跨學(xué)科融合教學(xué)的實踐探索

黃皓

[摘? ?要]學(xué)生所持有大量迷思概念就是跨學(xué)科融合教學(xué)需要面對的一類真問題。通過發(fā)現(xiàn)并識別迷思問題，組織學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供充分交互學(xué)習(xí)與探討的機會，可修正并整合學(xué)生的碎片化認(rèn)知，達(dá)成迷思概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變。教師和研究者應(yīng)對跨學(xué)科融合教學(xué)中人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生的同化和順應(yīng)、群體迷思概念發(fā)生轉(zhuǎn)變的機制開展更深入的實踐探索。

[關(guān)鍵詞]跨學(xué)科;融合教學(xué);協(xié)作學(xué)習(xí);迷思概念;科學(xué)概念

一、實踐背景

在科學(xué)教育中，有些概念的學(xué)科邊界比較模糊。這些概念容易成為學(xué)生的迷思概念?！懊运几拍睢保╩isconceptions）的定義主要有兩種取向。一是指學(xué)生所擁有的不正確的想法;二是學(xué)生有局限的、不完整的、不同于一般所公認(rèn)的科學(xué)概念[1]。

近年來，需要跨學(xué)科、跨領(lǐng)域協(xié)作解決的復(fù)雜真實問題在全球不斷涌現(xiàn)，跨學(xué)科融合教學(xué)的重要性和必要性隨之日益凸顯[2]。長期以來，分科教學(xué)模式導(dǎo)致教師跨學(xué)科知識不足，由此教師也會產(chǎn)生迷思概念。以往對學(xué)生迷思概念成因的分析多集中在學(xué)生日常生活經(jīng)驗、消極思維定勢和對原概念認(rèn)識的局限性，忽視了教師方面的原因，即教師本身的迷思概念。因此，在一定程度上打破單一學(xué)科內(nèi)相對封閉的知識架構(gòu)，呈現(xiàn)相對開放的多維課程空間，是幫助學(xué)生的迷思概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的必然選擇。

二、問題的提出

在回顧高三化學(xué)“電動勢和電路內(nèi)、外電壓問題”時，筆者舉了“銅—鋅原電池”的例子（見圖1），很多學(xué)生指出“老師錯了”，并提出圖中的電解液應(yīng)該用稀硫酸而不是硫酸銅溶液。筆者在詫異之余，不免思考學(xué)生的群體迷思概念從何而來，以及怎樣向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變。在此，將以“原電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)”為例加以說明。

三、協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計與教學(xué)過程

對上述問題的破解策略在于：引發(fā)認(rèn)知沖突，讓學(xué)生意識到自己對學(xué)習(xí)內(nèi)容所持有的不科學(xué)的看法或觀點及其不合理之處，并成功轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)觀點[3]。該策略的本質(zhì)是對學(xué)生碎片化認(rèn)知的修改與整合[4]，其關(guān)鍵是設(shè)計協(xié)作學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供充分與他人交互、與學(xué)習(xí)內(nèi)容交互的機會，從而修改與整合認(rèn)知，轉(zhuǎn)變迷思概念。

1.識別并診斷迷思概念

（1）識別

該環(huán)節(jié)通過表1所示的前測問卷完成。研究者向高三理科生發(fā)放了問卷125份，向化學(xué)教師發(fā)放問卷12份，全部有效回收。

（2）診斷

分析前測結(jié)果有以下發(fā)現(xiàn)：12%的學(xué)生認(rèn)為，外電路未接通時，鋅棒會與電解液反應(yīng)，銅棒與電解液不會發(fā)生反應(yīng)，即原電池沒有正負(fù)極;88%的學(xué)生認(rèn)為，外電路無論是否接通，銅棒與電解液都不會發(fā)生反應(yīng)，原電池沒有正負(fù)極，應(yīng)將CuSO4 溶液換成稀硫酸溶液，同時100%的教師都支持這一觀點;全體學(xué)生都無法解釋電荷定向移動的原因，只是記得“陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移”，多數(shù)教師同樣如此。

通過前測，執(zhí)教者識別出了學(xué)生群體迷思概念的內(nèi)容本體、表征形式及其理由。顯然，“外電路無論是否接通，銅棒與CuSO4電解液都不會發(fā)生反應(yīng)，也就沒有正負(fù)極”是師生的共識。這一前測結(jié)果表明，教師在授課時只關(guān)注原電池的化學(xué)因果，這可能是學(xué)生迷思概念產(chǎn)生的直接原因。

2.探究迷思概念轉(zhuǎn)變障礙及克服條件

（1）迷思概念轉(zhuǎn)變障礙探究

該環(huán)節(jié)通過小組討論在課上完成，討論內(nèi)容如表2所示。討論后，再請各學(xué)習(xí)小組應(yīng)用“原電池的構(gòu)成條件”解釋自己的觀點。

