[优化科学实验教学设计促进学生深层式学习]
时间：2019-05-22 03:25:11 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
1 问题的提出 在各种教育研究中，我们一直在寻找提高教学效率的有效方法，然而，尽管课程内容不断变化，教学形式不断转变，学生的学习兴趣却始终无法被真正调动起来究其原因，是认知参与的几个环节得不到落实；深层次的情感体验得不到调动，澳大利亚著名学者比格斯通过科学实验，提出了3P(Presage，Process&Product)模型，这一模型告诉我们，教学是学生本身的特点和教学环境的特点发生交互作用的过程，学生参与课堂教学的学习方式影响着学习结果，单纯的行为参与方式并不能促进学生深层次思维能力的发展，只有以积极的情感体验和深层次的认知参与为核心的学习方式，才能促进学生包括高层次思维的全面素质的提高，那么，怎样才能最大程度地让学生在学习过程中情感得到愉悦，主动地参与深层次的认知学习方式中去呢?本文笔者试着从比格斯的3P理论为基础，在科学实验教学的过程中从环境上强调营造愉悦的气氛，给学生以积极的情感体验；从知识的认知过程中强调教学的直观性、体验性和情景性，以促进学生科学知识的构建，从而激发学习科学的兴趣和动机，促进学生深层式学习。
2 比格斯的深层式学习理论
杜威在“教育无目的”的理论中强调，教育要使学生成为教学的积极参与者，而不是漠不关心的“旁观者”，其实质是强调教育要激发学生的学习动机，因为动机能激发新的学习需求，这样的学习动机正是教育所期待的，也就是教育所应得的“报酬”，比格斯对上述理论作出相关的研究发现，学生的学习方式与学习动机、学习策略紧密相关，进一步研究后，提出了深层式学习方式，即这种学习是基于内部动机的，其动机指向最大限度地满足学习者的好奇心与探究兴趣，深层式学习往往包含或者导致复杂的、情意的满足，而这样的满足也是非常重要的学习结果。
这种源于自身需求的学生方式正是我们所期待的，教育教学的任务就是要将原本基于外部动机的浅层式学习方式引导到深层式的学习方式上来，为达到深层式学习的目标，教学设计也要改变传统的“教授——接受”模式，真正让学生参与到课堂教学中去。
3 深层式教学在科学课上的实施策略
深层式学习的最大动力来自学生自身的积极的情感体验，最大限度的满足学习者的好奇心与探索科学的强烈愿望，新课程理念中强调《科学》教学过程是一个以“感性”认知为基础的建构过程，科学探究活动强调学生的直接体验，本人之所以选择实验教学为突破口，原因由以下几点：首先，是由学科特点决定的，科学学科是一门实验科学，观察和实验是学习科学的基本方法；第二，它是新课程所倡导的一种教学方法：“要积极引导学生从事实验活动和实践活动，培养学生乐于动手，勤于实践的意识和习惯，切实提高学生的动手能力和实践能力，”；第三，实验教学遵循理论与实践相结合教学原则；第四，实验教学符合由感性认识到理性认识的认知规律，同时，实验教学还与初中生的年龄特征、思维方式相符合，初中生还是以具体的形象思维方式为主，抽象思维能力还不十分突出，理解能力、想象能力普遍不高，需要具体、直观的感性经验的支挣它最能激发学生的兴趣和创造力，事实上，各种实验对学生具有无穷的魅力，凡是上课时有实验，学生总是十分兴奋，思维活跃，注意力高度集中，所以，实验教学不仅是学习科学知识的最基本的方法，最能体现教学的直观性和体验性，而且还能激发学生的兴趣和学习动力，是促进学生深层式学习、表达学习价值观的有效方法。
3.1以“问题式”教学法激发探究欲望
国际科学教育领域有观点认为：创设学生认为值得思考的“问题”情景是最符合建构主义认知过程和科学推理特征的教学策略，课堂教学中可以通过学生学习、生活的经历作为典型事例，制造认知冲突，提出解决问题的需要，从而激发学生对探究新知识的欲望，而后通过学习重建自己的认知结构，
教学实例1
在探究大气压的存在时，我设计了如下两个问题情景。
师：我们平常利用吸管吸饮料时，饮料为什么能进入你的嘴里?
