是我们把科学知识当成是一片渔网，那么一个个结组成的目就是一个个科学概念。科学的学习是要学生利用实验或搜证的方法来发现、证实或推论这一个个概念的存在。探究能力的增强、知识体系的扩展，情感的丰盈，价值观的厘清和确立等，而这其中，学生初始想法的改变，即科学概念的确立，无疑是一个核心。“学习学习”的实质是的实质是“改变改变”人类知识的成长与累积，形成现代的文明与社会。人类会自动转译外来的事件成为内在的模人类会自动转译外来的事件成为内在的模式，并通过操弄这些符号表征来进行推理，人式，并通过操弄这些符号表征来进行推理，人们可以经由这些符号产生行动，或觉察到这些们可以经由这些符号产生行动，或觉察到这些符号和外在世界的一致性。符号和外在世界的一致性。这些符号就是所谓的这些符号就是所谓的“概念”。学生必须借助概念来理解这个世界世界是一个整体，人类将它们分割成一个个独立的概念，概念与概念形成一个相互关联的体系，这就是我们头脑中的科学世界这个农场里有哪些概念？学习科学能开拓视野，看世界就和原来不同花木的青翠源自于阳光、空气花木的青翠源自于阳光、空气和水，和水，风源自于空气的流动，云源自风源自于空气的流动，云源自于水蒸气的凝结，于水蒸气的凝结，燃烧使花木回归尘土和大气，燃烧使花木回归尘土和大气，溶解可使部分岩石奔流入海溶解可使部分岩石奔流入海研究让我们知道：植物是如何研究让我们知道：植物是如何将阳光、空气和水形成养分滋将阳光、空气和水形成养分滋长花木的，空气是怎么流动起长花木的，空气是怎么流动起来的，水蒸气的凝结、水的蒸来的，水蒸气的凝结、水的蒸发又是怎么发生的发又是怎么发生的所有看似奇幻的现象必有其存所有看似奇幻的现象必有其存在或产生的道理。在或产生的道理。概念体系改变着对这个世界的认识概念是概念是思考思考的基础的基础 一个概念就是一个象征的建构一个概念就是一个象征的建构,它用来代表外界事物或事件的共同性，概念之它用来代表外界事物或事件的共同性，概念之所以形成，是由于我们能够对外界的事物进行归类所以形成，是由于我们能够对外界的事物进行归类,借着概念的形成，我们将讯息借着概念的形成，我们将讯息按概念分类处理，不须每一事物给一个名称，可节省许多词汇及记忆上的负担，按概念分类处理，不须每一事物给一个名称，可节省许多词汇及记忆上的负担，因此可据以进行推理、决策或问题解决等思考活动，故概念是思考的基础。因此可据以进行推理、决策或问题解决等思考活动，故概念是思考的基础。科学概念促进抽象概念是包括主要属性（attribution）或特征（features）的同类事物之总称。例如，椅子有许多种类与造型，有四只脚的椅子、三只脚的椅子、有靠背的椅子、没靠背的椅子等，但是它们有共同的特征，有一个朝上的平面，可以让人们坐着休息，这就是“椅子”的概念。通过一个实例来理解概念的形成 哇，这么多椅子通常情况下，一提到椅子，人们的头脑中出现的椅子是这样的为什么？最典型的椅子！这些也是椅子！标准椅子的特征椅背四条腿两边扶手凳面这些仍然是椅子，但概念的外延已经有了拓展？可是有一天，出现了这样一把椅子，你对椅子的概念怎么修订这几把呢？椅子的概念已经有了什么样的发展？椅子的概念已经有了什么样的发展？有一天，又出现了一把椅子不久，又出现了两把椅子不久，又出现了两把椅子还有这样的椅子后来更多的椅子出现啦椅子概念发生了怎样的变化呢？现象新现象概念归纳演绎 帕拉图认为抽象的概念才是世界的真实，概念是永恒的。反过来，具体的事物是不真实的的东西，瞬间便会消失，例如“圆形”是抽象的概念，但是一个圆形的车轮却易于毁坏解体，即使世界上所有圆形的东西都消失，圆形的概念依然存在。所有概念建立的共同特点是：在浩瀚的事实中探求意义，探寻一个概括的体系，把一个问题所有可能的特征包括进去。兰本达（美国）兰本达（美国）小学科学小学科学“探究探究研讨研讨”教学法教学法 概念建立的过程就是抽象的过程，而抽象概念建立的过程就是抽象的过程，而抽象的过程的实质就是已有经验与新现象的互动、的过程的实质就是已有经验与新现象的互动、联接与印证。人类认识这个世界依据的是自己联接与印证。人类认识这个世界依据的是自己的经验，经验和现象互动就是认知的过程。的经验，经验和现象互动就是认知的过程。