圍繞大概念學習進階促進學生發(fā)展

1精選ppt原文出自?Science?雜志的主編，Alberts博士寫的一篇有關小學科學教育的文章，轉引自韋鈺院士的博客案例1美國科學家費曼的經(jīng)歷2精選ppt諾貝爾物理學獎獲得者美國科學家費曼〔Feynman，1918－1988〕在回憶他父親對他的培養(yǎng)時，曾經(jīng)說到這樣一個故事：有一次一個孩子問我：看見那只鳥了嗎？你知道它是什么鳥嗎？我答復：我一點都不知道。他說：那是一只褐色的、會發(fā)喉音的畫眉，你父親什么也沒教你嗎？3精選ppt費曼說：完全不是這樣，父親教了我很多。注意：費曼的父親教了他什么？是如何教他的？4精選ppt父親說：看那只鳥！它的名字叫斯賓賽鳴鳥〔我知道父親其實并不知道這只鳥的正確名字〕。父親又說：在意大利它叫XXX；在中國它叫XXX；在日本它叫XXX；你可以知道用世界上不同的語言如何稱呼這種鳥。但是，學完了這些，你實際上根本不了解這種鳥，你只知道世界上居住在不同地方的人對這種鳥有不同的稱呼。5精選ppt所以，讓我們來仔細觀察這只鳥，看看它在做什么？〔觀察事物〕那是我們應該考慮的。〔我很小就知道，知道某個物體的名字和知道某個物體之間的差異〕父親說：比方說，看吧，這只鳥不停地在啄它的羽毛，它是不是一邊走，一邊在啄它的羽毛？〔觀察什么？怎樣觀察？〕6精選ppt費曼：是！父親：鳥為什么要啄它們的羽毛？〔提出問題〕費曼：可能是它們飛行時把羽毛弄亂了，它們啄羽毛，以便把它們的羽毛理順?！沧龀黾僭O〕7精選ppt父親又說：好吧，如果是這樣，那么它們只需要在飛過以后啄一會兒，當它們落地一段時間以后，就不應該再啄它們的羽毛了?！哺鶕?jù)假設進行推理〕你知道我問你這個問題的目的嗎？〔引導深層次思維〕8精選ppt父親說：讓我們仔細觀察一下，它們是在剛剛落下時啄得最多嗎？實際上要看清楚這一點，并不困難，比較一下那些剛剛落下的鳥和已經(jīng)在地上走來走去的鳥，它們在啄羽毛上看不出差異。〔通過觀察檢驗假設〕我說：我放棄我的想法，那些鳥啄它們的羽毛，并不是為了整理羽毛?！驳贸鼋Y論〕9精選ppt父親說：因為有虱子在咬它，虱子在吃羽毛上沾著的蛋白的屑屑。虱子的腿上常常有一些柔軟的物質(zhì)，更小的生物會吃它，這些小生物不能完全消化這些物質(zhì)，就會排泄一些和糖類似的物質(zhì)，細菌就會在其中生長?！沧龀鼋忉尅?0精選ppt最后，父親說：你要知道，哪里有食物存在，就一定會存在以它為食物而生存的，有生命的生物?！埠诵母拍睢迟M曼說，我現(xiàn)在知道，在那些鳥的腳上，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，父親告訴我的，也許在細節(jié)上并不準確，但是他卻教給我根本上正確的東西。11精選ppt美國科學院Alberts院長引證了這段故事以后寫道，我們每個人不可能都有像費曼那樣的父親，培養(yǎng)我們孩子的責任，就應該落在學校的身上。費曼的父親要他觀察的內(nèi)容，圍繞著建立一個核心概念—哪里有食物存在，就一定會存在以它作為食物的，有生命的生物。12精選ppt有些科學教科書上要求學生觀察的內(nèi)容常常沒有明確的目的，似乎越細越好。要觀察植物，大多是估計樹有多高、多粗、什么形狀；觀察葉子的顏色、形狀、大小等。要觀察紙，就要求學生比較紙的厚薄、顏色、吸水性，再拉一拉，看結實不結實。各人看各人的，越細越好，看完了，各人有各人的標準和感受。天底下不同種類的樹和樹葉多的是；紙也各式各樣、千奇百怪，我們課堂上能看到的只是“滄海一粟〞。這樣的觀察結束以后，學生記住了有不同的葉子，有不同的紙，還有什么？13精選ppt案例啟示：學科教學要促進學生核心概念和能力的共同開展。14精選ppt

