基于库柏体验学习的科学探究过程的认知设计

基于库柏体验学习的科学探究过程的认知设计

刘　平¹,邓小丽¹,仇虹豪²,郑　淼³

(1.上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;2.上海市实验学校,上海200125; 3.珠海市斗门一中,广东珠海519100)

作者简介:刘　平,江苏淮安人,上海师范大学生命与环境科学学院硕士研究生,主要从事课程与教学论研究。

邓小丽,上海市人,上海师范大学生命与环境科学学院副教授,主要从事课程与教学论研究。

仇虹豪,上海市人,上海市实验学校中学高级教师,硕士,主要从事科学教学研究。

郑　淼,广东梅州人,珠海市斗门一中教师,硕士,主要从事高中化学教学研究。

摘　要:　体验式学习是指教师致力于让学生参与到学习过程中,不过分强调学习结果,以最大程度地改善学生的学习方式。文章基于体验学习,以“天目山考察”为例,进行科学探究过程认知的设计,探讨学生科学探究过程的认知的变化。结果表明,体验学习模式在提升学生对科学探究过程的认知方面有较好的促进作用。

关键词:　库柏;体验学习;科学探究

随着国内外学者对“体验学习模式”研究的不断深入,该模式已经从理论阶段走向实践阶段。在我国,体验学习模式主要应用在生命教育课程中,在其他自然科学课程中的研究尚不多见。以往大多数教育实践者采用体验学习模式旨在帮助学生激发学习兴趣,形成积极的情感、正确的人生观和价值观。但本项研究发现在提升学生对科学探究过程的认知方面,体验学习模式有较好的促进作用。本研究以上海市实验学校校本课程“STS课程«爱我森林»”中一个单元“天目山考察”为例,应用体验学习模式探讨学生科学探究过程的认知的变化。

一、库伯的体验学习圈

完整的体验学习理论是由大卫·库伯提出的。在库伯看来,学习首先应是一个过程,而不是一个结果,教师的主要精力应集中于让学生参与到过程之中,而不应过分强调其学习结果,这样才可以最大程度地改善学生的学习方式。其次,学习的关键在于解决适应世界的双重辩证对立之间的矛盾。我们具有两种不同获取体验的方式:感知(即具体体验)和领悟(即抽象概括)。最后,他认为学习是一个创造知识的过程,知识是在体验的转换过程中被创造的。他提出体验学习包括了具体体验、观察反思、抽象概括和行动研究这4个阶段。这4个阶段构成一个循环圈,即体验学习圈,见图1的实线部分。循环圈可以反复进行,但学生每经历一次这样的循环,其对某一事物的认知,包括情感的变化就朝着预定方向前进一步。

图1　体验学习圈在课题中的体现

体验学习圈的第一阶段为体验阶段。在该阶段中,教育设计者通过设计具体的活动、让学习者进行亲身实践,使学习者直接感知并获得直接经验。第二阶段为反思观察阶段,学习者对上一阶段获得的直接经验进行反思内省,或者同以往的活动经验进行比较,间接得到体验,如突破原有规则的限制、产生创新的想法等。第三阶段为抽象概括阶段,学习者对其获得的经验与方法进行领悟归纳,形成结论,得到最佳的解决方法,以便为之后适应新的环境做好准备。第四阶段为行动研究阶段,即应用阶段,学习者将习得的经验方法应该用到新的或者真实的环境中。其中,学习者通过内涵转换的方式,对具体经验进行反思观察;通过外延转换的方式将抽象概括到的结论应用到新环境中。体验学习注重体验的过程,学习者通过五官感受,对外界环境进行感知,经由大脑进行分析获得直接经验,通过领悟抽象为间接经验,归纳得出新概念,再应用到新环境中。而且,体验是连续的过程,是一个循环系统,不是“一次性”的,在经过感知、反思、抽象概括、应用后,又会进入下一次的真实世界的体验中去。

二、基于库伯体验学习的科学探究过程的认知设计

上海科学课程标准和小学自然课程标准都把科学探究作为一个具体目标,而把具体的科学的方法贯穿在科学探究的基本要素之中。«课程标准»还第一次明确提出了学生应该初步学会的科学探究的6个基本要素,“初中科学课程中的探究活动由提出问题、形成假设、制订计划、收集证据、处理信息、表达交流等基本要素组成”,并对6个要素提出了具体的要求,为今后进一步深入各个学科领域的科学研究活动和实验打下基础。

为让学生更好地感悟科学探究过程,上海市实验学校STS课程中的«爱我森林»按照库伯的体验学习圈,为学生感知科学探究过程设计了天目山考察。该设计包含了下列4个过程,见图1虚框部分:

1.具体体验——天目山考察,直接感知

在正规的学校教育中,学习者的生活经验往往不能得到教育者的重视,教材与学生之间始终存在着一定的距离。因此,学校教育亟待弥补学生在经验上的不足。弥补经验的方法有多种,其中,具体体验最为符合大脑接受信息时的“优先原则”。具体体验通过把感觉、心情与情绪融入到真实的环境之中,并与之相互作用进行体验。毫无疑问,这是一种“身临其境”式的亲身体验。

笔者的设计包括以下几个部分:(1)根据各自小组课题,收集资料,做好考察前的准备(学生进行具体体验的前期准备阶段,以便更好地进行体验);(2)带着课题,亲临天目山,体验做课题研究的全过程;(3)完成小组作业,进行小组汇报。

活动一:做好考察前的准备工作

做任何事情之前,若主体通过各种途径做好充分的前期准备,那么在解决问题的过程中便能做到有的放矢,达到事半功倍的效果。同样学生们在课题考察之前若做好充足准备,对他们顺利进行课题研究是有积极作用的。

本次天目山考察共设计了4个有关科学探究的考察课题,如图2:

图2　天目山考察课题目及其组成部分

从图2可看出每个课题设计都包含了前文提到的上海市初中科学课程中的探究活动的6个基本要素(即虚框部分,对应的实框部分为下发的课题单上的标题),并加设了“前期准备”这一环节,以在一定程度上了解学生们的前期资料查找、工具准备情况。各小组学生根据各自的主题,查找相关资料,体验每一步过程。以课题“植被形态与海拔高度有关吗?”为例,小组学生要在考察之前了解有关植被的定义和分类、天目山植被分布、影响其生长和分布的因素、海拔的定义及其对植被分布的影响、植物标本制作的工具和要点,并准备好观察、测量、采集和保存标本的工具,并做好成员分工工作。研究方案中要根据主题提出假设、简述研究方案、设计观察和记录数据的形式。数据获取部分是选取每个休息点进行观察记录以及采集标本。待考察结束后,根据自己小组的体验过程和数据分析得出相应的结论。

活动二:亲临天目山,体验科学探究全过程(即数据收集的过程)

此阶段主要为学生在教师的带领下,进入考察基地或者设定的情境中亲临观察。笔者于2013年4月26日参加了上海市实验学校的天目山考察活动。由教师带队,导游陪同,学生们带着各自小组的课题,结合前期准备,亲历天目山进行考察。在考察过程中,学生们要根据课题,收集相应的植物、土壤和水样样本,并要仔细观察,记录数据。

活动三:完成小组作业及小组汇报(即数据分析和验证假设的过程)

完成小组作业以及小组汇报也就是进行数据分析并验证假设的过程。天目山考察结束后,同伴们对科学探究过程的“提出问题、提出假设、制订计划、数据收集”这几个环节有了一定的体验与了解,下面就需要对数据进行分析并验证假设。在完成小组作业时,需要组织同伴们进行小组内讨论交流。同伴们将查阅的资料、天目山考察收集的数据等等各种可以支持自己观点的证据呈现出来,筛选、汇总;然后进行组内交流,组员交流自己的观点,并给出证据,并能进行相互的质疑和解释,加深对问题的理解;在交流讨论时,教师参与到其中,并扮演指导者的角色,正确引导各小组寻找证据、衡量证据,将证据与假设、结果关联,并能将数据以适当的形式呈现出来;接着,在深入理解的基础上,得出高质量的结论,以支持假设或否定假设;最后按照要求完成小组作业。小组汇报的主要流程为:课任教师说明汇报规则与要求、主持人宣布汇报开始、各小组汇报(PPT和讲解)、其他小组提问、汇报小组解答,小组展示标本。

2.反思观察—小组汇报并对考察中观测到的现象进行反思

保罗·弗莱尔说:“对世界进行反思和行动,并改造它。”反思与质疑在学习中有着非常重要的作用。孤立的体验不足以确保学习的发生,学习者必须在反思过程实现一种经验到体验学习的转变。在反思阶段,经历活动的学生必须花时间回顾与检验他们在活动中的所感所思。有效的反思才能进一步提高体验的丰富性,促进观念形成。因此,要允许学习者在行动中检验自己的判断和自身的学习能力,使得个体有充分的创造自由,并担负起学习的责任。学生通过亲临观察、亲身体验,去感悟那些在讲授式课堂上无法得到的东西,且能结合这些感悟,主动地解决所面临的问题,并进行反思。这个过程将促使学生更深层次地认知科学探究过程。

