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分析核心設計化學教育論文
很多教師提出這樣的問題:學生只能對教師講過的問題進行簡單模仿,稍加變式或改變情境,學生就不能很好地應對;知識在學生的頭腦中似乎只能短暫地停留,考試過后就消失得無影無蹤了。以上問題的緣由是學生并沒有真正理解所學的知識,只是機械地按照解決問題的步驟來做,并沒有理解為什么這樣做。這樣的學習,習得的知識很容易忘記或在其他信息的影響下被改變成錯誤的形式;即使學生記住了這些知識,充其量也只是一些零散的事實和孤立的知識點,并不能成為解決新問題的有力武器,其后果是學生抱怨在學校期間學習了大量無用的知識,社會抱怨學生高分低能。因此,必須改變課堂教學過于關注事實的記憶與程序和技巧訓練的現狀,把具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法(即核心概念)的理解作為重要的教學目標。
1核心概念的特性
核心概念(bigidea)是指可以適用于一定范圍內物體和現象的概念。這里的概念(idea)是表示對觀察到的相互關系或特性進行解釋后的抽象,它和我們日常生活運用的概念含義是不同的。日常概念可以是不需要基于實證的某種想法[1]。對于學科教學而言,核心概念是指居于學科中心,具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法[2];是一種教師希望學生理解并能在忘記其非本質信息或周邊信息之后,仍然能應用的概念性知識[3]。核心概念具有以下特性。
1.1核心概念具有廣泛解釋空間由于核心概念反映的是事物的本質特性與關系,它能對很多事物和現象作出解釋。如物質是由微粒構成的這一核心概念,既可以解釋為什么人們會聞到花香,也可以解釋為什么金屬可以拉成絲,還可以解釋為什么不能用濕手觸摸電器;核心概念不僅能對很多所觀察到的現象提供解釋,而且能對原來沒有觀察到的現象作出預測,如從物質是由微粒構成的這一核心概念認識,美國物理學家蓋爾曼(M.Gell-Mann)和茨威格(G.Zweig)預測了夸克的存在。再如,依據結構與功能相適應的核心概念,當我們觀察到某植物莖葉表層有一層保護蠟膜,葉為刺狀,會推測它是生長在干旱地區的植物,而且還可以預測它的根系會很發達。
1.2核心概念蘊含思想方法具有遷移價值的關鍵性概念、原理是核心概念,重要的思想方法也是核心概念,如“科學認為每一種現象都具有一個或多個原因”[1]。而有的關鍵性概念本身就蘊含思想方法,如“結構決定性質、性質決定用途”是學生學習所有化學物質的思想方法。1.3核心概念具有統攝性由于核心概念是能夠解釋和預測較大范圍事物與現象的大概念,它必然可以統攝其他的下位概念及相關事實,使它們成為有結構的整體。例如,物質是由微粒構成的這一核心概念,可以統攝分子、原子、離子、原子結構和分子結構等有關物質組成與結構的概念,也與物質的特性、物理變化和化學變化等概念形成聯結。
2核心概念的教育價值
2.1提高學生分析問題、解決問題的能力學生在學校學習,重要的不是知道了多少事實和規則,而是能夠把所學遷移到真實情境中,面對問題能夠作出有依據的判斷和決策,能夠適應社會、服務社會。由于核心概念具有廣泛的解釋空間,所以它是可遷移知識。運用核心概念可以解釋周圍的很多事物和現象,更為重要的是能對新情境、新問題作出預測,因此對核心概念的理解可以提高學生分析問題、解決問題的能力。另一方面,由于核心概念蘊含思想方法,它們可能成為學生以后工作中分析問題的思想方法,如要獲取性能更佳的材料,其分析思路是改變現有材料的結構以獲得所需要的性質,仿生合成新藥等亦是運用以上的思想方法。從認知發展角度,如果學習重心是“事實”或“現象”的了解與記憶,那么這種認知是低水平的;相反,對核心概念的理解則是要使學生通過對特定現象的認識與理解,發現一般性的理論,并用這些理論理解、解釋其他現象。學生不僅知道“是什么”,而且能夠認識“為什么———原因、條件、目的、理由”、及“會怎么樣———結果、影響、作用、意義”,還能夠知道“如何做”,從而將學習引人深層思考和賦予意義與價值的方向。
2.2有利于學生建構合理的知識結構布魯納在《教育過程》中指出:把握學科的結構就是指對本學科實現了理解,也就是說,能夠把所學的知識與其他相關的事物有意義地聯系起來[4]。由于核心概念是某學科的重要概念、原理和方法,它們構成了學科的基本結構,因此關注核心概念理解的教學就是關注學科本質與學科結構的教學,將有利于學生建構合理的知識結構。
2.3減輕學生課業負擔課業負擔已經成為我國中、小學生不能承擔之重,其原因一方面來自升學壓力,另一方面是教師的教學要覆蓋課程與教材中的所有知識內容,讓學生記憶盡可能多的事實。為了面面俱到,教師不得不采用講授式為主的教學,這樣的教學無法激發學生的積極思考,學生在不理解的狀態下機械地練題,不會就模仿,忘記了再訓練,反反復復,曾經有一位老師把一張中考試卷讓學生練了4遍,這樣機械地訓練,學生的課業負擔可想而知!通過前面的分析已知,核心概念可以統攝事實與概念,使知識形成有機的整體。信息加工理論告訴我們,被組織成塊的信息更容易記憶,因此通過核心概念組織起來的知識,學生是容易記憶的,而且這些知識因核心概念而凸顯了學習的意義與價值,那么這些知識更加不容易忘記。又因核心概念是可以遷移的,教師只要選取可以支持概念理解的典型事實,把師生的主要精力用在這些關鍵內容的理解上,就可以達到“少即是多”的教學境界。
