生物学教育有关的学习和.ppt
第三章 生物学教育有关的学习和教学理论,教学理论：教学理论是教育学的一个重要分支。它既是一门理论科学，也是一门应用科学；它既要研究教学的现象、问题，揭示教学的一般规律，也要研究利用和遵循规律解决教学实际问题的方法策略和技术。它既是描述性的理论，也是一种处方性和规范性的理论。学习理论是教育学和教育心理学的一门分支学科，描述或说明人类和动物学习的类型、过程和影响学习的各种因素的学说。,第一节 行为主义和认知主义的学习理论,学习：学习是指学习者因经验而获得知识或引起行为、能力和心理倾向较持久的改变过程。强调经验是为了区别本能和学习、成熟和学习强调持久的改变同其它原因引起短暂改变区别,经验：指个体的活动过程和个体在活动中所经历的事物。,一、行为主义学习理论,行为主义学习理论：把学习看作是外显行为改变的过程，是能够由选择性强化形成的，学习者外显行为改变主要显示在刺激与适应之间的联结，学习者对原本不适应的刺激而表现出的反应，即表示产生了学习。行为学习理论中主要有三种理论：巴甫洛夫(18491936）、华生18781958）为代表的经典条件作用理论；桑代克（EdwardLee Thorndike，18741949）的联结主义理论斯金纳（BurrhusFrederick Skinner，19041990）的操作条件作用理论。,经典条件作用理论,学习是刺激替代的过程。华生：刺激反应联系的形成遵循两个规律频因律(frequency)：某种行为练习的越多，行为习惯形成越快。近因律(recency)：反应频繁发生时，最近的反应比较早的反应得到强化。,根据华生经典条件作用的学习理论，我们在教学中可以得到以下启示：学习是从原有的刺激反应关系到建立新的刺激反应关系，表示新的学习总是以原有的学习为基础的。刺激反映联结理论说明将概念和图表等联结起来有利于概念的学习，教具的使用有利于教学。频音律意味着对一些重点、难点加强复习巩固的必要性。近因律则提示我们如何合理地安排教学中重点和难点。教学中要注意时间的合理分配，避免过度学习和集中练习。,联结主义理论（试误学习理论）（桑代克）,学习即形成联结。教学是按排各种情境，以便导致理想的联结并感到满意。学习不是突然发生的，是通过一系列细小的步骤按顺序逐渐达到的。刺激反应联系的形成遵循：准备律：反应与学习者准备状态有关练习律：联结的牢固程度与练习次数有关效果律：联结的增强或减弱与反应后获得的是奖赏还是惩罚有关,猫走迷箱实验,把一只饥饿的猫放入一只特别设计的笼子中，当猫踏上踏板时，笼子的门可以打开，猫就可以钻出笼子并得到食物。一开始，猫并不知道如何打开门，它在笼子里乱闯，靠运气踏上踏板打开门。在反复尝试40余次后，它才熟练掌握踏上踏板迅速逃离笼子的技巧。,桑代克的试误学习理论对教学的启示：按照准备律，教学中要注意学习者的心理调节和心理准备。预先告知学习内容让学生有一个心理准备，或者创设让学生感到满轻松的心理环境有利于教学效果的提高。练习律提示着练习经过强化才能得到巩固，否则会逐渐被遗忘。从效果中可以看到，不知道结果的练习，不可能有助于学习。没有反馈的练习是没有效果的。从桑代克后来对效果律来看，奖赏和惩罚的作用并不等同，奖赏比惩罚更加有力。我们应当多用表扬少用批评的教育措施。,操作性条件作用学说和强化理论（斯金纳）,“刺激反应强化”理论(operant response)应激性反应：机体由于刺激被动引发的反应操作性反应：机体自身主动发出的反应，如学习。给予强化类的条件作用促进操作行为的发生,斯金纳箱,斯金纳的学习理论,1.学习的实质：区分了2类学习，一类是应答性学习，一类是操作性学习。2.学习的机制：操作性条件反射建立的过程3.学习的条件或影响因素：强化。4.学习的规律:强化的程序5.学习的意义：获得了操作性条件反射。,强化,斯金纳认为，任何学习和行为的发生、变化都是强化的结果，因而可以通过控制强化物来控制行为。强化也是一种操作，强化的作用在于改变同类反应在将来发生的概率。强化物是一些刺激物，它们的呈现或撤除能够增加或减少反应发生的概率。,用来指导教学工作：学习过程中，给予学习者一定的教学信息刺激后，学生产生多种反应，其中只有与教学信息相关的反应才是操作性反应。学习者作出了操作性反应后要及时给予强化。