概念建立的过程概念建立的过程 前概念基本上包含以下几方面含义：学生在学习前就存在着对科学事件的个人认识；学生的个人认识是其知识框架的一部分，是学习新 知识、解决新问题的基础；学生的前概念虽然可能是错误的，但对于解决日常问题十分有效，这也是为什么学生不愿意放弃前概念的原因之一；学生科学概念的形成与科学家的研究过程是一致 的，因此必须重视学生的认识过程。二、概念转变的科学教学概述J前概念（前概念（preconceptionpreconception）Analogs to Fish is Fish 鱼的认识离不开鱼的世界鱼的认识离不开鱼的世界Young children and shape of Earth孩子认识世界离不开他所生活孩子认识世界离不开他所生活的地球的地球Beliefs about students abilities孩子认识世界有他自己的看法孩子认识世界有他自己的看法Beliefs about how to think about improving education 怎样真正改变孩子对概念的认怎样真正改变孩子对概念的认识？识？兰本达的“过河理论”此岸（原有经验）彼岸（科学概念）有结构有结构的活动的活动有结构的活动促使声音概念的形成？声声 音音 是是 由由 物物 体体 受受 力力 振振 动动 而而 产产 生生 的的物体物体受力受力振动振动固体固体 液体液体 气体气体打击打击 摩擦摩擦 撞击等撞击等振动产生振动产生 声音产生声音产生123小学生科学概念改变类型建立增加舍弃影响扭转属于属于属于属于概念概念建构建构建立新概念补充概念架构的完整性根本的概念改变增强概念内涵概念改变概念改变属于概念概念发展发展概念概念澄清澄清概念概念增强增强概念概念替换替换 校园里有各式各样的小动物，你曾经在哪些地方发现过它们？当你发现它时，它正在做什么？以以“昆虫昆虫”概念建构过程为例概念建构过程为例昆虫不是昆虫蝗虫 蝴蝶 瓢虫 蜗牛 马陆 蜘蛛有一类小虫子，被称为昆虫，你知道有一类小虫子，被称为昆虫，你知道昆虫有哪些共同的特征吗？昆虫有哪些共同的特征吗？观察蝴蝶触角翅膀头部胸部腹部脚观察典型的昆虫观察典型的昆虫观察蝗虫（蚂蚱）触角翅膀脚头部腹部胸部1.昆虫的身体有哪些特殊的构造？2.昆虫的翅膀和脚长在哪一个部位？你能够概括昆虫的一些基本特征吗？判断下面这些小虫子当中哪些是昆判断下面这些小虫子当中哪些是昆虫？虫？“迷思概念”是指学生在接受正规的教育之前，对于自然界的一些现象已有自己的想法，这是其自行所发展出来的概念，是不同于科学家的科学概念的。J迷思概念（迷思概念（misconceptionmisconception）关于“地球”的迷思概念迷思概念的特征：1、不完备性不完备性 2 2、个人性、个人性3 3、顽固性、顽固性4 4、情境性、情境性5 5、普遍性、普遍性6 6、历史相似性、历史相似性 1.不完备性台湾学者钟圣校（1993）以访谈法对五、六年级未上过及已上过电动机单元的学生进行调查，并比较六年级学前、学后对此单元的认识，发现皆有迷思概念，只是内容和程度不同。在各类迷思概念的访谈资料中，可发现大量的受访者，其回答不够完整，且这种不完整，不是表达力的问题，而是对问题的思考不周全，以致说出的概念也失之片面或零碎。对于迷思概念的不完备性，很多学者也表示了类似的看法。有学者指出迷思概念有别于同领域专家的看法，如Fisher（费舍尔1986），郭重吉（1989），邱弘毅（1998）。他们指出迷思概念常常是不周全、片面、或是零碎的。学生具有的迷思概念往往不是体系完整的知识架构；对于同一个概念，学生常常出现不周全、甚至相互矛盾的想法。2.个人性个人性迷思概念有个人性（personal），个人遭遇相同的事件，接受相同内容的教学，个体会产生不同的解释，以自己的方式来内化经验，建构出自己的定义。钟圣校也指出，许多迷思概念是相当特别的，属个人特有，是学生将信息内化，用自己的经验来建构事物的意义。裘维钰（1995）综合了Driver（德瑞弗）等人的看法，认为迷思概念具有个人性，学生以自己的方法来内化他们的经验，建构属于自己的意义，而这些个人的想法会影响获得信息的方法。邱弘毅（1998）也认为有些迷思概念是个别的、是个人所独特拥有的。3.