邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:16.00

[NSTA专栏]结合五种科学实践和基于模型的探究学习增强对科学概念的理解

文_Danielle K. Ross Allison Davidson 翻译_李水奎

2022-12/总第321期

阅读数1

运用锚定现象可以帮助教师鼓励学生像科学家一样进行思考与实践。锚定现象是一种可观察的现象,它可以通过运用科学知识解释或者预测(NGSS Lead States,2013),能帮助学生根据科学事件产生的先后构建并形成自己的观点。参与科学观察能够激发学生的兴趣,正如像科学家在实际工作中一样,学生也可以把自己的生活经历和想法带到课堂中。运用锚定现象的最终目的在于让学生更好地理解科学概念。

本文基于对模型构建的探究,运用“5种科学实践”策略实施以目标为导向的讨论,从而促进学生对锚定现象的理解。本文的学习目标与绩效目标归纳在表1中。

锚定现象作为本单元的核心概念将在授课的第1天提出,之后将以“魔法蜡烛演示”进行展示。在这个化学演示中,教师向学生展示1支点燃的蜡烛和1个大的空锥形瓶,并告诉学生他们的任务是找出“机关”所在并对他们将要观察到的现象作出解释。在本节课之前,学生已经掌握了物理变化和化学变化之间的区别,以及化学反应所具有的现象。这项任务旨在将学生已经熟悉的化学变化和化学反应的知识进行整合,并以此推断出致使蜡烛熄灭的原因。在此次演示中,学生的角色是观察者而非操作者,他们需要坐在各自的座位上并与演示现场保持一定的安全距离。教师需佩戴安全护目镜、头发需向后束,演示区域要通风良好、灭火器触手可得,这些与安全相关的措施都必须做到位。教师仔细地量出100毫升醋和15克小苏打混合在烧瓶中。在教师的操作过程中,学生仔细观察并在自己的实验笔记本上记下所使用的材料、数量及观察结果。然后教师将烧瓶向蜡烛倾斜,如同将一些不可见的物质倾倒在蜡烛上,注意不要将瓶中液体倒出。不可见的物质将蜡烛熄灭了,教师请学生分享各自的观察结果。学生发现烧瓶中混合了2种物质后蜡烛熄灭了,他们的任务是找出蜡烛熄灭的原因。在接下来几天的课程中,学生将就“魔法蜡烛演示”的原因进行探究。

为培养学生对本单元锚定现象的理解,教师使用“5项科学实践”策略对锚定现象开展2次独立讨论。2次讨论的目标与科学教学的2个核心,即支持学生思维方式的持续转变和学生给出基于科学事实的诠释要素相一致。

这2项任务的重点是学生对最初模型的修订、最终模型的构建和对现象进行基于事实的解释。魔法蜡烛演示对于锚定现象模型的构建、修订或最终确定而言,是讨论5种科学实践的理想型任务。这5种科学实践有趣的地方在于,它要求学生一次性对多个科学概念进行深入的思考。这5种科学实践分别是:

(1)预测。需要对学生面对任务的反应进行预测。

(2)监测。有目的地记录学生在完成任务过程中的言行举止。

(3)选取。决定在班级讨论中哪些信息和学生的想法需要进行分享。

(4)排序。决定以什么样的顺序对所选模型或想法进行讨论,以便学生能够更好地理解科学概念。

(5)关联。通过让学生关注所选信息之间的内在关联,开展相对较为复杂的讨论,从而进一步帮助学生完善他们的想法(Cartier等,2013)。

在本单元开始前,教师需要准备一个标准的“魔法蜡烛演示”模型,并将此作为学生在开展最后讨论之前需要弄懂的标准模型(见图1)。教师准备的模型仅限于教师使用,学生禁止触碰。该模型作为评估学生模型的标准,将帮助教师思考如何完善学生的想法,并参照该标准对学生的最终模型进行评估。

学生在本单元中的首要任务是构建锚定现象的初始模型,即“魔法蜡烛演示”(学生创建的初始模型,见图2)。给学生20分钟时间用于纸上画图并对图填充颜色,不必对学生的绘图提具体的要求和原则。该门课的学生要熟悉基于模型的科学探究,并基本懂得模型是一种图形或视觉展现,用以表达他们对于现象的可见性和不可见性的理解。由于各小组学生的水平参差不齐,这就使得他们的见解各异,想法也极具挑战创新。5种科学实践的2次讨论是本文的核心,学生的最初模型将再次被重新审视。学生的最初模型已成为学生完善其想法的有效工具,这也使得学生可以在整个学习单元中对自己观点的改变进行评估和思考。


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