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      1. 論物理課堂教學設計的特征和內涵

        時間:2023-03-21 20:57:30 教學論文 我要投稿
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        論物理課堂教學設計的特征和內涵

          一、教學設計概述

        論物理課堂教學設計的特征和內涵

          (一)教學設計的含義及特征

          教學論可以分為兩種研究取向:其一是基于哲學和教學實踐經驗總結的教學論,其二是基于科學心理學和實證研究的教學論。

          基于哲學和教學實踐經驗總結的教學論可以追溯到夸美紐斯的《大教學論》,在20世紀影響深遠的美國實用主義哲學家杜威主張的教學論和凱洛夫的教學論、巴班斯基最優化教學也都是哲學和經驗取向。

          巴班斯基在《教學教育過程的最優化》一書中,概括出十條教學規律,并由此確定對應的教學原則,其中如“教學應符合學生的起點能力”、“教學應符合學生學習的速度”、“教學應體現教師‘主導’,學生‘主體”’、“教學應激發學生學習動機”等等。

          顯然,基于哲學的教學論提出的一些教學原則或教學規律,對具體內容的教學安排來說過于寬泛,比如,在一節“阿基米德原理”課的設計中如何做到“確定學生的起點能力、確定學生學習速度、選擇最佳教學形式、最佳教學方法”等,對教師來說又構成問題,因此基于哲學的教學論很難直接指導教師完成一節課的具體教學事件的規劃,只對教學活動的安排具有指導或啟示性作用。

          基于科學心理學和實證研究的教學論產生于20世紀六七十年代,源于心理學研究者將心理學原理轉化為教育應用技術的努力,后者也被稱為教學設計。

          當代著名教學設計理論家賴格盧特指出:教學設計是一門涉及理解與改進教學過程的學科。任何設計活動的宗旨都是提出達到預期目的的最優途徑,因此,教學設計主要是關于提出最優教學方法的處方的一門學科,這些最優的教學方法能使學生的知識和技能發生預期的變化。教學設計理論家史密斯和拉甘指出:“教學設計”意味著系統地同時也深思熟慮地將學與教的原理轉換成教學材料、教學活動、信息資源和教學評價的計劃的過程。[1]

          國內有學者認為:“教學設計是以獲得優化的教學效果為目的,以學習理論、教學理論和傳播理論為理論基礎,運用系統方法分析教學問題、確定教學目標、建立解決教學問題的策略方案、試行解決方案、評價試行結果和修改方案的過程”[2]。

          從上述教學設計的界定,可以理解:

          1.教學設計的核心特征:為一類教學問題提供通用的解決方案

          教學設計是提供最優教學方案的處方的學科,醫學處方實質上就是一種解決方案,但只對特定疾病的治療有效。面對各式各樣病情的病人,醫生之所以能夠提供有效治療的處方,主要是因為能夠根據病情特征有效地進行病理的歸類,而醫學理論的發展確定了應對不同疾病的有效治療方案。要為教學提供處方式的解決方案,就必須將教師面臨的教學問題進行合理的分類,并能夠對不同類型的教學問題提出有效的解決方案,F代教學設計理論堅持對教學問題依據其對應的學習規律進行分類,然后依據不同類型學習所需的條件和過程規劃相應的教學方案。

          2.教學設計的核心理論基礎:學習心理學

          學習心理學研究個體學習的內部機制、內部條件、內部表征,現代學習理論認同:學習具有不同的類型,不同類型的學習具有不同的內部過程、需要不同的內部條件、學習后內部的表征不同、外顯行為也不同。學習的規律清楚了,與之對應的、有效的教學就明確了,凡是與特定類型學習相匹配的教學就是有效的、適合的,反之就是無效的教學,教學設計最根本出發點是“以學習的規律制約教學的規律”,真正做到以學定教。

          (二)教學設計的主要工作

          沃爾特·迪克(Walter Dick)與盧·凱里(Lou Carey)用系統觀看待教學設計,認為“教學過程本身可以視為一個系統,系統的目的是引發和促進教學”。在《系統化教學設計》一書中,迪克和凱里提出教學設計模型,簡明而又不失其基本規范。該模型包括以下10個步驟:[4]

