小学科学生命科学领域围绕核心概念组织教学的研究.docx
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小学科学生命科学领域围绕核心概念组织教学的研究
小学科学生命科学领域围绕核心概念组织教学的研究
摘要:
学生科学概念习得过程,遵循着从“学生具体的经验”到“一般性科学概念”的获得直至“核心概念”的提取的过程,这是一个从特殊的现象中推导出一般的、本质的、上位的知识的过程,属于知识的总结与归纳。
而从“对核心概念的理解”到“为学生未来课程的学习做铺垫”,则是从统帅的知识到知识的应用的下位的学习过程,属于知识的演绎与迁移。
关键词:
核心概念;实体概念;功能概念;过程概念;上、下位学习;
核心概念是位于学科中心的概念性知识,包括对重要概念、原理、理论等的基本理解和解释。
在科学探究的过程中,通过类比、实验等具体的方法,从学生具体的经验出发,在充分考虑学生前概念的基础上,引导学生获得抽象的科学概念。
如果教学时间以及学生本身的学习需求等条件成熟,教师可以推动部分有能力的学生学习上位的核心概念,为其未来的学习做铺垫。
本文基于对首都师范大学出版社《科学》教材中生命科学领域的内容的分析,提出在生命科学领域建构核心概念的方法和策略。
一、核心概念的分析
韦钰院士在《探究式科学教学指导书》中提出“科学概念是组织起来构成的、系统的科学知识。
”而在《科学教育的原则和大概念》中提出“在构思科学教育的目标时,在知识方面不是用一堆事实和理论,而是用趋向于核心概念的一个进展过程,这些核心概念及进展过程可以帮助学生理解与他们在校以及离开学校以后的生活有关的一些事件和现象,这种核心概念被称为科学上的大概念。
”
基于大量资料的研究,发现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。
总而言之,核心概念是位于学科中心的概念性知识,包括了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释,这些内容能够展现当代学科图景,是学科结构的主干部分。
二、核心概念的地位
据研究表明,学生的知识结构就像一座金字塔,下位知识是基座,需要大量事实做基础,越趋于上位知识越趋于塔尖,知识就越概括越抽象。
下图为学生知识结构金字塔,最底层是事实知识,第二层是统摄性较低的概念,第三层是学科视角下的核心概念和方法,第四层是跨学科的主题,最上面一层是统摄所有其它知识的哲学观点。
图1——学生知识结构金字塔
既然,知识是有一定结构的,那么认知和学习也应遵循一定规律,即要遵循从“学生具体的经验”到“一般性科学概念”的获得直至“核心概念”的提取的过程,这是一个从特殊的现象中推导出一般的、本质的、上位的知识的过程,属于知识的总结与归纳。
而从“对核心概念的理解”到“为学生未来课程的学习做铺垫”,则是从统帅的知识到知识的应用的下位的学习过程,属于知识的演绎与迁移。
图2——科学概念习得过程图
基于上述研究发现,科学事实是形成科学概念的基石,但科学教育不能停留事实的基础上,应该将事实作为载体,去发展孩子们更高层次的思维水平,这就是科学核心概念,从而掌握科学的思想和观点,并最终培养学生的综合科学素养。
核心概念的建构过程体现了科学研究的连贯性、综合性和连续性,符合人脑学习的实际。
故围绕核心概念来组织知识,是一种非常有效的组织科学课程或教学活动的方式;课程内容围绕核心概念组织展开,课堂教学帮助学生掌握核心概念,将有助于学生对知识的深入理解和迁移应用。
三、核心概念的建构
(一)理论基础
围绕核心概念组织教学,可采用上、下位学习的方式设计教学。
奥苏伯尔把学习分为下位学习、上位学习和并列结合学习三类:
如果将要学习的新内容在概括水平上低于学习者原有认知结构中已有的相关内容,新知识类属旧知识时的学习就是下位学习或类属学习。
如果将要学习的新内容概括水平上高于学习者原有认知结构中已有的相关内容,这时的学习就是上位学习或总括学习。
