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翻转课堂下整合式进阶教学探究

2021-02-02 11:57 来源:翻转课堂论文 人参与在线咨询

摘要:核心素养的培养呼唤“整合发展”理念的引领。基于“整合发展”理念,在翻转课堂视域下将物理概念学习进阶与科学论证教学从认知发展的角度进行有效整合,通过基于整合的表现期望将学习过程设计成一系列阶段性学习活动,促进学生物理概念理解与论证能力的整合发展,有利于落实核心素养的培养。

关键词:核心素养;翻转课堂;学习进阶;整合教学

“学习进阶”和“整合发展”是国际科学教育领域的重要理念[1]。学习进阶描述了学生在不同复杂度等级上的认知水平,它作为科学教育的研究范式已深入课堂教学改革[2]。整合发展是当代科学课程改革的核心理念[3],美国新一代科学教育标准(NGSS)是践行该理念的典型代表。我国高中物理课标明确提出核心素养目标,包括物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任,因此核心素养的培养亟待“整合发展”理念的引领。近年来,关于翻转课堂的研究已从基础理论探讨转向了学科教学实践,但是研究过多关注外在形式,对翻转课堂有效促进学习的内在机制缺乏深入研究,多数学生在学科核心概念理解和科学实践能力方面也没有获得很好的发展。在翻转课堂背景下基于整合的进阶式教学研究体现了概念认知与科学实践统一的教学理念,能为整合发展学生核心素养提供有力保障。因此,本研究尝试采用“整合发展”理念突破目前翻转课堂教学所面临的实践困境。

一、学习进阶研究应走向“整合”

2005年,在史密斯(C.L.Smith)等学者代表“基础教育阶段科学学业成就评价委员会”向美国国家研究委员会(NationalResearchCouncil,简称NRC)提交的报告中,首次明确提出学习进阶(LearningPro-gressions)概念[4]。其定义被不同学者赋予不同实质。Smith定义学习进阶是对一系列概念连续的、逐渐复杂的思维方式的描述[5]。Roseman认为学习进阶是从小学延续到高中的符合逻辑和学生发展的概念序列[6]。最权威是NRC的定义:学习进阶是学生不论是课堂内还是课外认知科学知识时,其思维方式日臻成熟与完善的过程[7]。2009年,Duncan等提出的学习进阶表述是一系列假设,描述了学生对核心概念的理解,及其如何随时间逐步深入的发展[8]。Stevens将其定义为一种策略序列,以帮助构建围绕核心概念展开的各概念之间的联系[9]。事实上,学生学习概念的过程,是一个不断获得知识与方法,新旧知识或联系或取代,方法手段逐步具体和复杂的过程。这其中,学生不断用更深层次的理解取代原来的认知。这正是学习进阶的“进”的意义。而在不断发展中,如果关注每一点的变化,将给研究工作带来巨大工作量,以及学生的个性问题导致研究的结果难以普遍适用。因此,关注其中关键的几个发展水平,将学生连续的发展过程进行分级处理,对每个阶段构建足够丰富有效的信息,这正是学习进阶的“阶”的内涵。概念学习存在较难跨越的“阶”,常伴随迷思概念,且不同阶段迷思概念不同。依据进阶变量确定进阶假设是学习进阶的内核,由进阶变量作用在主题或者概念上,构建出学习进阶的各个水平。早期的进阶变量采用知识内容本体,之后出现了将知识整合度、任务复杂度等作为进阶变量,更有研究将概念发展和能力发展进行整合的学习进阶的研究。郭玉英等依据综合层级复杂度(hierarchicalcomplexity)和知识整合(knowledgeintegration)等认知理论,提出科学概念层级模型,分为五个逐级进阶水平:经验、映射、关联、系统、整合[10]。经验是最低的概念认知水平,这一水平上,学生基于零散事实或生活知识,描述和“解释”他们观察到的日常现象。比如,学生意识到运动物体有能量,运动快慢不同能量不同,包括知道运动的车、运动的球等等联系在一起。映射水平是科学概念和观测到的物理量之间建立的联系,体现的是调用概念进行简单推理解决简单问题。比如定性解释物体动能和质量与速度的关系,比如问及为什么跑得越快,摔得越疼,回答因为运动越快能量越多。关联水平指的是对概念的认识上升到掌握数个概念之间的关系,再用这些关系去进行复杂的推理,解释现象。同样以动能为例,则是在认识到动能和速度、质量有关的基础上,学习定量的计算公式,掌握物理原理,并对动能有关问题进行深入的机制解释。系统水平要求对数个抽象概念进行协调,这一水平上对于动能和参考系有了联系而清晰的认识,即动能的大小受到参考系的影响。再如重力势能和电势能本身的完整的理解在关联水平,但是发展至系统水平,认识到势能是系统中各物体之间因为相互作用共同具有的能量,由系统内各物体的相对位置决定。整合水平则是学科内核心概念发挥作用,统整形成相应观念。这是学科内对被核心概念统领的各个概念全面完善的认识后,不操作在具体知识层面的凝练整合形成观念性的认识,往往对于现实实际问题的解决更具指导价值和意义。大规模测试和教学实验表明,科学概念层级模型具有良好的科学性、完备性和教学适应性,故本研究借鉴该模型作为研究基础。

