基于概念轉變的微課設計

劉靜松　徐泓

摘要：學生基于日常生活以及學習經驗形成的某些錯誤概念對化學學習具有一定影響，以“對滅火原理的正確認識”的微課設計為例，應用教育心理學知識，通過三個環節“洞察學生錯誤概念、引發認知沖突、解決認知沖突”實現概念轉變，在實踐中發現基于概念轉變的設計能有效促進學生的深度學習。

關鍵詞：錯誤概念；概念轉變；微課設計；燃燒和滅火

文章編號：1005-6629（2018）1-0035-05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

筆者對初中化學各主要知識點以及中考復習課進行了微課設計、制作與應用研究。在研究中發現：極少有學生能反復觀看同一節微課，同一節微課觀看次數極少超過3次。筆者以為，即使是情節吸引人、制作完美的電影大片，也難以讓人反復觀看。何況普通教師也很難設計出那些畫面精美、情節動人、類似電影大片的微課。鑒于此，筆者在微課設計中將重點放在針對學生在學習過程中遇到的問題、薄弱點、易錯點等，特別是針對學生在學習過程中普遍存在的錯誤概念上，結合教育心理學知識在微課中通過引發認知沖突、解決認知沖突實現概念的轉變。這樣，即使其情節、畫面不是特別精美，也會因為促進學生進行深度學習，提高學生成績。

學生并非空著腦袋進入教室，在日常生活和以往學習中，他們形成了大量的知識經驗。這其中很多理解是與當前科學理論對事物的理解相違背的，即錯誤概念，又稱為另類概念。而概念轉變就是認知沖突的引發和解決的過程，是個體原有的某種知識經驗由于受到與此不一致的新經驗影響而發生的重大改變。筆者以學生對燃燒和滅火的兩個典型錯誤概念，設計了一節基于概念轉變的微課，其設計過程如下。

1選題

筆者在教學中發現在解釋燒杯為什么能罩滅蠟燭時，學生受以往的知識經驗影響，普遍存在兩個錯誤概念：（1）由蠟燭燃燒消耗氧氣的知識經驗認為熄滅的原因是燒杯內的氧氣被耗盡，或者是氧氣濃度極低。（2）受學過的二氧化碳滅火知識的影響，認為是蠟燭燃燒導致燒杯內二氧化碳濃度增大，使得蠟燭熄滅。

筆者還針對本校（池州市重點中學）高一新生就這個問題設計一個多選判斷，一共收到有效答卷207份。調查結果如表1所示。

調查表明，即使是學生經過系統的學習，這些錯誤概念依舊存在于學生的腦海中。鑒于此，筆者選擇了這個課題制作了一節微課。

2微課設計

2.1微課片頭

解說詞：同學，你好，你一定知道什么是燃燒的條件了，我倆來看一個實驗吧。

設計意圖：微課的片頭一般包含微課的課題、作者等微課基本信息，不宜復雜，時間不能長。鑒于微課是師生之間個別交流，在微課設計中采用我和你的對話模式進行，拉近與學習者之間的距離。

2.2洞察學生錯誤概念

微課內容：播放燒杯罩滅蠟燭的實驗視頻，引出問題：蠟燭為什么會熄滅？使用對話的方式描述學生的錯誤概念。

解說詞：蠟燭為什么會熄滅？你是不是也這樣解釋：蠟燭燃燒消耗了燒杯中的大部分氧氣，導致燒杯內氧氣濃度非常低，使得蠟燭熄滅（即上文的解釋一）。又或者認為是蠟燭燃燒導致燒杯內二氧化碳濃度增大，導致蠟燭熄滅（即上文的解釋二）。真的是這樣嗎？今天我倆可以通過數字化實驗來檢驗這兩個解釋。

設計意圖：簡明扼要地展示學生的錯誤概念，引出微課的核心問題。

2.3引發認知沖突

2.3.1沖突一的形成

（1）微課內容：展示并介紹用數字化儀器測量密閉空間內蠟燭燃燒時氧氣濃度的測量裝置，如圖1。

解說詞：請看實驗裝置圖，這是氧氣傳感器、數據采集器、計算機及分析軟件，這里面放著小蠟燭，我用橡皮泥將塑料瓶的下端封閉。點燃蠟燭后，可直接測量蠟燭燃燒時氧氣的濃度變化。

（2）微課內容：呈現實驗過程中氧氣濃度的變化數據，如圖2。觀察并分析測量數據，形成認知沖突一。

解說詞：這是實驗測量的結果，橫坐標為時問，縱坐標為氧氣的濃度。從圖中可知：燃燒過程中氧氣的濃度下降，但燃燒結束后，瓶內氧氣最終濃度為17.2%左右，所以蠟燭熄滅后裝置內不僅有氧氣，還有很多氧氣：氧氣濃度不低，解釋一是錯誤的。

