基于概念轉(zhuǎn)變的微課設(shè)計(jì)

劉靜松　徐泓

摘要：學(xué)生基于日常生活以及學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)形成的某些錯誤概念對化學(xué)學(xué)習(xí)具有一定影響，以“對滅火原理的正確認(rèn)識”的微課設(shè)計(jì)為例，應(yīng)用教育心理學(xué)知識，通過三個環(huán)節(jié)“洞察學(xué)生錯誤概念、引發(fā)認(rèn)知沖突、解決認(rèn)知沖突”實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)基于概念轉(zhuǎn)變的設(shè)計(jì)能有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：錯誤概念；概念轉(zhuǎn)變；微課設(shè)計(jì)；燃燒和滅火

文章編號：1005-6629（2018）1-0035-05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

筆者對初中化學(xué)各主要知識點(diǎn)以及中考復(fù)習(xí)課進(jìn)行了微課設(shè)計(jì)、制作與應(yīng)用研究。在研究中發(fā)現(xiàn)：極少有學(xué)生能反復(fù)觀看同一節(jié)微課，同一節(jié)微課觀看次數(shù)極少超過3次。筆者以為，即使是情節(jié)吸引人、制作完美的電影大片，也難以讓人反復(fù)觀看。何況普通教師也很難設(shè)計(jì)出那些畫面精美、情節(jié)動人、類似電影大片的微課。鑒于此，筆者在微課設(shè)計(jì)中將重點(diǎn)放在針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題、薄弱點(diǎn)、易錯點(diǎn)等，特別是針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍存在的錯誤概念上，結(jié)合教育心理學(xué)知識在微課中通過引發(fā)認(rèn)知沖突、解決認(rèn)知沖突實(shí)現(xiàn)概念的轉(zhuǎn)變。這樣，即使其情節(jié)、畫面不是特別精美，也會因?yàn)榇龠M(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提高學(xué)生成績。

學(xué)生并非空著腦袋進(jìn)入教室，在日常生活和以往學(xué)習(xí)中，他們形成了大量的知識經(jīng)驗(yàn)。這其中很多理解是與當(dāng)前科學(xué)理論對事物的理解相違背的，即錯誤概念，又稱為另類概念。而概念轉(zhuǎn)變就是認(rèn)知沖突的引發(fā)和解決的過程，是個體原有的某種知識經(jīng)驗(yàn)由于受到與此不一致的新經(jīng)驗(yàn)影響而發(fā)生的重大改變。筆者以學(xué)生對燃燒和滅火的兩個典型錯誤概念，設(shè)計(jì)了一節(jié)基于概念轉(zhuǎn)變的微課，其設(shè)計(jì)過程如下。

1選題

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)在解釋燒杯為什么能罩滅蠟燭時，學(xué)生受以往的知識經(jīng)驗(yàn)影響，普遍存在兩個錯誤概念：（1）由蠟燭燃燒消耗氧氣的知識經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為熄滅的原因是燒杯內(nèi)的氧氣被耗盡，或者是氧氣濃度極低。（2）受學(xué)過的二氧化碳滅火知識的影響，認(rèn)為是蠟燭燃燒導(dǎo)致燒杯內(nèi)二氧化碳濃度增大，使得蠟燭熄滅。

筆者還針對本校（池州市重點(diǎn)中學(xué)）高一新生就這個問題設(shè)計(jì)一個多選判斷，一共收到有效答卷207份。調(diào)查結(jié)果如表1所示。

調(diào)查表明，即使是學(xué)生經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這些錯誤概念依舊存在于學(xué)生的腦海中。鑒于此，筆者選擇了這個課題制作了一節(jié)微課。

2微課設(shè)計(jì)

2.1微課片頭

解說詞：同學(xué)，你好，你一定知道什么是燃燒的條件了，我倆來看一個實(shí)驗(yàn)吧。

設(shè)計(jì)意圖：微課的片頭一般包含微課的課題、作者等微課基本信息，不宜復(fù)雜，時間不能長。鑒于微課是師生之間個別交流，在微課設(shè)計(jì)中采用我和你的對話模式進(jìn)行，拉近與學(xué)習(xí)者之間的距離。

