基于前概念的單元整體復習設計與實踐思考
——以“金屬及合金是重要的材料”復習為例

毛思成

一、 研究背景

(一)前概念的內涵

俞曉鴻教授在《什么才是真正有效的教學》一書中指出,“‘前概念’是存于人們大腦中基于當前知識的已有認識。它可能是正確的,也可能是模糊的或錯誤的。無論在哪個學習階段,也無論是對哪一種知識的學習或接受,都存在前概念與教學相沖突的現象”。因此,在進行復習教學時,學生大腦里都帶有與這節課有關的前概念。若教師沒有對學生前概念進行捕捉,則教學行為很可能是低效的、無效的,同時也不符合“以學定教”“以生為本”的教學理念。奧蘇貝爾從心理學角度認為,“影響學習的最重要的、唯一的因素就是學生已經認識了什么,弄清楚它,然后進行教學。”新課標也強調教學要“科學安排進階、形成有序結構”。這要求教師在教學設計時需要基于學生已有的認知水平和知識經驗,以學生為主體進行教學設計,科學安排學習進階。可見,捕捉并分析學生的前概念是有效學習的重要前提,也對有效教學起著極其重要的作用。

前概念可以分為基礎性前概念和即時性前概念。根據基礎性前概念的特點,教師在教學前要深入解構,并在教學過程中對錯誤基礎性前概念進行及時糾正。針對次生的即時性前概念,則需要教師具備厚實的教學功底,通過設計精良的教學環節、學習支架、有效對話來盡可能避免由于不規范的教學使即時性前概念轉化成基礎性前概念。

(二)單元整體復習教學的研究基礎

1. 單元整體教學研究基礎

素養導向的單元整體教學是與已有體系的結合和對已有課程的重組,教師應突破重知識、輕能力、重教學過程、輕學習體驗的傳統教學桎梏。新課標建議圍繞學科核心概念組織教學,改變碎片化、割裂的教學傾向。因此,圍繞核心概念的單元整體教學就是改變這種教學傾向的有效方式,也是促進知識結構化和功能化的關鍵策略。劉徽博士在《大概念教學——素養導向的單元整體設計》一書中闡述道,“‘單元’是素養目標達成的單位,是圍繞大概念組織的學習內容、學習材料和學習資源等的集合”。大概念(big ideas)有時也被譯作“核心概念”,它是指向具體知識背后的更為本質和核心的概念或思想。科學課程涵蓋4個跨學科概念和13個核心概念。比如,在學習“金屬及合金是重要的材料”時,應建立起如圖1所示的知識層級結構,在該學習內容的上位核心概念“物質的結構與性質”的統攝下,指向金屬的性質、金屬銹蝕與金屬冶煉等次級核心概念來開展整體教學。通過對典型物質性質的學習,并對這類物質的性質進行歸納、抽象和概括,在教師的引導下把握物質性質之間的本質聯系,使學生形成知識間縱向向上的聯系,而且能從宏觀和微觀的不同視角理解物質的性質。同時,在單元整體復習的主題情境中,學生能在形成的科學觀念、培養的科學思維和大概念視角下解決新的問題,將知識轉化為能力。

圖1 “金屬及合金是重要的材料”知識層級結構

在日常教學中教師通常按教材編排進行教學,這種教學方式忽視了知識間的邏輯關系、整體聯系,也不利于學生深度理解,難以培養學生解決實際問題的能力和在新情境下的遷移能力。根據學生認知水平的發展特點,科學學習應該是螺旋上升的過程。因此,在復習教學設計時,要注重知識間的內在關聯,并以探究實踐為主要學習方式,在遷移應用過程中幫助學生建構結構化的知識體系,以利于學生對核心概念進行整體理解,促進學生深度學習,使知識技能轉化為核心素養。

