基于课堂的探究设计.docx
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基于课堂的探究设计
基于课堂的小学科学探究学习教学设计
一、关于教学设计
在第一讲中，北京师范大学李亦菲博士曾就小学科学教学设计作过较为全面的理论层面的阐述。
李博士认为：
教学设计是为完成特定的教学任务，在有关教育原则的指导下，对教学要素、教学过程进行的系统谋划。
由于研究者看问题的角度不同，对教学设计的定义也自然会在描述形式等诸多方面存在差异。
较博士的说法更具体一些的是：
教学设计是教师根据各种学习和教学理论，依据教学对象的特点和教师风格、运用系统的观点和方法，遵循教学过程的基本规律，对教学活动进行的系统规划、安排与决策。
教学设计是教学活动制定蓝图的过程，它规定了教学的方向和大致进程，是师生教学活动的依据，教学活动的每个步骤、每个环节都将受到教学设计方案的约束和控制，因此，教师在进行教学设计时，要审慎思考、全面规划，提高设计方案的科学性和可行性。
教学是实现教育目的、提高学生素质的最基本的途径，教学设计的质量决定着教学的质量。
有专家将教学设计与传统备课做了一个比较，或许对大家进一步理解教学设计有一定帮助。
表1传统备课与教学设计的比较
传统备课
新课程视野下的教学设计
教师中心，以教代学，强调教的设计
学生中心，以学论教，强调学的设计
备教材:
备课基于对教材知识点的传授，教案就是教学实施的脚本
备学生:
立足于学生的实际需要，着眼于学生的全面发展
以教师教学经验为备课依据
以科学的教育理论作指导，在分析具体教学需要的基础上设计
备课相当于课前的教学准备，它的内容是预设的、静态的，课堂教学强调教案的忠实执行
教学设计的主体工作需要在课前完成，但需要在教学过程中不断调整，教学设计贯穿于课前、课中和课后
“权威化”的教材观：
将重心放在分析教材、梳理知识、强化考点等方面，教师是“教教材”，其重要职能往往是实现和强化教材、教育与其他教学辅助资料的权威功能和诠释功能，缺失自己的教学创意，缺少自我主动的设计意识
“材料式”的教材观：
教材只是教学活动的载体和媒介，只是课堂教学中可供利用的一种教学工具，是与学生交往活动的载体。
教师在课前的主要准备任务便是策划如何有效利用这一载体、媒介和工具，是“用教材教”，其重要职能，是课堂教学的活动设计
通俗地讲，教学设计就是要回答：
教什么？
（教学内容）怎么教？
（教学方法和手段）和为什么这样教？
（相关理论依据）传统的备课往往比较忽略第三个问题。
二、探究学习的教学设计
探究是需要时间的。
针对一个主题的较完整的探究活动往往需要持续几小时、几天甚至几周的时间。
由于种种客观条件的限制，我国教师无法像西方发达国家有充分的课程自主权，多数教学只能局限在40分钟的时间内。
如何在有限的时间内，设计并组织好学生的探究式科学学习活动，让学生在探究中学会探究便成为我们共同面临的问题。
本讲中“基于课堂的探究式学习教学设计”特指为单一课时的课前教学设计，参照北京市基础教育科学研究院基础教育教学研究中心的相关要求，教学设计文本的主要内容包括：
∙指导思想与理论依据
本节课教学指导思想与理论依据。
∙教学背景分析
包括学习内容分析、学生情况分析、教学方式与教学手段说明、技术准备，以及前期教学状况、问题、对策等研究说明。
∙本课教学目标设计
包括知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维教学目标、教学内容安排等。
∙教学过程与教学资源设计
本部分是教学设计的核心，应把教学内容、教学进程、学生活动、所需要的教学资源及教学指导策略表达清楚，可附教学流程图。
∙学习效果评价设计
对本节课学生学习效果以及教师自身教学效果的评价分析，评价方式应尽可能做到目的性和可操作性强，灵活多样。
