围绕学生概念发展的探究式科学教育课件1.ppt

1、教教师师专专业业发发容v教学法知识探究人类学习规律（人是如何学习的）v针对内容的教学法知识（前概念、学习序列）地球与太阳系:内容：太阳系只是宇宙中很小很小的部分，太阳系中的星球按一定的规律运动，地球是太阳系中的一颗行星；地球自转并围绕太阳运动，因此形成了昼夜和季节。教学法：如何教（探究、社会建构），如何评测（形成性评测和总结性评测）具体内容的教学法：学生的前概念、科学概念的学习序列国国际际科科学学教教将科学带入学校：K-8年级科学学习和教学（Taking Science to School:Learning and Teaching Science in Grades K-8）科学内容和科学过

2、程：科学内容被视作为科学成果的积累即期望学生学到的观察结果、事实以及理论知识。科学过程被视作期望学生掌握的科学技能，如设计实验、测量或汇报结果。基于对科学的双重理解，即一方面将科学看作是一种知识体系，另一方面将科学理解为以实证为基础，对已有知识不断扩展、完善、修正和建构模型的过程。在科学领域，科学内容与科学过程之间在科学领域，科学内容与科学过程之间是是密切相关密切相关、不可分割的不可分割的。学学生生掌掌握握科科方面一：方面一：知道、使用和诠释自然世界的科学解释 需要了解、使用并且诠释对自然世界的科学解释，理解核心科理解核心科学概念学概念及其及其之间的联系之间的联系，去建立和评论科学论断。更注重

3、概念和概念之间的相互联系更注重概念和概念之间的相互联系，而不是那些互不相关的事实和知识片断，还包括了运用知识的能力运用知识的能力。方面二：方面二：产生和评估科学证据和解释 建立和完善模型和解释，设计和分析科学研究，用证据建立和捍卫论断时所需的知识和技能。掌握在构建和评价知识论断时所需运用的概念、数学、物理和计算工具。很大范围的涉及设计和实施科学研究的实践活动设计和实施科学研究的实践活动。包括提问、决定测量什么、设计测量方法、从测量中收集数据、整理数据、解释和评估数据、使用结果来发展和完善论断、模型和理论。科科学学学学习习方面三：方面三：理解科学知识的本质和发展 了解科学知识可以随着新证据的出现

4、而得以修正科学知识可以随着新证据的出现而得以修正。关注科学知识是如何建构的，证据和基于证据的论断是如何产生的 学生反思他们知识状态的能力。（元认知的发展）方面四：方面四：富有成效地参与科学实践和讨论 需要灵活参与课堂中的科学团体，并掌握表述观点、使用掌握表述观点、使用科学工具和与同伴交流科学问题的有效方式科学工具和与同伴交流科学问题的有效方式。学习科学的动机和态度，为让学生积极和富有成效的参与科学课堂提供了基础。科科学学教教育育的的小小学学科科学学学生学习科学应以活动的方式进行，一种包括了学生学生学习科学应以活动的方式进行，一种包括了学生本人参与的实践活动。本人参与的实践活动。“科学科学”具有

5、多方面的内涵，即包含了有关世界的知具有多方面的内涵，即包含了有关世界的知识，也包含了知识和理论赖以发展和改变的过程，这识，也包含了知识和理论赖以发展和改变的过程，这个过程包括观察、提问、调研和对实证进行推理。个过程包括观察、提问、调研和对实证进行推理。并不主张在早期教育中引入和要求理解所有的概念。并不主张在早期教育中引入和要求理解所有的概念。小小学学科科学学“面向全体学生的科学教育面向全体学生的科学教育”意味着这种教育对意味着这种教育对所有的学习者都是重要的。科学教育为个人和社所有的学习者都是重要的。科学教育为个人和社会提供服务。会提供服务。科学教育帮助学生发展理解能力、推理能力和科科学教育帮

6、助学生发展理解能力、推理能力和科学态度，以及引导学生拥有一个身心健康和有价学态度，以及引导学生拥有一个身心健康和有价值的人生。值的人生。学习科学的方法有利于理解力的提高，就能帮助学习科学的方法有利于理解力的提高，就能帮助学生发展学习的能力。学生发展学习的能力。小小学学科科学学小小学学科科学学系系或或特特性性进进行行解解释释后后的的抽抽象象v日日常常概概念念不不需需要要基基于于实实证证的的某某种种想想法法v大大概概念念（b bi ig g i id de ea as s）可可以以适适用用于于一一定定范范围围中中物物体体和和现现象象的的概概念念v小小概概念念（s sm ma al ll l i i