科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而是應當慎重選擇一些重要的科學觀念，用恰當、生動的方法，幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解。

15精選ppt大概念與學習進階中學物理教材中的大概念進階分析中學生概念開展現(xiàn)狀和問題基于概念學習進階的教學設計主要內(nèi)容16精選ppt——什么是大概念？17精選ppt沸騰汽化物態(tài)變化物質(zhì)的形態(tài)及變化物質(zhì)沸點2005年，美國科學促進會(AAAS)提出大概念是“能將眾多的科學知識聯(lián)為一致整體的科學學習的核心〞。大概念包括共通概念和學科核心概念：共通概念側重于跨學科內(nèi)容的組織，而核心概念多用來整合某一學科內(nèi)的知識。什么是大概念〔bigideas)19精選ppt共通概念是涉及科學、數(shù)學和技術等各個領域的最根本的概念，這些概念超越了學科界限，反映出不同學科的內(nèi)在統(tǒng)一性，并且相對穩(wěn)定，對于各種文化觀念都普遍適用。美國大學理事會認為，共通概念“不僅對科學學習意義深遠，而且還影響著數(shù)學、技術和工程等的學習〞，有助于學生建立對所有學科的整體認識。共通概念〔crosscuttingconcepts)20精選ppt美國新?框架?中提出了7個共通概念，分別是“模式〞“因果關系：機制與解釋〞“尺度、比例和數(shù)量〞“系統(tǒng)和系統(tǒng)模型〞“能量與物質(zhì)〞“結構與功能〞“變化、連續(xù)性和穩(wěn)定〞。我國?初中科學課程標準?在課程目標中提出“逐步加深對以下自然科學中統(tǒng)一的概念與原理的理解：物質(zhì)、運動與相互作用，能量，信息，系統(tǒng)、結構與功能，演化，平衡，守恒。〞科學教育文件中的共通概念21精選ppt學科核心概念是組織整合某個學科自身內(nèi)容的少數(shù)關鍵概念，如美國新?框架?確定了13個核心概念：物質(zhì)科學4個，生命科學4個，地球與空間科學3個，工程、技術和科學的應用2個。學科核心概念由假設干重要概念構成，其中包括重要概念、原理、理論等的根本理解和解釋，這些內(nèi)容能夠展現(xiàn)當代學科圖景，是學科結構的主干局部。學科核心概念〔disciplinarycoreideas〕22精選ppt物質(zhì)的結構和特性：物質(zhì)的宏觀狀態(tài)和特征性質(zhì)取決于物質(zhì)的類型、組合和以分子、原子為單位的粒子的運動。相互作用、穩(wěn)定性和變化：由相互作用產(chǎn)生的力構成一切物質(zhì)結構和轉變的根底，這些力的平衡或不平衡性決定了穩(wěn)定性和系統(tǒng)內(nèi)部的變化。物質(zhì)科學的四個核心概念〔美國新標準2021〕23精選ppt能量及其轉變：系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間的能量轉換永遠不會改變能的總量，但能量往往會耗散；系統(tǒng)所得的能量決定了任何過程會發(fā)生什么。波作為能量和信息攜帶者：我們對波的性能的理解再加上適當?shù)膬x器，讓我們能利用波，特別是將電磁波化為聲波，來對自然進行各種規(guī)模的、遠遠超過我們直接感知的探測。物質(zhì)科學的四個核心概念〔美國新標準2021〕24精選ppt我國初中物理課程標準按照三個大概念組織知識內(nèi)容一級主題二級主題1.物質(zhì)1.1物質(zhì)的形態(tài)和變化