（一）指导思想与理论依据
1.指导思想
指导思想阐述的是有关教学的一些原则性的和方向性的问题，是教学法的核心和灵魂。
只有明确了教学指导思想，才能在教学中站得高，看得远，正确地处理各种问题，完成本学科的教学任务，达到预期的教学目标。
作为探究式学习的教学设计，其指导思想必然涉及启发式、因材施教、循序渐进等教学原则；《课标》所倡导的“小学科学课程面向全体学生”，“科学学习要以探究为核心”等基本理念。
关于探究学习
在教育学中，人们公认“探究学习”一词是由美国芝加哥大学教授施瓦布（J.J.Schwab）于1961年在哈佛大学所做的报告----《作为探究的科学教学》（TeachingofScienceasEnquiry）中首次提出的。
施瓦布指出：
“如果要学生学习科学的方法，那么有什么学习比通过积极地投入到探究的过程中去更好呢？
”从那时以来，探究学习不仅成为科学教学中的主流方式，而且成为科学教育的一个重要目标。
何为探究呢？
在科学教育中，美国《国家科学教育标准》对“探究”的解释得到人们的普遍认同。
根据这一解释，探究是一种多侧面的活动：
涉及观察、提问、查阅书刊及其它信息源，以便弄清什么是为人所知的东西；涉及制订调查研究方案，并利用实验数据验证已有的结论；涉及运用各种手段搜集、分析和解释数据；涉及做出结论、解释和预测以及交流研究的结果。
在探究活动中，离不开对各种假设的判别、批判性思维和逻辑思维的运用，以及对不同解释的仔细思考。
我国学者认为，探究学习是指学生仿照科学研究的过程来学习科学内容，体验、理解和应用科学研究方法，获得科学研究能力的一种学习方式。
上个世纪八十年代初，刘默耕先生积极倡导、发动和组织了小学自然课的改革，率先在中国举起了“探究学习”的大旗。
美国哈佛大学兰本达教授的《小学科学教育的“探究-研讨”教学法》中译本成为中国的小学科学教育工作者不可或缺的重要参考书。
国家在本世纪初启动新一轮课程改革以来，“探究学习”便成为最热门的关键词之一。
几乎与课改同时，韦钰院士领衔的“做中学”科学教育项目启动，许多科学家开始关注中国的探究式科学教育。
在多年实践的基础上，韦钰院士又亲自挂帅开始对《科学（3-6年级）课程标准》（以下简称《课标》）的修订工作。
在《全日制义务教育科学（1～6年级）课程标准》（修订送审稿）中，在描述科学课的基本理念时强调：
小学科学课程以探究式学习为主要的学习方式。
探究式学习不是一种单一的、刻板的教学过程，而是一组具有自己独特特点的有效教育方法，不仅在科学教育里能够运用，而且在其他课程的教学中也能发挥很好的作用。
但是，探究式的学习方式和科学课程有着天然的联系，因为探究是科学家探索和了解自然、获得科学知识的主要方法。
以实证为基础、运用数量分析和逻辑推理，公开研究结果，接受质疑，不断更新和深入，正是科学研究的特点。
探究式学习方式的主要特点是学生亲自收集和获取资料和数据，有时也包括运用已经证实的第二手资料；在实证的基础上进行逻辑推理和思考，联系自己的经验和有关的理论，做出判断和结论；通过交流、讨论、辩论和再思考，逐步建立起对科学概念的理解，而不仅仅是依靠讲授来接受科学概念。
探究式学习需要在教师引导、组织和支持下进行。
小学科学课程要向学生提供充分的探究式学习的机会，引导学生亲历科学探究的过程。
在小学科学课程中也需要采用其他形式的教学方法，如讲述、示范、观摩，利用广泛存在于学校、家庭、社会、大自然、网络和各种媒体中的多种资源进行科学学习。
探究式教学的必要特征
我们从两个方面来看“探究”。
一方面，探究是科学家在研究自然界的过程中用到的多种方法；另一方面，探究也是一种教学方法，能使学生“增加科学知识，获得对科学观点的理解，理解科学家是怎样研究自然界的。
”（美国《国家科学教育标准》第23页）当我们讨论探究作为一种教与学的方法时，我们指的是什么？
