基于前概念的单元整体复习设计与实践思考
——以“金属及合金是重要的材料”复习为例

毛思成

一、 研究背景

(一)前概念的内涵

俞晓鸿教授在《什么才是真正有效的教学》一书中指出,“‘前概念’是存于人们大脑中基于当前知识的已有认识。它可能是正确的,也可能是模糊的或错误的。无论在哪个学习阶段,也无论是对哪一种知识的学习或接受,都存在前概念与教学相冲突的现象”。因此,在进行复习教学时,学生大脑里都带有与这节课有关的前概念。若教师没有对学生前概念进行捕捉,则教学行为很可能是低效的、无效的,同时也不符合“以学定教”“以生为本”的教学理念。奥苏贝尔从心理学角度认为,“影响学习的最重要的、唯一的因素就是学生已经认识了什么,弄清楚它,然后进行教学。”新课标也强调教学要“科学安排进阶、形成有序结构”。这要求教师在教学设计时需要基于学生已有的认知水平和知识经验,以学生为主体进行教学设计,科学安排学习进阶。可见,捕捉并分析学生的前概念是有效学习的重要前提,也对有效教学起着极其重要的作用。

前概念可以分为基础性前概念和即时性前概念。根据基础性前概念的特点,教师在教学前要深入解构,并在教学过程中对错误基础性前概念进行及时纠正。针对次生的即时性前概念,则需要教师具备厚实的教学功底,通过设计精良的教学环节、学习支架、有效对话来尽可能避免由于不规范的教学使即时性前概念转化成基础性前概念。

(二)单元整体复习教学的研究基础

1. 单元整体教学研究基础

素养导向的单元整体教学是与已有体系的结合和对已有课程的重组,教师应突破重知识、轻能力、重教学过程、轻学习体验的传统教学桎梏。新课标建议围绕学科核心概念组织教学,改变碎片化、割裂的教学倾向。因此,围绕核心概念的单元整体教学就是改变这种教学倾向的有效方式,也是促进知识结构化和功能化的关键策略。刘徽博士在《大概念教学——素养导向的单元整体设计》一书中阐述道,“‘单元’是素养目标达成的单位,是围绕大概念组织的学习内容、学习材料和学习资源等的集合”。大概念(big ideas)有时也被译作“核心概念”,它是指向具体知识背后的更为本质和核心的概念或思想。科学课程涵盖4个跨学科概念和13个核心概念。比如,在学习“金属及合金是重要的材料”时,应建立起如图1所示的知识层级结构,在该学习内容的上位核心概念“物质的结构与性质”的统摄下,指向金属的性质、金属锈蚀与金属冶炼等次级核心概念来开展整体教学。通过对典型物质性质的学习,并对这类物质的性质进行归纳、抽象和概括,在教师的引导下把握物质性质之间的本质联系,使学生形成知识间纵向向上的联系,而且能从宏观和微观的不同视角理解物质的性质。同时,在单元整体复习的主题情境中,学生能在形成的科学观念、培养的科学思维和大概念视角下解决新的问题,将知识转化为能力。

图1 “金属及合金是重要的材料”知识层级结构

在日常教学中教师通常按教材编排进行教学,这种教学方式忽视了知识间的逻辑关系、整体联系,也不利于学生深度理解,难以培养学生解决实际问题的能力和在新情境下的迁移能力。根据学生认知水平的发展特点,科学学习应该是螺旋上升的过程。因此,在复习教学设计时,要注重知识间的内在关联,并以探究实践为主要学习方式,在迁移应用过程中帮助学生建构结构化的知识体系,以利于学生对核心概念进行整体理解,促进学生深度学习,使知识技能转化为核心素养。

2. 复习教学的现状和研究基础

复习课容易陷入“做—讲—做—讲”的枯燥循环,这种模式会引起学生心理上的反感,对学生素养目标的培养没有积极作用。在我国教改推进过程中,课堂教学涌现出诸多模式,这些模式在很大程度上能够促进核心素养目标的达成,实现立德树人的教育宗旨。但是笔者经过调查发现,在实际复习教学中,复习模式并无本质改变,许多教师在复习前没有对学生前概念做深入分析,仅凭已有经验开展复习,并希望达到“省时、高效”的效果。

《辞海》中将复习定义为“温习已学习的课程”。许成凤在其硕士论文中提出,“复习是教师引导学生梳理模糊的基础知识和实验操作,并能对它们进行自主回顾和整理”。而笔者通过调查和实践,认为有效复习应该在学生已有的认知基础上通过主题式、单元整体式教学对他们的知识和技能进行综合调动,从而提升学生的迁移、解决、应用等能力,并使课堂从知识立意向素养立意转变。故以整体视角重新学习是为“复”,在新情境中输出迁移是为“习”。

二、 基于前概念的单元整体复习实施路径

前测作为捕捉学生头脑中基础性前概念留存度的方式,是单元整体复习的重要环节。经教学实践,在复习后配套后测对复习效果进行评价和跟踪,更是有效复习的重要保障。据此结合理论和实践,初步提出基于前概念的单元整体复习教学实施路径,见图2。