生：当然是被嘴吸进去的哕!
师：那好，我这里有一个已消毒过的锥形瓶，里面已倒人大半的可乐饮料，说着，我把一根玻璃导管插入橡皮塞，把这个橡皮塞塞紧瓶口，并使玻璃管伸入液面中，然后，我提高嗓子问：谁想喝可乐?
学生们跃跃欲试，开心极了，但又不好意思上来，这时我让一个大个子学生上来吸，同学们惊奇地发现，这个学生费了好大的劲，脸颊都涨红了，可饮料还是吸不上来，学生很想知道其中的奥妙，但此时，我特意不解释其中的道理，接着我继续演示小试管在大试管中上升的实验。
我将大试管装满水，将小试管放进大试管内，让三分之一的小试管露出外面，然后迅速倒置过来(图1)。
师：小试管会掉下来吗?
生：大多数大声回答“会”，有几个不敢肯定，但又不知道将会发生怎样?
我把拿住小试管的手移开，水从大小试管的间隙流出，小试管却徐徐上升，此时此刻，学生的好奇心和和探究欲被充分调动起来，新观察到的现象与脑子里固有认知结构产生了冲突，“要我学”完全变成了“我要学”。
师：同学们想知道其中的奥秘吗?那我们就得来探究一下大气压……
3.2以“行为实践”强化科学概念
著名教育家马芯兰老师曾经说过：“儿童的智慧，在他的指尖上”，现代教学论认为，要让学生动手做科学，而不是用耳朵听科学，广泛的研究表明动手实践最易激发中小学生的思维能力与想象能力，通过手脑协调的直接体验可以促进由感性认识到理性认识的第一次“飞跃”，新课程的理念是，科学知识应由学生本人在科学中去发现或创造出来的，而不是由教师“灌输”给学生因此，从“做中学”是激发学生深层式学习方式有效手段。
教学实例2 在学习种子的萌发所需的条件时，前一个星期我就先发给每个学生二十粒向日葵种子，让他们分别放在干燥的沙子里、潮湿的沙子里、潮湿的沙子里并放入冰箱中、水中，(农村初中的孩子沙子容易找到，且沙子疏松里面空气多，种子萌发容易)，等到上课这一天，学生拿着自己的实验成果，看着通过自己精心培育后萌发的幼苗，心情非常激动，由于学生经过亲身体验，再让学生分析种子萌发的条件时，个个学生谈起来都是头头是道，知识掌握得非常牢固。(图2)
在教学过程中，教师尽可能的刺激学生的耳、眼、触角等感觉器官，强化科学教学的直观性与体验性，如：在学习力的作用是相互的、惯性知识、压强与压力大小和受力面积大小的关系、滑动摩擦与滚动摩擦的比较、气体流速与压强的关系、光的折射等，学生都可通过自己的手、笔、纸、杯子、桌面、铅笔盒、水等身边的物品完成一系列的实验，教师还可让每个同学参与密度计、潜望镜、化学指示剂等一系列的小制作，经过学生亲身的体验，可强化感性认识的过程，提高学生的动手能力，加深对科学概念或规律的理解，同时可以减少一部分同学对学习科学的恐惧 感，使学生感觉到原来学习科学就在我们的举手投足之中。
3.3以“认知纠正”建构新知识体系
认知结构中的科学“前概念”，源于学生长期、大量对日常生活中科学现象的观察和感知，最终自发建构于认知结构中，由于学生的心智水平不高，认知结构不完善，学生从自己的角度出发，通过感觉、知觉、表象等直观、表象去感受科学现象，较少对科学现象的本质进行抽象与概括，极易产生一整套非科学概念围绕“前概念”建立起来的一种特有的错误思维，称为“相异构想”。
认知中的相异构想，在学生中具有广泛性和普遍性，如：“力是维持运动的原因”这一相异构想，从两千多年前的亚里土多德到现代的学生，几乎人人发生。
