促进学生认知发展的单元整体教学&以化学教学为例_原子结构论文

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      当今时代,科学教育倡导以学生为中心、采用多样化的教学方式,促进学生建构对知识的理解,关注学生的全面发展,教育教学理念从注重学生的知识获得转变为提升学生的科学素养。但实践中的教学往往过多关注学生对具体知识的获得与掌握,较少思考知识对学生认识发展的作用,更较少在教学中实现知识对学生认识角度增加、认识深度发展和认识思路构建的教学价值,需要从知识获得的教学转变为促进学生认识发展的教学。单元整体教学是实现教学目标多元化、教学方式多样化、实施整合教学的有效策略,但已有的研究侧重于单元整体教学中知识的逻辑性与结构化,缺少关注整个单元中学生的认识发展,缺少从学生认识发展的视角进行教学单元的设计,更缺少在单元教学中促进学生认识层层发展的相关研究。本研究针对已有研究的不足,以促进学生认识发展为核心目的,构建和阐述单元整体教学的设计思路和教学策略。

      一、促进学生认识发展的教学

      从能否促进学生认识发展的视角分析,可以将科学教学分为两种层次水平:以科学知识获得为核心的教学(注重科学知识本体的获得)和以学生认识发展为核心的教学(注重科学知识的认识功能的实现)。能够促进学生认识发展的教学是高水平的教学,是将科学知识转化为学生科学认识的教学,是使学生将科学知识内化了的教学。要达到促进学生认识发展的目的,教师不但要让学生清楚科学知识说明的是什么,而且要将科学知识转化为学生观察、分析现象和问题的视角和思路,并且通过具体的认识实践活动,让学生形成稳定的认识方式。

      在教学目标的定位上,关注科学知识掌握的教学注重对具体性知识的学习和思考,对具体性知识的记忆和掌握是教与学的最终目的;关注认识发展的教学也注重对具体性知识的学习,但最终目的是把具体性知识作为载体和工具帮助学生建构和形成科学认识。在教学内容的选择上,前者主要是覆盖课程标准及教科书中的具体学科知识内容,局限于对这些材料的组织和呈现;后者是以科学知识的认识功能为选择依据,以具有认识广度、认识深度和认识思路发展功能的科学知识作为教学重点和核心,在此基础上,选择具体的教学素材作为认识建构的情境和途径。在教学过程的定位上,前者教学过程旨在记住具体的科学知识,采用能够让学生在短时间内获得较多知识的教学过程;后者教学过程旨在发展学生的认识,多采用让学生去主动发现问题、分析问题,与同学、教师交流、质询等多种方式。在教学内容的分析上,前者注重教学内容的细节拆解,尤其是进行与学生的已有知识易产生混淆的内容辨析;后者主要分析知识的层次结构和知识间的联系,分析科学知识的认识功能,通过具体实例体现具体知识对认识角度、认识深度和认识思路发展的教学价值。在教学活动的设计上,前者教学活动围绕对具体性知识的讲解展开,缺乏驱动性的问题与活动,教学活动要求各种具体操作技能性训练;后者教学活动围绕对认识建构和发展这一目的创设丰富情境和一系列问题及探究性活动展开,教学活动需要积极主动的思维活动。

      以学生认识发展为核心的教学,是基于学生认识发展轨迹推进的教学,是基于过程的教学。与其相对应的是基于目标的教学。基于目标的教学,更多强调教学的最终结果,不关注其中的过程,不管教师使用何种方法,学生经过怎样的过程,强调的是终态结果。因此,这样的教学始终不会关注学生的所思所想,只关注学生是否能够解答问题,学生能否掌握知识。而基于过程的教学,更关注学生认识的发展脉络,学生是怎样从已有的认识到新的认识,需要怎样的环节或过程学生才能从现有的水平发展到更高的水平。不难看出,为了让学生获得更高效的发展,必然要为学生提供其发展所需要的过程或活动,这样的发展才是真正的发展。基于目标的教学,学生在短期内获得了更多的知识,但这些知识是属于他人的知识,不是内化的知识,不能用于认识活动或实践活动;基于过程的教学,学生在短期内获得的知识较少,但这些知识是属于学生自身的知识,是内化了的知识,学生能够灵活应用。