1.2物質(zhì)的屬性1.3物質(zhì)的結構與物體的尺度1.4新材料及其應用2.運動和相互作用2.1多種多樣的運動形式

2.2機械運動和力2.3聲和光

2.4

電和磁3.能量3.1能量、能量的轉化和轉移3.2機械能

3.3

內(nèi)能3.4電磁能

3.5能量守恒3.6能源與可持續(xù)發(fā)展大概念是將眾多的科學知識聯(lián)為一致整體的科學學習的核心，能作為理解或探究更復雜概念的關鍵工具，與生活實際和重大社會議題相關，在整個學習過程中都具有可教性與可學性。對于促進學生科學素養(yǎng)的開展具有重要價值。為什么要關注大概念？26精選ppt基本概念規(guī)律大概念大概念與根本概念和規(guī)律的關系27精選ppt美國新框架學習進階圖示〔2021〕美國新框架中共通概念、學科核心概念、實踐的關系及開展圖示〔2021〕28精選ppt什么是學習進階？為什么要研究學習進階？精選ppt學習進階是國外科學教育研究領域在數(shù)十年來的概念研究成果根底上提出來的學習進階的起點是學生的前認知，終點是期望到達的教學目標，描述從起點到終點的中間開展階段關于學習進階的研究是科學課程設計和教學設計的重要依據(jù)學習進階〔LearningProgression〕30精選ppt美國國家研究理事會〔NRC〕對學習進階給出的定義如下：“學習進階是對學生連貫且逐漸深入的思維方式的描述。在較大時間跨度內(nèi)〔如6~8年〕，學生學習和研究某一主題時，這些思維方式依次進階。〞

學習進階31精選ppt美國?新一代科學教育標準?物質(zhì)科學修訂組的組長科瑞柴克〔Krajcik〕指出學習進階有四項必備要素：〔1〕大概念及對大概念的析解；〔2〕界定清晰的各進階層級；〔3〕檢驗學生所處水平的測評工具；〔4〕促進學生開展的教學干預手段。學習進階的要素32精選ppt關于能量概念學習進階的研究〔魏昕，2021〕推理方式描述學生思考“能量〞問題時所傾向使用的思維模式〔和思維角度〕；原理除包含具體的知識外，更強調(diào)對“能量〞概念的功能的上位認識?？蚣馨?個認知水平，但均可歸入變量的兩個層次。這樣的劃分方式能夠清晰地顯示出學生認知開展所需克服的障礙以及難度如何，有助于指導后續(xù)的教學研究。33精選ppt34精選ppt“能量〞是我們在物理學習和生活中都經(jīng)常使用的一個詞，你對“能量〞有怎么樣的認識呢？請用一兩句話寫出你所認為的“能量〞是什么。評分標準〔水平劃分依據(jù)〕水平2：1〕無法區(qū)分能量與力，將能量當作物體運動的原因；2〕不能區(qū)分能量與物質(zhì)；3〕將能源和能量相混淆，如污染、不可再生等。題目例如135精選ppt水平3B：用“力〞來解釋能量，認為能量是力的作用效果的表達。水平3A：認為能量是物體做功的量度；因為有了能量，物體才會具有各種形式的運動。水平4：能量不會消失，只會相互轉化，可以用機械能守恒定律來判斷系統(tǒng)內(nèi)物體的運動能否發(fā)生。水平5：系統(tǒng)內(nèi)的能量有流入和流出的變化，但能量的總量是守恒的；能量的轉化具有方向性；能量的守恒定律和轉化的方向性規(guī)律能夠作為判別事件能否發(fā)生的依據(jù)題目例如136精選ppt不同水平學生的典型表現(xiàn)37精選ppt題目例如238精選ppt各年級學生答題情況ABCD76.82%48.48%23.11%20.45%83.83%34.10%32.95%26.05%92.85%25.62%40.21%28.11%101.17%13.62%70.43%10.89%113.52%11.01%69.60%11.01%39精選ppt初中約有20%的學生將能量看作物體做功所產(chǎn)生的結果，利用“機械推理〞的方式來解釋能量的各種問題〔水平3A〕；幾乎沒有學生基于“系統(tǒng)〞來認知能量〔水平4及以上〕。而課標和教材要求學生需要認識到能量守恒的存在，能夠有意識地用能量守恒的觀點來分析和解決問題〔水平4〕，測試結果顯示初中階段的教學尚未達成這些目標。局部樣本的測試結果說明：