图2 基于前概念的单元整体复习教学实施路径

现以《寻找“绿色物质”是铜锈的证据》为例,分析基于前概念的单元整体复习实施路径。

(一)捕捉前概念的实践方式

开展前测是捕捉基础性前概念的一种有效途径。传统前测需要教师逐份批改,再对整体及个人进行手动分析,这种批阅方式效率较低,还在一定程度上增加了教师的工作负担。因此,需要寻找一种精准、高效的评阅方式。为此可以借助数字扫描评阅软件来解决低效问题。以金属复习为例,精准高效地捕捉前概念操作如下:

1. 前测命制

前测题目主要取自配套作业本中学生的高频错题和易错题,这些题在复习前能反映学生对相关概念和原理的掌握程度,以确定单元整体复习的起点。另外,还可选取各地市中考真题。

依据新课标中关于“金属及合金是重要材料”的学段目标和学业质量要求,将所选高频错题、中考真题改编为客观题和主观题以达到前测要求。

客观题按知识和能力要求将单选题变为多选题,以此尽可能覆盖知识点,学生但凡有某个知识环节薄弱,就不能通过一些解题技巧如排除法来解决此类问题,继而避开自己的知识漏洞。例:

【改编】某工厂排放的废水中含有较多硫酸铜,从回收利用和防止重金属污染的角度考虑,不可行的方案是在废水中加(多选)

( )

A. 食盐 B. 盐酸 C. 铁粉

D. 碳酸钙 E. 钠颗粒 F. 银粉

主观题重点选择典型实验探究背景或情境,并将多个关联考点编排于这一背景情境中,旨在考查学生在典型情境或者新情境中输出核心知识的水平,以此帮助教师明晰学生核心知识的掌握情况,为后续单元整体复习打基础,示例见图3。

图3 主观题改编示例

2. 前测批阅

前测采用数字化软件进行评阅,如使用“智学网”App可对班级整体的高频错误知识点进行统计,也可以对某个学生的知识漏洞进行汇总,这对教师精准把握班级整体学情和个性化辅导都有较大助益。

3. 学情前测分析

本次前测满分为30分,经“智学网”App的统计和分析可知,学生在“金属冶炼”部分的得分率为0.61,“金属的化学性质”部分得分率为0.83。故学生对金属化学性质掌握良好,而金属冶炼部分还需强化和提高(图4)。从学生层面看,能够良好掌握该核心内容的学生占40.4%,未达到一半,掌握程度一般的学生基本集中在C、D档(图5)。从能力维度看,学生在综合、理解、评价、实验技能、逻辑推理、科学方法等能力水平是比较低的,而计算得分率比较高。因此,需要设计以提高学生薄弱能力的有效复习教学。

图4

图5

图6

图7

根据以上学情,结合新课标中的课程理念和教学实施建议:“科学课要激发学生的学习动机,加强探究实践,倡导设计学生喜闻乐见的科学活动,要从学生已有经验出发,选择合适的情境素材,设计适宜的研究问题,运用观察、实验等活动创设教学情境,提出有价值的问题。”教师要设置贴近学生生活的情境化背景、设计层层递进的驱动性任务、设定有效生动的师生对话,使学生在复习教学中能以核心概念为中心,将与金属有关的碎片化知识建构为结构化知识,让学生能在新情境中利用已学的知识和技能解决新问题,以培养学生的必备品格、关键能力。

(二)单元整体目标设定

依据新课标和核心概念统领的知识结构,单元整体复习目标的设定要满足以下特征:1. 体现学生知识和能力的发展;2. 体现科学学科特有的思维和方法;3. 体现学科本质和精神;4. 体现学科素养的育人特点。根据以上特征,本节单元整体复习教学目标制定如表1:

表1

(三)单元整体复习设计

根据图1“金属及合金是重要的材料”知识层级结构,并基于学生前概念设计单元整体复习教学。

1. 创设情境,捕捉学生即时性前概念

以时下热门的休闲项目“围炉煮茶”为本单元整体复习的情境背景。在观察比较古董铜壶与新铜壶有何区别的任务情境中,引导学生提出可探究的科学问题,对这些问题进行分析整合,确定本节课的研究主题:“寻找‘绿色物质’是铜锈的证据”和高频问题“绿色物质是什么?”“绿色物质如何形成?”。在猜测绿色物质是什么时,调用学生学习新课形成的基础性前概念:金属铁与铝在一定的条件下会生锈等“金属锈蚀的原理、产物及性质”,结合猜测进行推理,从而初步回答所提问题,建立初步假设。具体过程如下图:

此环节通过呈现情境问题,在有效的师生对话中不断调用学生的基础性前概念,捕捉即时性前概念。在对绿色物质是什么和如何形成的猜测过程中,引导学生对金属锈蚀条件进行迁移应用。这体现了探究实践“能给予所学知识,从真实情境中识别可以探究的科学问题,并提出合理的研究假设”这一素养目标。

