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陈素平(325000)摘要:重视科学概念是当代科学教育的一个重要特点。基于“概念”的教学实践,可以从以下四方面着手探索:1、构建概念体系,明确概念层次;2、思考学习过程,确定“此岸”和“彼岸”;3、挖掘活动内涵,安排“踏脚石”;4、推敲教学策略,促进有效教学。 关键词: 小学科学 概念 教学探索 引言:诺贝尔物理奖获得者美国科学家费曼(Feynman,1918-1988)在回忆他父亲对他的培养时,曾经说到一次父亲让他观察鸟的故事,他说:“我现在知道,在那些鸟的羽毛上,可能存在的并不一定是虱子,在虱子的腿上也不一定有更小的生物,父亲告诉我的,也许在细节上并不准确,但是他却教给我根本正确的东西。”费曼父亲教给他的观察内容,是围绕着建立一个科学概念哪里有食物存在,哪里就一定会存在以它作为食物的、有生命的生物。这对于费曼的一生产生了重要的影响 韦钰著,探究式科学教育教学指导P97页,教育科学出版社,2005年10月。重视科学概念是当前科学教育的一大特点。当前的种种研究表明,小学生学习科学的过程其实是一个概念变化的过程。在这种指导思想下,当前小学科学的课例研究要向概念研究迈进。即研究学生的前科学概念(或称初始想法)、研究本课要达成的科学概念是什么,那么教学的过程就成为用一定的策略来帮助学生发展科学概念的过程。下面以小学科学(教科版)四年级溶解单元教学为例,谈谈基于“概念”的教学实践的探索。一、构建概念体系,明确概念层次“所有概念建立者一个共同的特点是:在浩瀚的事实中探求意义,探寻一个概括的体系,把一个问题所有可能的特征包括进去。” 兰本达教授这样描述概念体系 美兰本达等,小学科学教育的“探究研讨”教学法,人民教育出版社,1983年。以“溶解”为主题的教材单元设计为5课学习内容:“食盐在水里溶解了”、“怎样加快溶解”、“一杯水能溶解多少盐”、“分离盐和水的方法”、“观察更多的溶解现象”。我们构建的以“溶解”为主题的概念体系图如图1所示: 物质之间是相互作用的,溶解是物质相互作用后发生的一种变化。我们可以用溶解的特征来判断物质在水中是否溶解了。核心概念1、有些物质能够溶解在水中,形成水溶液,有些物质则不行;2、物质的溶解是有一定的限度的;3、一些物质溶解于水中形成水溶液,这是一个可逆的过程;4、溶解现象可以发生在多种状态的物质之间。具体概念食盐在一定量的水中,溶解的量也是有限度的(饱和溶液)物质在水中的溶解速度与物质的表面积、水的温度以及溶液是否被搅动等因素有关;有些液体、气体之间也能溶解。用蒸发的方法可以分离出溶解在水中的食盐;溶解现象具有以下特征:物质在水中化成了肉眼看不见的微粒,均匀地分散在水中,且不能用过滤或沉淀的方法分离出来。事实 图1:“溶解”的科学概念体系把目标定位从事实、主题提升到具体概念的教学,它将实现两个基本想法:一是日常教学对学生的思维要求提高了,不仅仅是知识理解层面,而且要上升到综合分析层面,这样的教学会大大提高学生在课堂中表现出的思考力;二是以培养学生科学素养为宗旨的小学科学课堂教学找到了落脚点,帮助学生在熟悉事物、收集事实的同时,还要形成一种观念性的概念,用这种原理性的概念引领科学探究的发展,这对学生长大后所形成的科学素养具有决定性的影响(郁波)。(在我认为,核心概念,确实可以用一段文字或词进行表达,但是我想作为核心概念最重要的功能是指引教师进行教学设计和反思及验证、进行教学过程的调控、给教师一个掌握教学方向的标杆。