,把操作性条件作用学说和强化理论应用于人类学习研究的基础上，提出了程序教学的概念总结了一系列的教学原则：小步调教学原则强化学习原则及时反馈原则形成了程序教学理论：对教学方法的影响很大。,程序教学,把学习内容分成一个个小的问题，系统排列起来；通过编好程序的教材或特制的教学机器，进行教学。程序教学的基本操作程序:逐步地提出问题。（刺激）学生选择答案，回答问题。（反应）如果解答正确，得到鼓舞，（强化）进入下一程序学习。如果不正确，就采取补充程序，再学习同一内容，直到掌握为止。,评价,学习的产生是外控的、被动的、积少成多的，也是渐进的。行为主义学习理论坚持用实验的方法对学习行为进行客观的研究，重视学习的外部条件、环境对学习的影响及人的外在行为反应。对学习的实质、过程、规律、动机、迁移及教学方法进行了长期的探讨，对学习理论的发展作出了不容低估的贡献。研究中不考虑人的意识问题，只是强调行为；把人的所有思维多看作是由“刺激反应”之间的联结形成的；把人和动物的学习等同起来，忽视人的学习的社会性，忽视人的学习的主观能动性。,二、认知主义学习理论,认知主义心理学家则把学习看作是学习者对事物进行认识、辨别、理解，从而获得新知识的过程。学习产生是内发的、主动的，也是整体性的。在这过程中，学习者学到的是思维方式。认知学习论主要包括：布鲁纳（Jerome S.Bruner,1915-）的发现学习论奥苏伯尔（David P.Ausubel,1918-）的意义学习论,发现学习理论(discovery learning theory)（布鲁纳）,布鲁纳的发现学习特别强调学生像科学家那样去主动思考、探索求知，最终达到对所学知识的理解和掌握。发现学习是指学生利用教材或教师提供的条件自己独立思考，自行发现知识，掌握原理和规律。强调：学习过程：在教学过程中，学生是一个积极的探究者。学习的主要目的不是要记住教师和教科书上所讲的内容，而是要学生参与建立该学科的知识体系的过程。直觉思维：教师在学生的探究活动中要帮助学生形成丰富的想象，防止过早语言化。内在动机：内在动机，是指想要在学习本身中发现学习的源泉和报偿。分为以下四种：好奇心；能力动机（或称 上进需要）；自居作用；伙伴之间的相互作用。布鲁纳更重视的是形成学生的内部动机，或把外部动机转化成内部动机。信息提取：认为人类记忆的首要问题不是贮存，而是提取。尽管这从生物学上来讲未必可能，但现实生活要求学生这样。,布鲁纳1966年出版的教学理论的探讨，教师在教学设计时要注意以下四点：要使学生在学习情境中通过主动发现获得知识，教师必须先将学习情境和教材性质解释的非常清楚。教师从事知识教学时，要配合学生的经验将教材进行适当组织。教材的难度与逻辑上的先后顺序，要符合学生的心智发展水平和认知表征方式，使学生的知识经验前后衔接。教材难度的安排要考虑学生学习动机的维持,意义学习理论（meaningful learning theory)（奥苏伯尔）,奥苏伯尔学习的分类Reception learning and discovery learning Rote learning and meaningful learning奥苏伯尔认为，意义学习的发生有两个先决条件：一是学生表现出一种意义学习的倾向，即表现出一种在新学内容和自己已有知识之间建立实质性联系的倾向；二是学习内容对学生具有潜在的意义，即能够与学生已有的知识结构实质性联系起来。,奥苏伯尔根据有意义学习发展出来的教学模式叫作讲解式教学或陈述式教学。两个阶段：提供先行组织者：先行组织者是指和学生将要学习的新知识相关的引导材料。它比学习内容本身具有更高的抽象、概括和综合水平。呈现学习材料：教师呈现新材料的方式，可以以讲解为主，讲解时用语要清楚明确；讲解要遵守渐进分化和整和协调的原则。渐进分化是从一般概念的说明，逐渐进入详细内容的讲解，即从概括到分化。整和协调是将分化后的知识再前后联结起来，使之成为一个整合性的协调性的知识整体。,两类学习理论评价,虽有冲突，但有共同点：以客观主义（objectivism）认识论为基础的，是形成于客观主义传统的。认为世界是现实的、外在于学习者的。知识是不依赖于人脑而独立存在的具体实体，只有在知识完全“迁移”到人的“大脑内部”后，并进入人的内心活动世界时，人们才能获得对知识的真正理解。