科学概念教学中教师有效介入的策略研究

　　摘要：科学前概念是指学生在进入科学课堂前已有的对事物和现象的认识，概念的转化过程是从科学前概念走向科学概念的过程。本文分析了学生概念转化中存在的主要困难，从学生概念转化的三个关键阶段提出了教师有效介入的实施策略。

　　关键词： 小学科学；科学前概念；概念转化；策略

　　孩子们进入科学课堂前总是带着相关的科学前概念，它必然成为科学概念教学的现实起点，科学概念教学的目标就是有效转化学生的科学前概念。它有两种基本的转化形式：一是学生的前概念与科学概念基本一致，需“丰富”；二是与科学概念相矛盾，需“修订”。在学生概念转化过程中，我们要正视如下困难：

　　第一：概念转化会受到学生已有知识、经验和先入为主的观念的影响，在主观上学生要求改变前概念的需求不足；

　　第二：探究活动过程中学生经常把注意力集中于对材料的操作，问题意识、实证意识、探究能力等相对缺乏，容易在过程中迷失概念学习目标；

　　第三：概念转变的过程并不是一次性就能完成的，会有一个反复的过程，理性思考和实践运用容易脱节。

　　概念的转化过程是一个认知结构调整和完善的过程，它需要学生有内在的探究欲望，也要有外部条件的支持。我们认为：在科学概念教学中，教师应适时适切地介入，引发学生对科学前概念的不满，激发概念转化的内驱力，目标导引，材料支持，引导学生在探究活动中发展科学概念。本文试从概念转化的三个关键阶段，谈谈教师有效介入的实施策略。

　　策略一：激发学生的认知冲突，引发概念转化的内在需求

　　从发展科学概念的角度，学生的学习可以分为检验观念、拓展经验、形成新的观念三个阶段。首先要引导学生在检验已有观念时产生不满，激发认知冲突，这时概念转变的内在需求就发生了。

　　1.在解释现实生活中遭遇困境

　　学生的科学前概念具有“自发性”、“顽固性”等特点，让学生在解释现实生活中遭遇困境，发现与前概念的矛盾，是转变学生科学前概念的重要一步。如《空气占据空间》，学生的科学前概念是“空气是看不见、摸不着、没味道的气体”，对于空气是否占据空间并无多少直接经验，也并不认同。为此，活动一开始，安排一个倒酱油的活动，为什么酱油倒不下去了？明明里面只有空气，怎么会倒不进去呢？在倒开水或冲热水袋时，为什么水也会倒不进去呢？这样的经验是多数学生难以解释的，概念转化以此切入就水到渠成了。

　　2.面对新情境难以自圆其说

　　学生科学概念形成受自身经验限制，往往还有一定的片面性，对科学概念内涵的理解是不丰富的。因此，在新概念学习前，让学生在新情景中进行解释发现，也能引发认知冲突。如“溶解”概念的学习中，学生认为物体在水里化掉了，就是溶解，沙子在水里沉下去没有化掉不能算溶解。于是，教师创设一个新的情景，面粉在水里算溶解呢还是不溶解？它更像沙子在水里的情况，还是更像食盐在水里的情况？我们怎么来界定溶解的概念呢？在学生难以自圆其说时，关于“什么是溶解”的探究欲望被激发了。

　　3.不能回应别人的质疑

　　当学生在形成某种观点后，他们会带着这样的倾向认识事物，解释现象。为此，在科学概念建构过程中，让别人来质疑，可以引起学生对科学前概念的重新审视，当学生在试图重新梳理科学前概念发生困难时，概念转化的动机也被激发了。如《声音是怎样产生的》一课中，学生认为声音是由物体碰撞、敲击等外力作用的条件下产生的，于是教师提出，如果用力弯曲尺子而不松手为什么不发出声音，用力按鼓而不松手，为什么也不发出声音？同样施加了外力，为什么会出现不同的结果呢？引起学生的争论，逐步引导学生把关注点从外力的作用转移到物体的变化上来，即振动。

　　策略二：把握概念转化的关键，引领有效的科学探究活动

　　小学生的年龄特点和认知水平决定了概念转化不能单一地进行理论说教或逻辑推导，可以通过基于概念的探究活动展开，让学生经历一个“提出问题——设计实验——收集信息——得出结论”的探究过程。在这个过程中，教师要在“明确科学问题、构建支架活动、提供有结构材料”等三个方面有效介入，在学生概念转化的关键点上提供有效支撑。

　　1.根据概念目标，明确“此岸”和“彼岸”