二、翻转课堂视域下整合式进阶教学的设计原则与方法

本研究基于“整合发展”理念,将国际科学教育学习进阶理论应用于翻转课堂,开展旨在发展学生核心素养的翻转课堂整合式进阶教学研究。在翻转课堂视域下,从物理大概念出发,将物理概念层级水平与科学论证教学从认知发展的角度有效融合,并将其规划到翻转课堂的自学质疑和训练展示两个教学阶段,进行有效衔接和整合,形成进阶整体。通过基于整合的表现期望,将学习过程设计成一系列阶段性学习活动,落实核心素养目标。依据翻转课堂的内在特点,基于整合进阶的翻转课堂教学设计原则如下。

(一)体现整合进阶性。科学概念层级模型按照学生思维发展的顺序从简单到复杂,分为五个逐级进阶的层级。教师要求学生先从简单层级开始,在翻转课堂课前自学质疑阶段完成经验层级和映射层级进阶,课上训练展示阶段完成关联层级、系统层级和整合层级进阶,使构建科学概念的过程在大概念引领下逐级实现。教师以科学概念层级的进阶为主线,在概念进阶的关键点上设计整合论证教学活动,实现物理概念理解与科学论证能力的整合发展。

(二)精心策划课程内容。开展整合式进阶翻转课堂教学需要评估什么内容放在课上分层探究与讨论,以及什么内容适合学生课下独立探索。教师不断思考如何利用整合式进阶理论指导翻转课堂教学,设计有效的整合论证活动,帮助学生理解物理概念,提高论证能力以及确保教学的流畅性。

(三)体现灵活性原则。基于整合式进阶的翻转课堂涵盖了多种学习方法。教师需要将学习空间重新整理,以适应课程或教学单元,这会涉及小组学习、独立学习、研究问题、学习表现和评价。整合式进阶教学为翻转课堂创造了灵活的学习环境,学生自由选择学习时间和地点。教师对学生的学习时间以及评估也是灵活的。

(四)进一步转变教学观念。整合式进阶翻转课堂教学以学生为中心,课堂更深入地聚焦在整合论证活动上,为学生创造了整合发展的条件。学生从教学的产品转移到了学习的中心,参与个性化学习和评估以积极建构知识。学生可以通过迭代学习来加快概念理解进阶的速度,教师能最大限度地利用整合式进阶理念和交互课堂来检查和确保学生的整合发展。

(五)体现激励性原则。教学微视频是重要的知识和信息载体,它时间短、内容清晰。学生课前通过教学资源网络可以随时观看、记录和回看,教学视频应当包含多层次的内容,如实验或现象、概念讲解的视频片段等。视频针对概念进阶点进行分析讲授,成为组织学生事实经验的着力点,更要创设物理情境,充分调动学生对物理问题的思考和质疑,帮助学生主动建构理解,促进能力发展。由于对知识的掌握程度不足,学生的问题往往较为松散,表述也不太清晰,不能切中主题。此时,教师不要直接否定问题,而是多给予鼓励,在肯定学生提问的同时,对学生的提问加以补充、修正,引导学生对问题进行深层次的挖掘,使得问题和疑问与教学内容或目标的要求相接近,并在课题研究的知识点上进行拓展与升华。另外,教师要创设民主、平等、和谐的学习环境,让学生在宽松的课堂氛围中乐于提问,逐步提高提问的水平。

