2013-10-12

擴散與滲透 - POE探究式教學 (2013)

    上次的擴散與滲透課程採用了類似DSLM的課程,將概念的階層分成一個個任務,前一個任務所需運用的概念在後續的任務也要繼續運用,從(1)濃度、(2)擴散-濃度差與方向性、(3)擴散-粒子觀、(4)滲透-濃度差、(5)滲透-粒子觀到最後的挑戰-細胞於不同濃度溶液中的變化。經過上次的經驗,發現雖然學生不會計算濃度,但是理解濃度的概念,而即便以氣體分子自由運動的動畫說明之後,大部份學生仍不以粒子觀解釋擴散,最後滲透的粒子觀也難以說明。
    今年的擴散與滲透課程,我斟酌了上次教學的經驗,並且希望以更多探究意味的方式進行,因此採用了POEC的探究教學模式。POEC是指預測(prediction)、觀察(observation)、解釋(explanation)及結論(conclusion),節錄台中教大許良榮老師在網路上的發表介紹POE探究式教學:
POE 基本的程序是設計某一情境讓學生進「預測」會有何結果或現象發生(如 預測輕重同的物體,何者先著地?),要求學生寫下自己的預測以及由之後,接著實 際操作讓學生「觀察」有何現象發生?觀察之後寫下自己的觀察結果,如果與預測的一樣,請學生「明」原因或由。此程具有認知衝突(cognitive conflict)的特色,即 設計的情境是學生常具有的迷思概(觀察到的現象與預測的一樣),進而探學生如 何解釋自己的觀點與現象之間的差
 以序POE 探究學生的科學解釋能
    而 POEC則是在最後加上結論(課程之後,覺得POEC教學模式只要加上一兩個細節就是5E探究教學法了)。

    擴散作用的POE科學實驗問題用了經典的紅墨水擴散問題,根據之前的經驗,學生大多可以理解濃度,但是觀察將紅墨水滴入清水中的擴散現象時,會認為紅墨水因為向下沈到底部再反彈向上,這次將問題直接聚焦在擴散的方向性,希望藉由擴散不具有方向性更進階地討論濃度問題。POE有一特色是要透過錯誤的預測引起認知衝突,引發學生動機或者進一步的思考,我針對這個科學問題做了一個簡單統計,挑了一個班級(好班)的預測結果,以學校美術班(好班)做了粗略地分析,在擴散作用正確預測的約3/5,正確解釋的人約1/5,經過精緻化解說後,正確寫出擴散作用的內容約1/3(會不會太低,還是搞不清楚狀況)。在滲透作用部分,正確預測的人約1/5,然而並非每組都有觀察到預期的結果,而成功解釋的也約1/5,但是並非都和成功預測的人相同,當然在其他的班級,錯誤預測和解釋的比率相對高出許多,以上數據做得不太有解釋力,不過簡單地說,效果還可以。在課堂上,其實很難發現學生產生認知衝突的反應,但是在學生的學習單上的解釋和課堂投入程度,倒是頗棒的。此外,POE不同於以往課程地可以發現學生的另有概念(迷思),這些都是從考卷上選擇題和口頭上不容易問出來的。(我想這個實驗讓學生最有反應的是廣口瓶吸住塑膠片倒立而不落下吧。XD)
 
     
    滲透作用則是參考了阿簡老師和以前教科書上的滲透示範實驗,用乾的海帶芽和紅蘿蔔進行POE,在實驗之前,我和醬鴨老師討論過他教學時的狀況,他說他的學生(新北市)在實驗之前就知道答案了,但是在我的學生們卻幾乎不知道,鮮少人能正確預測或正確解釋,推測原因有二,一則是城鄉差距造成的生活經驗和既有概念的不同,二則可能是POE的教學模式真的比較有效能夠引出學生另有概念(迷思)。



    若是狀況比較好的班級,我設計利用餘裕的時間在進行進階實驗問題。擴散實驗中,用了兩種色素,進階實驗時,則問「兩種向下擴散的速度是否相同?」藉此引出分子大小影響擴散速度。滲透實驗中,則問「將泡過清水的海帶芽和紅蘿蔔泡到鹽水中,會有什麼變化?」藉此說明現象中不只有滲透作用造成海帶芽膨脹,不過幾乎所有人都在滲透實驗就掛了,因此這部分沒有進行。


(觀察ing)




    (學生的學習單範例)




     經過POE之後需要進行C(結論),我則是改以精緻化的方式,從POE的巨觀現象導入微觀概念,因此除了說明基本原理之外,也配合兩個phET(以下連結)和網站動畫來說明微觀的擴散和滲透原理。
phET: 
http://phet.colorado.edu/....../sugar-and-salt-solutions  
 第三個,物質在水中的情形可以輔助解釋擴散作用,小P老師推薦) 
http://phet.colorado.edu/zh_TW/simulation/membrane-channels 
(可以也是講解擴散作用的利器呀!小P老師再推薦) 
    雖然POE教學的課程設計花了許多時間讓學生實作和寫下預測和解釋,總共花了三節課才完成這個章節的概念教學,但透過課程不只讓學生真的玩玩看,也同時必須思考(課本上抄不到正確答案),確實具有課程改變的價值,而是否有辦法用更靈活地方式運用POE,會是我未來更有興趣的改變方向。

    

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