通過小組討論，各組均認(rèn)為，由于銅棒與CuSO4 溶液不會自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)，所以如圖1所示的裝置不能構(gòu)成原電池。討論結(jié)果表明，該解釋作為“原電池的構(gòu)成條件”的化學(xué)因果，是確切無疑的。然而，細(xì)究“原電池的構(gòu)成條件”發(fā)現(xiàn)，這其實并不是一個純粹的化學(xué)問題。因為學(xué)生只掌握了少量的與原電池相關(guān)的化學(xué)知識，但還欠缺其他相關(guān)知識，僅從化學(xué)學(xué)科的角度講解或?qū)嶒炑菔竞茈y幫助學(xué)生完成迷思概念的轉(zhuǎn)變。

（2）迷思概念克服條件探究

實現(xiàn)迷思概念轉(zhuǎn)變的前提在于理解其過程，識別出可干預(yù)的路徑。高中學(xué)生能夠進(jìn)行定性、定量觀察，也能夠在一定程度上進(jìn)行科學(xué)知識的有效遷移。因此，在開展本次教學(xué)活動時，可提供相關(guān)的物理學(xué)科知識作為認(rèn)知支持，給學(xué)生呈現(xiàn)直觀的可視化實驗原理（微觀），這是克服迷思概念轉(zhuǎn)變障礙的必要條件。

3.迷思概念轉(zhuǎn)變的實施與評估

（1）添加觀點

學(xué)生反復(fù)強調(diào)的“不會發(fā)生反應(yīng)”實際上是指“不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)”。事實上，通常所說的反應(yīng)，除了“化學(xué)變化”外，還包括“物理變化”。

物理變化的特征是“沒有新物質(zhì)生成”。其微觀本質(zhì)是“對于由分子構(gòu)成的物質(zhì)，分子本身沒有變化，是分子的聚集狀態(tài)發(fā)生了改變”。在熱學(xué)范圍內(nèi)，分子、原子、離子遵循相同的熱學(xué)規(guī)律，把三者統(tǒng)稱為“分子”。

（2）進(jìn)行類比

通過速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計等引入“電偶極層”概念，講解要點如表3所示。學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)自主完成具體內(nèi)容的溫習(xí)。教師引導(dǎo)并總結(jié)：在這些實例中，均沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng);但是正負(fù)電荷在外界因素的影響下重新分布，形成了正負(fù)極。

（3）給出結(jié)論

如圖2所示。在鋅棒與銅棒未接通時，鋅棒中的鋅原子失去兩個電子（電子留在鋅棒上）變成鋅離子，溶解到溶液中;溶液中的銅離子與銅棒中的自由電子結(jié)合而變成銅原子，沉積到銅棒上，使銅棒帶上了正電;鋅棒附近形成“鋅棒（負(fù)）、Zn2+（正）”電偶極層，從而在銅棒的附近形成“SO2-4? （負(fù)）、銅棒（正）”電偶極層[5]。即正負(fù)電荷在外界因素的影響下重新分布，形成了正負(fù)極。

鋅棒附近：Zn? ? Zn2? ?2e

銅棒附近：Cu2? ?2e? ?Cu

（4）進(jìn)行整合

正負(fù)極明確后，外電路接通后電荷的移動方向便迎刃而解，如圖3所示。無需教師多加解釋，各組均可自行得出以下結(jié)論：

（1）電流方向：由銅棒沿導(dǎo)線流向鋅棒;

（2）電子流向：由鋅棒沿導(dǎo)線流向銅棒;

（3）電解質(zhì)溶液中離子流向：陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移。

顯然，借助“電偶極層”概念，學(xué)生對于外電路接通后電荷的移動方向“陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移”就可以在理解的基礎(chǔ)上記憶了。

四、反思與展望

“破解學(xué)生的迷思概念”這個真問題，對于跨學(xué)科融合教學(xué)的落地，具有重要的現(xiàn)實意義。在實踐中，教師需要深入探討的核心問題是對群體迷思概念的識別與診斷，要找到單一學(xué)科教學(xué)情境下迷思概念無法轉(zhuǎn)變的原因，并合理設(shè)計協(xié)作學(xué)習(xí)。

如果從系統(tǒng)的角度審視迷思概念轉(zhuǎn)變，探討跨學(xué)科融合教學(xué)中人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)在交互中發(fā)生的同化和順應(yīng)，群體迷思概念在交互中發(fā)生轉(zhuǎn)變的機制，對基礎(chǔ)教育階段開展跨學(xué)科融合教學(xué)更具引領(lǐng)價值。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡鐵權(quán)，姜旭英，胡玫.概念轉(zhuǎn)變的科學(xué)教學(xué)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2009.

[2]溫·哈倫.以大概念理念進(jìn)行科學(xué)教育[M].韋鈺，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2016.

[3]王靖.高中學(xué)生信息技術(shù)概念轉(zhuǎn)變診斷、機制與策略[M].北京：中國社會科學(xué)出版社，2017.

[4]胡平.物理實驗教學(xué)中“教學(xué)碎片”的聯(lián)結(jié)[J].物理教師，2015（8）：5-13.

[5]陳恩譜.物理原來可以這樣學(xué)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2019.

（責(zé)任編輯? ?郭向和）