      促进学生认识发展的教学具有激发学生已有认识的问题情境、构建认识的驱动性问题和活动、学生表达自我认识的空间、学生对自我认识进行梳理、实践和反思提升的空间、以学生认识发展为教学主线等教学环节和要素。促进学生认识发展的教学,以学生的认识发展脉络为主线,活动的程序更符合学生的认识发展顺序,问题系列与学生的认识发展层级相符,避免生硬的教学环节拼凑,避免纯粹的知识逻辑顺序,避免教师硬牵着学生走。

      以学生认识发展为核心的教学,是一种教学理念,是以学生的认识发展为核心与目标的教学;它不是一种教学方式,而是积极运用各种现代教学观和教学方式促进学生的认识发展的教学。这种教学同样强调创设教学情境,其目的是激发学生已有的认识,或为认识实践活动提供真实的背景;同样开展小组合作学习,其目的是促进学生认识的发展,因为每个人关注的是事物的不同方面,个体的认识是有限的,同伴间的交流与合作,更能促进学生形成科学、全面的认识;问题解决教学中强调的真实问题和解决问题的思路,能够帮助学生建立认识对象的不同存在形态,建立更具有功能的认识思路,是学生认识建构的动力;探究教学中的活动,成为学生认识建构的切身体验,科学实验是学生获取认识的基本途径和方法,也是促进学生认识发展的途径;实验能够使学生体会到已有认识的不足,能够激发学生建立新认识的兴趣和热情,并为新认识的建立提供生动的体验,能够为新认识提供更多的证据并为新认识发展成为认识方式奠定基础。观念建构教学中的核心观念,为具体认识的发展提供支架,是认识的凝聚器。

      二、单元整体教学

      单元整体教学①是以系统论为指导,突出知识建构过程,对教学单元进行整体性设计的教学策略。单元整体教学由若干具有内在联系的课时组成,强调教学的整体与部分之间的联系与作用,每课时并不是孤立存在的,课时间互为补充和基础。单元目标是在对单元教学内容进行整体分析的基础上制定的,可以避免对教学内容的肢解,避免单课时教学的随意性与盲目性。每课时的教学目标和内容,都是从单元目标和内容拆解而来,每一课时承担单元目标的一部分或一个阶段。单元整体教学站在整体的高度进行教学规划,既避免了流于形式的教学活动,又能实施多样化的教学方式。

      单元整体教学设计的核心问题包括教学单元的内容主题的确定、教学目标的确定和拆解、教学内容的选择与组织、教学方法和学习方式的选择与组合等。

      单元整体教学的内容主题应该具有基础性、发展性和多功能性。内容主题应该是基础知识和基本规律,这些知识和规律是确保知识得以展开的基本结构和构架,是核心的教学内容,能辐射出众多结果的基底知识,具有适用性广、包容性大、概括性高、派生性强的特点。此外,教学内容具有培养学生能力的功能与价值,能够承载多维度的教学目标,具有承载过程与方法、情感态度与价值观教学目标的功能。

      单元整体的教学目标不是单课时教学目标的简单加和。知识间的内在联系、学习者的知识结构形成、解决问题思路和方法的建构,更是单元整体教学所追求的目标。在根据课程标准及教科书确定基本教学内容的基础上,教师要考虑还需要选择哪些教学素材,以提高基本教学内容的教学效果,促进学生认识的发展。教师选择的教学内容应该与基本内容紧密联系,对基本内容的掌握起决定或辅助性作用,同时位于学生的“最近发展区”,具有可接受性。教学内容的组织要符合知识序和认知序,促进知识的结构化。最后,教师依据单元教学目标、教学内容特点、学生实际特点、教学环境条件等选择教学方法,尽可能使学生能够在一个单元的教学时间内体验多种学习方式。

