基于概念转变的微课设计

刘静松　徐泓

摘要：学生基于日常生活以及学习经验形成的某些错误概念对化学学习具有一定影响，以“对灭火原理的正确认识”的微课设计为例，应用教育心理学知识，通过三个环节“洞察学生错误概念、引发认知冲突、解决认知冲突”实现概念转变，在实践中发现基于概念转变的设计能有效促进学生的深度学习。

關键词：错误概念；概念转变；微课设计；燃烧和灭火

文章编号：1005-6629（2018）1-0035-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

笔者对初中化学各主要知识点以及中考复习课进行了微课设计、制作与应用研究。在研究中发现：极少有学生能反复观看同一节微课，同一节微课观看次数极少超过3次。笔者以为，即使是情节吸引人、制作完美的电影大片，也难以让人反复观看。何况普通教师也很难设计出那些画面精美、情节动人、类似电影大片的微课。鉴于此，笔者在微课设计中将重点放在针对学生在学习过程中遇到的问题、薄弱点、易错点等，特别是针对学生在学习过程中普遍存在的错误概念上，结合教育心理学知识在微课中通过引发认知冲突、解决认知冲突实现概念的转变。这样，即使其情节、画面不是特别精美，也会因为促进学生进行深度学习，提高学生成绩。

学生并非空着脑袋进入教室，在日常生活和以往学习中，他们形成了大量的知识经验。这其中很多理解是与当前科学理论对事物的理解相违背的，即错误概念，又称为另类概念。而概念转变就是认知冲突的引发和解决的过程，是个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验影响而发生的重大改变。笔者以学生对燃烧和灭火的两个典型错误概念，设计了一节基于概念转变的微课，其设计过程如下。

1选题

笔者在教学中发现在解释烧杯为什么能罩灭蜡烛时，学生受以往的知识经验影响，普遍存在两个错误概念：（1）由蜡烛燃烧消耗氧气的知识经验认为熄灭的原因是烧杯内的氧气被耗尽，或者是氧气浓度极低。（2）受学过的二氧化碳灭火知识的影响，认为是蜡烛燃烧导致烧杯内二氧化碳浓度增大，使得蜡烛熄灭。

笔者还针对本校（池州市重点中学）高一新生就这个问题设计一个多选判断，一共收到有效答卷207份。调查结果如表1所示。

调查表明，即使是学生经过系统的学习，这些错误概念依旧存在于学生的脑海中。鉴于此，笔者选择了这个课题制作了一节微课。

2微课设计

2.1微课片头

解说词：同学，你好，你一定知道什么是燃烧的条件了，我俩来看一个实验吧。

设计意图：微课的片头一般包含微课的课题、作者等微课基本信息，不宜复杂，时间不能长。鉴于微课是师生之间个别交流，在微课设计中采用我和你的对话模式进行，拉近与学习者之间的距离。

2.2洞察学生错误概念

微课内容：播放烧杯罩灭蜡烛的实验视频，引出问题：蜡烛为什么会熄灭？使用对话的方式描述学生的错误概念。

解说词：蜡烛为什么会熄灭？你是不是也这样解释：蜡烛燃烧消耗了烧杯中的大部分氧气，导致烧杯内氧气浓度非常低，使得蜡烛熄灭（即上文的解释一）。又或者认为是蜡烛燃烧导致烧杯内二氧化碳浓度增大，导致蜡烛熄灭（即上文的解释二）。真的是这样吗？今天我俩可以通过数字化实验来检验这两个解释。

设计意图：简明扼要地展示学生的错误概念，引出微课的核心问题。

2.3引发认知冲突

2.3.1冲突一的形成

（1）微课内容：展示并介绍用数字化仪器测量密闭空间内蜡烛燃烧时氧气浓度的测量装置，如图1。

解说词：请看实验装置图，这是氧气传感器、数据采集器、计算机及分析软件，这里面放着小蜡烛，我用橡皮泥将塑料瓶的下端封闭。点燃蜡烛后，可直接测量蜡烛燃烧时氧气的浓度变化。

（2）微课内容：呈现实验过程中氧气浓度的变化数据，如图2。观察并分析测量数据，形成认知冲突一。

解说词：这是实验测量的结果，横坐标为时问，纵坐标为氧气的浓度。从图中可知：燃烧过程中氧气的浓度下降，但燃烧结束后，瓶内氧气最终浓度为17.2%左右，所以蜡烛熄灭后装置内不仅有氧气，还有很多氧气：氧气浓度不低，解释一是错误的。