顽固性顽固性虽然有些迷思概念很容易经过教学或简单的解说，就得到改变，但有些迷思概念，虽经过教学时教师提出大量的证据或费许多口舌讲解，仍然一再出现，让学者不得不承认其根深蒂固的存在事实。其他学者，如Fisher(费舍尔1985)认为许多迷思概念拒绝改变，至少在传统教学方法下是不行的，正是这一特性，导致许多学者研究有效的方法来改变学生的迷思概念。Driver等人(德瑞弗1985)也指出，迷思概念很难被改变，儿童常以自我的意识来诠释学习到的观念，并且加以强化自我的信念，甚至在教学之后，仍不会修正或改变其原本的想法。Novak（诺瓦克1988）关于迷思概念的八项原则中提出，概念很早即被获得（concepts are acquired early in life），迷思概念很早即被获得，并且是拒绝修正的（misconceptions are acquired early and are resistant to modification）。Wandersee等人（万达西1994）也认为以传统的教学策略，迷思概念非常顽强且不易消失。林楷植（2002）通过研究也发现迷思概念用传统的教学策略是不易改变的。4.情境性情境性Tytler(泰特勒1998)的研究指出，在大气压力的科学概念中，认为学生利用具有多重的概念来了解现象，而多重概念是以情境的特征形成。裘维钰（1995）指出迷思概念具有变易性：常前后不一致，有时同样的问题，因其所处的情境不同，学生往往会有不同的解释。邱照麟（2000）研究指出，迷思概念具有不稳定性，因学科知识的不足或思考问题不够周详，同一问题在不同的情境中，会出现相互矛盾的想法。5.普遍性迷思概念在教学历程中的变化，可从统计教学前、中、后三段，迷思概念出现率消长的情形得知。但可发现某些迷思概念确实普遍性较高。例如学生普遍都有“假设的内容必须是正确的”这种程序性知识迷思概念。综观全球各地可发现许多一样的迷思概念。Fisher(费舍尔1975)的研究也指出，单一或少数的迷思概念具有普遍性。Wandersee等人（万达西1994）认为，学习者带进正式科学课程的迷思概念跨越年龄、能力、性别和文化藩篱。郭重吉（1989）综合各学者关于迷思概念的看法，认为，迷思概念具有同时存在不同个体的普遍性。邱照麟（1998）也指出，某些迷思概念却是相当普遍化的，不管年龄、文化、或是性别等的不同，都具有相同的迷思概念。6.历史相似性历史相似性关于迷思概念的特性，Fisher(费舍尔1975)提出，有些迷思概念具有其历史背景，即可能来自同一领域中在早期被接受的观点。Wandersee等人（万达西1994）总结了以往关于迷思概念的研究，指出，今日学生的迷思概念和前代科学家对自然现象的解释非常相似。虽然没有足够证据显示学生在学习科学概念上重蹈覆辙，但研究者建议科学史可被用来鼓励和帮助学生发现自己概念上的弱点。郭重吉（1989）表示了类似的看法，他认为，迷思概念可能是在同一领域中，早期所能被接受的想法。裘维钰（1995）也认为，概念发展类似于科学史的演进：有些迷思概念具有历史渊源，即在早期的时候，该学科领域的专家也持有和今日学生相同的迷思概念。迷思概念产生的原因：1、个人因素 （1）日常的观察与经验 （2 2）原有知识的不足）原有知识的不足 2 2、社会文化因素、社会文化因素 （1 1）文化语言）文化语言 （2 2）社会互动）社会互动 3、教师与教科书因素教师与教科书因素 （1）教师因素 （2）教科书因素1.个人因素（1 1）日常的观察与经验）日常的观察与经验 迷思概念可能起因于学生企图去理解每天日常生活中的经验，透过此理解的过程，学生会发展自发的概念，其中也会包括某些迷思概念。例如美国学者通过研究认为用手摸到炉子、灯泡、热的物体等经验，几乎所有年龄的小孩都会认为是“热的移动”（movement of heat），热将会从一物体移到另一物体，这种热是物质的概念，常被小孩用来解释上述的这些现象；有的学生在热平衡的概念上，会认为金属在热的环境里，金属会比外在的环境更热，相反地，若是金属在较冷的环境里，金属会比外在的环境更冷，虽然他们知道物体会和环境达成相同的温度，但是日常经验却不是如此的结果。