具体概念,是加拿大人说的,教师能够教,学生能够学的对于知识概念的文字表达。主题,更多的是针对教学内容的编排或者说是教材的编排。事实,就是在课堂上我们可以通过观察、思考得到的最直接的东西,或者说是建构概念的原材料)双箭头是“思维”,借助学生的思维活动和教师对学生的思维活动的指引以及教师在教学活动之前对概念的深入理解,达成事实现象之间的联系,构成一个具体概念。对于“核心概念”是需要教师在充分理解具体概念后提炼出的具有一定高度和抽象的文字。例如“变化”“过程”。我理解您的这节课,最重要的就是我在看课和理解这个概念的时候对“过程”领悟。当把溶解作为是一个过程、变化看待的时候,我们的教学就会有很大的变化。我们会看到教师对许多的细节的处理是非常的到位,也会看到对于教材理解的到位之处:让学生观察,要分两步走,到进去,观察,搅拌后,观察,这种观察方法的指导在没有核心概念的指引下是难以作出的,同时也会发现,我们的教学在能力目标上也具有了坚实的理由和基础面粉更像谁?这是一个激发学生思维的关键点。三个实验谁重谁轻真的难以分别,以前的教学设计似乎就是三个一齐上,没有一个抉择,而现在在概念的分析后,就会发现三者之间的关系,从而从容的选择面粉为中介,(最起码,沉淀是一个漫长的过程,不利于教学活动中的短时间表现,而过滤适合短时间的试验活动,这么看这样的教学设计也是合理的)没有对于溶解概念的充分深入的理解也是很难做出正确的教学设计和对教材的理解得的,这在我最初看这个教材的时候就没有理解,也是我再看了课,仔细分析概念的情况下理解的。我说的好像有点乱了,不过这都是我的真实感受,第一手的感受。事实、现象事实、现象具体概念事实、现象二、思考学习过程,确定“此岸”和“彼岸”调查研究表明:学生在真正学习新的科学概念之前,已经有了对一些概念的朴素的理解,而不是空着脑袋的,这种理解可以称为初始想法,或称之为前科学概念、日常概念等,它包含原有的经验和假设,但往往与概念的科学含义不一致。在某种程度上,科学课的学习可视作改变学生初始想法的过程,不断修正和完善概念的过程,即概念变化的过程。教学要根据学生的经验一步一步地拓展他们的观念,而不要跑到他们经验的前面。为了更清楚地说明基于概念的“溶解”教学,是如何遵循学生的学习规律以发展概念的问题,我们来做3个案例的比较分析:案例1、导向知识的教学 上课伊始,教师让学生做将高锰酸钾和沙子分别放入水中的实验。在学生观察和比较高锰酸钾和沙子在水里的现象后,教师说:“像高锰酸钾能在水中化成肉眼看不见的极小极小的微粒,均匀地分布在水中,如果水分不减少,高锰酸钾就不会自行沉降出来。这种现象叫溶解。教师让学生复述“溶解”的概念。 分析:这种教学的目标指向知识理解层次,在科学是知识的科学本质观的认识下,这种定位于事实层面甚至更多的还是讲授式的教学主宰了我国小学自然很长一段时间,显然,与现代科学教育的要求相差甚远。案例2:导向活动的教学 老师在上课一开始抛出一个问题:固体放到水里会怎么样呢?学生的回答异彩纷呈,其中有一个学生说:会溶化。老师巧妙地引导学生把“溶化”转变为“溶解”,他深入地追问学生“什么叫溶解”,学生依据自己的经验只作了不全面的概括,为了使学生有一个全面而又立体的认识,老师继续追问:有些东西在水中散开来,并且还有残渣,那叫溶解吗?学生回答:不是,一定要消失了。教师在黑板上板书“消失”两字。接下来,课堂上是一片热闹景象,许多学生把老师准备好的材料放入水中,进行观察、比较。