      三、促进学生认识发展的单元整体教学

      促进学生认识发展的单元整体教学,以学生的认识发展为主线,具有认识性的单元教学目标,单元内的每个课时为实现认识性的单元目标而服务。在整个教学单元内,学生的认识层层发展,形成螺旋上升的认识发展层级,每个课时实现发展层级中的一个“台阶”。例如,高中化学必修模块“氧化还原”的认识性单元教学目标为:建立研究物质氧化性或还原性的思路和方法。第1课时使学生建立认识化学反应的新视角,关注化学变化的电子转移。第2课时使学生从对化学反应的认识进入到对反应中物质的认识,建立认识物质的新视角,促使学生从氧化剂、还原剂、氧化性、还原性角度认识物质,初步建立研究物质氧化性或还原性的思路和方法。第3课时使学生应用新认识,巩固和发展研究物质氧化性和还原性的思路和方法。

      促进学生认识发展的单元整体教学设计的关键在于确定教学单元与认识性的单元教学目标、构建教学单元内学生的认识发展层级,即明确教学单元内,学生认识的起点、终点和认识发展的台阶。这些内容的构建依托于对教学内容(知识)的认识功能分析。因为知识是有认识功能的,学生的认识发展是知识的认识功能的实现。学生是否学过某关键性知识,对于学生能否建构起相应的认识有着决定性的影响。分析教学内容具有的认识功能,主要针对学生关于教学内容所反映的研究对象的认识发展以及关于其他研究对象的认识发展。例如,“电离”概念所反映的研究对象是物质在水溶液中的行为,电离概念发展了学生对物质在水溶液中行为的微观认识。没有学习电离之前,学生对溶液的认识局限于宏观,关注溶液的颜色。学习电离之后,学生对溶液的认识发展到微观,“看到”溶液中的微粒。离子反应概念使学生从微观角度认识在溶液中发生化学反应的物质的性质,离子方程式书写的程序性知识使学生初步建立起研究水溶液系统的思路和方法。“电离、离子反应”专题单元整体教学旨在发展学生对溶液的微观认识,建立从微观角度认识溶液中反应的思路,应用认识思路解决离子检验、离子除杂等实际问题。在整个教学单元中,学生的认识发展层级为:从微观角度认识单一物质在水溶液中的行为,建立认识思路——从微观角度认识物质在水溶液中的反应,深化认识思路——应用认识思路分析解决问题。

      知识是具有认识功能的,拥有知识的学生未必拥有相应的认识,由知识到认识是需要转化的。为了了解学生的已有认识,教师需要先分析学生已经学习了哪些知识,进而分析学生应该具有怎样的认识,然后通过调查问卷、访谈等途径,明确学生真正拥有的认识。此外,对学生的已有认识的分析还包括学生的偏差认识,它们是学生认识发展的生长点。

      在促进学生认识发展的单元整体教学中,教师需要依据认识发展层级确定不同课时间的关系。知识间的逻辑关系决定了单元教学课时之间存在某种联系,但从认识发展的角度分析具体知识并确定认识发展层级后,课时间的认识发展关系才能确定。这种认识发展关系是整个教学单元的主脉络,其他具体知识的教学服务于或服从于主脉络的落实。认识发展是单元整体教学的先行组织者。不但教学内容的组织依据认识发展层级,而且随着教学环节的深入和多课时教学的完成,新认识会进入学生已有的认识结构中,并找到它们的位置,建立起与其他认识的联系。在教学中,学生可以发现自身已有认识的缺陷,从而在教学中有意识地加以改善,找到新认识的固定点、发现与已有认识的区别和联系,并最终建立新的认识结构。

      由此可见,促进学生认识发展的单元整体教学设计,首先要依据学生的已有认识、教学内容的认识功能,确立认识性单元教学目标,明确认识发展层级,构建不同课时的认识发展关系;其次要以这三者为核心,进行教学内容的组织与安排,依据认识发展的课时目标和教学内容的特点,选择和组合教学方式,进行核心教学问题的选择与设计,并且为问题的解决和教学活动的开展选择适宜的教学素材。在落实学生认识发展的基础上,尽可能构建教学内容的结构体系,考虑教学方式的多样化,让学生获得丰富的认识体验,经历认识实践活动,使学生感受构建的科学认识的价值和意义,实现认识的内化。

