概念转变的科学教学.ppt
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1、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
2、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,
3、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
4、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
5、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
6、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。
7、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)Ana
8、logs 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
9、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
10、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”
11、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Fishe
12、r(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
13、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
14、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,
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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。
20、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
21、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,
22、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
23、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
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