第五章科学课程教学设计(科学课教学研究)

第五章科学课程教学设计教学目标：1、知道教学设计的概念；2、了解教学设计的理论基础；3、掌握课堂教学设计的一般模式和方法；4、初步学会科学课程教学设计的基本方法。案例：“玩注射器”。课前准备：课前，教师在每个小朋友的桌上放了一个注射器。师：你们尽情地玩吧，看谁玩的花样多，发现多。生：（玩的花样非常多，非常有兴趣）师：你们是怎么玩的？和大家分享一下。生：我用一只手堵住针孔，另一只手用力推活塞，先前可以推进去，可到一定程度就推不进去了。如果手一放，活塞就出来了……。生：对！我也是这样玩的。生：我还玩过另一种……生：我用手堵住针孔，另一只手用力推活塞，先前可以推进去，可到一定程度也推不进去了，不知道为什么师：这个问题提得太好了，你们是怎么想的？生：先前活塞压下去，我想可能是空气从针孔和指头间漏了吧……生：我不同意她的说法，如果空气漏出去了，我们的手指就会感到凉丝丝的，我堵得很紧，不可能漏出去。生：可是……空气没有跑出去，活塞为什么能压下去呢？生：我认为，先前针管里的空气是松的，一压活塞，空气就聚焦在一起了，空气没有流出去，只是挤在一块儿了。生：我同意我们组同学的说法，空气原先挨得不是很紧，压下去的时候它就挨得非常紧了生：看来空气也像海绵一样是可以被压缩的。师：为什么活塞到一定程度就推不下去了？一放手，活塞又回去了呢？生：我们压活塞时，空气越来越挤，最后再也挤不下了。等我们手一松，它马上又把先前的位置占了回来。生：这说明被压缩的空气在恢复原形的时候，产生了一股很大的力量，把活塞推了出来。在热烈的研讨中，孩子们脑海中逐步建立起了这样的概念：空气可以被压缩，压缩的空气有弹性，会产生弹力。问题讨论：以上的教学案例体现了科学课程的哪些理念？面向全体学生；体现学生主体地位；教师是学习过程的组织者、引导者和促进者；以探究为核心；具有开放性，促进科学素养的形成与发展。

任何一种学习理论也无法告诉我们如何进行课堂教学，但它确实可以为我们提供一个发现一般教学原理的最切实可行的起点。教学设计是解决一系列复杂教学问题，寻找最佳解决方案的过程。教学设计是在全新的教学理念指导下，针对传统教学的弊病提出来的一种新的分析和解决教学问题的系统方法。它以坚实的理论为基础，从教学的科学规律出发，来计划和安排教学全过程的诸环节及各要素，实现教学效果最优化的目的。它是一个分析教学问题，设计解决方案，试行解决方案，评价试行结果，并在评价基础上修改方案的过程。

教师掌握了教学设计的原理、方法和技术，在教学实践中加以灵活运用，可以使制定计划、备课、教学等活动走上科学规范的道路。而教学工作的科学化，必然大面积提高教学效益。第一节科学课程教学设计概述第二节教学设计的理论基础第三节科学课程教学设计的一般模式和方法第四节科学课程教学设计案例评析

作业及课外训练一、教学设计的概念教学设计是运用系统方法分析教学问题和确定教学目标，建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和对方案进行修改的过程。它以优化教学效果为目的，以学习理论、教学理论和传播学为理论基础。——乌美娜《教学设计》通俗地说，教学设计就是对教学目标、教学内容、教学策略、教学评价等进行具体计划、创设教学的系统过程与程序的活动。二、科学课程教学设计科学课程教学设计是运用教学设计的原理、方法和技术，结合了科学课程教学特点而进行的教学设计。第一节科学课程教学设计概述