      在确立促进学生认识发展的单元整体教学思路的基础上,进行局部的单课时的教学设计。单课时的教学思路和具体教学问题的设计,要站在单元整体的高度。单课时承载的不仅仅是部分知识,更是认识发展的某个阶段。单元教学内容的组织安排决定了单课时的知识选择与组织线索、问题线索、活动线索和素材线索。在进行单课时的教学设计时,要考虑单课时与其他课时间的关系和所起的作用,使多课时构成统一的整体。促进学生认识发展的单元整体教学设计见图1。

      

      四、促进学生认识发展的单元整体教学策略

      1.制定统领单元整体教学的认识发展目标和学生的认识发展层级

      在促进学生认识发展的单元整体教学中,教学内容的组织、教学方式的选择、不同课时间的关系等都要以认识发展目标为核心。认识发展目标的制定应围绕核心教学内容与观念,学生认识发展层级的构建应以分析教学内容在促进学生认识发展方面的功能为基础。核心教学内容与观念往往具有重要的认识功能,能够扩展学生对事物的认识角度,使其形成认识思路、提升认识深度。例如,分类观具有让学生形成从物质类别视角研究物质性质的思路和方法,面对一种新物质,首先对其分类,然后依据该类别物质具有的一般性质或者类似物质具有的性质预测该物质可能具有的性质。确立了认识性单元目标,教师要在此基础上确立单元教学中学生的认识发展层级。这是认识目标的拆解过程,是将单元的总目标分散于相互联系的各个课时中的研究过程,是理顺认识水平发展的分析过程,是设计如何在教学中将认识发展目标落实的研究过程。认识发展层级的建立,应遵循认识发展的顺序,符合认识发展从简单到复杂、从感性到理性、从定性到定量、从宏观到微观、从文字描述到符号表征等顺序。

      2.依据认识发展需要选择教学素材

      教学内容选择要符合课程标准及学生实际。教科书中会有相应的一章或一节内容与课程标准相对应。这些内容是主要的知识,是学生认识发展必需的基础,是教师需要完成的教学内容。在此基础上教师要考虑,还需要选择哪些素材,从而更好地发挥教学内容的认识功能。选择教学素材时,教师要遵循关联性、必要性、可接受性等原则。教师选择的教学素材要与教学内容紧密联系,可以是知识的解释和说明、应用与补充等,此外,它还应该对促进学生的认识发展具有重要作用,学生较易接受,能促进其构建科学思想与方法。例如,“物质的分类”一节教材中介绍了两种分类方法和分散系,帮助学生构建物质分类的基本角度,丰富学生对混合物的认识。但如果仅仅到此为止,学生只是获得了分类的知识,没有形成以分类为指导的研究物质性质的思路,没有发挥分类观在研究物质性质方面的认识价值。因此,教师需要选择相应的教学素材,使学生形成依据分类研究物质性质的思维范例。例如,选择统领初中元素化合物知识学习的八圈图,将学生具有的初中物质性质知识转化为通过物质的通性研究物质性质的方法,让学生体会分类研究的重要作用,进而通过对金属钠性质的探究,让学生应用分类方法指导其对具体物质性质的研究。