2. 提取信息,设计素养导向任务群

学生提出初步假设后,仅凭实验中铜生锈的颜色与古董铜壶上的绿色物质一致并无法直接确定绿色物质就是铜锈,故课前实验只能作为部分支持证据。因此,需要学生像科学家一样继续寻找证据、分析证据并形成观点,从而提高他们使用科学证据、逻辑推理能力、科学解释现象和问题解决的能力,这与新课标的理念和目标从“科学探究”转向“探究实践”是一致的,也符合PISA(国际学生评估项目)对“科学素养”的能力要求。

根据课前实验中部分浸入水中的铜片生锈,激发学生提出疑问“铜锈是什么”,引导学生利用网络深入了解铜锈的成分。通过对比铜锈化学式与所猜测铜的生锈条件不完全相符,形成认知冲突,使学生修正初步猜想。进一步通过网络资料“古法炼铜的原料”启发学生逆向推理“若绿色物质为铜锈,则也可以像孔雀石一样炼铜”,并对该推理进行小组讨论和方案设计,在讨论和表达过程中,学生达成“科学思维”等素养目标。通过对学生设计的三种方案进行分类,就干法炼铜与湿法炼铜在年代早晚、安全性、时效性等角度进行比较,选择更为安全和快捷的方案,为学生分组实践验证做铺垫。在小组实验中,借助PTA量表对本组实验操作员和观察员进行评价,促进学生自主发现实验操作中的问题和薄弱环节,强化化学实验规范操作的思想。最后,结合方法4和方法5获得的证据推理:能利用绿色物质冶炼出铜,则绿色物质由铜生锈而来。具体过程如下图:

本环节主要的学习方式为思考设计、小组讨论、实践验证、解释阐述、评价表达等,同时在该环节中渗透推理、论证、分类、比较等思想方法。通过学生自行设计方案并进行实践验证,为猜想成立提供有力支持,使学生形成证据意识,建立起猜想和结论之间的联系,培养科学思维。

3. 综合论证,提炼解决问题的思想模型

学生在寻找多重证据:学习经验、科学实验、生活经验、调查取证、情境证据等过程中,通过对证据群进行分析和论证,最终解决新情境中提出的问题。根据对问题解决流程的总结,学生得出解决问题的一般方法:提出猜想——建立猜想——寻找证据群——据证推理——问题解决,并提示关于“绿色物质”的其他问题均可用类似的思想方法进行解决,见图8。

图8

本环节学生从思想和方法上对研究活动进行总结、归纳、提炼和提升。基于学生在前阶段进行的观察、讨论、表达、设计、查询、实践、评价等学习活动,学生最终能从浅层认知向深度学习转变,从低阶思维向高阶思维转变,从知识目标向素养目标转变。

(四)后测评价

为精准快捷地评价单元整体复习效果,并为后续教学调整指明方向,可由“智学网”App评阅分析得出如图9。从该分析可以看出,学生的知识水平与前测相比有大幅度提高,说明本次单元整体复习效度良好。

图9 后测数字化分析

三、 研究价值和反思

研究基于前概念的单元整体复习,在教学中具有一定实际意义。依托高效前测可以辅助教师精准把握学情,这是有效复习的基础、是把握教学的关键。单元整合转变了知识碎片化、课程孤立化的现象,以学生为教学主体,培养了学生的整体思维,使其形成结构化知识,达到有效复习的要求。而以探究实践为载体促进了学生的深度理解。根据新课标以核心素养为导向的教育理念,在真实情境中借助协作式实践活动,通过推理、分析、理解、解释等思维过程,以及有效的师生对话、生生对话促进学生深度思考,使学生在获得知识技能发展的同时,也发展了学生在新情境中对新问题的解释、分析、迁移、探究、创新、表达、交流、评价和反思的能力,实现核心素养的发展。

当然在实施过程中还要注意以下问题:

1. 在复习教学中,除了强化结构性知识的建构,还需要落实学生在方案设计上的语言表述,这也是达成科学思维的一项重要方式。

2. 在探究实践中,如何在安全的前提下尽可能让学生体验实践过程是激发学生兴趣,培养操作技能的重要途径。因此,在教学设计中要优化实践方案,使学生能够充分参与和体验整个实践过程。

3. 在教学过程中,如何捕捉学生的即时性前概念,并转化为教学素材,需要教师具备较高的教学基本功。

4. 在单元整体复习结束后,配套后测进行复习效度检测,有助于我们对复习安排进行调整。

四、 展望

根据笔者所在学校校情,上述单元整体复习方式和深度适合基础偏弱的学生群体,并且实施效度良好。而若学情前测显示学生的双基水平总体处于良好层次,则以上实施方式和设计层次还需进行调整,以满足优等生能力和素养的发展需求。并且,随着公民同招的推进,优等生向公办学校涌入,学生结构发生变化,这也促使我们不断优化复习设计,实现个性化教育。例如,可以借助“小先生”模式,以优等生作为教学资源和学习支架,发挥他们在学生群体中的引领作用,凸显态度责任等素养意识。此外,如何根据学生层次、学生能力的发展变化对学生进行分层复习教学,也将是笔者继续研究的方向。