系统理论、传播理论、学习理论与教学理论被公认为是教学系统设计的四大基础理论。第三节教学设计的理论基础一、系统理论与教学设计系统论认为：整个自然界是以系统的形式存在着的有机体，任何客体都是由诸要素以一定的结构组成的具有相对功能的系统，整个自然界是由不同层次的等级结构组成的开放系统，它处于永不停息的运动之中。1、在教学设计中运用系统思想，就是把教学看成是一个由教师、学生、教学内容、教学条件等因素组成的系统。2、教学系统是由一定数量的相互联系的组成部分有机结合起来具有某种教学功能的综合体。3、教学系统方法指运用系统方法解决教学问题的过程。它并非简单等同于现代化教学技术的运用，而是对整个教学系统进行全面的、系统的设计。教学是一个生命系统，不是一个“物理”系统。特点：第一，相互作用。在教学中，对话、交流是师生相互作用的主要形式。第二，不确定性。教学设计中线性的、序列性的、起点清晰、终点明确的设计，将让位于带有一定不确定性的设计。二、传播理论与教学设计

所谓传播就是信息从一个地方传送到另一地方。传播理论研究的是信息的传送过程、信息的结构和形式、信息的效果和功能等。它认为，信息的传播是在一个有干扰的环境中运行的系统，主要成分是信息源、信息渠道与信息接受者。为了有效的传播信息，必须对信息进行编码，考虑信息的结构与顺序是否符合信息接受者的思维与心理顺序。在传递中要考虑信息的密度、信息呈现方式和信息接受者特性。教学设计把教学传播过程作为一个整体来研究。它指出教学信息的传播是通过教师和学生双方的传播行为来实现的，为达到预期的教学效果，教学设计必须重视教与学两方面的分析与安排，并随时利用反馈信息进行调节控制。单向传播：教师传授，学生服从。双向传播：教与学的互动、师生互动、生生互动。三、学习理论与教学设计

学习理论是研究人类学习的本质及其形成机制的心理学理论。教学设计是为了促进学习者有效地进行学习而创造的一门科学。学习理论是形成教学设计规律最关键的组成部分，自然成为教学设计的理论基础。当系统理论为大规模的教学设计指明了方向之后，学习理论便为教学设计提供具体的指导。四、教学理论与教学设计

教学理论是为解决教学问题而研究教学的基本规律的科学。教学设计是科学地解决教学问题、提出解决方法的过程，为了解决好教学问题就必须遵循和应用教学规律。因此，教学理论成为了教学设计的直接理论来源。古今中外教学理论的研究和发展为教学设计提供了丰富的科学依据。教学设计从各种教学理论中吸取精华，加以综合运用，从而实现设计的成功。正在建立的新课程理论为教学设计的开展提供了更丰富和更实用的科学基础。第四节科学课程教学设计过程的一般模式和方法修改学习需要分析学习内容分析学习者分析教学目标的设计教学策略的设计教学媒体的设计教学过程的设计修改设计的主线：为什么教——教什么——教谁——达到什么目的——怎么教——教得怎么样教学设计的评价一、学习需要分析1、学习需要是指在某一特定情境下，学习者学习方面目前的状态与所期望达到的状态或应该达到的状态之间的差距。目前的状况是指学习者群体在能力素质方面已经达到的水平，期望的状态是学习者应当具备的能力素质。2、学习需要分析是指通过一定的调查研究过程，发现教学中存在的问题或差距，通过分析问题产生的原因，确定问题的性质，论证解决该问题的必要性和可行性的过程。其核心是发现问题。二、学习者的分析

问题讨论：为什么要分析学习者？学习者分析的目的是了解学习者的学习准备情况及其学习风格，为分析学习内容与确定教学起点、阐明学习目标、制定教学策略提供依据。学习准备是指学习者在从事新的学习时，他原有的知识水平或原有的心理发展水平对新的学习的适应性。对学习者学习准备的分析从三方面进行：一般特征的分析、学习风格的分析、起点能力的分析。1、学习者一般特征的分析

学习者一般特征是指对学习者学习有关学科内容产生影响的心理的和社会的特点。问题讨论：了解学习者一般特征的主要方法有哪些？1）心理发展的年龄特征——指心理在一定年龄阶段中那些一般的典型的本质的特征。——可以结合一些教育心理学家的结论和自己的观察来获得了解。