2.3.2沖突二的形成

（1）微課內容：展示用數字化儀器測量蠟燭燃燒過程中二氧化碳濃度變化的裝置。呈現實驗測得的二氧化碳濃度變化數據，如圖3。提出問題：數據是否說明二氧化碳濃度變大就是蠟燭熄滅的原因？

解說詞：下面用二氧化碳傳感器來測量蠟燭燃燒過程中二氧化碳的濃度變化。這是二氧化碳濃度傳感器，這是放置在橡皮泥上的蠟燭。這是實驗數據，橫坐標為時問，縱坐標為二氧化碳的濃度。由圖3可知：燃燒過程中二氧化碳的濃度不斷增加，最終二氧化碳的濃度達到3.34%左右。你覺得這能說明解釋二正確嗎？不，它只是表明燃燒過程中二氧化碳濃度增大，不能證明二氧化碳濃度變大就會導致蠟燭熄滅。我們需要更直接的證據。

（2）微課內容：結合表2中使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限數據，提出解決問題的實驗思路。

解說詞：在查閱資料中發現，當氧氣濃度為36%以上，帶火星的小木條即能復燃。如果真是二氧化碳起到滅火作用，那么即使集氣瓶內的氧氣濃度達到了36%，只要二氧化碳的濃度超過3.34%，那么此時集氣瓶內氣體應該不能使帶火星的木條復燃。或者當氧氣濃度小于36%，即使二氧化碳濃度小于3.34%時，帶火星的木條也不能復燃。

（3）微課內容：實驗探究濃度高的二氧化碳是否一定導致蠟燭熄滅，引發認知沖突二。

解說詞：我倆可以先設計這樣一個實驗：收集了一瓶二氧化碳濃度為20%、氧氣濃度為40%的混合氣體。觀察帶火星的木條能否復燃，如果真是二氧化碳起到了滅火作用，那么帶火星的木條一定不會復燃。來看老師做實驗時的視頻。endprint

實驗視頻的解說詞（學生對該實驗操作方案的理解有一定困難，在視頻播放的同時提供核心信息幫助理解）：首先測得集氣瓶的容積為280mL，向其中加入30%的水，即84mL水，倒置，將水面的位置作上標記。再向其中加入20%體積的水，即56mL，再倒置于水槽中。根據相關文獻，排水法收集的二氧化碳純度高。首先用排水法收集二氧化碳至標記處，即20%的二氧化碳。再用排水法收集氧氣，直至水被完全排出，即30%的純氧。取出集氣瓶，正放在桌面，此時瓶內二氧化碳的濃度為20%，氧氣的濃度為30%，加上空氣中的氧氣，即50%乘以21%，總計約40%。將帶火星的小木條插到集氣瓶中，木條復燃。

解說詞：為進一步檢驗，我還做了不同氧氣和二氧化碳濃度的幾組實驗，如氧氣濃度分別為32%、34%、36%……；二氧化碳濃度分別為2%、4%、6%……實驗結果都表明只要氧氣濃度達到一定數值，帶火星的木條都會復燃。顯然解釋二是錯誤的。二氧化碳濃度增大并不是蠟燭熄滅的原因。

設計意圖：教育心理學指出，引發認知沖突，讓學習者認識到與原有概念相對立的事實或觀點，這是轉變學生錯誤概念的基本途徑，呈現對立性事實的基本方法是實驗和觀察。本節微課中，設計了兩個認知沖突：一是通過傳感器測量蠟燭燃燒過程中氧氣濃度的變化，讓學生直接觀察到氧氣濃度數據，從而與已有的錯誤概念——氧氣被耗盡或氧氣濃度很低產生沖突。二是通過實驗：將一根帶火星的木條放進一瓶氧氣濃度為40%、二氧化碳濃度為20%的混合氣體中，觀察到帶火星的木條復燃，從而與學生已有的錯誤概念——二氧化碳濃度變大，燃燒就一定會熄滅產生沖突。

2.4解決認知沖突

至此，認知沖突已經形成，學生已經認識到其腦海中概念的錯誤并形成了新的認識：蠟燭熄滅后氧氣濃度降低，但氧氣濃度不一定很低，二氧化碳濃度增大不一定會導致蠟燭熄滅。但是，蠟燭熄滅的原因到底是什么？學生反而有些糊涂，這是因為這兩個新認識并沒有被“同化”到學生已有的知識體系中，仍然是兩個獨立的認識。也就是認知沖突沒有解決。