探究式教学的必要特征是什么？
有研究者指出：
课堂上的探究式教学有五个必要特征：
∙学生明确探究问题；
∙学生在设计计划和进行研究时，优先考虑证据；
∙学生用证据进行描述、解释和预测；
∙学生在证据和解释基础上形成科学知识；
∙学生与他人批判性地讨论探究过程、证据和解释。
（本部分内容引自：
美国《教作为探究的科学》第116-118页）
2.理论依据
理论依据是指本课教学设计最基本的理论支撑。
与宏观的指导思想不同，理论依据一定是某位具体的学者所提出的具体理论观点。
如维果茨基的教学和发展理论（社会建构、最近发展区）；布鲁姆的结构化课程理论；认知神经科学（脑科学）……
具体撰写教学设计的时候，不仅要将指导思想与理论依据落实在纸面上，更要具体落实在教学设计的各个环节。
努力避免说一套做一套，理论和实践相脱节的现象。
（二）教学背景分析
学习者变量和学习内容变量是教学设计的两个关键变量。
作教学设计时应在对学习者的特征，学习者的兴趣、经验、知识基础、能力水平和学习风格等方面做深入细致地分析后，根据学生身心发展和学科学习的特点；根据学生个体差异和不同的学习需求来确定学生学的任务；从学生学的角度定教师教的任务。
具体工作包括以下几方面:
∙通过认真研读《课标》和教材准确分析教学基本内容要点以及要点之间的逻辑关系，阐明其在教材中的地位；
∙通过形式多样的前测了解学生学习本课内容的前概念水平并作认真分析，说明学生在学习过程中可能遇到的问题、困难及对策；
美国著名的教育心理学家奥苏伯尔有一段经典论述：
“假如让我把全部教育心理学仅仅归纳为一条原理的话，那么，我将一言以蔽之：
影响学习的唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么，要探明这一点，并应据此进行教学。
”
∙针对教学方式的选择、教学手段的使用及技术准备，结合学生学习的实际进行可行性分析。
关于技术准备。
个人理解所谓的技术准备就是包括所有为达成教学所需要的仪器设备、教学课件等辅助性的软硬件条件。
在这里重点强调一下教学实物材料的准备。
材料的结构性
兰本达：
材料引起经历，经历是探求意义的中心环节。
材料是教师教的基础，操作材料的实践活动是学生学的基础。
以上三者之间的逻辑关系：
教材内容——学生实际——教学方式选择及教学手段使用。
∙本课教学目标设计
基于对学生学习任务和学习起点的分析，便可以着手制订本课具体的三维目标。
1.三维目标的内涵与表述
三维目标是新课改在教学层面上影响最为广泛的概念。
孙宏安教授在《新课程教学设计-小学科学》中对三维目标的阐述很值得借鉴。
（以下引自原书的内容略有删改）
例1，《科学的启蒙》一课的教学目标：
∙了解学习科学课的方法；（知识和方法）
∙通过实验知道一些浅显的科学原理；（知识和技能）
∙产生探究学习的欲望，并愿意在日常生活中多实践一些小制作、小发明。
（情感态度价值观）
例2，《热水变凉》一课的教学目标：
∙科学探究：
能够搜集数据，发现热水变凉的温度变化规律。
∙科学知识：
知道热水变凉的过程中，温度下降有规律。
∙情感、态度与价值观：
对进行探究水变凉的规律的实验研究感兴趣，体验和感受探究解决水变凉规律问题所带来的乐趣，感悟到从实验中得出真知灼见。
例1和例2有普遍性，教学过程是以学生获取科学知识与技能的教学活动（即探究活动）为教学的基本内容，在教学活动中采用科学探究的方式（教学模式）是对过程和方法的引领，同时也进行情感、态度与价值观的教育，可以说过程与方法及情感、态度与价值观的目标是与科学知识目标同时进行的。
这是科学课的一般形式，也是科学课的基本特点。
可以进一步把这一特点概括为：
∙科学学习是学生亲身经历的能动的过程。
∙科学学习要以科学探究为核心。