活动四:反思天目山考察,进一步理解科学探究的一般过程

表1　活动四的设计框架

“反思观察”部分主要通过“课堂活动四”来完成,时间控制在35分钟左右,即一节课的时间。教师会先在黑板上写出大家需要反思的几个主题,包括“怎样在考察前准备资料”、“怎样提出假设”、“怎样设计研究方案”、“怎样收集数据”、“怎样分析数据”、“怎样得出结论”、“是否有自己的建议与反思”、“怎样完成小组作业”。然后各个小组派代表上来进行讲解,并将要点写在对应的主题下。

3.抽象概括——领悟得到新概念,即对科学探究一般过程的认知,获得间接体验

抽象是在认识上抽取同类事物的本质特征,舍弃非本质特征的过程。概括是在认识上把同类事物的本质特征加以综合并推广到同类事物的思维过程。抽象是概括的基础,如果没有抽象就不可能有概括。概括就是把分析比较抽象的结果加以综合化,形成概念,使人的认识由感性上升到理性,由特殊上升到一般。本文的“抽象概括”环节,主要是对“反思阶段”进行分析归纳、总结,得出相应的概念或经验,以便更好地指导后面的考察设计。

活动五:各小组的代表总结本小组是怎样做课题的,并分享本小组对探究过程的理解。

“抽象概括”环节通过“课堂活动五”来完成,时间控制在35分钟左右,即一节课的时间。在上节课“反思观察”的基础上,同样请各小组派代表进行简明扼要的总结,总结的内容主要是“我们是怎样做课题”以及“我们对科学探究过程的认知”。教师在聆听学生总结时,记下各小组总结的要点,在各小组总结结束后,由教师再进行一次总的归纳。

4.行动研究——应用到新情境中,进行下一次具体体验

此处的行动研究就是指将通过抽象和概括而获得的概念、原理、理论用于实践中,以加深、拓展对各种事物的认识。在“行动研究”阶段,笔者预设的方式为:在总结和反思之前的课题考察的基础上,设计出新的课题,使学生进入新的情境,进一步探讨其对科学探究过程的认知情况,以及对此次考察所得到的领悟和经验的应用情况。笔者在此次考察的基础上进行改进,设计新课题,让学生们将已获得的有关科学探究过程的领悟和经验应用到新情境中。

活动六:回忆天目山考察做课题的全过程,根据给出的问题“植被形态与海拔高度有关吗?”,写出研究过程。

笔者选择天目山考察的其中一个课题,即“植被形态与海拔高度有关吗?”以考题的形式下发给学生们,以检测他们对科学探究过程的认知及应用情况。由于之前的天目山考察各个小组的课题不一样,所以这次测验的课题对绝大部分学生来说还是属于一个新课题,且上次的课题是有提示的(暗含科学探究的一般过程),这次的课题没有给出有关科学探究的提示。对于天目山考察课题就是该课题的少部分学生来说,他们已经对其有所了解,笔者将会对他们的课题质量和其他学生的课题质量作一个比较。

三、结果讨论

1.帮助学生激发兴趣,形成积极的情感、正确的人生观和价值观

在亲临天目山考察过程中,学生一路上采集植物、泥土、泉水样本,主要还是根据教师的建议,在每个休息点进行采样。在整个过程中,大家都能充分调动各感官,做到了眼看、耳听、鼻闻和手摸。主要是通过写、画图、拍照、录像等形式来记录观察到的现象特征,以便在考察结束后进行整理分析。他们选用的工具主要有尺子、纸笔、相机、塑空袋、小滴瓶等。总之,整个过程学生基本上能积极、热情地并能有针对性地根据各自课题去体验,兴趣盎然。

另外,有的小组除了能在完成课题的基础上得出结论外,还能获得情感上的升华,如呼吁人们“保护森林,停止砍伐”,有的小组还提出了“节约用水,保护水源,人人有责”的建议。在小组汇报时,有的小组还提到了此次课题考察培养了他们严谨的科学态度,并认识到团队协作与坚持不懈的重要性。由此可见此次考察对他们情感态度和价值观方面产生了积极的影响。

2.促进学生对科学探究一般过程的具体环节的认知

笔者仔细观察学生们的“反思观察”,并结合小组作业和小组汇报,发现他们对科学探究过程有了不同程度的认知,侧重点不同。有的小组能将假设清晰地表述出来;有的小组能提供数据分析图,如在研究天目山居民是否靠山吃山时,该小组设计了6个调查问题,并将这些问题的结果分别以饼状图的形式呈现出来,使人一目了然;有的小组能在研究方法中给出调查对象、调查方式和调查内容;有的小组能清晰地呈现出数据;有的小组则能在较为清楚地给出“要解决的问题”、“调查研究经过”、“实验数据”、“实验结论”的基础上,获得“实验心得”,反思不足;有的小组则能清晰呈现课题研究的各个方面,不仅明确地提出了假设、设计研究方案,还能用饼状图和柱状图将结果清楚地呈现出来。