如果将要学习的新内容仅仅是由原有认知结构中已有的相关内容的合理组合构成的,因而仅仅能与认知结构中相关内容的一般背景相联系,而不能与认知结构中某些特定的内容构成下位关系(从属关系)或上位关系(总括关系),这时的学习就是并列结合学习。
图3——上、下位概念的建立过程
(二)研究模式
《科学教育的原则与大概念》提出了拼图模式、训练模式和爬梯子模式三种学习进阶方式,虽然它们的形式不同,但都有符合上、下位学习的理念,体现了科学学习不断趋于核心概念的进阶。
1.爬梯子模式
它关注了概念发展的线性路径。
这如同爬楼梯的过程。
只有登上了第一个台阶才能进入到第二个台阶,依此类推。
对概念的建构,只有学生达到顶端才会更明白。
2.训练式模式
可以理解为一种螺旋式上升的过程。
这与布鲁纳曾经提出的螺旋式的课程设计理念类似。
学生能力是在不断循环往复的学习中加强的,最后达到了较高的水平。
3.拼图式模式
主要体现了概念之间的横向联系。
比较大的概念是从比较小的概念逐步发展形成的,与“爬梯子”模型相比,它并不是逐级爬台阶的过程。
拼图式模型更灵活一些。
这如同儿童玩的拼图游戏。
正是在一个完整图像的引导下,开始了从部分到整体的拼摆过程。
完整图像的引导,正是我们要达成的比较大的概念目标。
图4——拼图式核心概念建构过程
在科学概念学习进程的研究中,每一种模式都是有部分内容是需要的,从小概念到大概念的过程中,要依据概念本身的特征,引导概念进展的经验不同而变化。
如拼图模式更适用于同一水平和阶段,不同具体概念间,通过有顺序的拼接建构这一水平的具体概念,同时也在围绕核心概念不断完善概念。
而训练模式和爬梯子模式更适用于分析不同阶段概念建立的过程。
四、生命科学领域核心概念的建构
(一)科学课程标准
科学(3-6年级)课程标准中提出生命世界的具体内容是让学生尽可能多地去认识不同种类、不同环境中的生物,进而对多种多样的生物有比较全面的认识。
共计4个知识板块,53条学习内容。
图5——生命世界内容框架及知识结构(旧)
科学(1-6年级)课程标准(修订送审稿)提出生命科学领域学生学习的科学知识内容标准有7个,共37个分解概念。
图6——生命世界内容框架及知识结构(修订)
(二)生命科学梳理
北京市义务教育课程改革实验教材(科学)由首都师范大学出版社和北京教育科学研究院合编。
本教材涉及生命科学领域共有6册、13个单元、45个课程,分别从出现在教材的第1至4册和7至8册,学段跨越了中、低、高年级。
图7——北京市义务教育课程改革实验教材生命世界内容梳理
纵观生命领域的13个单元,分别包含植物世界、动物世界、健康生活三个方面,学习初始阶段学生从整体上认识动物和植物,如数量、品种、整体构造、饲养和保护五个方面,在课程标准中属于动物多样性;第二阶段研究深度有所增加并且更加关注动植物的生存和繁殖;在第三阶段研究则关注植物器官的构成,建立结构与功能的关系,在课程标准中属于动物的共同特性;最后则关注人类器官组成和健康保健,以及生物与环境、科技的关系,在课程标准中属于人类的健康生活和生物与环境。
再纵观13个单元的概念包含了生态学、分类学、生理学、遗传学等学科,经历了实体概念到功能概念再到过程概念的发展,是由事实逐渐趋向核心概念的过程。
(三)以植物器官为例分析概念之间的联系
植物是生命科学领域主要的研究对象,教材中大致设计了20个教学内容,主要是围绕植物器官展开的,为了呈现概念的建构过程以及什么是核心概念,核心概念所处的地位,下图结合教材内容对植物根、茎、叶和花的概念发展进行梳理。
图8——茎概念发展进阶图9——叶概念发展进阶
图10——根概念发展进阶图11——花概念发展进阶
图12——植物领域核心概念的建构过程
综合分析根、茎、叶和花的概念发展进阶发现,它们的概念都经历了形态学、分类学、生理学和生态学的发展过程,即经历了实体概念到功能概念再到过程概念的发展。