两者对知识的本质、组成、来源、发展及应用也存在共同的假定：都试图分析、分解并且简化学习，以便使学习更容易，同时提高教学的效率和效果。,第二节 建构主义理论和科学教育改革,科学为大众（Science for all）：20世纪80年代科学教育改革目标是让所有学生都学好科学。其指导思想主要是建构主义理论。在建构主义观点中的学习的含义：知识不是通过教师传授得到，学习者在原有知识和经验的基础上,在一定的情景即社会文化的背景下,借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,即通过人际间的协作活动,主动对新信息进行加工处理,建构自己的意义的过程。,一、建构主义的理论来源,杜威（John Dewey,1859-1952）的经验性学习理论；维果斯基（LevS.Vygotsky,1896-1934）的思想：强调个人学习是在一定的历史、社会文化背景下进行的，社会可以为个体的学习发展起到 重要的支持和促进作用。个体发展水平（现实的、潜在的）、最近发展区皮亚杰学说是当代建构主义理论的重要来源：知识在主体和客体之间的相互作用过程中建构起来的。同化、顺应当今的建构主义者更强调学习中的具体情境、非结构性，甚至反对学习中的抽象和概括等。,二 建构主义的知识观,建构主义所关心的首先是知识问题知识是什么以及知识来自何处。建构主义认为：科学知识不是对现实的准确表征，而只是一种解释，一种假设，检验科学知识的标准是看它在实践中是否可行，是否起作用。传统的认识论：科学知识是对客观实在的精神反映，是经过严格的科学方法获得的，是客观真理或客观真理的接近。,三 建构主义的学习观,学习是学生建构自己的知识的过程；是主动地建构信息的意义。(学习是主动的)建构指学习者通过新旧知识经验之间的反复的双向的相互作用，来调整自己的经验结构。学习者对当前的信息理解需以原有的知识经验为基础；对原有知识经验运用的同时需要个体依据新经验对原有经验本身也作出某种调整和改造-即同化和顺应统一.,在学习观方面，建构主义突出以下几点：强调学习者的经验；注重以学习者为中心；创造冲突的真实的学习情境（context):认知冲突(cognitive conflict)或不平衡(disequilibration)；最佳情境是在真实世界中注重互动的学习方式：学习社群(community of learners)。,四 建构主义的教学观,建构主义本身没有一套固定的教学模式或方法，应用于教学可作为一种反省的工具而不是教学的理念。强调：从学习者的经验出发；角色的调整：协助学生自己组合(combine)、批判(criticize)和澄清(clarify)；布置良好的学习情境；鼓励学习者的反省和思考；重视合作的学习方式。,五 建构主义对生物教育的启示,着重培养学生的科学态度和素养。重视科学技能的培养。教材编写不应是知识的堆积。将生物学教师的素养提到相应的高度。生物教育改革要以提高人类生活品质为最高目标。,评价,科学教育的问题极为复杂，建构主义不是解决教育问题的万能钥匙。我们要以批判精神吸取理论精髓，以其“另类的”观念思考、反省和规划教育改革，促进教育发展。,第三节 概念转变理论,概念转变理论(conceptual chang theory)：就是试图理解和解释学习者的先前概念(prior-concept)（正确或错误、完整或不完整）是如何转变为科学概念(scientific concept)的。概念转变被认为是科学教育的核心问题。,一、概念转变理论及其发展,概念转变的研究开始于20世纪70年代1982年，美国康乃尔大学教育系的鄱斯纳（）等四位教授在科学教育杂志第66卷第二期上联名发表了科学概念的顺应：建立概念转变理论一文，提出著名的概念转变模型（conceptual chang modle 简称CCM）。,一个人原有的概念发生顺应需要满足四个条件：对现有概念的不满(dissatisfaction)新概念的可理解性(intelligibility)新概念的合理性(plausibility)新概念的有效性(fruitfulness),严格程度逐级上升,影响概念转变的个体的经验背景“概念生态”(conceptual ecology)包括：反例类比和比喻认识论信念 行而上学的信念和观念其它领域的知识与新概念相对立的概念,科学教育界对该理论的批评、修正和发展批评：忽视认识方法的改变；要看到动机、态度的影响；过于强调核心信念对具体概念的限制；概念的转变不是一步完成的；修正：把将要发生转变的概念本身也看成概念生态的一个组成部分；把动机因素放到概念生态中；注意到所谓的错误概念有时只是个体以现有经验体系为背景作出的推论。