三、翻转课堂视域下整合式进阶教学的设计过程

以整合式进阶教学的设计原则与方法为指导,结合郭玉英等(2016)开发的基于学习进阶的科学教学设计模型[13],本研究从基于进阶的学情分析、学习过程的设计、教学开发、反馈等四个环节依次展开教学设计研究。

(一)基于进阶的学情分析。从教学内容考虑,翻转课堂整合式进阶教学设计可以是一个知识主题(如机械运动和力主题),也可以是某核心概念(如机械运动),甚至是某重要概念(如加速度)。从教学时间考虑,教学设计可以是一节课、一个星期的课、一个学期的课,甚至可以是一个学段。教学设计一般会涉及概念进阶的五个层级,也可能只涉及其中的几个层级,依具体情况而定。教学前,首先分析教学主题内容对应的核心概念,再依据概念学习进阶与科学论证学习进阶框架进行前测和访谈,依据前测和访谈结果展开学情分析,描述学生在概念理解层级与科学论证能力上的发展现状。

(二)学习过程的设计。在翻转课堂视域下,根据学情分析的结果来规划整体的学习过程。将学习过程设计成一系列阶段性整合式学习目标,每个学习目标对应不同水平的表现期望。学生从现有的认知状态出发,逐次经历各个中间认知状态,最终达到研究设定的目标状态。例如,学生概念发展需要从映射层级经过关联层级和系统层级,最终达到整合层级;论证能力需要从初级水平经历中级B和中级A,最终达到高级水平。需要在各个层级上建构整合的表现期望。首先选择概念理解进阶的关联层级与中级论证B相结合,描述出整合的表现期望(图1),即第一个中间认知状态的表现期望。与此类似,描述出各个认知状态整合后的表现期望。

(三)教学开发。以学习过程的设计为脚本,开始教学的具体开发。基于大概念提出研究问题是物理教学的首要环节。在大概念引入的过程中,教师合理利用各种情境素材,使创设的情境具备鲜明、生动等特点。从学习过程的设计环节可知,不同水平的表现期望关联了不同级别的整合论证教学活动,教学活动蕴含了不同层级的概念知识与论证能力的要求,指向了整合发展概念理解与论证能力的教学目标。为提高整合式进阶翻转课堂教学活动的有效性,注重利用各层级迷思概念掌握学情,促进概念转变。教师参考各层级迷思概念自行编制前测试题,对学生进行测试,一方面可以估测学生所处的层级,另一方面可以有针对性地组织教学材料,采取相应的教学策略,促进学生转变迷思概念。

(四)反馈。按照教学设计实施教学后,需要基于教学评价试题以及评标,追踪学生物理概念理解和论证能力发展。评估试题(开放题)分别按照概念进阶与论证进阶的表现期望开发,针对不同层级和关键进“阶”点的测评工具,有助于教师及时掌握学生物理概念理解与论证能力的发展现状。另外,教师的自我反思、专家评课和同事互评都为后续教学改进和学习过程调整提供重要依据。在实验校翻转课堂背景下,将整合式进阶教学实施于机械能、动能、机械运动与力三个主题单元教学。实证测评将各主题前、后测数据(实验班和对照班)整体导入Winsteps软件,得到学生的能力值,再利用SPSS软件对实验班和对照班学生的能力值进行独立样本t检验。综合对前、后测学生表现的分析,实验班学生在教学后的表现(物理概念理解与科学论证能力)显著好于对照班学生(p<0.05)。实证研究表明,整合式进阶教学需要依据大概念选择合适的课题,合理配置学习合作小组,学习过程应当遵循科学概念层级模型与科学论证能力的整合发展循序渐进,立足学生。在翻转课堂背景下,针对教学主题,将物理概念各层级与科学论证学习进阶整合的表现期望,与翻转课堂各教学环节有效融合,为教师开展整合式教学和评价提供了参考和依据。实施教学过程中,学生先从简单层级开始,在自学质疑阶段自主完成初级进阶,使构建物理概念的过程在大概念引领下逐级实现。学生以科学概念层级的进阶为主线,在概念进阶的关键点上开展相应的整合式进阶学习活动,实现概念理解与科学论证能力的整合发展。另外,教学中最大化利用信息化资源平台,多种教学资源全方位地把教师、学生引入整合式进阶学习的指导与监督之中,以高效地提高学生的学习效果,让翻转课堂整合式进阶教学的发展更适合教学实际,最终将核心素养的培养目标落到实处。

作者:弭乐 俞晓明 陈兰 单位:盐城师范学院教育科学学院

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