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创设认知冲突情境的初中科学课堂教学研究

万博亚洲客户端  陈高建

 

一、课题的现实背景及意义

1. 初中科学课堂教学创设认知冲突情境现实背景

我国传统的教育领域中人们所普遍采用的主要是定量分析的方法,即是具体地去指明影响知觉、记忆、学习、问题解决以及研究者所关注的任何心理过程的效果的各种变量。如在“决定教学效果的各个环节”、“决定科学能力的诸多因素”、“不同教学方法的比较研究”、“科学学习方面的性别差异”等项研究中,人们往往只是注意了对于相应测试结果(如学生作出正确解答的比例)的统计分析,并认为由此即可获得可靠的信息,而根本无须去顾及内在的思维过程。

(1)科学知识教学轻过程,重结论。在这样的现实背景下,对于科学概念和规律的教学,很多教师多把侧重点放在知识的传授上,强调的是讲清概念和规律的内涵、外延以及与相关知识的联系与区别,至于对概念和规律的来龙去脉,对它形成与发展的过程。则轻描淡写,甚至一笔带过,这种“斩头去尾烧中间”的做法,强化了教学的结果,而忽视了教学的过程,其结果不仅减弱了学生对科学知识的理解,而且也有碍于学生能力的培养。

(2)学生对科学知识的学习不求甚解。而学生对待问题,题解不愿多问为什么,只想知道是什么。在学习科学基本概念、基本原理时,不善于通过积极的思维去把握概念、原理的来龙去脉,不重视深入挖掘概念、原理的内涵和外延,只是死记硬背概念的定义和原理的条文。例如分析杠杆的五要素时,一些学生甚至于教师虽强调在强调动力和阻力的作用点须作用在杠杆上,但在实际运用时经常将物体的重力直接当作动力或阻力来描述。导致解题时只能生搬硬套公式,不问过程,更不会考虑过程的优化选择,也无法在新的或类似的情境中迁移应用。学生在学习中只是被动地接受现成的结论,缺乏对问题的分析,缺乏自己的见解。学生即使顺利通过了考试,却很难表明对所学的知识是真正理解的,在他们头脑中仍隐藏着对所学知识的许多误解。

(3)学生原有认知的顽固、隐蔽,难以同化。学生们在进入课堂学习前对世界和事物是有先入为主的认识的。经过课堂学习,许多学生可能记住了一些科学概念原理的定义,能够陈述和再现这些概念,甚至能解答课本上的典型习题,但是当条件变换时却不能辨认和应用已学习的概念,又回到原有的经验和认知上。显然,光靠教师师的简单说教是很难起到效果的,学生原有的经验和认知显得根深蒂固,顽固不化。

综上所述,教学时中适度地创设认知冲突,有助于暴露学生的思维过程,也使学生本人、同伴、教师看清这一思维过程。从而能不断地提供反馈,指导和纠正学生的思考,有助于他们能够深入理解科学知识和掌握科学技能。为此,基于教学现实的需要,我们课题组拟决定进行“创设认知冲突情境的初中科学课堂教学研究”课题的研究。

2. 初中科学课堂教学创设认知冲突情境的意义

心理学上认为,学生在学习新知识之前,头脑中已经有了某种认知结构,学习者总是按原有的认知结构来同化新知识,一旦新知识与旧知识出现差异,就会在认识心理上爆发认知冲突。认知冲突的产生迫使学生产生解决这一冲突的需要,从而激发学生的求知欲和探索心向。创设认知冲突是指教师要以教材中迁移性强和智力价值与活化率高的知识点出发,针对两个结构的连接点,以直观性、趣味性、新颖性的艺术手法,设疑提问,以引发学生争议,这是激发学生探索心向(即认知内驱力)的关键, 也是促使学生对新知识同化、顺应、组织与建构的重要策略。