          確定教學目標、進行教學分析、確定起點行為、編寫教學具體目標、設計標準參照試題、開發教學策略、開發與選擇教學材料、設計與實施形成性評價、進行教學調整、設計與實施總結性評價。

          如果將編寫目標視為確定目標的結果;將確定起點行為視為教學任務分析的一個結果;且將教學調整和總結性評價視為其后的補充,不是課堂教學目標實現的主要環節。我們將課堂教學設計活動的主要工作簡化如下:

          第一:確定學習內容對應的學習結果類型,陳述教學目標;要求用可觀察、可測量的術語精確表達學習目標,這是教學設計的一項基本要求。

          第二:教學任務分析。通過任務分析,揭示出習得該學習結果的內部過程及條件;這部分工作主要運用學習心理學理論完成。

          第三:規劃教學活動。依據分析出的內部過程與條件,合理規劃教學事件,選擇教學媒體和方法。

          第四:制定測評項目。依據學習結果類型及相應學習者外顯行為,制定測評項目。

          教學設計者必須針對具體類型的學習進行設計,因此應首先了解特定學習類型的學習規律,一旦某一學習對應的學習類型被確定,教學設計者就可以根據該學習類型學習的內部過程和條件,合理規劃教學的過程和活動,依據學習后學生表現的外顯行為,對教學目標的達成與否進行檢測,實現“學有定律,教有優法”。

          顯然,教學任務分析實質上是教學設計的核心環節,其目標是揭示學習特定結果時,學習者經歷的內部過程及需要的內部條件,從而為規劃教學事件、選擇教學媒體和方法提供依據。如何完成教學任務分析?需要教師對當代學習心理學的基本理論有初步理解。本文以信息加工心理學的研究為例闡述學習者內部機制及對教學設計的作用。

          二、信息加工心理學研究

          信息加工心理學認為包括人和計算機都是信息加工系統,系統由感受器、效應器、記憶和加工器組成,系統都是操縱符號的。符號是模式,如語言、標記和記號等。信息加工系統可以概括為輸入、輸出、貯存、復制、建立符號結構和條件性遷移。這樣以符號操作為基礎的信息加工系統就具有對環境的適應能力,表現出目的性行為。

          (一)信息和信息加工系統

          1.信息

          信息是事物現象及其屬性標識的集合。一個信息單位就是對個體而言的一個意義單元,認知心理學以命題來表示。命題這一術語來自邏輯學,指表達判斷的語言形式,心理學借用這一術語作為心理表征的一種形式,主要強調如下研究事實:人一般記住的是句子表達的意義,而不是具體的詞句。命題表征的一個例子如圖1,命題一般由論題和關系項組成,例中“小明”和“書”是論題,“買”是關系項。

          通常一句話中往往包含多個信息單元,如“一個蘋果放在托盤中”,實質包含兩個信息單元,即從數量關系上“蘋果是一個”、從空間位置關系上“蘋果在托盤中”。每一個這樣的論斷,都包含兩個論題及其間關系,個體可以在頭腦中形成兩個對象間關系的表象,如果需要也可在行為上正確地呈現。上述論斷對個體來說就構成一個信息單元,或也可稱為個體具有上述命題的意義。而對一個咿呀學語的嬰兒,尚不能區分蘋果或梨等水果、不能區分數量、也不能區分托盤或碟子等概念意義,那么“一個蘋果放在托盤中”對他而言就是9個音節,也就是9個信息單位。

          同樣,物理概念和規律的表述中都包含多個信息單元,如:

          動量定理:物體在一段時間內的動量變化,等于物體受到的沖量。

          實質包含三個信息單元:“物體受到沖量”、“沖量等于動量的變化”、“動量的變化是在一段時間內的”。

          【案例一】 在“電阻影響因素”教學中實驗如圖2:

          從上述實驗中可以識別出與本節教學結論相關的信息有:“A、B、C是鎳鉻絲”、“A比B長”、“A和B一樣粗”、當“A和B分別接入時,(接入B)燈泡比(接入A)燈泡亮”等等。