由于相异构想是学生认知结构中已形成的模式或是自己长期生活中“切身体验”到的东西，也是学生最初认识自然界所凭借的工具，很容易形成思维定势，会成为进一步学习科学知识时顽固障碍，如：马拉车前进问题中，要纠正学生的相异构想——“马拉车的力大于车拉马的力”是十分困难的，虽然学习牛顿第三定律后，这个观点有所改变，但过一段时间，又可能重新恢复，相异构想还会影响学生对科学新知识的同化和顺应，甚至歪曲新知识的意义，阻碍新知识的学习和正确概念的形成，这是不少学生感到科学难学的原因之一，而科学实验恰好是纠正“前概念”，让学生的概念“清”起来的最佳方法，如：伽利略的两个铁球同是落地实验有力地纠正亚里士多德的错误观点。
教学实例3 学生一直认为，两个队拔河，赢的原因是这一边的人的力气大，在探究影响滑动摩擦力大小因素的实验中，我叫一名体格强壮的男同学和一名瘦弱的女同学在讲台前进行拔河比赛，
师：我们要求这两位学生尽自己的水平发挥，你们猜谁会赢?
生：当然是男生赢!
师：那还说不定!
接着我让这位男生穿上旱冰鞋，说：“准备好了吗?现在开始!”一会儿工夫，女生以大赢而告终，从而既讲清了影响滑动摩擦力大小因素，又纠正了学生认知结构中的相异构想。
教学实例4 在学习串联电路中电流的特点以后，下课的时候，有两位同学跑到办公室，带着疑惑的神情问我：“老师，串联电路中的电流怎么会处处相等”?
此时我不急于回答他们，反问：
师：那按你们自己的理解应该是怎样的?
生：应该是逐渐减少的!
师：为什么?
生：你上课说过，电流可比作水流，我们学校食堂里的洗手槽里有许多水龙头，我们把水龙头比作是用电器，它们排在一起可看作是串联，在打开所有的水龙头时我们发现，后面的几个水龙头流出来的水要比前面的几个要少，所以我们认为在串联电路中，随着用电器的工作，电流从正极出发，流进负极时，电流应该逐渐减少。
师：不好这样去理解电流，因为水在使用过程中，随着水的消耗，水压在发生改变，而用电器在使用过程中，消耗的是电能而不是电流，电流只是起传递电能的作用，好比图3，水轮机带动发电机发电过程中，流入水轮机的水与流出的水轮机的水是相等的，减小的是水的势能，但水的流量并没有减少，
学生这时已基本上搞清串联电路中电流的特点，为了进_步证实，我与这两个学生按照图4连接好电路图，把电流表分别放在A、B、C，测出这三处的电流值，用实验来纠正学生脑海中“前概念”，让学生心服口服。
3.4以“自主实验”培养创新品质
教学实践表明，“浓厚的兴趣能补智能的不足，持久的兴趣会导致发明创造”，即所谓的“实践出真知”，心理学家布鲁纳认为：“学习最好的动机是对所学的东西感兴趣”，用学生自己创造的实验来激发学生的兴趣，不仅尊重了学生的人格，活跃了学生的思维，而且是把学生的学习方式引导到深层式的学习方式上来的最佳方法，中学生正处于身心迅速发展的阶段，他们思维能力十分活跃，创造性强，学生在平时的生活或玩耍中，自发或不自发地构建许多知识、技能，一旦得到开发，就能强化知识点，并将知识进行创造性的发挥，