學生能量認知水平的現(xiàn)狀與課程標準要求有差距40精選ppt學生認知現(xiàn)狀的影響因素學生在推理方式和能量原理方面的理解缺失直接影響了對能量的認知表現(xiàn)。教學中存在的問題：無視“系統(tǒng)〞概念的重要作用，不重視引導學生從目的和功能等更上位的層面理解能量的概念。如為什么要學習能量？能量及能量原理〔與力和牛頓定律相比〕是用來答復哪些問題的？41精選ppt學習進階研究的知識根底：概念進階42精選ppt概念進階：對某一核心概念的連續(xù)且有層級的開展路徑的描述。（1）同一階段不同概念間的進階（2）不同階段相同概念的進階分為兩種類型：概念進階〔陳佩瑩，2021〕概念進階是進一步展開學習進階研究的根底。43精選ppt“力和運動〞核心概念進階圖〔初步〕44精選ppt物理教材中大概念的進階分析

---以北師大京版教材為例45精選ppt運動概念的開展：機械運動熱運動電磁運動第1章介紹了機械運動的多種形式，如直線運動、曲線運動、勻速直線運動、變速直線運動、振動、波動等，使學生初步建立運動的概念第7章研究分子的熱運動從第8章光現(xiàn)象開始討論電磁運動運動和相互作用的概念進階46精選ppt運動概念的開展：機械運動熱運動電磁運動研究對象的變化：宏觀物體大量分子的集合體電磁場模型的變化：質(zhì)點或剛體模型微觀結構模型光線模型電路模型場模型運動和相互作用的概念進階

47精選ppt相互作用概念的開展：直接相互作用場相互作用第3章運動和力首先討論物體間的相互作用——力，將機械運動和力聯(lián)系起來，引入了運動和相互作用的概念第4章壓強與浮力是對力的深入認識第5章簡單機械是力的應用和進一步開展第9章引入電荷的相互作用——場第12章引入磁場，討論電磁相互作用運動和相互作用的概念進階48精選ppt實物物質(zhì)宏觀微觀場第2章討論物體和物質(zhì)的屬性——質(zhì)量和密度，聯(lián)系學生的生活經(jīng)驗，初步建立物質(zhì)的概念第4章壓強與浮力和物質(zhì)的性質(zhì)有關，是對密度概念的深化第7章在認識物質(zhì)熱性質(zhì)的根底上，建立物質(zhì)結構的微觀模型，從微觀角度拓展對物質(zhì)屬性和結構的認識第8章研究光的性質(zhì)第9章研究物質(zhì)的電性質(zhì)第12章研究磁場的性質(zhì)物質(zhì)概念進階49精選ppt機械能內(nèi)能光能電磁能原子能第6章通過章首圖引入了能的概念，深入討論了機械功、功的原理和機械能，為能的轉化和守恒做好鋪墊第7章既是對物質(zhì)屬性和結構的深入認識，又引入了內(nèi)能，是運動(分子熱運動)和能量概念的進一步開展第9章從能的角度認識電路第11章集中討論電能的利用第12章討論電磁能與機械能的相互轉化能量概念的進階50精選ppt系統(tǒng)概念的要素：邊界相互作用的局部新出現(xiàn)的特性復雜性共通概念：以系統(tǒng)為例51精選ppt機械系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)電路系統(tǒng)宇觀系統(tǒng)和微觀系統(tǒng)第5章簡單機械蘊含了機械系統(tǒng)的概念第6章引入了機械能的概念，討論了機械系統(tǒng)內(nèi)的能量轉化第7章研究熱力學系統(tǒng)，將物質(zhì)的微觀結構模型與系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)聯(lián)系起來第9章簡單電路是一個系統(tǒng)，電路中任何一個元件的變化都會引起整個系統(tǒng)狀態(tài)和功能的變化教材中涉及的系統(tǒng)：52精選ppt機械系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)電路系統(tǒng)宇觀系統(tǒng)和微觀系統(tǒng)第10章串、并聯(lián)電路說明不同的聯(lián)接方式〔系統(tǒng)的不同結構〕會引起整個系統(tǒng)狀態(tài)和功能的變化第11章集中討論電路系統(tǒng)中的能量轉化第12章討論電磁系統(tǒng)與機械系統(tǒng)的關系第13章討論現(xiàn)代通信系統(tǒng)第14章討論宇觀系統(tǒng)和微觀系統(tǒng)教材中涉及的系統(tǒng)：53精選ppt關于能量概念的學習進階研究說明：學生能否基于系統(tǒng)來認知能量，是能量概念開展過程中的一個重要臺階。系統(tǒng)概念和能量概念是緊密聯(lián)系共同開展的54精選ppt初中生概念開展