另外,从“抽象概括”环节来看,每个小组都能在一定程度上掌握科学探究过程,学生通过整理各小组的反思作业,在教师的帮助下,抽象概括出“科学探究”的一般过程,即:提出问题、做出假设、设计获取验证假设的数据的方法、收集数据、分析数据、验证假设、表达交流等。但是各小组的侧重点不一样,有的小组只侧重描述其中一两个部分,而忽略其他部分,也有小组能将整个考察探究过程较清楚地呈现,有的小组还能进一步提出反思与建议。笔者认为在以后的体验学习中,还要加强锻炼学生们做课题的严谨性,能严格对待探究过程各要素,不能顾此失彼。还应提醒学生注意以下几点:需要保证提出假设的依据性、数据采集的科学性、数据分析的准确性。

3.促进学生对科学探究一般过程的整体认知

在“行动研究”环节,笔者共下发问卷67份,回收67份,有效问卷65份。笔者根据答题质量,将答题质量分为以下6个等级:

①知道科学探究的一般过程;知道怎样去完成此课题,且过程基本具体清晰。

②知道科学探究的一般过程;知道怎样去完成此课题,但过程不具体。

③不完全知道科学探究的一般过程(只知道其中部分环节);且过程基本具体清晰。

④不完全知道科学探究的一般过程(只知道其中部分环节);但过程不具体。

⑤基本上不知道科学探究的一般过程,但能针对课题提出方案。

⑥不知道科学探究的一般过程,也不知道怎样去完成该课题。

各等级的人数如图3(实框部分):

图3　调查问卷反馈结果

从上次的天目山考察回来的小组作业的完成情况来看,学生们基本上只处于等级④和等级⑤,多数处于等级④阶段(上图虚线框)。由此可见,经过具体体验、反思观察和抽象概括这几个环节之后,学生们有了一定的进步。在65人当中,有12人基本上掌握了科学探究的一般过程,知道怎样去完成课题,其中有2人能将课题研究过程具体地呈现出来;有23人虽然不能完全掌握科学探究的一般过程,但也能知道其中几个环节(从作业分析上来看,他们基本上能掌握以下几个环节:制订计划、收集证据、处理信息、表达交流),其中有10人能在此基础上,将各环节的过程具体呈现出来。笔者还发现,尽管有2个小组(10人)在天目山考察时已经做过该课题,但从此次的答题情况来看,在对科学探究一般过程的认知方面,他们并没有提高,也没有比其他学生掌握得好。其中只有1位学生知道了科学探究的一般过程,知道怎样去完成课题,即处于等级②。

四、结语

笔者基于体验学习,以“天目山考察”为例,进行科学探究过程认知的设计,探讨学生科学探究过程的认知的变化。结果表明,体验学习模式在提升学生对科学探究过程的认知方面有较好的促进作用,但又因为体验是连续的过程,是一个循环系统,不是“一次性”的,所以学生在经过一次的体验学习后,并不能保证学生一次性领会科学探究的过程,也不能使每一个学生都有所进步。这就需教师反复设计不同的、更深层次的情景,让学生一步一步地去体验探究,从而使其更深入理解科学探究的一般过程。

①«STS课程»是上海市实验学校开发的以学生活动为主,旨在培养学生STS观念的一门体验式初中课程。该课程为主题式课程,包含了“我爱我家”、“爱我森林”、“爱我中华文明”、“爱我江河”和“爱我天空”5个主题,分别在5个学期中完成教学。

参考文献:

[1]D·A库伯著,王灿明,朱水萍等译.体验学习—让体验成为学习与发展的源泉[M].上海:华东师范大学出版社,2008.

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[3]石雷山,王灿明.大卫·库伯的体验学习[J].教育理论与实践,2009,(10).

[4]王运生.上海市初中科学课程标准解读[M].上海:远东出版社,2005.

[5]朱水萍.体验学习:促进学习方式变革的理论审思[J].中国成人教育, 2008,(10).

An Cognitive Design Based on Cooper’s Scientific Inquiry Process of Experiential Learning

LIU Ping¹, DENG Xiaoli¹, QIU Honghao², ZHENG Miao³

(1. Shanghai Normal University College of Life and Environmental Sciences, Shanghai 200234; 2. Shanghai Experimental School, Shanghai 200125; 3. No.1 High School of Doumen Zhuhai, Guangdong Zhuhai 519100)

Abstract: Experiential learning means that teachers committed to engage students in learning process, but not stressed learning outcomes and to maximize the way of students’learn.In this paper, based on the experiential learning, made“Tianmu Mount Expedition”as an example, for the design of cognitive science inquiry process, and investigate the cognition of students’science inquiry process changes.The result shows that experience learning mode in promoting students to explore the process of cognition has good promoting effect.

Key words:cooper, experience learning, science inquiry