但是,到活动结束时,教师和学生均没再提“溶解”,黑板上的“消失”两字依然醒目。 分析:课堂上少了教师的讲解,多了学生的活动,学生在课堂中也不乏兴趣盎然。但细细推敲,问题又将浮出水面,学生进课堂时,对“溶解”的理解是溶化了,消失了,走出课堂时,学生对“溶解”的认识还是“消失”了。试想,这样的教学,目标指向什么?要发展学生什么呢?学生带着错误的观念走进教师,带着同样错误的观念走出教室。热闹的背后,我们沉思着。案例3、导向概念的教学 教学伊始,教师让学生观察食盐和沙子在水中的变化,说说沙子和食盐哪个溶解了?师生交流:食盐在水里变成了看不见的“微粒”,这种现象叫食盐在水里溶解了。然后,学生观察、描述面粉在水中的变化,师生交流:面粉在水中的变化像食盐在水中的变化还是像沙子在水中的变化?当学生无法对面粉是否溶解做直接判断时,教师建议学生做过滤面粉、沙子、食盐的实验,分离混合在水中的食盐、沙子和面粉,学生同时获得溶解在水中的食盐不能通过过滤的方法从水中分离出来,而面粉、沙子可以分离。在进一步,教师让学生观察、描述高锰酸钾在水中的变化,用类比的方法让学生理解食盐溶解在水里是均匀分布。最后,观察静置一段时间后的各种混合物,并整理和表达关于食盐、面粉、沙子、高锰酸钾等物质在水中的变化,形成“溶解”的科学概念。 分析:导向概念的教学,其学习理论基础是建构主义者对儿童学习科学的过程的解释。建构主义者认为儿童学习科学的过程是学生建立更精确、更深刻、更合理的概念。与皮亚杰和维果茨基理论相一致的是,帕斯纳(Posner)和他的同事从认识论的角度提出了一种基于建构主义理论的帮助人们认识儿童的概念发展与转变过程的概念转变模型(简称CCM)。根据该模型,儿童学习科学的过程可看作是一个由新概念替换旧概念的过程吴庆麟编著,认知教学心理学,上海科学技术出版社,2000年8月。案例3的教学过程可以用图3来表示:支架活动 此岸 彼岸活动2活动3活动1新概念1:不能被过滤,不能沉淀;均匀分布。新概念2:有些物质能溶解在水中有些物质则不行。旧概念:看不见,消失了;下面分布多 图2:导向概念的教学示意图在奥苏贝尔看来,学习的心理机制是同化,即学习者新旧知识之间相互作用产生联系,原有认知结构中的知识吸收并固定新知识的过程。这一理论给我们的启示之一是科学课堂上学生建立的科学概念,要和学生原有的真实想法相互作用建立起联系。这是一种有意义的活动教学。在导向概念的“溶解”教学中,教师对学生的旧概念(此岸)要了然于胸,并基于此岸设计一系列的支架活动,让学生从此岸通向彼岸。与案例1所不同的是,基于对科学是解释的科学本质的认识,对于溶解所要发展的新概念(彼岸)不仅指向事实性知识“变成用肉眼看不见的微粒,不能被过滤,也不能被沉淀,而且是均匀分布”等主要特征,更进一步的是概念指向层次二的具体概念:有些物质能溶解在水中,有些物质则不行。三、挖掘活动内涵,安排“踏脚石” 在“食盐在水中溶解了”一课 本课由瓯海区实验小学麻显春老师执教,于2006年1月6日在昆明全国教科版小学科学教材春季培训会上展示,得到好评。,我们设计了5个支架活动,即5块踏脚石,如图4所示,学生将沿着概念指向的箭头,从此岸通向彼岸。活动承载的概念内涵踏脚石变成肉眼看不见的微粒活动一:观察、描述食盐和沙子在水中的变化不能被过滤、肉眼看不见活动二:观察、描述面粉在水中的变化;过滤水中的食盐、沙子和面粉。活动三:观察、描述高锰酸钾在水中的变化并过滤高锰酸钾。均匀分布,肉眼看不见、不能被过滤均匀分布,肉眼看不见、不能被过滤不能沉淀。