2）智能、情感发展的一般特征

（1）小学生发展的一般特征在思维方面，小学生的思维具有初步逻辑的或言语的思维特点，并具有从具体形象到抽象逻辑思维的过渡性。低年级学生的思维具有明显的形象性。高年级学生逐步学会区别本质和非本质的东西、主要和将要的东西，学会掌握初步科学定义，学会在直接和感性经验基础上进行逻辑论证。在情感方面，小学生的自居作用、模范趋向和自我意识有较快的发展，学习动机多倾向于兴趣型，意志比较薄弱、抗诱惑能力差。教学中应注意：①要注意从以具体形式为主要形式逐步过渡到抽象逻辑思维为主要形式，并直接与感性经验相联系。②要关心智能由具体形象到抽象逻辑过渡的“关键年龄”，一般认为出现在四年级（约10~11岁），若教育条件适当也可提前到三年级。③要注意培养学生的学习兴趣，加强辅助和教导。（2）中学生发展的一般特征

思维方面：①通过假设进行思维。②思维的预计性。③思维的形式化。④思维活动中，自我意识或监控能力明显化。⑤创造思维迅速发展。初中生抽象逻辑思维虽占优势，但很大程度上还属经验型，需要感性经验的直接支持。高中生的抽象逻辑思维则属于理论型，他们能够用理论作指导来分析、综合各种事实材料，从而不断扩大自己的知识领域。从经验水平向理论型水平转化是初二年级开始的，这是一个关键年龄，到高二则趋向定型，思维趋向成熟。（2）中学生发展的一般特征情感方面：初中学生自我意识更为明确，他们富于激情，感情丰富，爱冲动，爱幻想。开始重视社会道德规范，但对人和事的评价比较简单和片面。高中学生具有了明显的独立性和自主性。意志行为愈来愈多，高层自我调控在行为控制中占主导地位。从初中到高中，学习动机由兴趣型逐渐倾向于信念型。2、学习者起点能力的分析

学习者在教学活动之前具有的知识、技能和态度一般称为学习者的起点能力。对学生起点能力的分析包括两个方面：1）预备技能的分析：即了解学生是否具备了进行新的学习所必须掌握的知识与技能。2）目标技能的分析：即了解学生是否已经掌握或部分掌握了教学目标中要求学会的知识与技能。3、学习者学习风格的分析

学习风格是指对学习者感知不同刺激、并对不同刺激做出反应这两个方面产生影响的所有心理特征，也是学习者持续一贯的带有个性的学习方式，是学习策略和学习倾向的综合。基本含义：学习风格是个体灵活的喜好、习惯或个性特征。——学习者的分析主要是分析学生的年龄、心理、智能、情感特征，学习风格，初始能力，并将它们描述出来，以便准确确定教学起点，有针对性地教学。例如：三、学习内容分析（教学内容分析）

1、学习内容及其分析的概念学习内容是指为实现教学目标，要求学习者系统学习的知识、技能和行为经验（规范）的总和。学习内容分析就是以总的教学目标为基础，规定学习内容的范围、深度和揭示学习内容各组成部分的联系，以保证达到教学最优化的内容效度。简单而言，就是分析学习者学习的起点、使能目标与终点目标（即教学目标）；教学内容的主要特点、在教材中的地位和作用及其与前后内容的联系，以及本内容中各知识点、技能点、训练点的属性及其联系，确定重难点的过程。使能目标:以掌握从起点能力到终点能力之间，学生必须掌握的知识技能为目标的教学目标。例：2、分析学习内容的方法

1、归类分析法

2、图解分析法

3、层级分析法

4、信息加工分析法

5、使用卡片的方法6、解释结构模型法2、分析学习内容的方法

1）归类分析法：

主要是对学习的信息进行分类的方法。旨在鉴别为实现教学目标而需学习的知识点，并将知识点按事物的基本构成、结构层次和具体抽象的程度分类的方法。例：

细胞的化学成分元素组成化合物组成主要元素微量元素无机物有机物无机盐水糖类脂类蛋白质核酸2）图解分析法：是一种用直观形式揭示学习内容要素及其相互联系的内容分析方法，主要用于对认知学习内容的分析。步骤：（1）列出与教学目标相关的事实、概念、原理等；（2）把所列内容按顺序排列；（3）用线条把各要素连接起来；（4）全面核查内容的完整性、要素间的逻辑性，补充或修改；（5）补充实例，提出教学建议。例：食品的营养