实体概念是认识有机体的形态、器官、结构遇到与首先抽象出来的概念;功能概念描述有机体的功能,反映机体功能活动、作用、关系的概念;过程概念形成较晚,过程限定为反映客观事物进程中的推移、转化、发生与发展、起源与消失。
而由实体概念到功能概念再到过程概念的进阶,是由事实逐渐趋向核心概念的过程,形态学所呈现的实体概念是相对下位的概念,生态学、遗传学所呈现的过程概念是上位概念。
图12——基层学科层级关系
(四)以《种子的构造》为例分析核心概念的建构方式
核心概念的建构是纵向的、连贯的,它强调学习步骤之间的递进关系。
同时,概念建构的进程应描述科学能力的各个方面之间是如何相互联系和促进的。
基于上述研究,对核心概念建构做了如下设计:
围绕核心概念,逐步建构具体概念,以探究为核心,以学生需求为出发点,结合有结构的材料、有效地指导,在学生广泛而深入的参与下,促进学生概念的发展和进展。
具体的做法是通过课前的小苗种植活动,使学生了解了植物生长的过程,认识生命的周期性,为核心概念的建立搭建了脚手架;通过课上的观察小苗构造给小苗分组,提出对小苗形态不同,而深刻想到种子构造的问题,进而引发学生猜想、观察种子的内部构造,形成对双子叶植物种子组成的认识,之后再利用逆向思维,分析种子内部各个部分会长成小苗的哪些部分,运用形成的概念进行判断。
故本课的概念建构层次为通过植物的生长,研究种子构造,而种子的构造是第一层级实体概念,种子萌发和生长及一生是第二层级即功能概念,植物的多样性是过程概念,本课将功能概念和过程概念设定为本课的核心概念。
图13——《种子的构造》概念发展脉络
图14——《种子的构造》教学环节及方法策略
核心概念的建构是一个不断学习的进程,是儿童逐级深入地学习和研究的一系列步骤,这些步骤相互衔接,循序渐进,完成所有步骤需要很长时间。
本课围绕种子构造展开的研究,学生仅认识了双子叶种子的构造,并初步建立了植物的相关概念,要全面和完善还需要很长时间。
因为,学习进程是无限接近大概念的过程,学生的认知、思维和概念的发展,是不断发展的进程,需要不断思考与行动研究。
基于此,我认为在实际教学中,为建构核心概念,教师要审视课程单元内容,识别、确定本单元的学科观念与核心概念,为思维过程指明方向,由实体概念逐渐发展为过程概念和功能概念。
首先提炼某些内容所反映的核心概念;其次是把核心概念分解为统摄性较低的概念和典型事实;第三是采用上、下位学习的方式设计教学,尽量为学生提供更多的下位学习机会。
把核心概念分解为统摄性较低的概念和典型事实,组成教学内容框架教师通过审视课程单元内容,提炼某些内容所反映的核心概念。
并且,在教学中应尽量为学生提供更多的下位学习的机会,同时把部分内容组织为上位学习并尽可能地减少并列结合学习的机会。
运用形成的核心概念,经过同化的过程吸收新知识,在新的情景下认识问题,形成学生自己的解释,实现下位学习。
在上、下位学习过程中,可以采取拼图模式、训练模式和爬梯子模式三种模式进行建构。
四、结论
提高学生的科学素养是当前我国科学教育的一个基本目标,对科学概念的理解是科学素养中的重要组成之一。
所以,科学教育不应该传授给学生支离破碎的理论和事实,不能仅强调事实的传递和记忆,因为它们很快会在随后的生活中会将事实类知识迅速遗忘。
这是由于表层学习导致学生脑内的知识不过是毫无实际用途的孤立事实,而没有与学生头脑中已具备的知识紧密相连,形成良好的结构。
所以这就需要在教学中,选择一些重要的核心概念,用恰当的、教学方法帮助孩子建立一个完整的对世界的理解,初步形成科学态度,掌握科学方法,了解科学精神,构建一个协调发展的基础。
为儿童提供具体的感性经验,使他们能够不断地丰富认知结构和调整认知结构,逐渐建立起科学的知识结构体系,从而具有更多的智慧去更好地去理解和发现,从而促进学生科学思维能力的发展,因此以核心概念为代表的科学知识应该处于非常重要的地位。
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