2.2洞察學(xué)生錯誤概念

微課內(nèi)容：播放燒杯罩滅蠟燭的實(shí)驗(yàn)視頻，引出問題：蠟燭為什么會熄滅？使用對話的方式描述學(xué)生的錯誤概念。

解說詞：蠟燭為什么會熄滅？你是不是也這樣解釋：蠟燭燃燒消耗了燒杯中的大部分氧氣，導(dǎo)致燒杯內(nèi)氧氣濃度非常低，使得蠟燭熄滅（即上文的解釋一）。又或者認(rèn)為是蠟燭燃燒導(dǎo)致燒杯內(nèi)二氧化碳濃度增大，導(dǎo)致蠟燭熄滅（即上文的解釋二）。真的是這樣嗎？今天我倆可以通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)這兩個解釋。

設(shè)計(jì)意圖：簡明扼要地展示學(xué)生的錯誤概念，引出微課的核心問題。

2.3引發(fā)認(rèn)知沖突

2.3.1沖突一的形成

（1）微課內(nèi)容：展示并介紹用數(shù)字化儀器測量密閉空間內(nèi)蠟燭燃燒時氧氣濃度的測量裝置，如圖1。

解說詞：請看實(shí)驗(yàn)裝置圖，這是氧氣傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)及分析軟件，這里面放著小蠟燭，我用橡皮泥將塑料瓶的下端封閉。點(diǎn)燃蠟燭后，可直接測量蠟燭燃燒時氧氣的濃度變化。

（2）微課內(nèi)容：呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中氧氣濃度的變化數(shù)據(jù)，如圖2。觀察并分析測量數(shù)據(jù)，形成認(rèn)知沖突一。

解說詞：這是實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果，橫坐標(biāo)為時問，縱坐標(biāo)為氧氣的濃度。從圖中可知：燃燒過程中氧氣的濃度下降，但燃燒結(jié)束后，瓶內(nèi)氧氣最終濃度為17.2%左右，所以蠟燭熄滅后裝置內(nèi)不僅有氧氣，還有很多氧氣：氧氣濃度不低，解釋一是錯誤的。

2.3.2沖突二的形成

（1）微課內(nèi)容：展示用數(shù)字化儀器測量蠟燭燃燒過程中二氧化碳濃度變化的裝置。呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測得的二氧化碳濃度變化數(shù)據(jù)，如圖3。提出問題：數(shù)據(jù)是否說明二氧化碳濃度變大就是蠟燭熄滅的原因？

解說詞：下面用二氧化碳傳感器來測量蠟燭燃燒過程中二氧化碳的濃度變化。這是二氧化碳濃度傳感器，這是放置在橡皮泥上的蠟燭。這是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，橫坐標(biāo)為時問，縱坐標(biāo)為二氧化碳的濃度。由圖3可知：燃燒過程中二氧化碳的濃度不斷增加，最終二氧化碳的濃度達(dá)到3.34%左右。你覺得這能說明解釋二正確嗎？不，它只是表明燃燒過程中二氧化碳濃度增大，不能證明二氧化碳濃度變大就會導(dǎo)致蠟燭熄滅。我們需要更直接的證據(jù)。

（2）微課內(nèi)容：結(jié)合表2中使帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度極限數(shù)據(jù)，提出解決問題的實(shí)驗(yàn)思路。

解說詞：在查閱資料中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧氣濃度為36%以上，帶火星的小木條即能復(fù)燃。如果真是二氧化碳起到滅火作用，那么即使集氣瓶內(nèi)的氧氣濃度達(dá)到了36%，只要二氧化碳的濃度超過3.34%，那么此時集氣瓶內(nèi)氣體應(yīng)該不能使帶火星的木條復(fù)燃?；蛘弋?dāng)氧氣濃度小于36%，即使二氧化碳濃度小于3.34%時，帶火星的木條也不能復(fù)燃。

（3）微課內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)探究濃度高的二氧化碳是否一定導(dǎo)致蠟燭熄滅，引發(fā)認(rèn)知沖突二。

解說詞：我倆可以先設(shè)計(jì)這樣一個實(shí)驗(yàn)：收集了一瓶二氧化碳濃度為20%、氧氣濃度為40%的混合氣體。觀察帶火星的木條能否復(fù)燃，如果真是二氧化碳起到了滅火作用，那么帶火星的木條一定不會復(fù)燃。來看老師做實(shí)驗(yàn)時的視頻。endprint