活动四:观察静置一段时间后的各种混合物活动五:整理、表达与交流、判断新物质概念1:溶解的主要特征是物质变成了肉眼看不见的微粒,不能被过滤,不能沉淀;均匀分布。概念2:有些物质能溶解在水中有些物质则不行。 图3:“食盐在水中溶解了”概念箭头在教学设计中,本课例设计了塔型结构的框架,共5个活动,每一个活动有特定的概念指向的内涵,每后一个活动的概念内涵又是丰富前一个活动所获得的概念、包含前一活动的概念内涵、覆盖前一活动的概念内涵。活动是创设特定的教学情境,检索学生原有的对“溶解”的认识,概念内涵指向“溶解,就是物质变成肉眼看不见微粒,消失了”,这是学生第一层次的认识;活动是挑战学生元认知,激发认知冲突,面粉有些看不见了,有些还看得见,算不算“溶解”了呢?当我们用眼睛看难以判断的时候,过滤方法可以帮助我们作出合理的判断,丰富学生对“溶解”第二层次的认识溶解后的物质不能直接被过滤;活动的意义在于如何运用类比的方法来丰富概念的内涵:当肉眼看不见食盐溶解在水中是怎样分布的时候,用高锰酸钾在水中的溶解情况作类比,高锰酸钾从可见到不可见,水从无色到紫色并由浓变淡,扩散后均匀分布清晰可见,食盐与高锰酸钾很类似,做过滤高锰酸钾的实验的意义有二:检验学生所获新知;概念内涵更为丰富和真实;活动是一个嵌入式活动,但在概念内涵上又丰富了一层:溶解后的物质在较长一段时间里不能自行沉淀,溶解是稳定的,强化沉淀在判断上的作用,感受“过程”。活动的意义在于帮助学生概括和提取知识。这五个活动都是紧密结构在一起,形成了活动链。把五个活动结构在一起,学生在这些活动中关于“溶解”概念是怎样丰富、完善和修正的呢?这是学生经历一个个典型的观察认识“食盐在水中的变化”活动的过程,一个用多种方法收集关于溶解现象信息的过程,也是一个学生对溶解概念不断清晰完善的过程。科学,是对事实的尊重,对观察的依赖,对结论的谨慎,对错误的勇于修正。学生对于“溶解”的初始想法是“看不见”、“分布在下面多一点”。在本课例的研制过程中,观察和实验作为科学独特的研究方法贯穿全课,类比作为一种有价值的工具,使“均匀分布”这一抽象的概念视觉化,变“看不见”为“看得见”,矫正了学生原有的对食盐在水中溶解后的分布是“下面多上面少”的错误概念;用面粉做比较,激发学生的认知冲突,用过滤、沉淀的方法,给学生提供了更多的学习支架,通过不同侧面、多角度收集到更多的溶解事实,使学生对“溶解”的均一性和稳定性的理解逐步清晰和丰富,从“看不见”到“不能被过滤、不能沉淀、分布均匀”,期间既有思维上的矛盾冲突,又有事实证明下的概念清晰,有意义的学习在此过程中展开。更重要的是,在学生的头脑中建立了“有些物质是可以溶解在水中,有些物质则不行”等具体概念。四、推敲教学策略,促进有效教学1、使用关键问题,暴露初始想法,激发矛盾冲突使用关键问题,可以帮助学生思考,更给教师如何把活动内涵挖掘深入的教学策略指明了方向。比如,在第一个活动中,让学生同时观察“沙子”和“食盐”,并呈现关键问题:“食盐和沙子在水中分别是怎么变化的”,学生通过细致地对比观察后,描述到:食盐在水中慢慢地、慢慢地变少了,最后看不见了;而沙子在水中却没什么变化。在第二活动中,在关键问题:“面粉在水中的变化更像沙子还是更像食盐”的引导下,仔细观察,从而激发矛盾,使学生的探究向更深层次行进。第三个活动的观察之前,教师提出的关键问题是“根据你的经验,食盐溶解后在水中是怎么分布的?”,学生意见不一:在水的下面,因为他认为盐比水重;在水的上面,像有些东西在中漂浮一样;而也有人认为在水中各个地方,因为喝盐水时,哪儿都是咸的。