2.3.2冲突二的形成

（1）微课内容：展示用数字化仪器测量蜡烛燃烧过程中二氧化碳浓度变化的装置。呈现实验测得的二氧化碳浓度变化数据，如图3。提出问题：数据是否说明二氧化碳浓度变大就是蜡烛熄灭的原因？

解说词：下面用二氧化碳传感器来测量蜡烛燃烧过程中二氧化碳的浓度变化。这是二氧化碳浓度传感器，这是放置在橡皮泥上的蜡烛。这是实验数据，横坐标为时问，纵坐标为二氧化碳的浓度。由图3可知：燃烧过程中二氧化碳的浓度不断增加，最终二氧化碳的浓度达到3.34%左右。你觉得这能说明解释二正确吗？不，它只是表明燃烧过程中二氧化碳浓度增大，不能证明二氧化碳浓度变大就会导致蜡烛熄灭。我们需要更直接的证据。

（2）微课内容：结合表2中使带火星木条复燃的氧气浓度极限数据，提出解决问题的实验思路。

解说词：在查阅资料中发现，当氧气浓度为36%以上，带火星的小木条即能复燃。如果真是二氧化碳起到灭火作用，那么即使集气瓶内的氧气浓度达到了36%，只要二氧化碳的浓度超过3.34%，那么此时集气瓶内气体应该不能使带火星的木条复燃。或者当氧气浓度小于36%，即使二氧化碳浓度小于3.34%时，带火星的木条也不能复燃。

（3）微课内容：实验探究浓度高的二氧化碳是否一定导致蜡烛熄灭，引发认知冲突二。

解说词：我俩可以先设计这样一个实验：收集了一瓶二氧化碳浓度为20%、氧气浓度为40%的混合气体。观察带火星的木条能否复燃，如果真是二氧化碳起到了灭火作用，那么带火星的木条一定不会复燃。来看老师做实验时的视频。endprint

实验视频的解说词（学生对该实验操作方案的理解有一定困难，在视频播放的同时提供核心信息帮助理解）：首先测得集气瓶的容积为280mL，向其中加入30%的水，即84mL水，倒置，将水面的位置作上标记。再向其中加入20%体积的水，即56mL，再倒置于水槽中。根据相关文献，排水法收集的二氧化碳纯度高。首先用排水法收集二氧化碳至標记处，即20%的二氧化碳。再用排水法收集氧气，直至水被完全排出，即30%的纯氧。取出集气瓶，正放在桌面，此时瓶内二氧化碳的浓度为20%，氧气的浓度为30%，加上空气中的氧气，即50%乘以21%，总计约40%。将带火星的小木条插到集气瓶中，木条复燃。

解说词：为进一步检验，我还做了不同氧气和二氧化碳浓度的几组实验，如氧气浓度分别为32%、34%、36%……；二氧化碳浓度分别为2%、4%、6%……实验结果都表明只要氧气浓度达到一定数值，带火星的木条都会复燃。显然解释二是错误的。二氧化碳浓度增大并不是蜡烛熄灭的原因。

设计意图：教育心理学指出，引发认知冲突，让学习者认识到与原有概念相对立的事实或观点，这是转变学生错误概念的基本途径，呈现对立性事实的基本方法是实验和观察。本节微课中，设计了两个认知冲突：一是通过传感器测量蜡烛燃烧过程中氧气浓度的变化，让学生直接观察到氧气浓度数据，从而与已有的错误概念——氧气被耗尽或氧气浓度很低产生冲突。二是通过实验：将一根带火星的木条放进一瓶氧气浓度为40%、二氧化碳浓度为20%的混合气体中，观察到带火星的木条复燃，从而与学生已有的错误概念——二氧化碳浓度变大，燃烧就一定会熄灭产生冲突。

2.4解决认知冲突

至此，认知冲突已经形成，学生已经认识到其脑海中概念的错误并形成了新的认识：蜡烛熄灭后氧气浓度降低，但氧气浓度不一定很低，二氧化碳浓度增大不一定会导致蜡烛熄灭。但是，蜡烛熄灭的原因到底是什么？学生反而有些糊涂，这是因为这两个新认识并没有被“同化”到学生已有的知识体系中，仍然是两个独立的认识。也就是认知冲突没有解决。