實(shí)驗(yàn)視頻的解說詞（學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)操作方案的理解有一定困難，在視頻播放的同時提供核心信息幫助理解）：首先測得集氣瓶的容積為280mL，向其中加入30%的水，即84mL水，倒置，將水面的位置作上標(biāo)記。再向其中加入20%體積的水，即56mL，再倒置于水槽中。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，排水法收集的二氧化碳純度高。首先用排水法收集二氧化碳至標(biāo)記處，即20%的二氧化碳。再用排水法收集氧氣，直至水被完全排出，即30%的純氧。取出集氣瓶，正放在桌面，此時瓶內(nèi)二氧化碳的濃度為20%，氧氣的濃度為30%，加上空氣中的氧氣，即50%乘以21%，總計(jì)約40%。將帶火星的小木條插到集氣瓶中，木條復(fù)燃。

解說詞：為進(jìn)一步檢驗(yàn)，我還做了不同氧氣和二氧化碳濃度的幾組實(shí)驗(yàn)，如氧氣濃度分別為32%、34%、36%……；二氧化碳濃度分別為2%、4%、6%……實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明只要氧氣濃度達(dá)到一定數(shù)值，帶火星的木條都會復(fù)燃。顯然解釋二是錯誤的。二氧化碳濃度增大并不是蠟燭熄滅的原因。

設(shè)計(jì)意圖：教育心理學(xué)指出，引發(fā)認(rèn)知沖突，讓學(xué)習(xí)者認(rèn)識到與原有概念相對立的事實(shí)或觀點(diǎn)，這是轉(zhuǎn)變學(xué)生錯誤概念的基本途徑，呈現(xiàn)對立性事實(shí)的基本方法是實(shí)驗(yàn)和觀察。本節(jié)微課中，設(shè)計(jì)了兩個認(rèn)知沖突：一是通過傳感器測量蠟燭燃燒過程中氧氣濃度的變化，讓學(xué)生直接觀察到氧氣濃度數(shù)據(jù)，從而與已有的錯誤概念——氧氣被耗盡或氧氣濃度很低產(chǎn)生沖突。二是通過實(shí)驗(yàn)：將一根帶火星的木條放進(jìn)一瓶氧氣濃度為40%、二氧化碳濃度為20%的混合氣體中，觀察到帶火星的木條復(fù)燃，從而與學(xué)生已有的錯誤概念——二氧化碳濃度變大，燃燒就一定會熄滅產(chǎn)生沖突。

2.4解決認(rèn)知沖突

至此，認(rèn)知沖突已經(jīng)形成，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識到其腦海中概念的錯誤并形成了新的認(rèn)識：蠟燭熄滅后氧氣濃度降低，但氧氣濃度不一定很低，二氧化碳濃度增大不一定會導(dǎo)致蠟燭熄滅。但是，蠟燭熄滅的原因到底是什么？學(xué)生反而有些糊涂，這是因?yàn)檫@兩個新認(rèn)識并沒有被“同化”到學(xué)生已有的知識體系中，仍然是兩個獨(dú)立的認(rèn)識。也就是認(rèn)知沖突沒有解決。

（1）微課內(nèi)容：應(yīng)用滅火的原理分析罩下來的燒杯起到什么作用？將沖突一“同化”到“降低氧氣濃度就是破壞燃燒需要氧氣這個條件”。

解說詞：這兩個解釋都錯了，那蠟燭熄滅的原因是什么？想想滅火的原理是怎么講的？對，滅火是燃燒的發(fā)生條件被破壞，倒扣的燒杯使得蠟燭熄滅，沒有破壞燃燒需要可燃物這個條件，也沒有破壞可燃物的溫度大于著火點(diǎn)這個條件，數(shù)據(jù)測量表明氧氣濃度不斷降低。顯然，被破壞的是燃燒需要氧氣這個條件。

（2）微課內(nèi)容：觀看實(shí)驗(yàn)視頻，向盛有碳酸鈉的燒杯中滴加鹽酸，發(fā)現(xiàn)燃燒的蠟燭熄滅。應(yīng)用滅火的原理分析二氧化碳能滅火的原因。將沖突二“同化”到“可燃物與氧氣需要接觸這個燃燒的條件被破壞”。

解說詞：你有答案了嗎？在這個實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳沒有破壞燃燒需要可燃物這個條件，也沒有降低可燃物溫度使之低于可燃物著火點(diǎn)。所以，二氧化碳在此處只能是破壞可燃物需要與氧氣接觸這個條件。這是因?yàn)槎趸嫉拿芏却?，它存在于蠟燭的周圍，阻礙了蠟燭與氧氣的接觸。