      3.依据学生的认识发展设计教学过程

      教学过程的设计要具有符合学生认识建立及发展所需要的环节,应包括:引发学生思考的真实的认识冲突情境、知识内容的介绍、多角度多层次地呈现知识所能解决的问题、供学生思考并要求解决的实际问题、认识发展的反思。它们分别承担学生明确已有认识、体会已有认识的缺陷、建立认识方法、扩展认识深度、形成并完善解决问题的认识思路等作用。教学过程要体现从易到难、从现象到本质、从角度呈现到深度挖掘、从简单模仿到自主探究的认识方法形成的顺序。例如,“原子结构与元素周期律”单元教学,构建原子结构与元素性质的关系是学生的认识发展目标。学生的认识发展层级为:认识原子结构、元素性质——建立原子结构与元素性质的关系——初步应用原子结构与元素性质关系分析问题——自主应用原子结构与元素性质关系解决分析问题。教学可以采用如下过程:通过“原子结构与元素性质”内容标题引发学生的思考,学习原子结构知识,完善学生对元素的认识,为建立新的认识方法提供基础;通过分析碱金属元素原子结构的异同,并对元素性质进行预测和实验验证,使学生形成通过分析原子结构推测元素性质的认识方法;通过对卤族元素性质的推测和验证体会同主族元素性质的递变规律,体验认识方法广泛的适用性和有效性;通过让学生分析原子结构预测第三周期元素的性质并进行实验验证,使学生对于原子结构决定元素性质这一认识方法得以扩展;通过对原子核外电子排布、原子半径、化合价、元素性质规律的研究,使学生从微观结构的角度加深对原子结构与元素性质关系的认识;通过对元素周期表的学习,使学生的认识方法、认识思路形象化,认识的有序性得到提升;通过解决物质性质预测、新材料的开发等实际问题,使学生的认识方法得以完善。

      4.设计符合学生认识发展的驱动性问题

      设计指向问题实质的、符合学生认识发展的问题线索能够有效促进学生认识的发展。为了使设计的问题更具有驱动性,教师需要分析核心教学内容的构成要素及要素间的逻辑关系、核心教学内容与学生已有认识间的关系,进而确定提出问题的角度。教学问题的设计不但要有驱动性,而且要能揭示学生的已有认识,或者促使学生思考、明确自我认识、形成认知冲突,或者使学生对已有认识产生怀疑、批判,产生进一步发展的需要,笔者称具有这些功能的问题为认识性问题。认识性问题将要建立的科学认识与学生的已有认识之间建立联系,促使学生进行积极的认识建构,通常为预测、解释、分析、评价性问题,或者是知识衍生性问题,例如:把硫酸溶液和氢氧化钡溶液混合会发生什么?固体氯化钾中的钾离子、氯离子与溶液中的钾离子、氯离子一样吗?你认为硫单质具有哪些性质?你认为原子是什么样的?等等。符合学生认识发展的问题线索往往通过教学实践不断修改完善。一些更好的问题往往在教学过程中生成,学生的已有认识和认识思路也只有在教学过程中才能更充分的外显。这就需要教师通过教学实践,不断优化改进教学设计中的问题线索,使之符合学生的真实情况,使教学过程更能沿着学生的认识发展轨迹推进。

      5.提供认识建构、实践、反思的学习活动

      讨论交流、动手活动、认识实践和反思等活动,更能够促进学生建立认识、发展认识。在讨论的过程中,学生能明确已有认识,暴露已有认识的不足,形成发展认识的需要。同伴间的交流,能帮助学生丰富认识的角度,深化认识水平,形成和发展科学认识。动手活动可以把学生的认识外显,使其发现其中的错误或应用认识解决分析问题。认识的实践活动,可以使学生的认识发展成为稳定的认识行为。反思活动能够让学生知晓认识发展的过程,提高认识能力。例如,“化学计量在实验中的应用”单元教学,给学生提供多样的认识建构及认识实践和反思活动,取得了积极的教学效果。教学中的主要活动及其意图为:通过计算原子、分子个数的活动,让学生认识到物质是由许多微粒构成的、引入物质的量的必要性、微粒堆量的数目要足够大且找到一个共同的计量标准;引导学生阅读国际单位制中的七个基本物理量及其单位,让学生建立物质的量与其他物理量的关系,使物质的量在学生的认知结构中找到支撑点;通过观察分析物质的量与质量的关系、不同状态物质体积大小等数据,让学生在发现规律的同时,体验知识的形成过程,建立概念,进而初步建立计算关系;在小组合作设计和配制含有一定物质的量溶液活动中,学生在教师的质疑中深入思考,不断修正实验设计,最终完成配制实验。学生在解决问题过程中的思维探究,对于学生认识思路的形成和发展具有很好的帮助作用,可以促进学生思维方式的有序性。