Osborne（奥斯本）,Bell（贝尔）和Gilbert(吉尔伯特1983)认为学习者容易以个人为中心或是以人类为中心来看事物，只考虑事物的本质，并且直接从日常生活经验来建构知识。（2 2）原有知识的不足）原有知识的不足 Ausubel（奥苏贝尔）(1968)有意义学习理论认为，“要使学生达到有意义的学习，必须先由学生所知教起”，了解学生所知，必先了解学生在学习概念或知识前，可能已存在一些有别于科学家的想法或概念。学生原有的想法可能成为学习的阻碍，因为学生在学习时，是以其先入为主的观点来解释所见所闻，因此他们所得的结论和解释很可能会和教师或课本所要教的不同。由此可见，学生原有知识的不足很可能引发其迷思概念的产生。2.2.社会文化因素社会文化因素 （1 1）文化语言）文化语言 学生除了与物理环境的接触外，学生也可能会从他们生活的学生除了与物理环境的接触外，学生也可能会从他们生活的社会环境中获得一些迷思概念。因为他们所使用的语言、文化的社会环境中获得一些迷思概念。因为他们所使用的语言、文化的信念与他人的互动，也是迷思概念主要的来源。我们的日常用语信念与他人的互动，也是迷思概念主要的来源。我们的日常用语保留了许多概念，数百年来这些概念在科学里就被认为是过时的。保留了许多概念，数百年来这些概念在科学里就被认为是过时的。例如，例如，“太阳升起来了太阳升起来了”说明了太阳在天空中的行经，而非说明了太阳在天空中的行经，而非“现现代代”观点的地球相对太阳运转。换言之，文法上的构造导致这般观点的地球相对太阳运转。换言之，文法上的构造导致这般的思想，因为在某些方面而言，它反应了逻辑结构。因此很多语的思想，因为在某些方面而言，它反应了逻辑结构。因此很多语言的建构并未能符合现今的科学知识。言的建构并未能符合现今的科学知识。（2 2）社会互动）社会互动 在日常生活中，与朋友、父母和其他人的交往谈话中，学生舍取了零星的科学知识和另有概念。其他信息来源如媒体，也提供了科学知识，虽然这种科学知识，由科学家观点来看并不一定正确。这类的概念来源也许比教室上课的影响力大，因为上科学课时间只有几小时，而其他时间，学生则面对各种的来源刺激。由此，学生在与社会互动过程中产生迷思概念，因为他们会倾向于简化科学概念，而使得他们更易了解这个社会。3.教师与教科书因素教师与教科书因素 教师因素 有许多研究指出，教师是迷思概念的来源。教师有可能在教学过程中有错误的诠释，缺乏科学知识的本质的了解，或是企图简化概念，而来提供对于概念描述，教师对儿童迷思概念缺乏察觉心及兴趣、教师认为讲述时只要涵盖概念，学生就能理解学会。教师过分强调讲述法，如此都可能使学生产生迷思概念。教科书因素教科书因素 教科书亦是学生迷思概念的来源之一，教师与教科书设计者应多留心学生的概念，尽量避免学生迷思概念的产生。概念转变的含义 概念转变一般被定义为现有概念的转变（如，信念，观念或思维的方式）。现有知识或信念的转变或重构是概念转变与其他学习方式的区别。在概念转变情形下，现有概念得到了根本的转变甚至被取代，成为学生用来解决问题、解释现象和在他们世界中活动的概念框架。概念转变可以理解为，学习过程中新、旧经验相互作用的过程，是新经验对已有经验的改造与重构过程。三、概念转变的基本理论三、概念转变的基本理论建构主义学习理论 在皮亚杰的“个人建构”理论和维果斯基的“社会建构”等理论的基础上，建构主义学习理论得以发展。20世纪80年代以来，建构主义学习理论在科学教学领域中逐渐流行起来，形成科学教育全面革新的一股主要力量。人们普遍认为，建构主义代表了当代科学教学的“范式转变”。建构主义促使人们对科学知识、科学学习和科学教学的本质进行了重新认识，由此导致了科学知识观、科学学习观和科学教学观的深刻变化。建构主义知识观：建构主义者一般强调，知识不是对现实的纯粹客观的反 映，任何一种传载知识的符号系统也不是绝对真实的表征。它只是一种解释、一种假设，它并不是问题的最终答案，相反，它会随着人类的进步而不断地被否认，并随之出现新的假设；而且，知识并不能精确地概括世界的法则。按照这种观点，课本知识只是一种关于各种现象的较为可靠的假设，而不是解释现实的“模板”。科学知识包含真理性，但不是绝对正确的最终答案，它只是对现实的一种更可能正确的解释。