1形成问题情境的基本条件。建构主义的教学主张“通过解决问题来学习”,这就要求不断创设问题情境。所谓问题情境就是在教材内容与学生的原有认知结构之间制造一种“不协调”, 从而把学生引入一种与问题有关的情境之中。问题情境的创设不仅在于提出问题, 更重要的是根据学生现有认知水平设置新问题, 使之与学生原有的知识经验产生激烈的认知冲突, 从而使学生萌生解决问题的欲望。例如在学习“茎”的内容时, 学生对教师让他们观察的芦苇、竹子等植物的地下茎颇感困惑, 因为这种新的生物学事实与他们已有的日常经验产生了明显的矛盾, 于是形成了问题情境, 引发了学生的认知冲突。因为心理学研究表明, 人都有填补认知空缺, 解决认知失衡、认知冲突的本能。学生一旦有了解决问题( 矛盾) 的渴望, 就能促使他们去思考、去探索。

(2)为提倡探究式学习。为了培养学生在某一方面的探究能力,在课堂教学中设置认知冲突,可以为学生提供真实的学习背景,模拟解决实际问题的过程。而真实的学习背景或解决实际问题的过程中一定存在矛盾与冲突,此时学习者发现不能用头脑中已有的知识来解释一个新问题或发现新知识与头脑中已有的知识相悖时,就会产生“认知失衡”,产生“紧张感”。为了消除这种紧张的不舒服感觉,就会产生认知需要(内驱力),努力求知,萌发探究未知领域的强烈愿望。

(3)新课程关注课堂生态。教学其实是一种心灵与心灵的交往与对话。这就要求师生之间、生生之间产生思想的碰撞,这就要求教师在教学中充分创造交往机会与氛围, 并提高交往的质量。为倡导焕发学生的生命活力,实现学生的生命意义。创设认知冲突,激发认知内驱力,使学生全身心投入,思维活跃,态度积极,产生积极的思维碰撞,在积极的碰撞中,产生思维的灵性。在这样的过程中,他们的情感态度得到升华,学会了学习,学会了交往,产生切身的积极的情感体验,活跃了课堂的教学气氛。

(4)认知的内化与外化建构过程及其协调。现在知识观认为,知识是一个过程,而不是结果,教育应当十分突出知识的产生过程。而认知失调理论与教师的教和学生的学有何相干呢?实际上,在学生的学习中,教师恰当通过创设认知冲突的教学环境借以激发学生的好奇心与探究环境的倾向, 这些学习情境要具有新颖,不一致, 令人惊奇,变化以及观念冲突等特点,能造成认知不协调,这种认知不协调随着主体活动的发展,逐渐建立起一定的逻辑结构。

二、课题的关键词界定和理论基础

1认知冲突和创设认知冲突情境

所谓“认知冲突”,是指学生的原有认知结构与所学新知识之间无法包容的矛盾。学生在学习新知识之前,头脑中并非一片空白, 而是具有了形形色色的原有认知结构。在学习新知识时, 他们总是试图以这种原有的认知结构来同化对新知识的理解。当遇到不能解释的新现象时, 就会产生认知冲突。

所谓“创设认知冲突情境”, 是指在教学过程中通过人为的因素( 例如, 教师设计的问题情境或其它教学活动) , 来激发学生的认知矛盾, 意在引起学生的有意注意, 调动学生的认知内驱力, 以促进学生积极、高效的知识建构。

2、理论依据

美国著名认知教育心理学家奥苏贝尔认为有意义学习的条件是学习者存在合理的先入知识,这些先入知识和新的学习发生相互作用。由建构主义的立场去分析,应对学生的错误(特别是所谓的“规律性错误”)抱有理解的态度,即应当清楚地看到其内在的“合理性”和“顽固性”。同时他们认为,在学生(即使是在相互合作的情况下)通常并不能清楚地意识到所建立的知识或已有经验的局限性,更不能自觉地去设定学习的目标,因此教师就应当十分注意如何去引起学生在观念上的不平衡,不可能单纯依靠正面的示范和反复的练习得以纠正,而必须清楚意识到这是一个“自我否定”的过程,即以自我反省特别是内在的“观念冲突”作为必要的前提。由于学生的认知发展就是观念上的平衡状态不断遭到破坏,并又不断达到新的平衡状态的过程,教师就应注意也应当善于设定这样的环境,以引起学生观念上的不平衡,以使他们清楚地看到自身已有知识的局限性,并努力通过新的学习活动以达到新的、更高水平上的平衡。