7、d de ea as s）只只运运用用于于特特定定观观察察和和实实验验的的概概念念v知知识、识、能能力、力、态态度度各各方方面面的的大大概概念念v这这些些多多方方面面的的目目标标并并不不是是相相互互孤孤立立的。的。在在学学习习过过程程中中它它们们之之间间的的相相互互促促进进是是很很重重要要的，的，真真正正的的理理解解需需要要依依靠靠能能力。力。小小学学科科学学通过在日常生活中的活动、观察和思索，儿童在通过在日常生活中的活动、观察和思索，儿童在进入学校时已经形成了有关世界的一些概念，这进入学校时已经形成了有关世界的一些概念，这就是科学教育要达到的知识理解、能力和态度方就是科学教育要达到的知识理解

8、、能力和态度方面目标的起点。面目标的起点。为了促进学生逐步发展到最终的目标，了解进程为了促进学生逐步发展到最终的目标，了解进程的方向和特性是很重要的。的方向和特性是很重要的。小小学学科科学学小小学学科科学学关键是要能保证从学习特定的课题出发建立的小关键是要能保证从学习特定的课题出发建立的小概念能逐步发展成较大的概念。概念能逐步发展成较大的概念。一种解决的方法是分析建立每个大概念需要的前一种解决的方法是分析建立每个大概念需要的前提，以得到一系列的训练。提，以得到一系列的训练。教和学得项目应该具有足够的灵活性，考虑到学教和学得项目应该具有足够的灵活性，考虑到学生经验和特点的学习背景，促进学生产生兴

9、趣和生经验和特点的学习背景，促进学生产生兴趣和提出问题。提出问题。小小学学科科学学科学并不是静止的，理论是与支持它的实证有关科学并不是静止的，理论是与支持它的实证有关的，因而到新的证据出现时，理论可以改变。的，因而到新的证据出现时，理论可以改变。反复得到实证支持的概念被接受为反复得到实证支持的概念被接受为“事实事实”，但，但是它们要得到稳固的确立还需要广泛的实证支持。是它们要得到稳固的确立还需要广泛的实证支持。不把科学视为一组机械的程序和已经确立起来的不把科学视为一组机械的程序和已经确立起来的“正确的答案正确的答案”，而把科学看做是对世界理解的，而把科学看做是对世界理解的创新，更能吸引和激励学

10、习者。创新，更能吸引和激励学习者。能力的培养必须与某个具体的问题相联系，必须有对能力的培养必须与某个具体的问题相联系，必须有对“实际对象实际对象”的观察和数据。的观察和数据。如果如果“实际对象实际对象”与理解物质世界及生命世界无关，与理解物质世界及生命世界无关，所发展的能力知识一般泛指的能力，而不是特指的科所发展的能力知识一般泛指的能力，而不是特指的科学能力。学能力。大概念必然更适于较年长的中学生来掌握，但是教师大概念必然更适于较年长的中学生来掌握，但是教师的思维里应该清楚地意识到如何沿着一定的思路来组的思维里应该清楚地意识到如何沿着一定的思路来组织活动，最终能聚焦到一起。织活动，最终能聚焦到

11、一起。要使教师认识到帮助学生从早期经验开始获得较小的要使教师认识到帮助学生从早期经验开始获得较小的概念再逐步进展到大概念的重要性。概念再逐步进展到大概念的重要性。需要的教学方法应该是能够让学生自己建构对概念的需要的教学方法应该是能够让学生自己建构对概念的理解，包括基于可能的想法提出预测，用不同的方法理解，包括基于可能的想法提出预测，用不同的方法收集数据、解释数据，对比他们的预测来评价得到的收集数据、解释数据，对比他们的预测来评价得到的结果，以及讨论这些概念如何运用。结果，以及讨论这些概念如何运用。关键之处不在于实际的操作，而在于动脑，学生需要关键之处不在于实际的操作，而在于动脑，学生需要带着思