          當然還可以識別與本節教學結論無關的信息,如“有三節電池”、“電池被固定在木板上”、“燈泡發出黃光”等等。

          2.信息加工系統

          心理學家加涅(Robert M.Gagné)在吸取信息加工心理學研究成果的基礎上,提出了一次學習活動所包含的過程模型,如圖3,這一模型包括:操作或加工系統、執行控制系統、預期系統等三個系統。

          其中操作系統包含三個記憶結構,感覺登記一般以視覺編碼,記憶時間為毫秒級;工作記憶(又稱為短時記憶),記憶時間約為數十秒,實驗證明,如果記憶數字,在復述一次的條件下,能保持20秒左右,記憶正確率在80%;長時記憶,以語義、聽覺編碼,信息根據其意義而貯存,可保持很長時間,甚至終生。

          (二)信息加工特點

          1.信息加工容量限制

          個體在某一時刻能意識到的東西存儲在短時記憶中,與意識大致對應。短時記憶也稱為工作記憶,就是進行信息加工的部分;研究表明,短時記憶中的容量是有限制的,一般為7±2個信息單元,也就是說7±2個對個體有意義的單元。

          比如,如下數字“1、4、9、2、1、7、7、6、7、4、1、9、4、1、1、2”,個體只讀一遍,然后能夠提取出的數字數量約為7±2。但對美國人來說上述這組數字對應3個歷史時期,前四個數字對應哥倫布首行美洲的年份、中間六個數字對應獨立宣言發表的年月日,后六個數字對應日本偷襲珍珠港的日期。

          那么對美國人來說,上述16個數字構成三個信息單元;如果用同樣這組材料測試,美國人可能就可以提取出較多的數字,但這并不是代表美國人的短時記憶就比我們廣,因為他在短時間記憶只需三個信息單元,假如再增加同類的測試項目,如“美國最高峰的高度”、“最深湖泊的深度”、“高速公路的里程”等等十余個單位,讓美國人只讀一遍,能提取出的項目也只有7±2個。

          為了解釋這一現象,米勒提出“組塊”(chunk)的概念,認為組塊是對個體有意義的信息單元,一個組塊就是一個對個體有意義的項目,而不管這個單元的物理單位是什么。心理學家西蒙研究表明:被試者能夠正確再現單或雙音節詞都是7個,三音節詞是6個,但由兩個詞組成的短語,則只能記住4個,而更長一些的短語,則只能記住3個。

          2.信息加工的方式

          個體識別出的信息存儲于短時記憶中,通過運用一定加工機制形成新的聯系,也就是習得新的知識。形成新聯系的機制主要是邏輯的;19世紀英國邏輯學家穆勒提出探求因果聯系時使用的五種推理方法,在邏輯學中稱為穆勒五法,包括求同法、差異法、共變法、求同求異法和剩余法。著名認知心理學家斯騰伯格(R. J. Sternberg)通過實驗證實個體確實可以根據可能原因和可能結果同時出現(求同)、可能原因與結果同時消失(差異或共變)現象來確認某一事件是原因事件[5]。

          (1)求同法及結構

          求同法是通過考察被研究現象出現的若干場合確定在各個場合先行情況中是否只有另外一個情況是共同的,如果是,那么這個共同情況與被研究的現象之間有因果聯系。

          其結構可以如下表示:

          (2)共變法及結構

          共變法是通過考察被研究現象發生變化的若干場合中,確定是否只有一個情況發生相應變化,如果是,那么這個發生了相應變化的情況與被研究現象之間存在聯系。

          其結構可以如下表示:

          (3)演繹推理

          演繹推理策略是由反映一般性知識的前提得出有關特殊性知識的結論的一種推理,其最基本的形式是三段論,三段論也是我們日常生活及教學中最常運用的。三段論由三個命題構成,這三個命題分別稱為大前提、小前提、結論。如下,為充分條件假言推理中肯定前件式推理。

          【案例一分析】

          案例一的學習中需要得出如下三個結論:

          (1)電阻大小與導線長度有關;

          (2)電阻大小與導線橫截面積有關;

          (3)電阻大小與導線材料有關。

          分析可知,三個結論獲得均是運用歸納法中的共變法實現的,如“導電物質的電阻大小跟導線長度有關”結論獲得的邏輯過程如表1所示:

          3.信息加工的特征

          許多認知加工的區別在于它們是否需要意識控制,受到意識控制的加工稱為控制加工,反之則稱為自動加工。對于控制加工,需要意志努力、消耗許多注意資源,更重要的是其中的加工是按序列加工的,即每次加工一步,花費時間較長。[6]學生在學習新知識的過程中,顯然是需要控制加工,應滿足序列加工。

          在案例一實驗后,教師如下陳述.