不同种类的苹果

不同种类的桃

不同种类的李子

苹果

桃

李子

水果

糖类脂肪营养价值维生素矿物质3）层级分析法：

这种分析法是用来揭示教学目标所需要掌握的从属技能的内容分析方法，是一个逆向分析的过程：即从已确定的教学目标开始分析，分析学习者要获得教学目标规定的能力，必须具有哪些次一级的从属能力？而要培养这些次一级的从属能力，又需具备哪些再次一级的从属能力？以此类推……。

在层级分析中，各层次的知识点具有不同的难度等级，愈是在底层的知识点，难度等级愈低（愈容易）。教学目标：能列直线式计算三个两位数的加法掌握进位原理能储存两个数相加之和，再加第三个数掌握简单加法概念能进行一位数加法懂得数位的概念知道两位数的名称懂得数的概念知道0到9各数的名称例：计算三个两位数的加法3、学习内容分析的步骤1）知识点的分析。知识点是学习内容中所包含的知识类型，即学习内容中都包含哪些方面的知识。需要把这些知识点抽出来，明确知识点的数量和范围，对每个知识点进行目标分析。2）知识类型的分析。对每个知识点的类型进行分析，准确地设定每个知识要求学生所达到的教学目标，明确学生学习内容的范围和深度。3）重点知识和难点知识的分析。重点是教材中最重要、最基本的中心教学内容。基本概念、基本规律、基本原理、基本方法是构成学科知识体系的基本要素，是教学的重点。课时重点知识是一节课中最本质最重要的知识内容，是这节课的核心和基础，难点是指学生比较难于理解和掌握的内容。

大多数情况下，教学内容重点和难点是相同的。但有时难点不一定是重点，重点也不一定是难点。当重点和难点相同时，在教学过程中必须先突破难点有才利于重点的解决。如果难点与重点无关，难点不必花费太多的时间。

4）章节教材的分析。章节教材分析是指分析教科书章节的内容。这项工作是在钻研课程标准，“通读”教材的基础上“熟读”和“精读”教材的过程。

四、教学目标的设计1、教学目标的含义教学目标是对学生在完成一个指定的教学单元后能做什么的具体明确的表述。要求：表述应明确、具体、详细。2、制定教学目标的依据（1）知识类型。（2）知识的地位和作用。（3）课程标准。（4）学生特征。

3、编写教学目标的方法

课堂教学中的教学目标主要是指课时目标。ABCD模式：

A……对象（audience)B……行为(behaviour):行为的变化C……条件(condition）D……标准(degree）例：学生

随着教师的口诵

默写出２０个生词，错误率低于10%。提供10个反映学习和非学习的例子，在校大学生能够识别学习的正、反例，在10个实例中至少有8个识别正确。1)行为的描述使用一个动宾结构的短语，其中行为动词说明学习的类型，宾语说明学习的内容。如：（能）操作照相机；（能）说出中国省会城市的名称。2）条件的表述环境因素（空间、光线、气温、室内外噪音等）人的因素（个人单独完成、小组集体进行、在教师指导下进行等）设备因素（工具、设备、图纸、计算器等）信息因素（资料、教材、图表、词典等）时间因素（速度、时间限制等）问题明确性因素（为引起行为的产生，提供什么刺激）例如:“根据课文”，“借助词典”、“通过小组讨论”、“不得参考任何资料”等3）标准的表述一般从行为的速度、准确性和质量三方面来确定.例:在1分钟内打80个汉字（速度）；测量血压，误差在+5mm/Hg以内（准确性）。四、基本部分与选择部分运用ABCD方法应注意的问题：1、教学目标的行为主体须是学习者，而不能是教师。2、教学目标须用教学活动的结果而不能用教学活动的过程或手段来描述。3、教学目标的行为动词须是具体的，而不能是抽象的。新课程的教学目标要求从三个方面来描述：1、知识与技能目标（认知目标）2、过程与方法目标（能力目标）3、情感态度与价值观目标（情感目标）例：“光的色散”教学目标1、认知目标（1）掌握光的色散现象；（2）知道物体的颜色由什么决定；（3）知道色光的三基色、颜料的三原色，及其混合规律。2、能力目标（1）通过实验演示培养观察，归纳，概括的能力；（2）能用所学物理知识解释生活中的有关现象。3、情感目标（1）通过引导学生解释生活中的物理现象，获得成功的愉悦；（2）培养尊重事实，实事求是的科学态度。