,二、生物学教育中的错误概念（迷思概念）,错误概念是指人们在日常生活以及以往的学习中形成了的那些与当前科学理论对事物的理解想违背的经验的理解。了解学生的错误概念有助于教学策略和教学重点、难点的确定。中学生生物错误概念的各种表现（举例）,三、概念转变理论和生物学教学,为转变概念而教(teaching for conceptual change)美国学者修森（Peter W.Hewson）提出了为转变概念而教的指导原则，其中两条可操作性较强：学生和教师的观念要明确地称为课堂话语的一部分 教师需要学生的观念也明确成为教学的一部分。学生的观念应与教师的观念同样地被考虑。引出学生观点方法：教学前测验、课堂讨论、画概念图等。降低或提高概念的地位,降低或提高概念的地位,概念的地位：表示拥有这一概念的人了解它、接受它和感到它有用的程度。可理解性、合理性、有效性提高概念的地位：举例说明；应用到不同的情境中；以不同方式思考；与其它概念相联系。降低概念的地位：探讨概念隐含的不可接受的含义、不能解释的一些经验以及这些概念思考方式的不足之处。,指出下面迷思概念,绿色植物在有阳光只释放出氧气，在没有阳光时，植物才会释放二氧化碳。绿色植物在光照条件下，释放氧气:只有在没有光时.才会消耗氧气。绿色植物通过光合作用制造有机物:因此植物生命活动的能量来自光合作用。在有光照的情况下，叶绿素、二氧化碳和水结合产生淀粉和氧气。呼吸作用就是气体的进出。对人而言,呼吸作用是呼出二氧化碳；对植物而言，呼吸作用会呼出氧气。呼吸作用只发生在叶子的细胞，因为叶子才有气孔能交换气体。,生物教育中的错误概念,皮亚杰研究表明，儿童关于生命概念的形成可分为四个阶段：最小年龄段（3-7岁）：生命是能动的或有用的东西，如有响声的玩具；7-8岁段：把运动作为生命的特征，如汽车；9-11岁段：把自发运动作为生命特征，如河流、太阳；大年龄段（11-12岁）：认为生命就是植物和动物。,以下列举新西兰、英国、美国、原苏联和我国台湾地区有关研究中学生生物错误概念的各种表现,关于呼吸作用的错误概念：呼吸作用在肺进行。缺氧时就没有生物能进行呼吸作用。呼吸作用等于呼吸。植物只进行光合作用，不进行呼吸作用。植物呼吸时用掉二氧化碳制造氧气。有些生物体只在某些时候呼吸。不需其他构造的协助，肺就能自行收缩或膨胀。有些动物，尤其是无脊椎动物，不进行呼吸作用。动物进行有氧呼吸，植物进行无氧呼吸。呼吸作用和出汗一样，是通过皮肤进行的。呼吸作用只在消化系统进行。呼吸作用即是将氧转化为二氧化碳。植物由光合作用取得能量。植物只在夜间进行呼吸作用。植物只在白天进行呼吸作用。,关于演化的产生，学生有几种常见的解释：个体需要某种特质，所以演化；用进废退；由于产生突变，使其存活下来；由于产生适应，所以存活下来；生活在雪地的动物，生出白毛；由于有变异，在经过竞争后，适者存活下来。学生对人体的概念通常表现为不清楚人体内的器官有哪些，器官的大小、形状、位置和功能等方面的错误概念则表现为：心脏的形状常画成心型；肺常画得较实际为小，认为空气只是进出口腔和鼻腔，不知道空气在体内会产生改变，不知道为什么呼吸是维持生命的重要部分；胃常画得较低、较大，肠与肾则常被忽略或错位等。,关于心跳和呼吸的各种理解：心跳加快、呼吸加速，是因为运动；血液可以携带能量至全身或某处的肌肉；血液需要消耗更多氧气；身体或肺需要更多空气或氧气。关于体温恒定性的概念：认为生病才会使体温改变；认为体温改变是因为没有运动；认为流汗把热散出体外，所以体温不改变；因为血液、血管的作用，所以体温不改变；体温会随大气压力而改变；空气由皮肤的小孔散出所以体温不改变。,关于画食物链和食物网的各种理解：画食物网时，学生的一些相关错误概念：认为动物的食性是受其居住环境的影响；学生能辨识一些常见动物间的食性关系，画其中一食物链时的情况有：若是由生产者开始画，可能画对。能分辨何者是捕食者，何者是被捕食者，但常从捕食者先画。常因次序错误而犯错；认为体型大且凶恶的动物是肉食动物，体型小且无抵抗力者是草食动物。,