12、考获取和使用实证，以及相互之间对证据进行带着思考获取和使用实证，以及相互之间对证据进行讨论。讨论。对教师的教育课程应该认识到教师作为学习者时也需对教师的教育课程应该认识到教师作为学习者时也需要有适合他们水平的科学活动和科学辩论的经验。要有适合他们水平的科学活动和科学辩论的经验。有助于学习的评测应该是在学习过程中进行的，而不有助于学习的评测应该是在学习过程中进行的，而不是在学习之后发生的某种事情，所以应该嵌入到教学是在学习之后发生的某种事情，所以应该嵌入到教学项目和教学指导中。项目和教学指导中。小小学学科科学学如果能够安排一些活动，使教师以不同方式分享彼此如果能够安排一些活动，使教师以不同方式分

13、享彼此的专长，咨询科学家，从当地工业界得到有关科学应的专长，咨询科学家，从当地工业界得到有关科学应用的知识，或者参与社区中与科学有关的活动，所有用的知识，或者参与社区中与科学有关的活动，所有的教师将能从中受益。的教师将能从中受益。学学习习科科学学对对学学习习给给教教育育什什么么启启示示?学?基于探究的学习方法v如何有效的学习?探究、神经发展科学和社会建构主义、形成性评测v遵循学生脑的发展规律v采用个体化的形成性评测和干预围围绕绕一一个个核核心心概概-A Framework for K-12 Science Education-Practices,Crosscutting Concepts,an

14、d Core Ideas核心概念是经过充分实证检验的学科中最基本最主要的一些科学概念1对于多个科学或工程学科来说都是非常重要的或者是某一学科的关键组成成分；2为理解和研究更为复杂的概念和解决问题提供重要工具；3结合学生的兴趣和生活经验，或者结合需要利用科学或技术知识来理解的社会或个人关注的内容；4在深度和复杂度水平日趋增长的各个年级都能够开展的教和学的内容。就是说，这些概念对于年幼的学生来说也可以学习，但在广度上也足够在各个年级不断进行探究。科科学学构成的2.物体可以对一定距离以外的其他物体产生作用3.改变一个物体的运动状态需要净力作用于其上4.当事物发生变化或被改变时，会发生能量的转化，但是

15、在宇宙中能量的总量总是不变的物质科学领域科科学学地球与空间科学领域科科学学生命科学领域关关于于科科学学1.科学认为每一种现象都具有一个或多个原因。2.科学上给出的解释、理论和模型都是在特定的时期内与事实最为吻合的。3.科学发现的知识可以用于开发技术和产品，为人类服务。4.科学的应用经常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。新新的的美美国国K-1框架制定的几个指导性原则：儿童是天生的研究者；关注核心概念和实践；学生对科学的理解随时间而加深；科学和工程既需要知识，也需要实践；科学教育与学生兴趣和经验的结合；提升教育公平性。-A Framework for K-12 Science Education

16、-Practices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas框框架架的的具体内容分为三个维度：科学与工程的实践（从事科学探究和工程设计的实践）；跨领域的概念（在科学与工程领域中通用的、统一的跨领域的概念）；科学学科内的核心概念（物质科学、生命科学、地球与空间科学，以及工程、技术和科学的应用）。跨跨领领域域贯穿科学与工程学科的7个跨领域的概念，可以帮助学生将很多学科知识与一个统一的、科学的世界联系起来。学生通过对各个领域内的核心概念的反复学习，来加深对这些跨领域的概念的理解。物物质质科科学学定：力和相互作用v能量v波以及它在信息转换中的技术应用核核心心概概念念核

17、核心心概概念念主主要要核核心心概概念念主主要要主题词描述性的语句生生命命科科学学动v生态系统：相互作用、能量和动态发展v遗传：性状的遗传与变异v生物进化：统一性和多样性核核心心概概念念核核心心概概念念地地球球与与空空间间球和人类活动核核心心概概念念工工程程、技技术术心v工程、技术、科学和社会的关系核核心心概概念念为为什什么么需需为为什什么么需需力力和和教教学学时时间间的的要要求求都都是是很很高高的的。基基于于探探究究的的教教学学会会大大大大增增加加理理解解的的深深度度，但但是是需需要要花花费费更更多多的的时时间间，内内容容的的广广度度必必须须要要减减少少。因因此此，在在推推进进基基于于探探究究