          師:在剛才的實驗中,我們發現“A、B、C是鎳鉻絲”、(1)“A比B長”、(2)“A和B一樣粗”、(3)“B和C長度一樣”、(4)“B比C橫截面積小”、(5)“D是銅絲”、(6)D和B長度一樣”、(7)“D和C橫截面積一樣”、(8)當“A和B分別接入時,(接入B)燈泡比(接入A)燈泡亮”、(9)“C和B分別接入時,(接入C)燈泡比(接入B)燈泡亮”、(10)“D和B分別接入時,(接入D)燈泡比(接入B)燈泡亮”、(11)從上述實驗中,你可以獲得什么結論?

          從教師的陳述中,學習者將信息(11個)依次識別存儲在短時記憶中,但學生不可能由這11個信息同時加工出上述三個結論。

          學習者在頭腦中會對這些信息梳理排列,如將信息(1)、(2)、(3)、(9)視為一組,啟動共變法機制加工得出結論“導體電阻與導體長度有關”。

          也就是新結論一定是一個一個加工形成的。

          三、信息加工機制對教學設計的要求

          (一)信息加工機制對教學設計的要求

          根據信息加工機制,有效的教學設計應滿足:

          1.容量限制要求:教學中提供給學生、獲得結論所需的信息,應保持在適度范圍,減少干擾信息;

          2.序列加工要求:教學中提供信息的方式應滿足呈現一次加工所需的信息,獲得一個新的結論;

          3.信息加工方式要求:教學中信息呈現應符合特定結論獲得的加工方式。

          要實現上述目標,教師應分析教學結論的內容及數量,并通過追蹤每一教學結論獲得的信息流程,確定新結論建立的必要信息及加工方式,由此對教學活動做出合理安排。

          (二)教學設計案例分析

          教學設計的具體產物是教學活動方案,教材呈現的是各種方案中的一種,應該也是比較優質、可以常態實施的方案。現在提倡一綱多本,不同教材對同一教學內容處理的方案不同,在一次物理教研活動中,對同一教學內容不同教材的編寫,參與研討的老師給出不同的意見如下:

          【案例二】

          [實驗][7]

          如圖(見本文圖2)是一塊接有電池、電鍵和燈泡的電路板,a、b兩接線柱上各連接一根導線。左側有A、B、C、D四根金屬絲。A、B、C三根都是鎳鉻絲,A與B橫截面積相同,長度不同,A比B長;B與C長度相同,橫截面積不同,C比B橫截面積大;D是銅絲,它的長度和橫截面積都跟C相同。實驗時,將這四根金屬絲分別接入電路的a、b兩接線柱之間后發現:

          接入A時比接入B時燈泡暗,說明金屬線越長電阻越大;接入B時比接入C時燈泡暗,說明金屬線橫截面積越小電阻越大;接入C時比接入D時燈泡暗,說明材料種類不同電阻不同。

          實驗表明,導電物體的電阻大小跟導線的長度、橫截面積和材料種類有關。電阻是導電物體本身的一種性質。

          【案例三】

          觀察和描述[8]

          觀察電阻的大小跟哪些因素有關的演示實驗。

          (1)在導體的材料和橫截面積相同的情況下,觀察到導體的長度越長,電流表的示數越________。由此可得出的初步結論是:導體的電阻與導體長度________(選填“有關”或“無關”),導體越長,電阻________。

          (2)在導體的材料和長度相同的情況下,觀察到導體的橫截面積越大,電流表的示數越________。由此可得出的初步結論是:導體的電阻與導體橫截面積________(選填“有關”或“無關”),導體橫截面積越大,電阻________。