（1）微课内容：应用灭火的原理分析罩下来的烧杯起到什么作用？将冲突一“同化”到“降低氧气浓度就是破坏燃烧需要氧气这个条件”。

解说词：这两个解释都错了，那蜡烛熄灭的原因是什么？想想灭火的原理是怎么讲的？对，灭火是燃烧的发生条件被破坏，倒扣的烧杯使得蜡烛熄灭，没有破坏燃烧需要可燃物这个条件，也没有破坏可燃物的温度大于着火点这个条件，数据测量表明氧气浓度不断降低。显然，被破坏的是燃烧需要氧气这个条件。

（2）微课内容：观看实验视频，向盛有碳酸钠的烧杯中滴加盐酸，发现燃烧的蜡烛熄灭。应用灭火的原理分析二氧化碳能灭火的原因。将冲突二“同化”到“可燃物与氧气需要接触这个燃烧的条件被破坏”。

解说词：你有答案了吗？在这个实验中，反应产生二氧化碳没有破坏燃烧需要可燃物这个条件，也没有降低可燃物温度使之低于可燃物着火点。所以，二氧化碳在此处只能是破坏可燃物需要与氧气接触这个条件。这是因为二氧化碳的密度大，它存在于蜡烛的周围，阻碍了蜡烛与氧气的接触。

设计意图：波斯纳等指出概念转变需要满足四个条件：一对原有概念不满，二是新概念的可理解性，三是新概念的合理性，四是新概念的有效性。微课通过创设的认知冲突使学生对这两个错误概念产生了不满，而燃烧和灭火的原理是学生已经学习过的知识，符合新概念的可理解性及合理性条件。在解决认知冲突的同时通过对两个案例的分析教给学生应用灭火原理的方法，使学生看到这个知识具有很强的解决问题的价值，体现了新概念的有效性。最终促成概念的转化。

3微课设计的几点思考

3.1选题很关键

教育心理学家奥苏贝尔认为：“影响学习最重要的因素就是学习者已经知道了什么，我们应当根据学生的知识状况去进行教学。”针对学生的错误概念，设计帮助学生实现概念转变的微课，也许更容易成为一节真正的好微课，促进学生的深度学习。不过这需要教师具有洞察力，能发现学生的错误概念。所以，选好题，更容易设计高质量微课。

3.2促进学生的深度学习才是微课的亮点

深度学习是基于原有知识能力之上的、以学习者主动参与为前提、重视知识结构的建立和认知策略的元认知过程，以知识迁移和认知策略迁移解决实际问题为最终目标。本微课立足于概念的转变，通过真实的实验视频和图片构建学生的认知冲突，通过数字化实验装备，简化实验设计，降低学生理解的难度，增加了学生对新认识的可接受性。最后通过正确应用灭火的原理替换学生的错误概念，实现错误概念的转化，有力促进了学生的深度学习。

3.3不断修改来完善

一节高品质的微课，无疑需要反复揣摩、不断修改，总结本节微课反复修改的主要方面有：一是微课的讲授者和观看者之间是以什么形式进行对话。教师在制作微课时容易习惯性地将课堂讲授方式移植到微课中，但微课更应该是一对一辅导模式，所以在语言上，笔者使用“我俩”来代替“我们”。二是微课中学生在哪里？微课是制作给学生看的，一定要体现学生的思考，体现学生的学习。微课中对相关内容的录制尽量采用学生口吻，如：（1）以学生的口吻说出学生的错误概念，（2）以学生的口吻分析数字化实验的结论。此外也提供给学生思考活动的时间，并在微课的最后给出微课的关键时间节点，方便学生反复观看。三是语言的精炼和准确，微课不同于课堂教学，不能有太多废话。笔者将微课中需要讲解的内容用文字全部写出，然后针对文字稿反复修订，力争语言准确，如对二氧化碳的错误认识：一开始使用的描述为：“二氧化碳起到了灭火作用”，“反应生成二氧化碳具有灭火性”，而后修订为：“二氧化碳浓度增大导致蜡烛熄灭”。对氧气的错误认识一开始描述为：“燃烧的蜡烛耗尽了烧杯中的氧气”，最后也修订为“烧杯内大部分氧气被消耗”。四是课件动画和设计的完善，微课的精美在于课件制作的精美。笔者结合网上关于精美微课的标准，如图片和文字的比例、文字的颜色、背景图片等等，按照这些建议来完善课件设计。endprint