∙科学学习过程也是情感、态度与价值观的发展过程。
对学习目标的设计要充分依据科学课程的这几个特点进行。
在具体教学过程中，三个分目标的达成不是单独进行，一个“好的”教学活动，一般能达到多个教学目标。
在教学活动中，必须把三个领域的目标作为一个整体来看待。
课程改革强调在构建课堂教学目标时要考虑“三个维度”，即知识与技能，过程与方法和情感态度与价值观三个方面的整合，体现了新课程的价值要求，也是以发展为本的教学的必然要求，其本质主要体现在两个方面：
其一，结论与过程的统一。
对一门学科而言，过程表征该学科的探究过程和探究方法，结论表征该学科的探究结果（概念原理和体系）。
两者相互作用、相互依存、相互转化，学科探究的过程和方法都有重要的教育价值，知识与技能只有与过程和方法结合起来，才能使学生的理智和整个精神世界获得实质性的发展与提升。
否则，如果只学会了一些现成的结论并形成对这些结论确信无疑的心向，那么这种教育的功能就不是对个性的发展与解放，而是对个性的控制与压抑。
而在教学中只讲结论不教过程，实际上是对学生智慧的扼杀和个性的摧残。
因而教学强调过程，强调过程和结论的结合。
其二，认知与情感的统一。
学习过程是以人的整体心理活动为基础的认知活动和情意活动相统一的过程。
认知因素和情意因素在学习过程中同时发生，交互作用，它们共同组成学生学习心理的两个不同方面，从不同角度对学习活动施与重大影响。
这里非常重要的就是情感、态度与价值观。
情感当然指学习兴趣、学习热情和学习动机，但更指内心体验和心灵世界的丰富。
态度当然指学习态度、学习责任，但更指乐观的生活态度、求实的科学态度、宽容的人生态度。
价值观指对价值的评价，在这种对价值的评价中，不仅强调个人价值的意义，更强调个人价值与社会价值统一的意义；强调科学的价值，更强调科学价值与人文价值的统一。
这种价值观将导致学生的全面的可持续的发展。
它们作为教育总目标应渗透于所有的教学内容，并且贯穿于整个教学过程。
在各学科的教学中对“三个维度”进行适合自己特点的整合是学科教学的宗旨所在。
不同学科对“三个维度”的不同整合就构成了本学科的特点。
科学课程对三个维度的整合就表现为“科学探究”、“情感态度价值观”和“科学知识”等三个分目标。
在教学目标的表述中关键的要素有四个：
行为主体（学生）、行为动词、行为条件和表现程度。
其中，行为主体最重要，由于课程标准要求检验的是学生的学习过程和结果，不是直接评价教师的教学工作，关于教学目标的表述就应该从学生的角度出发，行为主体必须是学生。
在不影响对目标正确理解的情况下，有些要素是可以缺省的。
例3，《我的手》一课的教学目标
∙知道自己手的形状，认识手的构造，体验手的灵活性。
∙会用文字、图画呈现观察的结果并相互交流、评价。
∙通过对身边事物的观察，能够产生发现问题、提出问题、探究问题的意识。
∙教学重难点的确立与表述
教学重点：
《课程标准》中明确规定的内容：
知识方面、技能方面……
教学难点：
学生在达成重点目标过程中可能遇到的最大困难。
例：
《摩擦力》（第二课时）的教学重、难点
教学重点：
通过实验，知道物体在水平面上滑动时，摩擦力的大小既与物体的轻重有关，也与物体接触面的粗糙程度有关。
教学难点：
初步学会设计对比实验，以此探究影响在平面上滑动物体摩擦力大小的因素。
3.教学内容的选择与安排
需要结合教学目标及重难点，简要阐述如何选择和安排教学内容。
（举例略）
（四）教学过程与教学资源设计
本部分是教学设计的核心，应把教学内容、教学进程、学生活动、所需要的教学资源及教学指导策略表达清楚，可附教学流程图。
表述方式可以用文字叙述，也可以列表说明
表格样式举例：
空气占据空间
教学
进程
教师活动
学生活动
设计意图效果预测
时间
参与
教师出示一个去底的塑料瓶，让学生猜想：