2. 復習教學的現狀和研究基礎

復習課容易陷入“做—講—做—講”的枯燥循環,這種模式會引起學生心理上的反感,對學生素養目標的培養沒有積極作用。在我國教改推進過程中,課堂教學涌現出諸多模式,這些模式在很大程度上能夠促進核心素養目標的達成,實現立德樹人的教育宗旨。但是筆者經過調查發現,在實際復習教學中,復習模式并無本質改變,許多教師在復習前沒有對學生前概念做深入分析,僅憑已有經驗開展復習,并希望達到“省時、高效”的效果。

《辭海》中將復習定義為“溫習已學習的課程”。許成鳳在其碩士論文中提出,“復習是教師引導學生梳理模糊的基礎知識和實驗操作,并能對它們進行自主回顧和整理”。而筆者通過調查和實踐,認為有效復習應該在學生已有的認知基礎上通過主題式、單元整體式教學對他們的知識和技能進行綜合調動,從而提升學生的遷移、解決、應用等能力,并使課堂從知識立意向素養立意轉變。故以整體視角重新學習是為“復”,在新情境中輸出遷移是為“習”。

二、 基于前概念的單元整體復習實施路徑

前測作為捕捉學生頭腦中基礎性前概念留存度的方式,是單元整體復習的重要環節。經教學實踐,在復習后配套后測對復習效果進行評價和跟蹤,更是有效復習的重要保障。據此結合理論和實踐,初步提出基于前概念的單元整體復習教學實施路徑,見圖2。

圖2 基于前概念的單元整體復習教學實施路徑

現以《尋找“綠色物質”是銅銹的證據》為例,分析基于前概念的單元整體復習實施路徑。

(一)捕捉前概念的實踐方式

開展前測是捕捉基礎性前概念的一種有效途徑。傳統前測需要教師逐份批改,再對整體及個人進行手動分析,這種批閱方式效率較低,還在一定程度上增加了教師的工作負擔。因此,需要尋找一種精準、高效的評閱方式。為此可以借助數字掃描評閱軟件來解決低效問題。以金屬復習為例,精準高效地捕捉前概念操作如下:

1. 前測命制

前測題目主要取自配套作業本中學生的高頻錯題和易錯題,這些題在復習前能反映學生對相關概念和原理的掌握程度,以確定單元整體復習的起點。另外,還可選取各地市中考真題。

依據新課標中關于“金屬及合金是重要材料”的學段目標和學業質量要求,將所選高頻錯題、中考真題改編為客觀題和主觀題以達到前測要求。

客觀題按知識和能力要求將單選題變為多選題,以此盡可能覆蓋知識點,學生但凡有某個知識環節薄弱,就不能通過一些解題技巧如排除法來解決此類問題,繼而避開自己的知識漏洞。例:

【改編】某工廠排放的廢水中含有較多硫酸銅,從回收利用和防止重金屬污染的角度考慮,不可行的方案是在廢水中加(多選)

( )

A. 食鹽 B. 鹽酸 C. 鐵粉

D. 碳酸鈣 E. 鈉顆粒 F. 銀粉

主觀題重點選擇典型實驗探究背景或情境,并將多個關聯考點編排于這一背景情境中,旨在考查學生在典型情境或者新情境中輸出核心知識的水平,以此幫助教師明晰學生核心知識的掌握情況,為后續單元整體復習打基礎,示例見圖3。

圖3 主觀題改編示例

2. 前測批閱

前測采用數字化軟件進行評閱,如使用“智學網”App可對班級整體的高頻錯誤知識點進行統計,也可以對某個學生的知識漏洞進行匯總,這對教師精準把握班級整體學情和個性化輔導都有較大助益。

3. 學情前測分析

本次前測滿分為30分,經“智學網”App的統計和分析可知,學生在“金屬冶煉”部分的得分率為0.61,“金屬的化學性質”部分得分率為0.83。故學生對金屬化學性質掌握良好,而金屬冶煉部分還需強化和提高(圖4)。從學生層面看,能夠良好掌握該核心內容的學生占40.4%,未達到一半,掌握程度一般的學生基本集中在C、D檔(圖5)。從能力維度看,學生在綜合、理解、評價、實驗技能、邏輯推理、科學方法等能力水平是比較低的,而計算得分率比較高。因此,需要設計以提高學生薄弱能力的有效復習教學。