      6.选择和使用促进学生认识发展的情境素材

      好的教学情境要能引起学生的认识冲突,促使学生发现自我认识中的不足或者“缺陷”。教师在创设情境时,要想方设法把学生置于“走投无路”的处境,迫使学生突破认识思维的“藩篱”,建立新的认识。例如,学生在初中学习中掌握了以质量为核心的化学计算,如何使学生构建以物质的量为核心的计算方法,教师可以抛出问题“化学方程式有元素、微粒个数、质量三重含义,但是微粒个数与物质的真实质量、相对原子质量间真的存在比例的对应关系吗?”“电解水的反应,生成氢气与氧气的方程式计量数之比是2:1,体积比也是2:1,这是巧合还是规律?”另外,应该对情境素材进行深入挖掘,将对一个问题的认识,从认识方法建立到认识广度和深度的扩展,最后到形成认识思路的学习过程进行到底,这有利于学生形成思维范式,为应用认识方法解决实际问题提供范例。比如,教师可以用橘子研究原电池的所有问题,从原电池的构成条件,到单液电池模型建构、双液电池模型建构、膜材料的研究。也就是说,好的情境能够引领学生一直探究、思考下去,贯穿教学的始终。选择和设计情境素材要以学生的已有认识为基础、尽可能激发学生强烈的认知冲突,具有层次丰富的特点。

      7.选择促进学生认识发展的教学评价方式

      在教学前后,教师通过对学生认识发展情况的测查可以评价教学的实效性。教师可以使用访谈、作业、测验、调查问卷等方法,确定学生的认识结果,了解学生的认识思维活动,发现学生的认识方式是否有所提高。评价的主要维度包括:学生外显的认识角度的多与少,学生认识方式从定性到定量、从宏观到微观、从文字到符号表征的转变程度,认识思路的有序性和自主性。课堂的提问交流、解答开放性或半开放性的问题,都能够及时体现学生学习前后的认识。例如,在“化学计量在实验中的应用”单元整体教学进行前,教师让学生自由发言定量描述化学反应,学生可以通过回答和倾听别人回答,明确自己的认识水平,如果发现错误,能够及时改正,教师也能够了解学生的定量认识基础。在单元教学结束后,教师设计如下评价问题:写出十句话定量描述二氧化碳与氢氧化钠溶液反应时反应物与产物碳酸钠的关系,每种正确的描述得一分。学生可以按照自己的思路对化学反应进行定量分析,进而反映他们的定量认识水平。访谈是另一种能比较快速地了解学生认识情况的评价方法。与有代表性的学生的谈话可以使教师掌握不同类型学生的学习结果,学生也能在教师的引导下重温认识形成的过程、提升认识深度。比如,氧化还原反应单元教学结束后,有教师设计的访谈评价问题是:现在你认为氧化还原反应与氧元素有关系吗?学习了氧化还原反应,你对化学反应的认识有何变化?请尝试分析亚硫酸钠具有哪些性质?简单的三个问题,就能把学生对核心知识的理解和认识发展情况反映出来,学生间的相互补充和质疑还可以让学生作出合理的自我评价。

      在促进学生认识发展的单元整体教学中,无论是教学目标的制定和教学内容的选择,还是教学方式的采用和教学评价的使用,均以学生的认识发展为核心。但以往的教学中,教师较少关注学生的认识发展,这就需要我们通过理论研究和教学实践,不断打开学生认识发展这个“黑匣子”,从而使整个单元的教学过程的设计与实施,更能顺应学生认识发展的需要,实现高水平教学。

      ①教学单元分为微观、中观、宏观三个层次,本文中的教学单元均指微观的教学单元,是在短期的教学时段内完成的教学主题,通常在连续的3~5课时内完成,基本上以一节教科书的内容为一个教学单元。

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