到底怎样分布?以高锰酸钾做类比,这时学生的观察的目的性非常明确,观察态度就会非常认真,对食盐在水中“均匀分布”印象会特别深刻。2、重视观察描述观察和描述是形成概念之本。溶解是一个过程,教学中更要注意引导学生对溶解过程变化的观察和描述。学生要建立科学的“溶解”概念,他们头脑中必须有丰富的有关于“溶解”事实储备。学生通过亲身观察是获取事实的最佳途径。因而在本节课中,教师要非常重视引导学生仔细观察。如第一个活动,让学生同时观察“沙子”和“食盐”在水中的变化时,学生通过细致地对比观察后,描述到:食盐在水中慢慢地、慢慢地变少了,最后看不见了;而沙子在水中却没什么变化。这是一个再熟悉不过的生活小情景,但如果,这样一个生活小情景不是呈现在课堂上,没有教师“仔细观察”的要求,又有几个孩子会那么静心地、郑重其事去观察呢?课堂教学的价值就在于用有效的方法帮助学生科学概念形成,有别于学生在生活中自然习得的概念。第二个活动:观察面粉在水中的变化。学生仔细观察后描述到:刚放入水中时,面粉是一块块的往下掉,就像下雪一样,还不时有一些泡泡出现;搅拌后,面粉在水中就像牛奶。在“过滤”实验中,学生观察到面粉把漏斗的口“堵住”了,下不来了,留在了滤纸上,而食盐没有。原来面粉更是像沙子,这些微粒肉眼都能看见,是不溶解的!第三个活动:观察高锰酸钾的溶解过程。这个活动的安排意图是通过类比让学生理解食盐在水中的分布情况。正是基于这一系列观察的事实,学生通过分析、综合、概括,形成了“溶解”的概念。3、关注教学细节,力排干扰 本课有几处细节乃是教学的节骨点,值得一提,因为这些细节直接影响溶解概念的形成和发展。 细节一:材料的准备首先是“沙子”的准备,要洗得非常干净,以免有其他杂质干扰观察;其次是高锰酸钾的量,要控制好,太多会导致过滤时颜色过多留于滤纸,太少,实验不明显;搅拌棒要每一种物质一根,分别搅拌,以免干扰。细节二:实验的细节指导实验的细节指导,能更好地帮助学生观察到溶解过程的变化。如当学生做沙子和食盐分别倒入水中观察时,教师让学生先不搅拌,静静地观察,1分钟后再搅拌观察,这里的停顿和分层实验的指导意义在于帮助学生观察到“溶解”作为一种过程的变化。如果缺少这个细节的指导,很多学生会迫不及待地搅拌,也不那么静心地、郑重其事去观察,怎能体会到食盐在水中慢慢地、慢慢地变少了,最后看不见了的变化过程呢?这将导致观察过程的缺失。再比如当学生做面粉、沙子和食盐的过滤实验时,教师给学生两点温馨提示:不要用筷子在漏斗里戳;对混合物倒入漏斗的指导是倒一次就够了。这两点操作提示保证了实验结果更加容易被观察,防止盲目操作,尽管有人会质疑,难道不让学生有犯“错误”的经历?细节三:帮助学生选择恰当词汇进行概括溶解是一个过程,也是一个结果。作为“结果”的溶解,需要将概念进行描述、抽象、概括,使之普遍化。对科学的本质是解释的认识,使人们空前关注科学概念的描述。因为解释是科学的产物,概念是解释的表达方式。解释的产生来源于科学探究的全过程。在活动中,有这样一些细节值得关注,一是教师给每一位学生一份表格,是对食盐、沙子、面粉、高锰酸钾等物质逐项小概念进行判断,每人需独立对本课学习进行梳理,使个体学习和合作学习有机结合;然后请个别学生就关于什么是溶解这个科学概念进行描述,用自己的话来表达,其他学生进行补充,教师则予以关键词的提示,如“微粒”、“过滤”、“沉淀”、“物质”等词汇。当然,课堂上,四年级的学生还不能完整地用口头语言或书面语言来描述溶解的具体概念。