（1）微課內容：應用滅火的原理分析罩下來的燒杯起到什么作用？將沖突一“同化”到“降低氧氣濃度就是破壞燃燒需要氧氣這個條件”。

解說詞：這兩個解釋都錯了，那蠟燭熄滅的原因是什么？想想滅火的原理是怎么講的？對，滅火是燃燒的發生條件被破壞，倒扣的燒杯使得蠟燭熄滅，沒有破壞燃燒需要可燃物這個條件，也沒有破壞可燃物的溫度大于著火點這個條件，數據測量表明氧氣濃度不斷降低。顯然，被破壞的是燃燒需要氧氣這個條件。

（2）微課內容：觀看實驗視頻，向盛有碳酸鈉的燒杯中滴加鹽酸，發現燃燒的蠟燭熄滅。應用滅火的原理分析二氧化碳能滅火的原因。將沖突二“同化”到“可燃物與氧氣需要接觸這個燃燒的條件被破壞”。

解說詞：你有答案了嗎？在這個實驗中，反應產生二氧化碳沒有破壞燃燒需要可燃物這個條件，也沒有降低可燃物溫度使之低于可燃物著火點。所以，二氧化碳在此處只能是破壞可燃物需要與氧氣接觸這個條件。這是因為二氧化碳的密度大，它存在于蠟燭的周圍，阻礙了蠟燭與氧氣的接觸。

設計意圖：波斯納等指出概念轉變需要滿足四個條件：一對原有概念不滿，二是新概念的可理解性，三是新概念的合理性，四是新概念的有效性。微課通過創設的認知沖突使學生對這兩個錯誤概念產生了不滿，而燃燒和滅火的原理是學生已經學習過的知識，符合新概念的可理解性及合理性條件。在解決認知沖突的同時通過對兩個案例的分析教給學生應用滅火原理的方法，使學生看到這個知識具有很強的解決問題的價值，體現了新概念的有效性。最終促成概念的轉化。

3微課設計的幾點思考

3.1選題很關鍵

教育心理學家奧蘇貝爾認為：“影響學習最重要的因素就是學習者已經知道了什么，我們應當根據學生的知識狀況去進行教學。”針對學生的錯誤概念，設計幫助學生實現概念轉變的微課，也許更容易成為一節真正的好微課，促進學生的深度學習。不過這需要教師具有洞察力，能發現學生的錯誤概念。所以，選好題，更容易設計高質量微課。

3.2促進學生的深度學習才是微課的亮點

深度學習是基于原有知識能力之上的、以學習者主動參與為前提、重視知識結構的建立和認知策略的元認知過程，以知識遷移和認知策略遷移解決實際問題為最終目標。本微課立足于概念的轉變，通過真實的實驗視頻和圖片構建學生的認知沖突，通過數字化實驗裝備，簡化實驗設計，降低學生理解的難度，增加了學生對新認識的可接受性。最后通過正確應用滅火的原理替換學生的錯誤概念，實現錯誤概念的轉化，有力促進了學生的深度學習。

3.3不斷修改來完善

一節高品質的微課，無疑需要反復揣摩、不斷修改，總結本節微課反復修改的主要方面有：一是微課的講授者和觀看者之間是以什么形式進行對話。教師在制作微課時容易習慣性地將課堂講授方式移植到微課中，但微課更應該是一對一輔導模式，所以在語言上，筆者使用“我倆”來代替“我們”。二是微課中學生在哪里？微課是制作給學生看的，一定要體現學生的思考，體現學生的學習。微課中對相關內容的錄制盡量采用學生口吻，如：（1）以學生的口吻說出學生的錯誤概念，（2）以學生的口吻分析數字化實驗的結論。此外也提供給學生思考活動的時間，并在微課的最后給出微課的關鍵時間節點，方便學生反復觀看。三是語言的精煉和準確，微課不同于課堂教學，不能有太多廢話。筆者將微課中需要講解的內容用文字全部寫出，然后針對文字稿反復修訂，力爭語言準確，如對二氧化碳的錯誤認識：一開始使用的描述為：“二氧化碳起到了滅火作用”，“反應生成二氧化碳具有滅火性”，而后修訂為：“二氧化碳濃度增大導致蠟燭熄滅”。對氧氣的錯誤認識一開始描述為：“燃燒的蠟燭耗盡了燒杯中的氧氣”，最后也修訂為“燒杯內大部分氧氣被消耗”。四是課件動畫和設計的完善，微課的精美在于課件制作的精美。筆者結合網上關于精美微課的標準，如圖片和文字的比例、文字的顏色、背景圖片等等，按照這些建議來完善課件設計。endprint