圖4

圖5

圖6

圖7

根據以上學情,結合新課標中的課程理念和教學實施建議:“科學課要激發學生的學習動機,加強探究實踐,倡導設計學生喜聞樂見的科學活動,要從學生已有經驗出發,選擇合適的情境素材,設計適宜的研究問題,運用觀察、實驗等活動創設教學情境,提出有價值的問題。”教師要設置貼近學生生活的情境化背景、設計層層遞進的驅動性任務、設定有效生動的師生對話,使學生在復習教學中能以核心概念為中心,將與金屬有關的碎片化知識建構為結構化知識,讓學生能在新情境中利用已學的知識和技能解決新問題,以培養學生的必備品格、關鍵能力。

(二)單元整體目標設定

依據新課標和核心概念統領的知識結構,單元整體復習目標的設定要滿足以下特征:1. 體現學生知識和能力的發展;2. 體現科學學科特有的思維和方法;3. 體現學科本質和精神;4. 體現學科素養的育人特點。根據以上特征,本節單元整體復習教學目標制定如表1:

表1

(三)單元整體復習設計

根據圖1“金屬及合金是重要的材料”知識層級結構,并基于學生前概念設計單元整體復習教學。

1. 創設情境,捕捉學生即時性前概念

以時下熱門的休閑項目“圍爐煮茶”為本單元整體復習的情境背景。在觀察比較古董銅壺與新銅壺有何區別的任務情境中,引導學生提出可探究的科學問題,對這些問題進行分析整合,確定本節課的研究主題:“尋找‘綠色物質’是銅銹的證據”和高頻問題“綠色物質是什么?”“綠色物質如何形成?”。在猜測綠色物質是什么時,調用學生學習新課形成的基礎性前概念:金屬鐵與鋁在一定的條件下會生銹等“金屬銹蝕的原理、產物及性質”,結合猜測進行推理,從而初步回答所提問題,建立初步假設。具體過程如下圖:

此環節通過呈現情境問題,在有效的師生對話中不斷調用學生的基礎性前概念,捕捉即時性前概念。在對綠色物質是什么和如何形成的猜測過程中,引導學生對金屬銹蝕條件進行遷移應用。這體現了探究實踐“能給予所學知識,從真實情境中識別可以探究的科學問題,并提出合理的研究假設”這一素養目標。

2. 提取信息,設計素養導向任務群

學生提出初步假設后,僅憑實驗中銅生銹的顏色與古董銅壺上的綠色物質一致并無法直接確定綠色物質就是銅銹,故課前實驗只能作為部分支持證據。因此,需要學生像科學家一樣繼續尋找證據、分析證據并形成觀點,從而提高他們使用科學證據、邏輯推理能力、科學解釋現象和問題解決的能力,這與新課標的理念和目標從“科學探究”轉向“探究實踐”是一致的,也符合PISA(國際學生評估項目)對“科學素養”的能力要求。

根據課前實驗中部分浸入水中的銅片生銹,激發學生提出疑問“銅銹是什么”,引導學生利用網絡深入了解銅銹的成分。通過對比銅銹化學式與所猜測銅的生銹條件不完全相符,形成認知沖突,使學生修正初步猜想。進一步通過網絡資料“古法煉銅的原料”啟發學生逆向推理“若綠色物質為銅銹,則也可以像孔雀石一樣煉銅”,并對該推理進行小組討論和方案設計,在討論和表達過程中,學生達成“科學思維”等素養目標。通過對學生設計的三種方案進行分類,就干法煉銅與濕法煉銅在年代早晚、安全性、時效性等角度進行比較,選擇更為安全和快捷的方案,為學生分組實踐驗證做鋪墊。在小組實驗中,借助PTA量表對本組實驗操作員和觀察員進行評價,促進學生自主發現實驗操作中的問題和薄弱環節,強化化學實驗規范操作的思想。最后,結合方法4和方法5獲得的證據推理:能利用綠色物質冶煉出銅,則綠色物質由銅生銹而來。具體過程如下圖:

本環節主要的學習方式為思考設計、小組討論、實踐驗證、解釋闡述、評價表達等,同時在該環節中滲透推理、論證、分類、比較等思想方法。通過學生自行設計方案并進行實踐驗證,為猜想成立提供有力支持,使學生形成證據意識,建立起猜想和結論之間的聯系,培養科學思維。

3. 綜合論證,提煉解決問題的思想模型

學生在尋找多重證據:學習經驗、科學實驗、生活經驗、調查取證、情境證據等過程中,通過對證據群進行分析和論證,最終解決新情境中提出的問題。根據對問題解決流程的總結,學生得出解決問題的一般方法:提出猜想——建立猜想——尋找證據群——據證推理——問題解決,并提示關于“綠色物質”的其他問題均可用類似的思想方法進行解決,見圖8。

圖8

本環節學生從思想和方法上對研究活動進行總結、歸納、提煉和提升。基于學生在前階段進行的觀察、討論、表達、設計、查詢、實踐、評價等學習活動,學生最終能從淺層認知向深度學習轉變,從低階思維向高階思維轉變,從知識目標向素養目標轉變。

(四)后測評價

為精準快捷地評價單元整體復習效果,并為后續教學調整指明方向,可由“智學網”App評閱分析得出如圖9。從該分析可以看出,學生的知識水平與前測相比有大幅度提高,說明本次單元整體復習效度良好。

圖9 后測數字化分析

三、 研究價值和反思

研究基于前概念的單元整體復習,在教學中具有一定實際意義。依托高效前測可以輔助教師精準把握學情,這是有效復習的基礎、是把握教學的關鍵。單元整合轉變了知識碎片化、課程孤立化的現象,以學生為教學主體,培養了學生的整體思維,使其形成結構化知識,達到有效復習的要求。而以探究實踐為載體促進了學生的深度理解。根據新課標以核心素養為導向的教育理念,在真實情境中借助協作式實踐活動,通過推理、分析、理解、解釋等思維過程,以及有效的師生對話、生生對話促進學生深度思考,使學生在獲得知識技能發展的同時,也發展了學生在新情境中對新問題的解釋、分析、遷移、探究、創新、表達、交流、評價和反思的能力,實現核心素養的發展。

當然在實施過程中還要注意以下問題:

1. 在復習教學中,除了強化結構性知識的建構,還需要落實學生在方案設計上的語言表述,這也是達成科學思維的一項重要方式。

2. 在探究實踐中,如何在安全的前提下盡可能讓學生體驗實踐過程是激發學生興趣,培養操作技能的重要途徑。因此,在教學設計中要優化實踐方案,使學生能夠充分參與和體驗整個實踐過程。

3. 在教學過程中,如何捕捉學生的即時性前概念,并轉化為教學素材,需要教師具備較高的教學基本功。

4. 在單元整體復習結束后,配套后測進行復習效度檢測,有助于我們對復習安排進行調整。

四、 展望

根據筆者所在學校校情,上述單元整體復習方式和深度適合基礎偏弱的學生群體,并且實施效度良好。而若學情前測顯示學生的雙基水平總體處于良好層次,則以上實施方式和設計層次還需進行調整,以滿足優等生能力和素養的發展需求。并且,隨著公民同招的推進,優等生向公辦學校涌入,學生結構發生變化,這也促使我們不斷優化復習設計,實現個性化教育。例如,可以借助“小先生”模式,以優等生作為教學資源和學習支架,發揮他們在學生群體中的引領作用,凸顯態度責任等素養意識。此外,如何根據學生層次、學生能力的發展變化對學生進行分層復習教學,也將是筆者繼續研究的方向。