五、教学策略的设计1、教学策略的含义教学策略是对特定的教学目标而采用的教学顺序、教学活动程序、教学方法、教学组织形式和教学媒体等因素的总体考虑。2、教学策略的制定就是在前期分析的基础上，根据教学目标，综合地考虑和确定教学策略的过程。包括：安排教学顺序，确定教学程序，设计每一个教学环节的教学方法和教学媒体，分配时间，选择突出重点，突破难点，使学生掌握知识，提高能力的方式方法和措施，等等。

五、教学策略的设计3、制定教学策略的依据1）从学习目标出发；2）根据学习理论和教学理论；3）要符合学习内容；4）要适合教学对象；5）要考虑教学条件。例：《二力平衡》教学策略设计

由于科学的概念、原理和规律具有抽象性和概括性，所以根据因材施教原则、直观性原则和循序渐进原则以及本节教材的特点，降低抽象性、概括性的难度，充分体现直观性原则，激发学生学习兴趣，本节课的教学方法采用“实验引导法”，并贯穿启发式和讨论式教学方法，启发引导学生积极思考，勇于探索，使学生的心理达到一种“欲罢不能”的兴奋状态。首先，采取“求异联想法”进行导入，如举出几个实例后提问“受到外力作用的物体能保持静止状态或匀速直线运动状态的原因究竟是什么？”激发起学生的联想，然后，启发引导学生推测与之相关的新的研究课题，逐步用实验引导学生得出二力平衡条件。最后，运用“练习法”借助多媒体教学来巩固二力平衡的概念、条件及平衡力的分析及图解，深化认识层次。例：《二力平衡》教学策略设计安排的学法指导有：1、使学生学会发现问题，然后分析问题，解决问题。……2、培养学生热爱科学的精神。在教学中有意让学生带着问题去探索知识，并让他们体会到成功的喜悦。3、采用计算机多媒体铺助教学的动态变化环境，实现知识应用从抽象到直观，从直观到抽象的联系与递进。4、提供充足时间，让学生应用所学知识去分析、判断日常生活生产中的实际问题，培养学生解决实际问题的能力。六、教学媒体的设计教学媒体是直接参与教学活动，在教学过程中传输信息的手段。媒体选择的基本思想：尽可能选择低代价、高功能的教学媒体。公式：选择几率=功效V/代价C

通过模糊的数量计算，确定媒体的成本与效益之间的比值关系。例：功效（静止画面）功效（静止画面）代价（挂图、幻灯）

代价（电影、录像）＞1、选择教学媒体的模式——算法式2、教学媒体选择的程序1）确定必须由媒体来表现的教学内容；2）甄别可供选择的媒体类型；3）选定高效低耗的媒体；4）设计媒体出示的时机、方式、步骤和次数。3、教学媒体的运用1）熟练掌握各种媒体的功能特性和操作技术；2）找准最佳作用点：（1）突出、强化重点；（2）突破、解决难点；（3）创设情境、引发动机；（4）提供事实、建立经验；（5）显示过程、形成表象。3）找准最佳作用时机；4）多种媒体优化组合，综合使用。七、教学过程的设计教学过程流程图符号表示的意义教师的活动媒体的应用学生的活动教师进行逻辑判断过程进行的方向八、科学课程教学过程设计的基本框架一、教学目标设计1、认知目标2、能力目标3、情感目标二、教学对象分析三、教学内容分析四、教学策略设计五、教学媒体设计六、教学过程设计七、板书设计八、教学过程流程图结合教案和流程图两种形式，把设计结果表达出来。