另外，知识在各种情况下应用并不是简单套用，具体情境总有自己的特异性，所以，学习知识不能满足于教条式的掌握，而是需要不断深化，把握它在具体情境中的复杂变化，使学习走向“思维中的具体”。建构主义学习观：建构主义学习观：建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。因此，建构主义学习观认为，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己主动建构知识的过 程。建构必有基础，基础就是每一个人原有的知识和经验，这就是知识的生长点，也可以说知识是通过新旧经验的相互作用“生长”出来的。学习的结果在于意义的获得，对新信息形成自己的理解。学习不只是印入信息，而是调动、综合、重组甚至改造头脑中已有的知识经验，对所接受到的信息进行解释，生成了个人的意义或者说自己的理解。建构主义教学观：建构主义教学观：在教学中，教师不仅要让学习者知道什么，更可贵的是要让学习者感受到什么；知识的意义不能直接传递，对知识的情感就更不能传递了。教师不只是关注如何呈现、讲解、演示信息，更重要的 是，要创设一定的情境，促进学生自己主动建构知识的意义，时刻关注、了解、探知学生头脑中对知识意义的真实建构过程，并适时提供适当的鼓励、辅导、提示、点拨、帮助、支持，进一步促进学生的建构活动。图1 鱼就是鱼 “鱼就是鱼”这个故事说明，学习总是建立在学习者原有知识基础之上的。没有基础我们就无法理解自己到底在干什么。Ausubel在其最有影响的著作教育心理学:一种认知观(1968年再版)的扉页上写道：“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说：影响学习的最重要的因素是学生已知的内容。弄清了这一点后，进行相应的教学。”1.概念转变的条件 在面对新、旧概念冲突时，在何种条件下学习者才会转变已有概念呢？对此，波斯纳等提出了概念转变的四个条件：对现有概念的不满（dissatisfied）；新概念的可理解性（intelligibility）；新概念的合理性（plausibility）；新概念的有效性（fruitfulness）四、概念转变的条件与影响因素四、概念转变的条件与影响因素2.概念转变的影响因素 反例(anomalies)：不满足的主要来源就是在概念生态中，必须有反例存在；类比或隐喻(analogies and metaphors)：类比与隐喻可以提供新的观念，使得新的概念变得可理解；认识论信念(epistemological commitments)：大多数的知识领域都具有判断何者为成功解释的标准；形而上的信念与概念(metaphysical beliefs and concepts)：在科学观念里，关于宇宙具有秩序、对称，或是不混乱的信念，通常在科学工作时决定了新概念应该被接受或是丢弃；其他的知识(other knowledge)：新的概念必须要比在其他领域的知识，或是竞争的概念，具有更多发展的前途。3.概念转变的方式与途径（1）概念转变的方式 丰富 该模式首先按已有认知结构的改变方式将概念转变类型称之为“丰富”。指在现存的概念结构中概念的增加或删除。人们在生活中获得的大量知识充实着他们原有的知识。充实的另一种形式包括对现存概念结构的区分、合并以及增加层级组织。总之，这一途径涉及到原有概念结构的量的扩展（enlargement）。重建 重建意味着创造新结构，这种新结构的建构或者为了解释旧的信息，或者为了说明新信息。心理学家对不同的重建类型作了区分。其一是区分弱势（weak）与根本（radical）重建。（2 2）概念转变的途径）概念转变的途径 连续途径 连续途径试图避开在不连续途径中的基本的重建的需要，其概念转变开始于同科学概念一致的学生原有概念结构或是对已有概念的重新解释。在第一种情况中，其要点是概念的变更和目标概念的协调是逐步发展起来的。在涉及科学概念和原理的解释时，并不是任何情况下都必需从学生建构的概念开始的。它也可能开始于某些问题领域中部分知识的类比，这一问题领域中的科学内容的结构与性质已被阐明。在第二种情况中，“重新解释”策略稍有不同。