18、的的科科学学教教育育的的同同时时，必必然然需需要要选选定定一一些些大大概概念念。种种方方式式里，里，学学习习就就像像训训练练马马拉拉松松赛赛跑。跑。跑跑完完全全程程的的能能力力是是逐逐渐渐建建立立的，的，先先能能跑跑一一小小段段距距离，离，然然后后逐逐渐渐能能跑跑更更长长的的距距离。离。这这种种“螺螺旋旋式式的的课课程程”比比较较类类似似这这种种情情况。况。某某个个领领域域的的一一些些概概念念在在一一段段时时间间以以后后再再重重复复学学习，习，希希望望每每一一次次的的回回顾顾都都能能更更为为深深入。入。理理想想的的情情况况是是能能过过给给予予以以前前已已经经达达到到的的情情况况来来决决定定每每

19、一一次次训训练练能能前前进进多多远远（即即与与概概念念进进展展有有关关的的课课题题选选择）择）。主主动动的的学学习习要要和和教教师师有有准准备备地地指指导导相相结结合，合，和和学学习习者者之之间间的的共共同同学学习习活活动动结结合合v学学习习者者需需要要在在持持续续地、地、有有支支持持和和引引导导的的环环境境下下学学习，习，以以逐逐渐渐掌掌握握一一些些重重要要的的知知识识和和模模型，型，培培养养学学习习的的能能力力使学生愉快和充满好奇，但同时也能发展他们对概念的理解使学生愉快和充满好奇，但同时也能发展他们对概念的理解与儿童的生活和健康有关与儿童的生活和健康有关也有助于发展对科学本身的理解、探究

20、技能、以及收发寻求与重视实证也有助于发展对科学本身的理解、探究技能、以及收发寻求与重视实证的意愿的意愿建立在已有的概念、技能和意愿之上，并能促进它们的进一步发展建立在已有的概念、技能和意愿之上，并能促进它们的进一步发展能使学生获得的科学活动的经验符合当前科学的发展能使学生获得的科学活动的经验符合当前科学的发展通过形成性评测提高学生的理解力和对自己学习的责任感通过形成性评测提高学生的理解力和对自己学习的责任感活动应该以以大大概概念念的的研研究究某某些些物物体体、过过程程或或现现象象。这这些些课课题题应应该该是是经经过过挑挑选选的的，以以便便教教师师能能清清楚楚地地看看出出这这些些课课题题与与一一

21、个个或或多多个个大大概概念念之之间间的的关关系系，它它们们能能够够促促进进学学生生在在大大概概念念发发展展过过程程中中某某个个阶阶段段上上的的理理解解。v能能否否真真正正起起作作用用还还取取决决于于教教师师能能否否帮帮助助学学生生建建立立概概念念之之间间的的联联系系，并并基基于于这这些些联联系系生生成成更更大大、更更抽抽象象的的概概念念。使使概概念念向向更更抽抽象象的的方方向向发发展展，是是科科学学教教学学中中主主要要的的困困难难之之一一。以以大大概概念念的的原原有有经经验验、新新概概念念和和原原有有概概念念之之间间的的联联系系。v同同时时还还应应该该发发展展有有关关科科学学的的概概念念，关关

22、键键是是需需要要有有意意识识地地认认识识到到实实证证对对于于支支持持学学生生发发展展科科学学概概念念的的重重要要性性，引引导导学学生生认认识识到到大大概概念念的的实实证证基基础础。儿儿童童的的确概念，模糊概念到清晰概念。v要打破学生的错误概念，教师必须首先确认有哪些错误概念，并为学生提供讨论的机会去面对它们，然后再帮助学生在科学模型的基础上重建和内化他们的认知。概念转变教学的神经基础概念转变教学的神经基础帮帮助助学学生生认认识识到到自自的的信信息息综综合合在在一一起起以以促促进进学学习习的的，并并鼓鼓励励学学生生表表达达观观点点、个个人人反反思思、对对自自我我认认知知的的评评价价和和接接受受不