　　一节科学概念课的教学，既要明确“此岸”，也要确定“彼岸”，这是科学探究的内容实质。这里的主要策略是教师要确定基于概念的学习目标，应沿着学生思维箭头指向提出探究的核心问题，这样的问题学生才有趋向性和认同感。如《杠杆的研究》中，学生在课前对杠杆省力的理解是：使用杠杆时，支点的位置不同，手用的力不同，感觉到手离支点越近越省力，学生科学前概念中对“省力”的理解是：自己在不同位置用的力大小不同，是自己跟自己比，即“用力1”与“用力2”比大小（或更多次“用力”之间比）。那么杠杆省力的本质是什么？是“用的力”与“物体的重力”大小的比较，那么在物体的重力不变的情况下，支点的位置不同时，用的力分别是多少呢？（在什么位置是省力的，什么位置是费力的，在什么位置是既不省力也不费力的呢？）在此讨论的基础上，提出“杠杆是否省力与支点的位置是怎样的关系”这一指向核心概念的问题。这里的设计引导学生由“此岸”（感受）向“彼岸”（本质）发展，探究活动的任务就是获得对现象的科学解释，目标明确，思路清楚。

　　2.根据概念特点，构建支架式活动

　　科学的本质是对自然事物和现象的解释，概念就是解释的表达方式，这种解释需要相关的知识和经验作支撑的，因此，在已有科学概念和新概念之间建立起联系，那么概念转变就有了逻辑起点，转化会容易得多，这就是所谓的支架式活动。这里需要教师从学生熟悉的事物开始，发挥“类比”和“迁移”的作用，为学生概念转变搭建“脚手架”，使学生由近及远、由浅入深，逐步突破难点。如五年级科学《浮力》一课，学生往往认为，浮在水面上的物体，浮力大于重力。这里的难点是学生对“力的平衡条件”知识不清楚，那么浮力的研究就无从下手。因此，教学时就要在“运动和力”的知识背景中展开，激活处在休眠状态的知识和经验，帮助学生修正和完善对“浮力”的认识。支架式活动设计如下：

　　活动一：老师和一个女生拔河，老师把她拉过来，说明了什么？

　　活动二：老师和一个男生拔河，保持平衡，说明了什么？

　　活动三：浮在水面静止不动的物体，它会受到哪些力？这些力是怎样的关系？

　　小结：当作用在一个物体上的两个力大小相等、方向相反时，这个物体就保持静止状态，反过来说，如果一个物体保持静止状态，那么作用在这个物体上的两个力大小相等、方向相反。

　　这里“拔河”的游戏揭示的是力的平衡条件，它是学生建构新概念的知识基础， “浮在水面的物体受到的浮力和重力相等”这一科学概念就以此为挂靠点生长并发展起来。这个过程比起显性的材料准备来说，更应引起我们的重视。

　　3.根据概念内涵，提供有结构的材料

　　任何一个概念都有内涵和外延，这是概念的基本特征。外延指所反应对象的具体范围、具体事物，内涵指概念所反应事物的特征和本质属性。科学课就是通过对有结构的材料的操作，引起经历，引发思考，揭示概念内涵，推动认知发展。好的材料结构就是概念发展的“导师”，它必须组成与概念相关的结构，在不同阶段提供不同结构的材料，在学生的困惑处引发新的探究活动，逐步抽象科学概念。如《物体在水中是沉还是浮》一课中，这样的设计给我们很大的启发：

　　呈现第一组材料：小石块、泡沫塑料块、回形针、蜡烛、萝卜、带盖的空瓶、橡皮等

　　师：我们先把这些物体按体积从大到小排列，看看大小是否与物体的沉浮有关？

　　生：从刚才的实验看不出大小与物体沉浮的关系。

　　师：我们按照物体的轻重来排排队，看看轻重是否与物体的沉浮有关？

　　生：从刚才的实验也看不出轻重与物体沉浮的关系。

　　师：物体的沉浮真的跟大小、轻重都没有关系吗？

　　呈现第二组材料：轻重相同、大小不同的五个正方体，

　　师：通过这一组材料的实验，我们发现物体的沉浮与大小有关吗？

　　生：我们发现物体的沉浮与大小有关。

　　呈现第三组材料：大小相同、轻重不同的五个球，

　　师：通过这一组材料的实验，我们发现轻重与物体的沉浮有关吗？

　　生：轻重与物体的沉浮也是有关的。

　　提出问题：物体的沉浮与大小、轻重是什么关系呢？

　　这些材料集合在一起就具有了一种结构，使学生对物体的沉浮认识不断向“既关注大小，又关注轻重”的方向发展，这实质上已指向物体的“密度”了。

　　策略三：展开基于事实的理性思考，引导科学概念的建构和内化

　　科学探究是一个动手实践的过程，也是一个认识转化的过程。在学生经历了对事实信息的收集之后，概念建构就要进入到从感性认识上升到理性认识的阶段。教师要及时介入到这一过程中，引导学生展开基于事实的理性思考，运用科学方法，建构和内化科学概念。