如果把塑料瓶竖直压入水中，水面的乒乓球会在哪里？
学生进行猜想，并说出猜想的理由
学生猜想
预设1在水面
预设2在水底
预设3不能确定
了解学生的前概念
不管学生如何猜想，都要请他们谈谈猜想的理由是什么？
5分钟
探究
解释
迁移
评价
探究学习的基本教学过程设计（大致路子，可根据具体探究内容灵活变通）
二十世纪八十年代
通过观察发现问题——经过思考做出假设——设计实验验证假设——最后得到经过实验证实的科学结论
简记为：
问题——假设——验证——结论
例：
热胀冷缩（教、扶、放）
二十世纪九十年代
例：
热涨冷缩（增加了思维方法的指导，如归纳推理）
二十一世纪：
自主探究教学模式
5E教学模式简介
“5-E”教学模式是由生物科学课程研究（BSCS）的主要研究者之一贝比（R.Bybee）发展起来的一种建构主义教学模式，这一模式强调的是以学生为中心，通过运用调查和实验的方法解决问题；强调通过小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识的建构。
“5-E”教学模式分为5个学习阶段：
参与（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、详细说明（Elaboration）、评价（Evaluation）。
因为5个学习阶段分别以“E”开头，所以又被称为“5-E”教学模式。
“5-E”教学模式的具体阶段
1、参与（Engagement）：
这是该模式的起始环节。
这个阶段通过参与活动确定学习任务，激起学生的学习兴趣。
这一阶段活动的目的有两个：
第一，找出误解的概念。
学生不是一块白板，在生活中已有很多丰富的经验。
这些经验可能是正确的，也可能是错误的，如铁块下沉是因为它重。
教师利用这个阶段的活动找出学生误解的概念，以便在教学中设计活动帮助学生纠正这些误解的概念。
第二，做好诊断性评估，即检查学生已有的相关知识、经验。
2、探究（Exploration）：
这一阶段是该模式的主体，知识的获得、技能技巧的掌握都在本阶段完成。
在本阶段要给学生提供直接参与调查研究的条件和机会，与一般常识相违背的差异性实验，让学生形成概念、概括和解释。
在探索活动中，儿童观察物质的属性、形成简单的关系、认识到事物之间的规律，并提出与探索有关的有意义的问题。
本阶段的探究活动是以学生为中心的，教师应作为指导者、引导者发挥作用，用具体的物质和可观察的事件为儿童提供共同的经验，并从探索活动中提取出正式的概念性观点，与学生一起讨论这些观点。
3、解释（Explanation）：
在这个阶段，学生通过活动开始对所提供的经验建构对概念的理解，解释概念或理论，使其成为一种可以交流的形式。
首先，教师让学生描述他们观察到的东西，并解释为什么会这样；第二，教师通过正规的和直接的指导，向学生解释如何对观察到的现象进行科学解释。
教师在提供科学解释时，注意要清楚地将这些科学解释与学生从参与的探索活动中获得的证据联系起来，并且还要与学生已经形成的解释联系起来。
这样，教师为学生提供了共同的科学术语，他们可能还不能完全理解这些术语，但在解释自己的原因时可能用到这些术语。
这一阶段是以教师为主导，教师针对学生的问题和一些不完全的结果，进行讲解、补充和矫正；也可以通过师生对话，引导学生自己去得出结论，即用学生思维和嘴说出教师要教的内容。
4、详细说明（迁移）（Elaboration）：
在这一阶段，学生扩展自己的概念，并运用前一阶段刚刚获得的科学概念，在新的环境和新的问题情境中去实践、验证、应用和巩固。
如利用“蒸发带走热量”这一知识，解释“为什么夏天扇扇子会感到凉快”、“相同量的水放在不同形状的容器里，它们蒸发的速度会一样吗”等新的问题。
5、评价（Evaluation）：
评价是学习环中的重要环节，但不是一个特定的阶段，它贯穿整个教学过程。