3如何以核心概念為統領設計化學教學
3.1構建核心概念的發展體系以核心概念為統領設計教學的首要工作是構建核心概念的發展體系。在不同階段,學生需要理解的核心概念不同、理解層次也不同。各學科應該聯動以從整體角度構建核心概念的發展體系與結構,因為某些核心概念是跨學科的,如“當事物發生變化或被改變時,會發生能量的轉化,但是在宇宙中能量的總量不變”這個核心概念在物理、化學和生物等學科學習中都會涉及。溫?哈倫提出了核心概念應該具有的標準是[1]:(1)能夠用于解釋眾多的物體、事件和現象,而它們是學生在他們學校學習和畢業以后的生活中會遇到的;(2)提供一個基礎以幫助理解遇到的問題并作出決策,而這些決策將會關系到學生自己和他人的健康與幸福,以及環境和能源的使用;(3)當人們提出有關自身和自然環境的問題時,他們為能夠回答或能夠尋求到答案而感到愉快和滿意;(4)具有文化上的意義,例如對人類自身有關的觀點———反映科學史上的成就,來自研究自然的靈感和人類活動對環境的影響。溫?哈倫據此標準提出了科學教育上的14個核心概念,但并沒有提出在不同階段,學生需要理解的核心概念層次與內涵。對于化學學科而言,構建出學科核心概念發展體系是擺在課程專家與一線教師面前的迫切任務。
3.2以核心概念為統領組織教學單元以核心概念為統領組織教學單元有2種方式,一種是先選定核心概念,然后依據核心概念選取教學素材以組成教學單元;另一種是分析教材內容,區別事實與概念,再把這些事實和概念與某個核心概念聯系起來。下面舉例談后一種。人教版初中化學教材第八單元“金屬和金屬材料”有以下內容:課題1介紹了一些金屬的物理性質,常見合金的主要成分、性能和用途;課題2介紹金屬與氧氣反應以及金屬與稀酸的反應,給出了金屬活動性順序;課題3介紹常見金屬礦物、鐵的冶煉、鐵的腐蝕和金屬資源的保護。通過對教材知識內容進行分析可以得到圖1所示的關系圖,即金屬的物理性質和化學性質以及合金的成分、性質等是事實性知識,其上位的是金屬和合金這2個概念,這些事實與概念可以與“結構決定性質、性質決定用途”這個核心概念相聯系。當確定了“結構決定性質、性質決定用途”這個核心概念后,我們會發現學生先前所學習的有關物質構成的相關知識也納入本單元的知識體系中,這些知識自然地有機地結合在了一起。
3.3通過問題與活動的設計激活學生原有知識,幫助學生建立事實、概念和核心概念間的聯系對核心概念的理解不能一蹴而就,也不能是貼標簽、喊口號式的,要把核心概念與具體的教學內容聯系起來,這種聯系可以通過基本理解來表述,通過問題來激發,通過活動來認識與理解。仍以“金屬與金屬材料”單元為例,表1給出該單元部分內容的問題與活動設計:挖掘化學史的創新教育功能,應用于培養學生敢于質疑、敢于批判、積極追求真理的創新意識。如在空氣一課題教學中,通過拉瓦錫研究空氣實驗及對稀有氣體性質的認識為重點,介紹空氣的探索史,讓學生認識到人類對空氣的認識不斷深入,對空氣的認識不斷豐富。對空氣的認識過程,其實就是我們認識發展的縮影,每一次認識的突破都是以創新為基礎,這些背后蘊藏的認識發展規律都能給學生較多的啟發。
4.2發揮實驗改進的創新教育功能化學是以實驗為基礎的科學,實驗在化學教學中扮演重要的角色。化學實驗有許多開展創新教育的素材,其中以實驗改進對開展創新教育尤為突出。新課程提倡化學實驗的人性化。教學中可以從綠色化、探究化、趣味化、簡約化和生活化對實驗進行反思,并進行相應的改進,可以激發學生的創新意識,深入進行創新實踐。在本課題的教學中,應用課本的裝置對空氣里氧氣的含量進行測定的實驗中,存在燃燒產物污染空氣、操作要求高及容易產生誤差等等問題。教學中可以引導學生對實驗中這些問題進行討論,提出改進措施,并讓學生利用課外時間完成實驗等等。這些不僅讓學生能更理解本實驗的原理,而且能激發學生的創新意識,為他們提供創新實踐的機會。創新教育是當代的主旋律。其關鍵在于教師具有創新的理念,教學過程中應充分挖掘化學史、化學實驗等教學內容的創新教育的功能,努力營造創新教育的氛圍,讓學生能以創新的視角認識學習內容,發展學生創新能力,實現學生認識水平跨躍式發展。總之,不同的視角認識物質世界“橫看成嶺側成峰,遠近高低各不同”,對于促進學生認識發展有著不同的作用。但是以上4種視角應該成為教學中最基本的認識角度。教學中,可以從STS視角切入,從探究的視角深入,從理性視角提升,最后以創新視角達到認識的升華,高效地促進學生認識的發展,提高中學化學的教學水平。
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