与之类似的是虽然它也是从学生的原有概念开始，但对它已用新的方式作出了解释。不连续途径不连续途径 不连续途径的显著特点是学生已有概念与科学概念是完全不同的。在不连续途径中，认知冲突（connitive conflict）策略起关键作用。认知冲突主要有以下三种：首先，认知冲突产生于学生的预测同其经验结果相反时；其次，认知冲突产生于学生的观点与教师不一致时；再次，认知冲突产生于学生之间的不同观念的碰撞中。4.4.概念转变的科学教学过程概念转变的科学教学过程 初步的阶段、冲突阶段和解决阶段（1）初步阶段（preliminary stage）初步阶段是发生在认知冲突之前的阶段和包括学习者相信自己所拥有的概念与反例（即教师用来使学生觉察原有概念有其局限性的例子或想法）都为真的阶段。换言之，当教学者察觉到学习者另有概念时，教学者企图使用反例来使学习者产生认知冲突，然而学习者认为教学者所用的反例与他所拥有的另有概念并不会抵触或是两者可相安无事的存在。所以初步阶段是尚未察觉到反例与迷思概念不能相容的阶段。（2）冲突阶段）冲突阶段(conflict stage)在这认知冲突过程的模式中，冲突过程被定义为：学习者察觉到反例与原有概念有所差异；学习者在解决认知冲突时所表现出的是感到兴趣还是焦虑；重新评价冲突情境。换言之，当察觉到既有概念有其局限时，学习者思索为何如此，当然有些使人觉得惊奇，有些则让人感到惊讶，接着学习者评价所面临的情况。在这些阶段过后或是这些阶段同时，他评量自己的认知冲突情境后决定是要继续下去以解决冲突或是停止下来逃离冲 突。（3）解决阶段）解决阶段 在解决问题阶段，学习者将尝试用任何方法去解决认知冲突。解决冲突的反应可以当作一种内在反应来表示。根据以上分析，概念转变的教学过程可概括为以下三个阶段：探测认知结构，了解已有概念；引发认知冲突，解构迷思概念；解决认知冲突，建构科学概念。五、概念转变的教学策略（一）探测认知结构：了解前概念探测认知结构：了解前概念 1、探测认知结构的工具与方法探测策略探测方式学习者是否需额外训练回答技巧可否了解概念间之关联性大量施测可能性其他特性诊断式的传统测验题（选择题）纸笔测验否否高便于量化资料，通用于大量施测。诊断式的传统测验题（问答题）纸笔测验否是低可让学习者自由发表想法。概念图法纸笔测验是是低容易展现概念间关系。访谈法访谈否是低可深入了解学习者概念情况。关系图法纸笔测验是是低可发展概念间关系。Vee图纸笔测验是是低可探索学习者概念的理解情况。二阶段式测验（第一阶段选择，第二阶段问答）纸笔测验否是低可了解学习者概念脉络。二阶段式测验（二阶段皆为选择）纸笔测验否是高可了解学习者概念脉络，且便于量化资料。DOE访谈纸笔测验否是低可看出学习者概念转变、保留的情况。（2）探测认知结构的概念图分析结构比较 图3 学生概念图图4 丰富的概念图3、访谈 明茨基（Mintzes J.J.），万达西（Wandersee J.H.）和诺瓦克把访谈方式分为：理解程度访谈工具概念的认知与定义事例访谈概念的应用预测访谈、序列访谈、问题解决访谈因果的解释序列访谈4、二段式诊断测验 二段式诊断测验每一题都包含两个部分，第一部分针对题目可能的结果（单一选择题）作答后，紧接着对第二部分针对理由作答（单一选择题），一般在第二部分理由中会安排“其他”的选项供受试者自由填答（二）引发认知冲突：解构迷思概念引发认知冲突：解构迷思概念 1、合作学习（1）正式合作学习的实施方法学生小组成绩分工法 切块拼接法 小组调查法 小组辅助个别学习法 小组游戏竞赛法 共学式（2）非正式合作学习（3）辩论2、探究性实验探究性实验的实施：提出问题 进行猜想和假设 实验验证（三）解决认知冲突：建构科学概念 1、类比类比教学的模式：一般类比教学模式 类比模式的教学 FAR导引模式 类比桥模式 多重类比模式 学生产生类比模式 故事性类比模式 以实例为基础的推论模式 类比模式的教学：分为六个部分：目标概念的介绍；回忆类比概念；找出目标物与类比间的相似特质；标出相似的特质；依据概念得出结论；指出哪些类比物之特质与目标物的不同。FAR导引模式：使用类比教学应该分别注意聚焦（focus）、行动（action）、反思（reflection）三个面向，简称FAR。