23、不同同观观点点。v了了解解学学生生如如何何处处理理信信息息是是非非常常重重要要的的。科科学学与与八八种种基基Asking Que学生在任何一个年级都可能提出与课本、观察现象、根据数据得出的结论和模型等提出问题，但随着年级的增加，学生提出的问题会越来越切题、聚焦和熟练。要想学生得到这样的发展，就比较提供一个尊重问题、能体现好问题价值的课堂环境和氛围。Developing and Us和和使使用用模模型型Developing and Us和和使使用用模模型型Planning and Carrying Out ns设设计计和和实实施施调调查查研研究究，应该为学生提供机会进行细致的、系统的调查，根据先

24、前的经验发展他们的观察和测量的能力，使用合适的工具和仪器来收集数据的能力v在K-12各年级中，应该给学生提供机会去计划和执行不同类型的调查v应该要求年龄较大的学生提出可以验证的假设，解释他们的推论和为他们的选择辩护。对于高中生来讲，任何假设都应该基于一个成熟的模型或理论。Planning and Carrying Out ns设设计计和和实实施施调调查查研研究究Analyzing and Inter分分析析和和解解释释数数据据Analyzing and Inter析析和和解解释释数数据据Using Mathematics,Information and Computer Technolonal

25、 Thinking利利用用数数学学、信信息息与与计计算算机机技技术术和和计计算算思思维维能能力力Constructing Explanation and Dtions建建构构解解释释，设设计计解解决决方方案案Constructing Explanation and Dtions建建构构解解释释，设设计计解解决决方方案案Engaging in Argument f与与基基于于证证据据的的辩辩论论的解释以及收集的数据形成一个论点开始，从为自己的观点寻找证据开始v随着他们建构科学的论点能力的提高，学生可以形成更广泛的理由或证据，这样他们的论据就会变得更加复杂v学生应该从自己的发现和他人的发现中提出问

26、题来开始学习批判。之后，应该希望他们认识到数据或论点的不足，以及解释他们为自己评论辩解的原因。当他们变得更加擅长辩论和批判时，应该给他们介绍辩论时所需的语言Engaging in Argument f与与基基于于证证据据的的辩辩论论Obtaining,Evaluating,and Commuormation获获取取、评评价价和和交交流流信信息息Obtaining,Evaluating,and Commuormation获获取取、评评价价和和交交流流信信息息Reflectingon th践践的的反反思思论，会促进和鼓励学生将自己所学知识的情况和对科学工作的理解反映出来。当他们参与科学实践或理解自

27、然的基础时，他们对实践在科学事业的贡献的复杂理解，会一直贯穿在各个年级中。ry-based teaching）v基基于于神神经经发发展展科科学学(Neurodevelopment Science)和和社社会会建建构构主主义义v形形成成性性评评测测（Formative assessment）的的运运用用探探学生是通过他们亲自参加探查来发展自亲自参加探查来发展自己的理解己的理解，他们收集和运用数据来检验收集和运用数据来检验想法想法，并找到能最好解释他们所发现的现象的概念。数据可以是来自直接动手操作材料，观察现象，也可以是运用第二手的资源，包括书籍、互联网和向别人询问。在解释数据以提供实证来检测想法

28、时，应包含学生之间、学生与教师学生之间、学生与教师之间的辩论，以及查证专家的意见之间的辩论，以及查证专家的意见。建建构构有意识地发掘学生与所研究的现象发掘学生与所研究的现象和和事件有关事件有关的的、已有的概念、技能和态度已有的概念、技能和态度，运用这些信息来帮助进行进一步学习。学生是发展和改变他们概念的参与者，帮助学生获得不同的想法比帮助学生获得不同的想法比他们自发去解释周围的世界更为有效他们自发去解释周围的世界更为有效。获得不同想法的最好来源是对其他不同的想法进行讨对其他不同的想法进行讨论论，而不是期待学生个别的去独自发展他们的概念（个体的建构）。鼓励讨论和辩论，以社鼓励讨论和辩论，以社会交

29、往的形式来发展概念将更富有成效会交往的形式来发展概念将更富有成效。对想法的交流和辩论过程将有助于学生在重构他们自己的概念时考虑到其他人的意见。形形成成是一个周期性连续的过程，它不断将有关学不断将有关学生想法和技能的信息即时地提供给教学过程，生想法和技能的信息即时地提供给教学过程，并促进学生主动参与学习并促进学生主动参与学习。它涉及在学习过程中收集有关学习情况的实证，根据对课程设置目标进展的要求来解读这些实证，确定确定适当的下一步的步骤适当的下一步的步骤，以及做出如何实现它的策略。向教师和学生提供反馈信息，可以在教学和学习过程中保证学习进展是伴随着理解而进行的。能使学生获得他们自己学习使学生获得