設(shè)計(jì)意圖：波斯納等指出概念轉(zhuǎn)變需要滿足四個條件：一對原有概念不滿，二是新概念的可理解性，三是新概念的合理性，四是新概念的有效性。微課通過創(chuàng)設(shè)的認(rèn)知沖突使學(xué)生對這兩個錯誤概念產(chǎn)生了不滿，而燃燒和滅火的原理是學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識，符合新概念的可理解性及合理性條件。在解決認(rèn)知沖突的同時通過對兩個案例的分析教給學(xué)生應(yīng)用滅火原理的方法，使學(xué)生看到這個知識具有很強(qiáng)的解決問題的價值，體現(xiàn)了新概念的有效性。最終促成概念的轉(zhuǎn)化。

3微課設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

3.1選題很關(guān)鍵

教育心理學(xué)家奧蘇貝爾認(rèn)為：“影響學(xué)習(xí)最重要的因素就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生的知識狀況去進(jìn)行教學(xué)?！贬槍W(xué)生的錯誤概念，設(shè)計(jì)幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的微課，也許更容易成為一節(jié)真正的好微課，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。不過這需要教師具有洞察力，能發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯誤概念。所以，選好題，更容易設(shè)計(jì)高質(zhì)量微課。

3.2促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)才是微課的亮點(diǎn)

深度學(xué)習(xí)是基于原有知識能力之上的、以學(xué)習(xí)者主動參與為前提、重視知識結(jié)構(gòu)的建立和認(rèn)知策略的元認(rèn)知過程，以知識遷移和認(rèn)知策略遷移解決實(shí)際問題為最終目標(biāo)。本微課立足于概念的轉(zhuǎn)變，通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)視頻和圖片構(gòu)建學(xué)生的認(rèn)知沖突，通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝備，簡化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，降低學(xué)生理解的難度，增加了學(xué)生對新認(rèn)識的可接受性。最后通過正確應(yīng)用滅火的原理替換學(xué)生的錯誤概念，實(shí)現(xiàn)錯誤概念的轉(zhuǎn)化，有力促進(jìn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

3.3不斷修改來完善

一節(jié)高品質(zhì)的微課，無疑需要反復(fù)揣摩、不斷修改，總結(jié)本節(jié)微課反復(fù)修改的主要方面有：一是微課的講授者和觀看者之間是以什么形式進(jìn)行對話。教師在制作微課時容易習(xí)慣性地將課堂講授方式移植到微課中，但微課更應(yīng)該是一對一輔導(dǎo)模式，所以在語言上，筆者使用“我倆”來代替“我們”。二是微課中學(xué)生在哪里？微課是制作給學(xué)生看的，一定要體現(xiàn)學(xué)生的思考，體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。微課中對相關(guān)內(nèi)容的錄制盡量采用學(xué)生口吻，如：（1）以學(xué)生的口吻說出學(xué)生的錯誤概念，（2）以學(xué)生的口吻分析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。此外也提供給學(xué)生思考活動的時間，并在微課的最后給出微課的關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)，方便學(xué)生反復(fù)觀看。三是語言的精煉和準(zhǔn)確，微課不同于課堂教學(xué)，不能有太多廢話。筆者將微課中需要講解的內(nèi)容用文字全部寫出，然后針對文字稿反復(fù)修訂，力爭語言準(zhǔn)確，如對二氧化碳的錯誤認(rèn)識：一開始使用的描述為：“二氧化碳起到了滅火作用”，“反應(yīng)生成二氧化碳具有滅火性”，而后修訂為：“二氧化碳濃度增大導(dǎo)致蠟燭熄滅”。對氧氣的錯誤認(rèn)識一開始描述為：“燃燒的蠟燭耗盡了燒杯中的氧氣”，最后也修訂為“燒杯內(nèi)大部分氧氣被消耗”。四是課件動畫和設(shè)計(jì)的完善，微課的精美在于課件制作的精美。筆者結(jié)合網(wǎng)上關(guān)于精美微課的標(biāo)準(zhǔn)，如圖片和文字的比例、文字的顏色、背景圖片等等，按照這些建議來完善課件設(shè)計(jì)。endprint