以实例为基础的推论模式：此模式提供学生机会去学习以及给予问题，让学生依据其过去的经验、同伴或专家的经验，设计解决的方法，进而解决问题。经由提供学生有用的例子，学生被鼓励“设计有用的类比推论，找出争论的议题，并且注意它如何形成渐进的概念，同时预测自己形成方法的效度”。案例：案例：六年级学生藉由设计人工肺脏来学习呼吸系统。七年级学生藉由设计类似节肢动物的机器人来学习节肢动物的知识。2、模型模型的建构：假说 唯象模型 近似 简化 示教性模型 类比 理想实验 六、概念转变的科学教学模式六、概念转变的科学教学模式nDO五步教学模式nNN三步教学模式nOF四阶段教学模式n5E教学模式n学习环教学模式（1）DO五步教学模式定向：教师运用实际的活动、实际问题、教师的示范、影片等方式，引起学生的学习兴趣。引出学生的想法：透过实际的活动或小组讨论后提出的报告让教师与学生注意到一些学生原有的想法。学生想法的重组：经过引发原有概念后，使学生觉察到自己原有概念不同于科学上的观点，因此此阶段教师必须协助学生经由澄清、建构、验证、评鉴来框架新概念，使其符合科学家的观点。应用新的想法：教师可以利用熟悉及新奇的情境，使学生不断重建验证其想法，增强学生新建构的想法。回顾想法的改变：学生透过个人的写作、专题研究计划等方式，比较现有概念与原有想法二者间的差距，并熟悉学习历程，审查想法改变的程度。（2）NN三步教学模式 揭示和弄清学生已有的前科学概念。主要通过谈话法、实验法来发现学生的前科学概念或了解他们已有的观念。引进与原有概念相冲突的新概念。可以通过合作学习中的讨论、对话，利用特殊文本等来产生认知冲突。鼓励学生对新观念进行评论，并形成对有关问题的新的观念图式。（3）OF四阶段教学模式准备阶段：教师要确定学生的观点，并加以分类，找出科学上及科学史上的观点，考虑可导致放弃旧观点的证据。聚集阶段：教师建立适当的情境，诱发学生动机的经验，然后介入，提出针对学生个人的开放式问题，根据学生的回答加以解释并阐述学生的观点。学生则运用熟悉用来探索有关概念的器材，思考所观察的现象，提出和要学习概念有关的问题，并加以描述和澄清自己在这概念上的观点。挑战阶段：教师协助观点的交换，确定所有的观点都被考虑到，让讨论开放地进行，必要时提供示范的步骤及科学家观点的证据，接受学生对新观点暂时性的接受。学生则考虑其他同学的观点，找出其优缺点，寻找合适的证据来考虑这些观点的正确性，并比较科学家的观点和班上同学的观点。应用阶段：教师协助学生澄清新的观点，要求利用它来解决所有的问题，确定学生可用口头描述问题的解答，介入、激发并参与学生对解题的讨论，协助解答较难的问题，告诉学生何处可找到帮助。学生则利用所学概念作为解决实际问题的基础，并告诉班上同学自己的解答，讨论、辩论个人提出的解释的优点，仔细予以评估，然后由所提解答联想到其他进一步的问题。（4）5E教学模式投入（Engagement,E1）：这时期的教导模式完全模仿学习的任务（learning task）。以活动或问题引起学生参与学习，帮助学生连结所知的和能做的事。探讨（Exploration,E2）：这时期的教学模式提供学生鉴定及发展目前的概念、过程和技巧的共同经验基础。学生从合作活动来探讨概念，并在老师的引导下澄清主要的概念和技能。解释（Explanation,E3）：这时期提供学生能以言语传达他们对概念的了解或示范他们对投入及探讨经验的技巧与行为。学生解释他们所学习的概念和学习的过程，教师澄清学生的了解和判断新概念与知识。精致化（Elaboration,E4）：这时期的教学模式要对学生概念了解上予以挑战及延伸，并且提供学生验证预期的技巧及行为的机会。激发学生应用所学的概念，建构自己概念的了解，扩展知识和技能。评价（Evaluation,E5）：这时期是鼓励学生评量他们的了解程度及能力，且提供教师评量学生达到教育目标的进展状况的机会。学生自评他们的知识、概念和能力，教师评鉴学生的进展。（5）学习环教学模式探索阶段：教师设计问题、任务或活动让学生参与，作为学习一特定概念与相关主题的基础，也给予学生机会去发表对该学科主题的先前知识，且使教师有机会去解释并改变学生对自然界不正确的观点，发展正确的知识。