30、他们自己学习的主动权的主动权也是很关键的。是是科学教育中的探究式学习归纳式的教学方式以学生为中心科学知识发现的过程提出和聚焦问题预测设计研究方案收集和获取证据收集和获取证据从实证中得出结论从实证中得出结论交流讨论和结论有效的学习培养综合心智培养社会情绪能力科学家真正的工作方式和内容分离的过程自我学习过程无引导过程有利于有利于不是不是模拟模拟基本要素基本要素运用探究方法认识自然时发，对自然界中的物体和现象提出问题v根据已有经验和知识，借助查阅资料、咨询他人和讨论等手段获取信息，聚焦和确定可研究的问题需要经过尝试和的研究问题提出预测v能设计合适的观察研究方案v能设计规范的基于变量和模型的实验方案科

31、学探究过程中需验和收集数据时能和其他人进行集体合作科学探究过程中能够对所获，论证信息的可靠性v能运用包括表格、图表在内的不同方式呈现数据v能将所获得的实证与之前的预测相比较，并在实证和已有的理论或模型之间建立某些联系v能从这种联系中做出判断，得出结论通过表达与交流公开和讨、自己的研究过程与结果v能够接受他人对研究过程和结果的检验和质疑，在交流中吸收他人合理的意见和建议，反思和改进自己的研究方案v从探究活动的过程和结果出发，提出新的适合探究的问题不同层次的探究不同层次的探究不不同同层层同的层次，分别是验证性探究、结构化探究、引导性探究和开放式探究。v学生需要掌握的科学方法技能包括：提出问题、制定

32、研究计划、使用工具和收集数据的方法、形成基于实证的结论（NRC1996）。每个更高一级的探究层次都要求学生更多地提高和掌握这些技能。v（Kimberly Lott，2011）从从结结构构化化探探究究引引导导使学生愉快和充满好奇，但同时也能发展他们对概念的理解使学生愉快和充满好奇，但同时也能发展他们对概念的理解与儿童的生活和健康有关与儿童的生活和健康有关也有助于发展对科学本身的理解、探究技能、以及收发寻求与重视实证也有助于发展对科学本身的理解、探究技能、以及收发寻求与重视实证的意愿的意愿建立在已有的概念、技能和意愿之上，并能促进它们的进一步发展建立在已有的概念、技能和意愿之上，并能促进它们的进一

33、步发展能使学生获得的科学活动的经验符合当前科学的发展能使学生获得的科学活动的经验符合当前科学的发展通过形成性评测提高学生的理解力和对自己学习的责任感通过形成性评测提高学生的理解力和对自己学习的责任感活动应该科科学学课课程程有有效效这三个方面部分重叠，相互促进，对学生这三个方面部分重叠，相互促进，对学生的学习能作出不同的贡献的学习能作出不同的贡献如如何何在在教教学学中中教教学学列的目标与某个大概念的发展之间的关系v弄清通过本节课的探究学生可以建立的小概念的内涵和表述v分析教材中探究活动的设计是否能帮助学生理解相应的科学概念教教学学分析教材和分析学生应交错进行，分析教材和分析学生应交错进行，相互融

34、合相互融合教教学学教教学学以以大大概概念念的的些物体、过程或现象。这些课题应该是经过挑选的，以便教师能清楚地看出这些课题与一个或多个大概念之间的关系，它们能够促进学生在大概念发展过程中某个阶段上的理解。v能否真正起作用还取决于教师能否帮助学生建立概念之间的联系，并基于这些联系生成更大、更抽象的概念。使概念向更抽象的方向发展，是科学教学中主要的困难之一。以以大大概概念念的的新概念和原有概念之间的联系。v同时还应该发展有关科学的概念，关键是需要有意识地认识到实证对于支持学生发展科学概念的重要性，引导学生认识到大概念的实证基础。以以大大概概念念的的Working With Big Ideas in Mind围围绕绕大大概概念念组组德育为先，能力为重，德育为先，能力为重，促进学生的全面发展促进学生的全面发展