跨学科融合教学的实践探索

2021-09-05黄皓

基础教育参考 2021年8期

黄皓

[摘要]学生所持有大量迷思概念就是跨学科融合教学需要面对的一类真问题。通过发现并识别迷思问题，组织学生协作学习，为学生提供充分交互学习与探讨的机会，可修正并整合学生的碎片化认知，达成迷思概念向科学概念的转变。教师和研究者应对跨学科融合教学中人的认知结构发生的同化和顺应、群体迷思概念发生转变的机制开展更深入的实践探索。

[关键词]跨学科;融合教学;协作学习;迷思概念;科学概念

一、实践背景

在科学教育中，有些概念的学科边界比较模糊。这些概念容易成为学生的迷思概念。“迷思概念”（misconceptions）的定义主要有两种取向。一是指学生所拥有的不正确的想法;二是学生有局限的、不完整的、不同于一般所公认的科学概念[1]。

近年来，需要跨学科、跨领域协作解决的复杂真实问题在全球不断涌现，跨学科融合教学的重要性和必要性随之日益凸显[2]。长期以来，分科教学模式导致教师跨学科知识不足，由此教师也会产生迷思概念。以往对学生迷思概念成因的分析多集中在学生日常生活经验、消极思维定势和对原概念认识的局限性，忽视了教师方面的原因，即教师本身的迷思概念。因此，在一定程度上打破单一学科内相对封闭的知识架构，呈现相对开放的多维课程空间，是帮助学生的迷思概念向科学概念转变的必然选择。

二、问题的提出

在回顾高三化学“电动势和电路内、外电压问题”时，笔者举了“铜—锌原电池”的例子（见图1），很多学生指出“老师错了”，并提出图中的电解液应该用稀硫酸而不是硫酸铜溶液。笔者在诧异之余，不免思考学生的群体迷思概念从何而来，以及怎样向科学概念转变。在此，将以“原电池内的化学反应”为例加以说明。

三、协作学习设计与教学过程

对上述问题的破解策略在于：引发认知冲突，让学生意识到自己对学习内容所持有的不科学的看法或观点及其不合理之处，并成功转变为科学观点[3]。该策略的本质是对学生碎片化认知的修改与整合[4]，其关键是设计协作学习，为学生提供充分与他人交互、与学习内容交互的机会，从而修改与整合认知，转变迷思概念。

1.识别并诊断迷思概念

（1）识别

该环节通过表1所示的前测问卷完成。研究者向高三理科生发放了问卷125份，向化学教师发放问卷12份，全部有效回收。

（2）诊断

分析前测结果有以下发现：12%的学生认为，外电路未接通时，锌棒会与电解液反应，铜棒与电解液不会发生反应，即原电池没有正负极;88%的学生认为，外电路无论是否接通，铜棒与电解液都不会发生反应，原电池没有正负极，应将CuSO4 溶液换成稀硫酸溶液，同时100%的教师都支持这一观点;全体学生都无法解释电荷定向移动的原因，只是记得“阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移”，多数教师同样如此。

通过前测，执教者识别出了学生群体迷思概念的内容本体、表征形式及其理由。显然，“外电路无论是否接通，铜棒与CuSO4电解液都不会发生反应，也就没有正负极”是师生的共识。这一前测结果表明，教师在授课时只关注原电池的化学因果，这可能是学生迷思概念产生的直接原因。

2.探究迷思概念转变障碍及克服条件

（1）迷思概念转变障碍探究

该环节通过小组讨论在课上完成，讨论内容如表2所示。讨论后，再请各学习小组应用“原电池的构成条件”解释自己的观点。

通过小组讨论，各组均认为，由于铜棒与CuSO4 溶液不会自发进行反应，所以如图1所示的装置不能构成原电池。讨论结果表明，该解释作为“原电池的构成条件”的化学因果，是确切无疑的。然而，细究“原电池的构成条件”发现，这其实并不是一个纯粹的化学问题。因为学生只掌握了少量的与原电池相关的化学知识，但还欠缺其他相关知识，仅从化学学科的角度讲解或实验演示很难帮助学生完成迷思概念的转变。

（2）迷思概念克服条件探究

实现迷思概念转变的前提在于理解其过程，识别出可干预的路径。高中学生能够进行定性、定量观察，也能够在一定程度上进行科学知识的有效迁移。因此，在开展本次教学活动时，可提供相关的物理学科知识作为认知支持，给学生呈现直观的可视化实验原理（微观），这是克服迷思概念转变障碍的必要条件。

3.迷思概念转变的实施与评估

（1）添加观点

学生反复强调的“不会发生反应”实际上是指“不会发生化学反应”。事实上，通常所说的反应，除了“化学变化”外，还包括“物理变化”。

物理变化的特征是“没有新物质生成”。其微观本质是“对于由分子构成的物质，分子本身没有变化，是分子的聚集状态发生了改变”。在热学范围内，分子、原子、离子遵循相同的热学规律，把三者统称为“分子”。

（2）进行类比

通过速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计等引入“电偶极层”概念，讲解要点如表3所示。学生在学习小组内自主完成具体内容的温习。教师引导并总结：在这些实例中，均没有发生化学反应;但是正负电荷在外界因素的影响下重新分布，形成了正负极。

（3）给出结论

如图2所示。在锌棒与铜棒未接通时，锌棒中的锌原子失去两个电子（电子留在锌棒上）变成锌离子，溶解到溶液中;溶液中的铜离子与铜棒中的自由电子结合而变成铜原子，沉积到铜棒上，使铜棒带上了正电;锌棒附近形成“锌棒（负）、Zn2+（正）”电偶极层，从而在铜棒的附近形成“SO2-4 （负）、铜棒（正）”电偶极层[5]。即正负电荷在外界因素的影响下重新分布，形成了正负极。

锌棒附近：Zn Zn2 2e

铜棒附近：Cu2 2e Cu

（4）进行整合

正负极明确后，外电路接通后电荷的移动方向便迎刃而解，如图3所示。无需教师多加解释，各组均可自行得出以下结论：

（1）电流方向：由铜棒沿导线流向锌棒;

（2）电子流向：由锌棒沿导线流向铜棒;

（3）电解质溶液中离子流向：阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

显然，借助“电偶极层”概念，学生对于外电路接通后电荷的移动方向“阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移”就可以在理解的基础上记忆了。

四、反思与展望

“破解学生的迷思概念”这个真问题，对于跨学科融合教学的落地，具有重要的现实意义。在实践中，教师需要深入探讨的核心问题是对群体迷思概念的识别与诊断，要找到单一学科教学情境下迷思概念无法转变的原因，并合理设计协作学习。

如果从系统的角度审视迷思概念转变，探讨跨学科融合教学中人的认知結构在交互中发生的同化和顺应，群体迷思概念在交互中发生转变的机制，对基础教育阶段开展跨学科融合教学更具引领价值。

参考文献