在“5-E”模式中，评价是由教师、学生共同完成。
它不但要求对学习结果进行评价，而且要求对学习过程进行评价。
因此，评价分为正式评价、非正式评价和自我评估三个形式。
正式评价如纸笔测试，可以为学生和教师提供反馈信息；非正式评价如结构性观察、学生访谈等，目的是为了确定学生发展的方向，或鼓励他们检验自己的观点并再次审视自己的活动过程。
自我评估是“5-E”教学模式中评估阶段的一个重要方面，目的是让学生对自己的活动有个合理的认识。
为了更有效的练习自我评估，在教学过程中应该教给学生自我监控和自我调整的策略。
教师和学生在“5-E”教学模式中的具体行为如下表所示：
5个阶段
教师行为
学生行为
参与
·引起兴趣；
·产生好奇心；
·提出问题；
·引起反应，以便了解学生对于主题知道和思考了些什么。
·问问题，如“为什么这样？
”、“对于这个我已经知道了什么？
”、“关于这个我能发现什么？
”；
·对于主题表现出兴趣。
探究
·鼓励学生在没有教师直接指导的情况下共同工作；
·当学生相互交流时注意观察和倾听；
·在必要的时候提问探索性的问题间接指导学生的调查；
·为学生提出质疑的时间；
·给学生充当顾问。
·在活动范围内自由思考；
·测验预言和假设；
·形成新的预言和假设；
·尝试各种选择，并与其他人进行讨论；
·记录观察结果和观点；
·对判断提出质疑。
解释
·鼓励学生用自己的语言解释概念和定义；
·要求学生给出理由（证据）；
·提供正规的定义、解释和新的短语；
·用学生已有的经验解释概念。
·解释可能的解决方案或其他人的答案；
·批判性地倾听他人的解释；
·对他人的解释提出质疑；
·倾听和尽量理解教师提供的解释；
·参考以前的活动；
·在解释中运用记录的观察结果。
详细
说明
（迁移）
·期望学生运用正规的短语、定义以及以前提供的解释；
·鼓励学生在新的情境中运用或扩展概念和技能；
·提醒学生注意模糊的概念；
·在新的近似的情境下运用新的短语、定义、解释和技能；
·运用原有的信息提出问题，提出解决方案、做出决定、设计实验；
·从证据中总结出合理的结论；
·记录观察结果和解释；
·在同伴中检查理解。
评价
·当学生运用新的概念和技能时观察学生；
·观察学生已经改变了的思维和行为的证据；
·允许学生评价他们自己的学习和过程性技能；
·问一些开放性的问题，如“你是怎么想的”、“你有什么证据”、“对于这个你知道些什么”、“你如何解释”等。
·运用观察的结果、证据和以前接受的解释提出一些开放性的问题；
·展示对概念或技能的理解或知识；
·评估自己的进步和知识；
·提出鼓励进一步探究的相关问题。
（高霞“5-E”教学模式在小学科学教学中的运用）
《全日制义务教育科学（1～6年级）课程标准》（修订送审稿）指出：
科学探究并不是一个固定模式的顺序过程，而是一个能动的、多样的、多层面的、循环发展的过程。
科学探究一般都包括提出和聚焦问题，设计研究方案，收集和获取证据，整理信息、分析数据、得出结论，表达与交流五个重要的要素。
尽管中外探究式学习环节的表述方式不同，但他们都同时强调探究问题的形成、寻求证据、表达和交流等环节。
关于探究的问题：
探究是从问题开始的，没有问题无法探究；整个探究过程是不断提出问题、解决问题的过程。
如什么事物、什么现象、为什么、什么原因、在什么条件下发生、与哪些因素有关系、怎么办、怎样做、发现了什么、有什么想法、证明了什么、什么结论、有什么用、有什么新的问题等。
引领探究的好问题的特点
引领探究的好问题：
能够导致获得关于世界的有趣的新知识；
能够导致深入地理解科学和科学探究的本质；
需要学生收集观察证据，运用证据解决问题；
需要一些科学方
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