名词引介阶段：学生由探索阶段获得的资料，在教师引导下由学生讨论并比较预期结果与探索的实际发现，藉此机会促使学生思考预期结果与实际观念不符合的原因而达到新的理解，进而发现该课所预期的主要概念，当概念自学生的讨论中浮现时，教师才可叙述之，并进而介绍与概念相关的专有名词，同时帮助学生厘清思考模式并澄清目标概念。概念应用阶段：教师提供一个新的、学生不熟悉的活动来强化学生在第二阶段所学习的概念，使能运用于新的情境之可能性，并增加对理论与模型进一步的了解。概念转变的教学课例 概念发展型课例固体的认识三年级的学生对固体有着充分的认识，但是他们对某些固体认识并不够深入。对于一些特殊的固体会产生迷思概念，如烟，如尘，如沙，如线等软的物品。概念发展型课例固体的认识从典型入手生鸡蛋和熟鸡蛋的对比导入认识典型的集中固体：木块、石块、铁块、骨头、玻璃、塑料；通过操作厘清固体的基本性质。概念发展型课例固体的认识出示非典型较软的物体弹簧、海绵、橡皮泥、细线、丝绸、纸张由此得出固体的一些基本特性例举大的固体和小的固体石碑、巨轮、高山米粒、沙粒、面粉空气中的灰尘也是固体（看起来像空气）概念替换型课例光概念替换型课例光概念替换型课例光概念替换型课例光黑色长盒(完全没有光进入)灯泡(没有接上电源)概念替换型课例光黑色长盒(完全没有光进入)入)灯泡(没有接上电源)灯概念替换型课例简单电路原有认识：电池的电 灯泡现在认识：电池的电 灯泡流向流向流回概念替换型课例力的存在运动的物体受力静止的物体也受力从“力的存在”到“力的无处不在”做一个游戏弹弓打堡垒男孩示范，女孩学习体会感觉，描述现象看图说话这里有力吗？力是怎样作用于物体的？（作用点）作用的结果是什么？（方向与力的大小）小结：如何知道一个物体受了力？体会静止的物体也受力!（提升）扳手腕，静止的时候，力的分析合力的结果，拓展。力的体验和变化的现象力的体验和变化的现象状态变化状态变化运动变化运动变化形状变化形状变化概念澄清型课例溶解概念澄清型课例溶解典典型型溶溶解解现现象象典典型型溶溶解解现现象象和和典典型型不不溶溶解解现现象象模模糊糊的的溶溶解解现现象象和和模模糊糊的的不不溶溶解解现现象象展展现现溶溶解解过过程程甄甄别别溶溶解解现现象象概念澄清型课例四季成因夏至春分秋分冬至日出日出日落南北日落东概念澄清型课例四季成因概念澄清型课例四季成因概念增强型课例空气捕捉空气把手伸进袋子里摸一摸，你能感觉到什么？在袋子外面摸一摸，你又能感觉到什么？概念增强型课例空气1.把塑料袋打开一个小洞，轻轻挤出里面的东西，会有什么现象？2.在水里挤压袋子，会有什么现象？概念增强型课例空气1.把空杯倒过来，垂直压入水中，有什么现象？2.在杯底塞入纸团，倒过来垂直压入水中，有什么发现？1.杯子里有什么？纸团湿了吗？为什么？2.根据上面的研究，说说空气是一种什么样的物质？概念形成的两种基本途径出示典型现象出现非典型现象判断混淆现象呈现迷思概念呈现相悖现象建构新的概念再来看看“哺乳动物”的概念 身体表面有毛，一般分头、颈、躯干、四肢和尾五个部分；用肺呼吸；体温恒定，是恒温动物；脑较大而发达；哺乳；胎生。哺乳和胎生是哺乳动物最显著的特征。胚胎在母体里发育，母兽直接产出胎儿。母兽都有乳腺，能分泌乳汁哺育仔兽。有一天，“鸭嘴兽”出现了哺乳动物的概念内涵实际上在发展1843年，恩格斯在英国看到一只鸭嘴兽的蛋，人们告诉他，这是生活在澳大利亚的一种哺乳动物。恩格斯听后哈哈大笑：哺乳动物都是胎生的，鸭嘴兽是卵生的，因此肯定不是哺乳动物。鸭嘴兽是从鸟类到哺乳类之间的过渡型动物，鸭嘴兽既不同于哺乳类，又不同于爬行类、鸟类。它生殖、繁衍后代的方式非常奇特，既下蛋又哺乳；后来，事实使恩格斯“不得不请求鸭嘴兽原谅自己的傲慢与无知。”冥王星是不是行星？冥王星是不是行星？轨道绕太阳转，有一定的体积轨道绕太阳转，有一定的体积可是有一天，谷神星可是有一天，谷神星出现了，于是围绕行星的定义展开一番讨论出现了，于是围绕行星的定义展开一番讨论互动互动联接联接印证印证 小学生科学概念形成的基本过程打开直接经验打开直接经验呈现新的现象呈现新的现象实现思维碰撞实现思维碰撞发生认知冲突发生认知冲突完善概念内涵完善概念内涵丰富概念外延丰富概念外延欢迎批评指正!2013年8月