【背景】九年级科学在讲《物体的内能》时，课本中设计了一个演示实验用于说明“气体对外做功，内能减少”，实验用一了吸滤瓶，瓶内装入少量的水，并滴人几滴酒精；用气筒往瓶内打气，当塞子跳出时，瓶口出现浓雾以此达到实验目的，但我和其他科学老师做了这个实验多次，发现成功的几率较少，如果瓶塞没塞紧，它跳出来时瓶口雾气就较少或根本看不到现象；如果把瓶塞塞得太紧，并让别人帮忙把瓶塞压一会儿，又怕里面的气压太大，使瓶子炸裂，造成伤害，总之，教师都是怕做这个实验的，但又想不出好的方法来替代它，转眼到了上课时间，我只好又按课本中的办法给学生演示，等我在学生的帮助下，做了几次实验才勉强成功，准备向学生解释其中的能量变化的时候，只见一个男生举手并站起来说：“老师，这个实验我有更好的办法”，“好，那你就上来试试”，只见他手里拿了一个喝剩的纯净水瓶，里面只剩少量的水，走上讲台，先把瓶盖拧好，然后一只手握瓶身的上半部分，一只手握瓶身的下半部分，像拧衣服一样，将下半部分瓶身往一个方向拧，只见上半部分越来越鼓，拧到一定程度，他将瓶口对着天花板，上面的手用手指在瓶盖上顺着开瓶的方向用力快速地一刮，“砰”一声巨响，瓶盖冲出去了，瓶口迅速升起一股浓浓的白雾，效果非常明显(图5)，全班同学都为他的精彩表演不由自主地鼓起掌来，接下来，学生与老师一起来分析其中的能量转化时，全班同学的学习气氛特别轻松活跃，这位男同学也更加认真地参与。
3.5以“多媒体”手段丰富课堂体验元素
多媒体信息技术的最大优势就是能提供大量的图象、图形、动画、视频以及各种音频信息，为教学创设仿真的或虚拟真实的情境，在科学课堂上能迅速引起学生的高度注意力，有利于培养学生观察、思维、判断和推理的能力，使学生由被动学习者变成始终高度学习积极性的主动参与者，从而避免了抽象的解说和枯燥的练习，极大地提高了学生学习科学的兴趣。
例如：在七年级讲授“光的直线传播”这一节，在传统的教学中，教师一般先结合生活实例，单刀直入，急于把“光在同一种均匀物质中是沿直线传播的”的结论亮出，但我们现在可利用多媒体技术，先播放一段日全食的情景来引入新课，学生会被日全食美丽、壮观、奇妙的景象深深地吸引，教师适时提出问题：地球上为什么会出现这种现象?其中包含了什么科学道理?这样可启发学生的思维，再由教师结合其它生活中的例子得出光沿直线传播的结论，这会给学生产生难以忘怀的印象。
多媒体的另一种优势是可以模拟课堂中无法完成的科学实验，科学是一门研究物质运动和变化的学科，在某些方面，用传统的教学手段不易表现科学中的“动”和“变”的特点，在科学中有许多难以理解、抽象的概念，如力学中的运动路程，电磁学中的电流，磁场概念，光学中的折射及凸透镜成像规律等等，单凭语言或图像不易讲清楚；还有一些课堂上无法实现的实验现象，如天体的运动规律、原子核裂变的过程、胚胎的发育过程等，若教师只借助于语言、图片会在一定程度上影响到教学的效果，若采用多媒体技术来演示实验教学，就可以在屏幕上模拟整个运动或变化过程，就会使许多传统演示实验无法表现的现象更生动、更形象地实现，从而提高了教学效果。
苏霍姆林斯基说过：“如果教师不想方设法使学生进入情绪高昂的智力振奋状态，就急于传授知识，那么这种知识只能使人产生冷漠的态度，而不动感情的脑力劳动就会带来疲倦”，由此可见，学生能否进入主动的知识构建和状态，与学生的情绪能否进入高昂的智力振奋状态有密切的联系，我们科学教师课堂中的任务就是运用多种教学手段，优化科学实验教学设计，想方设法地努力为学生营造一种愉悦、和谐、轻松的学习环境，完善学生的学习方式，使学生主动地参与知识的构建状态，从而达到最佳的教学效果。