但不会完整描述不等于此时的学生在他头脑里面建立起的概念比原有概念不丰富或相等。所以,在课的结束时,教师出示新的研究物质滑石粉,让学生做判断滑石粉能否溶解,说出判断的依据。这,其实就是检验学生的概念形成情况,也是关注“结果”的一个体现。五、几点思考1、怎样确立科学概念以及确立怎样的科学概念关注科学概念是当前发达国家的科学教育的一大特点,也是科学教育自身发展的需要,那么,怎样确立核心概念和具体概念以及确立怎样的核心概念和具体概念就显得尤为重要。然而,当前我国的小学科学课程,从课标、教材到教学实践,都还是研究盲区,需要我们二度创作。本文所举的教科版小学科学教材“溶解”单元的教学实践,试图从概念入手做了有益的探索。但是,许多教学内容并没有那么清晰、典型地表达概念,需要我们进一步思考、研究和实践。2、如何处理科学概念和科学事实的关系“概念是连接几个事实或发现的思想” 美大卫.杰纳.马丁著,走进中小学科学课建构主义教学方法P37页,长春出版社,2003年1月.。科学事实为形成概念提供了证据,没有大量的事实就没有或者不会有丰富完善的概念。今天强调科学概念的教学,更要关注科学事实的积累、获取、丰富。观察和实验是获取事实、证据的根本途径,在小学科学课堂上,要强调观察、实验的重要性、有效性,以更好地为学生的科学概念发展服务。3、科学概念与儿童的表达 如前所述,学生可能难以用完整的语言来表述在课堂上新获得的具体概念,也许,很多观念性的东西本身就难以用语言来表述。但是,我们仍然相信,这种基于概念的教学是有效的。教师应尽可能地采用多种方法,帮助学生用恰当词汇来概括和表达,要给予学生时间对课堂上的所学所获进行整理。其他参考文献:1、美罗纳德.G.古德著,儿童如何学科学概念的形成和对教学的建议,人民教育出版社,2005年9月;2、约翰.D.布兰思特等编著,程可拉等译,人是如何学习的大脑、心理、经验及学校,华东师范大学出版社,2002、9天真的手写板 00:38:51我的最初始的想法,刚刚看完从课的分析看,我觉得是比较细致的,看过后很是受益。但是还是有一些问题不明确,文章开始就提到“概念”,但是没有给它一个明确的定义,老师们看了还会不明白,就像您发言时候说的“此概念非彼概念”,老师们很容易混淆;我还觉得“1、构建概念体系,明确概念层次;2、思考学习过程,确定“此岸”和“彼岸”;3、挖掘活动内涵,安排“踏脚石”;4、推敲教学策略,促进有效教学。”这四个方面在标题上有一些不很统一,是不是应该围绕“概念”或者说“基与概念的教学”等来叙述,在培训的时候因为有课,还是现场可以用语言说明,所以不觉得,但是写成文,我就感觉四个标题有一些不合适了。后三个标题与“概念”的关系不明确。 天真的手写板 00:42:24只是刚刚看完提出的想法,我觉得这是第一印象,我还会再慢慢看的,我也是胡说,嘻嘻 天真的手写板 00:58:27不过我在想1要让老师们把概念用起来,把看似高深的“概念”变成工具,让老师们借助它进行有效的备课,这个观点在培训发言的时候我提出了。现分解概念找出联系在备课如果很难的话,就倒过来做,让老师们先利用自己熟悉的方法备课,上完课后能够利用概念及概念图来反思自己的教学,提供一个反思、诊断自己教学的工具。2“概念”在我的头脑里,真的还是不明确,很模糊。尽管我暂且还能够让自己把那些个“概念”分别看待,

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