美国心理学家费斯廷格于1957年提出认知失调理论认为,在对待任何问题和事件上,人总有一种要保持其各种认知协调的倾向,保持自身态度与行为协调一致的动机。一旦不协调,便产生矛盾和冲突,人就会感到紧张、不安和烦闷,就会产生减少或消除这种不协调的内在动力,以获得内心的平衡,从而达到知识、信念、态度或行为的改变。并指出,认知失调程度取决于两个因素:一是认知对个体的重要性;二是失调的认知数量与协调的认知数量的相对比例。认知失调程度越大,人们想要减轻或消除它的动机越强烈。

基于建构主义的教学策略建构主义的学习理论认为, 学生的学习不是知识由教师向学生的传递, 而是学生自己主动建构知识的过程。这种建构不可能由他人代替, 而在于学生自己通过新、旧知识经验之间的反复的、双向的相互作用, 来形成和调整自己的经验结构。在这种建构过程中, 一方面学习者以原有的经验系统为基础对新的信息进行编码, 建构自己的理解;另一方面, 学习者的原有知识又因为新经验的进入而得到丰富、调整和改造。因此学习并不简单是信息的量的积累, 它同时包含由于学习者新旧知识经验之间的冲突而引发的观念转变和认知结构的重组。学习者学习的发生主要在于解决认知冲突或认知心理不平衡时认知结构所发生的改变。

综上可见, 创设认知冲突情境与学生知识建构的关系十分密切。教师作为学生知识建构的指导者、促进者, 应该认真审视教学内容、教学对象、教学环境、教学资源、教学媒体, 积极巧妙地创设问题情境, 适时适度地引发学生的认知冲突, 以促进学生建构良好的认知结构。

三、研究内容

根据中学生的心理发展水平的特殊性和初中科学学科的特点,本课题主要从理论和实践两层面(更侧重实践层面)展开研究,主要涵盖以下内容:

1、基于经验,调查学生学科知识结构的缺陷;基于课堂观察,收集偶发性的冲突事例。分析归类,为教学中创设认知冲突情境确立生长点。

(1)探查分析学生已有知识经验;

(2)分析类型,它们是如何影响新知识的学习;

(3)创设合理的认知冲突情境的教学生长点的分析。

◆新旧知识的转换点或衔接点

◆已有知识与某种新知识的矛盾对立点

◆全面认识与片面认识的冲突点

◆熟悉的事与不熟悉的事之间的差距

◆如其它学科对科学学科知识的干扰点

◆现实生活与课本知识的矛盾点

◆某些科学问题本身的复杂性或抽象性导致理解困难点

◆学生相关科学知识的不完备

◆利用科学概念意义的现实性差异点

◆利用公式、定理、定律的适用条件不一致

◆利用差异性科学实验对比

◆利用学生的思维定势、思维障碍引发知识理解上的模糊点

◆科学史的历史争论点

2、根据所确立的创设认知冲突情境生长点。利用课前会议、课中观察与课后会议三个阶段。即从课前会议的讨论与确定相应的生长点,在课堂中予以重点观察与记录,到课后会议的分析与反馈,构成了确定问题——收集信息——解决问题的工作流程。

3、基于课堂观察,教师认识、理解、把握课堂教学事件,澄清创设认识冲突的教学实践问题,并在此基础之上反思教学行为,寻求新的改进创设认知冲突情境教学的手段与方式。这些教学手段的简要描述如下:

(1)选择正反两方面的例子

在选择事例时,教师经常选择典型的事例,而典型事例中相关因素的价值都与某一因变因素的特定价值是一致的。例如,在说明凸透镜的性质时,教师可能会选择一个表面曲线向外凸出的透镜的事例(一个正面的例子)和一个表面曲线向内凹进的透镜的事例(一个反面的例子)。

(2)有步骤地变换因素

在选择事例时,教师经常有步骤地挑选出一个由先前事例中变化出来的可进行比较的事例。例如,教师可能有步骤地改变透镜与纸片(光屏)的距离,学生将观察到太阳光线是如何:a、汇聚的;b、汇聚在一个焦点上的;c、在透镜过于接近纸片时,不能汇聚在一起的。

(3)选择反例

如果学生建立了并不完全合理的假设,教师常需要选择一个能满足学生的假设却又否定该假设预测的事例。例如,如果学生认为放大镜总是能将微小的物体放大,教师应将放大镜放在微小物体与学生眼睛的等距离处,让学生观察。

(4)提出预设

教师经常提出设设以激发学生的推理。例如,如果希望学生思考当太阳光通过远离纸片的透镜后将会产生什么现象时,教师会要求学生预测太阳上一个假定的斑点的影象将会落在纸片的什么地方。

(5)考虑不同的可能性

辅导教师经常鼓励学生考虑一个不同于他们的预测是否可能是正确的,以此来培养学生求异性的思维,并将此作为一种教学策略。例如,如果一位学生认为当移动透镜靠近眼睛时,物象将完全颠倒,辅导教师会要求学生考虑此时物象是否可能向右侧转动。

(6)诱陷

在教学中,教师可设置错误的假设来暴露学生隐藏着的错误概念。例如,教师可以问学生当将透镜靠近纸片时,是否有更多的光线汇聚在焦点上(而事实并非如此)。

(7)类比原型

4、在与学生进行教学的对话过程中,教师应有序列化的目标,它能在对话的全过程提供新信息。它们始于高层次的目标,高层次的目标生成次级目标,次级目标能对问题的选择和最初设问的确定进行控制。但是在学生回答了一些最初的设问后,会暴露出他们存在的错误概念和知识上的漏洞,这又为教师提供了进一步创设认知冲突确立了新的生长点。

5、帮助学生完善其认知结构

结合教学实践,分析良好的认知结构应具有哪些特征?影响认知结构构建的因素有哪些?如何影响?从而帮助学生有效构建其合理的认知结构。

6、注意到当学生已有的知识和新的学习任务之间存在着中等程度的分歧,不一致或差距时对引起学生的注意力最有效。因此将着手创设合理的认知冲突情境所遵守原则的研究。

四、研究方法

1、理论研究与行动研究相结合,重在实践探索。查阅相关文献资料,借鉴国内外相关的教育教学思想和对形成认知冲突的机制分析,反思以往平时教学实践,建立开展创设认知冲突教学策略。从教学实践中获取有关认知冲突的学习信息,通过实践和学习对所创设教学策略进行修正。

2、采取各种调查方式,从师、生不同的角度出发,以期暴露学生原有的认知结构,剖析成因,总结形成认知冲突的生长点。通过对比检验教学的实效性,反思在课堂教学中创设认知冲突时机分析,概括相应的教学策略。

3、将所研究的问题具体化为观察点,将课堂中连续性事件拆解为一个个时间单元,将课堂中复杂性情境拆解为一个个空间单元,透过观察点对一个个单元进行定格、扫描,搜集、描述与记录相关的详细信息,再对观察结果进行反思、分析、推论,以此改善教师的教学,促进学生的学习。

五、课题组成员及其分工

 

角  色

姓 名

职务或职称

主要工作

主持人

陈高建

教务处副主任

中学高级

总负责、理论研究、策略研究、案例设计与实证、成果总结

成  员

江海云

中学一级

案例设计与实施、效果分析

成  员

江文

中学高级

案例设计与实施、效果分析

成  员

吴万鹏

中学二级

案例设计与实施、效果分析

 