          (3)在導體的長度和橫截面積相同的情況下,觀察到導體的材料不同,電流表的示數________。由此可得出的初步結論是:導體的電阻與導體材料________(選填“有關”或“無關”)。

          【教師研討】有的教師認為案例一較好,“表述簡潔明了,綜合程度高,需要學生相對豐富的思維活動”;而案例二“按部就班,雖然有活動,但活動單一”。

          有的教師認為案例二較好,“層次清晰,問題具體、指向性好,學生能夠有效地反應”。而案例一中“教學沒有體現學生的自主性,情景設置單一,沒有給學生足夠的時間思考和嘗試機會”。

          就理論基礎來說,教師提出案例一編寫符合巴班斯基最優化教學理論要求,“在形成知識、技能和技巧的過程中……取得的最大成果;同時師生用時最少、花費精力最少”。

          案例二編寫符合建構主義理論要求,“強調復雜學習環境和真實的學習任務。鼓勵學生面對復雜的學習環境……以學生為中心的教學”。

          上述評判都有相應理論和教學經驗的支撐,也有一定的合理性,由于缺乏統一致的評判標準,對于教學設計方案的優劣,就會出現眾說紛紜,難以達成共識情況。那么,教學設計方案,其有效性的判定是否存在相對統一的標準?標準究竟如何來確定?

          判定教學有效性的唯一依據就是:學習者是否習得新的知識,方式是否合理,教學活動若有助于學生識別、加工習得新知識所需的必要信息,其活動就是有效的,反之就是有待改進的。因此,可以從目標達成需要的信息成分、信息加工的流程和條件等角度審視教學方案的合理性。

          【基于信息加工心理學評判】

          1.案例一中,學習者在閱讀過程中,先后識別出:“A、B、C是鎳鉻絲”、“A比B長”、“A和B一樣粗”、“B和C長度一樣”、……、“(接入B)燈泡比(接入A)燈泡亮”等一系列信息。

          (1)根據表1,學生只有在短時記憶中將信息“A、B、C是鎳鉻絲”、“A比B長”、“A和B一樣粗”、“(接入A)燈泡比(接入B)燈泡亮”,依次存儲,才能夠啟動共變法加工方式獲得結論“導電物質的電阻大小跟導線長度有關”;而在此案例中“C比B橫截面積大”、“D是銅絲”、“D和B長度一樣”、“D和C橫截面積一樣”等三個信息通過學生閱讀亦存儲在短時記憶中,且穿插在獲取上述結論所需必要信息之間,信息的呈現不符合特定結論信息加工方式的要求。

          (2)編寫中不是依次呈現一組必要信息,獲得一個結論,而是將三個結論獲得所需的必要信息綜合在一起呈現,并同時呈現三個結論,故編寫不滿足信息加序列加工要求;

          此教材中編寫方式,對已習得這部分知識的個體來說,閱讀起來不會構成問題,還顯得比較綜合、精練,而對于剛學習這部分知識的學生來說,由于呈現的信息不符合信息加工機制的要求,因此是不適合的。

          2.案例二中:

          (1)三個結論一一分別獲得,符合信息加工序列要求;

          (2)每一結論不變條件、變化條件、變化的結果依次呈現,符合信息加工機制要求,且在個體信息加工容量范圍內。

          因此,就信息加工方式來看,案例二的編寫較好。

          案例二存在的問題在于,相關信息要求學生填寫,一旦學生由于各種原因沒有填寫或填寫不太正確,那么在復習這部分內容時,就會遭遇到困難。

          由上討論可見,通過對教學結論的信息加工過程的微觀解剖,教師就能夠對學生習得結論所需的信息、信息呈現方式等進行合理有據的分析,并依據分析的結果合理地安排教學活動事件,分析的結果也可為教學有效性提供統一一致的評判標準。

          教學設計理論追求教學問題分類并提供一致的應對方案,應分析不同類型學習中學習的條件和機制,理解各具體學習過程需要學生識別的信息及加工方式,并遵循信息加工的要求呈現信息,由此將教學建立在可靠的學習理論基礎上,可以為有效教學提供穩定一致的標準,幫助教學走出紛繁理論所造成的困境。

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