2、教学对象分析：主要分析学生的年龄、心理、智能、情感特征、学习风格，以及初始能力、预备技能、目标技能和学习态度，并将它们描述出来。初始能力：学生原有的认知结构和认知能力。预备技能：学生进行新的学习必须掌握的知识与技能。目标技能：学生对要求学会的知识与技能的掌握情况。3）教学内容分析：分析教学内容的主要特点、在教材中的地位和作用，及其与前后内容的联系，以及本内容中各知识点、技能点、训练点的属性及其联系，确定重、难点及其依据。4）教学策略：主要分析教学顺序、教学程序、教学组织形式的安排，教学方法和媒体的选择和运用，并从理论和实践两方面说明设计的依据。第四节科学课程教学设计案例评析一、<眼睛与视力矫正>教学设计；二、<光的色散>教学设计；三、<声音的产生>教学设计；四、<认识文件与文件夹>教学设计。

End例1:《二力平衡》教学内容分析二力平衡是在学生学习了牛顿第一定律之后，又一个揭示力与运动关系的知识要点，是初中力学的一个重点，也是学生进行受力分析、力与运动关系分析的基础。学生只有理解了二力平衡的概念和规律后，才能解释生活生产中的有关现象，并获得初步解决实际问题的能力。学好二力平衡也为以后的摩擦力、压力和浮力的学习打下基础。所以，二力平衡的概念及其条件是本节的重点。由于初中生抽象思维能力普遍停留在一种经验型的水平上，对日常生活中的物体受平衡力作用的分析、判断比较盲目，其思维还需要具体、直观的感性经验的支持，所以本节的难点确定为分析平衡力作用下物体的运动。例2：《氢气的性质和用途》教学内容分析1、教学内容本节课是初中《化学》第三章第四节的内容，是在学生学习了氢气的制法、物理性质、可燃性的基础上，继续学习氢气的还原性和用途，从而使学生在巩固旧知识的前提下，逐步趋于完整地掌握氢气的知识。教材是以氢气还原氧化铜为例，来揭示氢气具有还原性的一般规律的。例2《氢气的性质和用途》教学内容分析2、教学重难点氢气的还原性是氢气化学性质的重点内容，通过氢气还原氧化铜的实验，并对实验进行分析、讨论，得出结论。从得氧失氧的角度，给出还原反应的概念。因此，氢气还原氧化铜的实验为本节的重点。该实验装置是学生遇到的一种新的实验装置，并且实验过程注意的问题较多，加之初三学生动手实验能力较差，所以，该实验又是本节课的教学难点。例1：《氢气的性质和用途》学习者分析1、初三的学生刚刚接触化学，对化学仪器的使用和实验装置都比较陌生，动手能力差，更缺乏科学地学习化学的方法。2、氢气在日常生活、工农业生产、科学研究方面都有广泛的应用，而学生对这些应用缺乏感性认识。例2：《动物的生命周期》学习者的分析七年级学生抽象思维能力、逻辑思维能力较弱，掌握概念需要具体形象的事物支撑，直接从文字说明来认识动物生命周期的过程有一定困难，但他们具有很强的求知欲，有强烈的好奇心，容易接受新信息，并且已具有一定的自学能力和想像能力，因此，在教学设计中应充分考虑学生的具体情况，使学生既长知识，又培养能力。例3：科学课《水的组成》学习者分析1、学生已有知识分析学生在生活中对水、氢气、氧气比较熟悉，对原子、分子也有所了解，这为本节课的学习提供了必要的认知基础，也为学生学习兴趣的激发提供了条件。但学生没有学习过有关物质组成的知识，也没有学习过氢气和氧气的性质，这就要求本节课从另一个角度进行“水的组成”的教学。2、学生已有方法分析从学生接触科学起，就一直强调培养学生的实验能力及科学思维能力，注重培养学生的科学探究能力。经过一学期的培养，学生对科学实验的现象观察、通过比较概括得出结果、再对结果进行分析这一过程有了初步的了解，这些为本节课的学习提供了必要的方法基础。例3：科学课《水的组成》学习者分析3、学生心理分析初一学生有一定的观察能力，一般能根据教学要求有计划有选择地观察实验现象，有较强的动手欲望和表现欲望。兴趣容易激发。例3：科学课《水的组成》学习者分析作业及