每个成员至少编制创设认知冲突的教学案例10个,撰写相关论文一篇。

六、条件分析

关于认知冲突情境的创设,西方国家的研究已有近半个世纪,积累了成功的经验并作了深入的论述,并十分强调教师应当善于设定引起学生在观念上的不平衡的环境。我国有关这方面的研究也散见于一些文献资料中,同时提供了较丰富翔实一些参考案例,都可以为本课题研究提供了有益的参考和借鉴。

主持人陈高建在初中任教多年且有几年高中科学教学的经验,对初、高中有关科学知识点的论述上差异有较深入的了解和体会,有助于分析学生相关知识上的不完备、新旧知识点互相对立或矛盾的因素、类似甚至类同知识之间的相互影响和干扰因素。课题参与者江文、江海云任教初中科学多年,为本课题在分析新旧知识的转换点或衔接点、某些知识理解上的模糊、某些科学问题本身的复杂性或抽象性能提供丰富的素材。同时本课题为促进本校全体科学教师的进一步成熟的前提下开展研究,因而学校方面为本课题相关试验开展在组织方面提供了保证,也为本课题的研究在物质方面提供了保障。

七、研究进程

课题研究时间:2012年11月~2013年12月。

 

 

时     间

具     体    工     作

第一阶段

2012年11月~2013年12月底

主持人制定课题操作细则:编制创设认知冲突的典型课例;组织课题组成员学习有关的文献资料。

第二阶段

2013年1月~2013年3月中旬

通过文献检索、网上查阅、阅读期刊杂志等渠道并结合自己的教学实践经验开展有关“认知冲突”情境创设的理论研究。调查分析教师和学生对相关学习的认识,了解学生的原有的知识经验。根据学校师生的实际情况,提取认为与本课题有关的教学案例,并进行分析交流。

第三阶段

2013年3月中旬~2013年4月中旬

各成员编写创设认知冲突的教学课例,开展有关教学试验,学习认知心理学相关的教学文献,以期指导教学实践的开展。主持人从理论层面分析并撰写创设认知冲突的指导性文章。各成员撰写相关的心得体会。

2013年4月~2013年7月

各成员编制相关的调查问卷,了解新生和老生在学习相关知识上差异,分析这些差异的成因,并在此基础上编写创设认知冲突的教学课例,开展有关教学试验,从实践层面修正教学试验的开展。同时主持人撰写创设认知冲突的指导性文章。

第四阶段

2013年7月~2013年9月中旬

(1)研究学生原有知识经验对学习的影响,如何探查学生已有的知识经验,如何以此进行教学。通过教学实践探索若干策略在科学教学中应用的方法和具体效果,并适时做出调整。

(2)研究如何创设合理的认知冲突情境的教学手段,研究创设合理的认知冲突情境的教学时机的分析。在教学实践中总结教学策略,并研究它们应用的有效性。(3)研究学生有效构建其合理的认知结构的方法,研究若干策略在科学教学中的应用效果。同时,研究若干策略在教学中的应用效果。

相关课题组成员根据实践活动撰写体会文章。主持人开始撰写创设认知冲突的结题提纲。

第五阶段

2013年9月~2013年11月中旬

对课题成果进行全面汇总,主持人撰写结题报告。

 

八、预期研究成果

1.了解学生领会知识发生的心理过程、影响科学知识理解的因素。

2.学会从学生的已有知识经验出发设计教学,深入体会先行组织者策略、联系生活实际策略、异同比较策略。体会创设认知冲突在教学中的应用效果。

3.掌握帮助学生有效构建其合理的认知结构的方法,深入体会知识结构化策略、知识网络化策略在科学学习中的实际效果。

4.促进教师教学观的转变,提高教师的教学业务水平,促进了教师的专业成长,加快科学组的建设,形成一支有实力的教研团队。

5.总结先进的教学经验和优秀的研究成果,使之系统化。收集与整理有实际应用价值的创设认知冲突案例。并将这些经验与成果应向学校的其他教研组和临近的其他兄弟学校推广。

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