現(xiàn)狀和問題

2021年3月的局部測試結果55精選ppt例題1：小昕在體育館拍球。球離開她的手，通過A點向下運動，碰到地板后通過B點向上運動，到達最高點C。56精選ppt〔1〕球在通過A點向下運動的過程中，作用在球上的力有哪些？A．沒有力作用在球上B．只有小昕提供的力依然作用在球上C．只有重力作用在球上D．重力和小昕提供的力都作用在球上A2.31%B3.18%C55.49%D36.71%其它2.31%正確答案：C1（1）人數(shù)百分比部分迷思概念A82.31%認為力必須發(fā)生在接觸的物體間或認為物體受到的力來自有生命的物體B113.18%認為彈力在離開物體后還存在，即認為力是維持物體運動的原因，且沒有考慮到重力C19255.49%正確答案D12736.71%認為力是維持物體運動的原因其他2.31%學生未認真作答合計346100.00%

57精選ppt〔2〕球在通過B點向上運動的過程中，作用在球上的力有哪些？A．只有重力作用在球上B．只有地板提供的力依然作用在球上C．重力和地板提供的力都作用在球上D．沒有力作用在球上A44.51%B6.36%C44.22%D4.05%正確答案：A1（2）人數(shù)百分比部分迷思概念A15444.51%

正確答案B226.36%認為力是維持物體運動的原因，向上運動的小球就應該受到向上的力的作用，且未考慮重力的作用C15344.22%認為力是維持物體運動的原因，向上運動的小球就應該受到向上的力的作用D144.05%認為力必須發(fā)生在接觸的物體間或認為物體受到的力必須來自有生命物體其他30.87%

合計346100.00%

58精選ppt例題2：下雨天在雨中轉動雨傘時，可以看到雨傘邊緣處的水珠會飛出去。59精選ppt〔1〕如圖，水珠飛出去的方向是哪個方向？A．A方向B．B方向C．C方向A23.70%B55.78%C19.36%D1.16%正確答案：B2（1）人數(shù)百分比部分迷思概念A8223.70%認為“保持原來的運動狀態(tài)”即“保持原來的運動軌跡”B19355.78%正確答案C6719.36%根據(jù)生活經(jīng)驗，認為物體受到“離心力”作用其他41.16%未作答合計346100.00%60精選ppt〔2〕你選擇該答案的理由是A．由于慣性，水珠要盡量保持原來的運動軌跡B．水珠受到向外的離心力的作用C．由于慣性，水珠保持原來的運動方向D．其他答案，請具體說明A23.70%B36.99%C33.24%D3.18%其它2.89%正確答案：C附第一問答案情況2（2）人數(shù)百分比迷思概念A8223.70%認為“運動狀態(tài)”就是“運動軌跡”B12836.99%

認為水珠離開雨傘后受到向外甩的“離心力”C11533.24%正確答案D113.18%

未寫出理由其他102.90%未作答合計346100.00%

61精選ppt初中生存在大量前概念，在遇到問題時，經(jīng)常用日常概念代替科學概念。在常規(guī)教學后，只有不到60%的學生形成了科學概念。學生沒有經(jīng)歷從日常概念到科學概念建構的認知開展進階過程，缺乏對物理概念意義和含義的深層理解。測試結果說明：62精選ppt1.關于電磁現(xiàn)象，以下說法正確的選項是〔〕A．磁場會對放入場中的輕小物體產(chǎn)生力的作用B．利用一枚小磁針可以觀察磁場強弱的分布C．導體中的負電荷在做定向移動時會產(chǎn)生磁場D．利用撒在磁體周圍的鐵屑可以判斷該磁體周圍各點的磁場方向初中生對磁場的認識63精選ppt測試結果64精選ppt2.設有一磁棒，點3