　　1.增加问题引导

　　亲身经历各种各样的实际活动是建立概念的必要条件，但是仅仅如此还不够，汇报研讨是促使学生由实践向新认识发展的关键。但目前在这个阶段的教学中，学生主要以“做了什么？怎么做？”为主要汇报研讨内容，而“为什么这么做？发现了哪些重要信息？得出了什么结论”等这些更有价值的问题反而退居次席，这是典型的“走过场”，是偏离了核心概念的意义不大的汇报活动。为此，教师在组织学生汇报研讨时，要围绕核心概念设计问题，及时介入，引导学生讲证据，亮观点，使所汇报的事实与结论之间体现关联性，使新概念的建构有理有据，合情合理。

　　如：五年级科学《种子发芽实验》中探究种子发芽的条件，我们不妨通过以下有结构的问题引导学生汇报观察和发现：

　　●我们研究的问题是什么？

　　●做这个研究，我们改变了什么？哪几个条件没有改变？

　　●改变这个条件，我们观察到了什么？

　　●从实验现象中，我们可以得出什么结论？

　　这里的问题介入是有着内在的逻辑关系的，从“问题——变量——事实——结论”依次展开，使学生的汇报条理清楚，证据充分，论证严密，这样的汇报就有了思维的力度，有了观点的碰撞，已经超越了一般意义上的“活动汇报”了。

　　2.增加科学逻辑方法的运用

　　科学概念的建构需要通过观察和记录收集大量的事实和信息，但并不是“一二三四五”简单累加，需要对事实进行有逻辑的思考，归纳和演绎是建构科学概念时两种主要的逻辑方法。

　　（1）运用归纳法完善概念

　　通过对科学探究活动中获取的信息（现象、数据等），整理事实，再对多个事实进行归纳（不完全归纳），构建科学概念（性质、规律、理论等），这是归纳的过程。如《声音是怎样产生的》一课中，不可能用穷尽法来证明所有物体振动发出声音，因此，活动设计中以不完全归纳法和反证法来展开。在概念建立时展开了如下对话：

　　师：物体发出声音在振动了吗？你有什么办法证明？

　　生：通过鼓、锣、尺等材料我们观察到了发声的物体在振动。

　　师：其它物体发声时也在振动吗？

　　生：我们可以通过看、摸、听或借助于泡沫塑料等方法，也能观察到它们发声时在振动。

　　师：如果发声的物体停止振动，它还会发出声音吗？

　　生：不会。

　　师：那么我们说声音是怎么产生的？

　　生：声音是由物体振动产生的。

　　（2）运用演绎法明辨概念

　　演绎法是从一般的公理式理论出发，推导出一个具体的知识，预见一个具体的事物和现象。它与归纳法的思维方式相反，是一个从一般到具体的演绎过程。演绎法一般采取“大前提—小前提—结论”的“三段论”方法进行推理。

　　例如，在学生学习了各类动物的特征以后，对已知的动物按照给定的标准进行分类，这个过程其实就是演绎推理的过程，也是对一种对新概念的巩固方式。比如，已知昆虫有三对足，蜻蜓有三对足，那么蜻蜓是昆虫。只要大前提、小前提是正确的，那么结论就是正确的。

　　3.增加科学概念在实践中的运用

　　在学生获得了科学概念后，教师经常以“谁来说说今天学到了什么？”等复述的方法来评价学习效果。这样的教学忽略了概念建构的复杂性，学生在科学探究中形成的科学概念是否内化，是否稳定，还需要在实践中加以检验。如《声音是怎样产生的》探究活动结束时，学生获得了“声音是由物体振动产生的”概念，我们应当引领学生从科学概念走向科学实践，进一步内化概念，变成可操作的科学方法。为此，我们设计了一个“让学生制作发声的麦秆”的活动，这是老师设计的指向于实践运用的教学活动。在活动中我们看到学生起初无从下手，渐渐地反应过来了，就试着划个口子，但始终不能响。一种不行，换一种……，终于有学生试出来了，是用吸，而不是吹，关键是要让管子振动起来。同学惊讶极了，随即兴奋起来，“我也响起来了”、“我也响起来了”……课堂教学在结束阶段达到了一个高潮。

　　综上所述，教师在介入学生概念转化过程时，要根据学生的经验逐渐拓展他们的认识，根据概念的特点开展有梯度的探究活动，引导学生通过观察和实验收集事实、整理事实，开展基于事实和观点的讨论，逐步转化科学前概念，向着科学概念的方向不断发展。

　　参考资料

　　[1]教育部。全日制义务教育科学（3-6年级）课程标准（实验稿）［M］。北京师范大学出版社，2002

　　[2]（美）大卫。杰纳。马丁著。走进中小学科学课——建构主义教学方法（第二版）［M］。长春出版社，2003

　　[3]]姚伟国。 有效探究应关注儿童经验［J］。中小学教学研究，2008（7）

　　[4] 姚伟国。 科学探究活动有效设计三步曲［J］。浙江教学研究，2009（2）