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促进小学生科学概念转变的实践与思考

                     新昌实验小学      孙常龙  

【摘要】：注重科学概念和科学探究协调发展，是新教材十分强调的一个理念。学生对科学概念的学习不仅是重要的，而且是困难的。我们对科学概念的学习不容忽视。我们要充分利用学生前概念水平，克服思维定势，实现前概念迁移 。要积累大量的感性经验，让学生充分理解科学概念。同时，在教学中要加强科学概念运用，提升学生的概念分析能力。

【关键词】科学概念     前概念     迁移     积累      应用

“学习就是概念转变”。多年来,人们对于儿童在科学学习中的概念化理解开展了大量研究。这些研究所关注的共同主题是认识儿童关于自然现象的原有概念的重要性，把科学学习看作儿童关于自然现象的原有概念的发展或转变。

科学新教材提出了科学概念和科学探究活动的双螺旋结构协调发展的宗旨。这是一种教材教学指导思想的质的转变。原教材是在“过程与结果”的关系处理上，可能太过于偏重“过程”，导致许多教师在组织学生开展探究活动的过程中，重形式，走过场，有的为了活动而活动，导致学生对重要科学概念的理解不到位，从而影响了学生科学素养的发展。而修订版教材注重科学概念和科学探究协调发展，强调对科学概念理解的重要。因此，在现阶段中，科学教学要在探究活动中重视小学生科学概念的发展。

仅概念学习而言，小学生存在概念不清、概念模糊等现象。产生问题的原因是多方面的。有教师的教学方法把握不妥问题，也有学生前概念水平的思维定势问题。 概念教学中存在诸如此类的问题，影响了学生对科学概念的理解，妨碍着学生科学概念的转变。因而，本文试从结合学生的心理特点和学科特点，谈谈促进小学生科学概念转变的一点实践与思考。

（一）实现前概念迁移，建立新概念结构。

学生对科学概念的学习不仅是重要的，而且是困难的。经过调查发现，学生受前概念的影响比较大。什么是儿童的前概念呢？从学习心理学的研究结果来看，即使是幼儿阶段的儿童也已具备了认识自然现象的能力，儿童在接受学校正规教育之前已经形成了不少关于自然或科学问题的观念，而不像过去认为的是 “一片空白”。由于儿童持有的这类观念与科学概念的含义并不一致，通常被称为“前概念” 。儿童的这些观念是朴素的、模糊的，与科学的观念不完全一致甚至可能相矛盾。但就儿童本身而言，这些观念是合情合理的，因而具有持久性，对后续的学习具有很大的影响。即便在接触到课堂上讲授的科学概念之后，儿童原有的观念也可能仍然保持不变，甚至形成另外一种有悖于科学思维逻辑的“迷思概念”，必须及早地澄清、修正这些与科学相关而又不吻合的朴素观念。

人对概念的接受有两种情况．一种是在学习过程中概念的更改不大，只是在已有的概念结构上增加一些知识，增加的知识和原来学生持有的概念之间不存在冲突，这种微小的概念变化就比较容易被学生接受．不需要将原来的知识重新建构。第二种情况是需要概念发生根本性的移转。在这种情况下。需要重新建构概念。当学生需要发生根本性的概念转移时，就比较困难了，常常经过一、两节课的教学还不能解决问题。这两种情况属于认知派的“同化”和“异化”。无论是同化还是异化，前概念在新的概念学习中都起着极其重要的作用。那么，根据科学概念的建构特点，如何实现学生的前概念迁移呢？

1、正确把握前概念水平，实现概念的迁移同化。

概念包含了诸个因素的内涵，只有正确理解概念中的内涵，才能掌握概念。在学生原有的前概念水平上，通过活动给学生提供丰富的感性经验，让学生发现概念的特征，从而更好地理解科学概念。然而小学生在概念的理解中，往往是以前概念占主导作用，而忽略新的概念特征，从而影响科学概念的形成。

⑴了解学生原有的认识水平

关注学生前概念，是科学教学的共识。现行小学科学教材十分关注学生前概念问题，教材多处设计了解学生前概念的过程。如三上《水和空气》单元，如图建立的网状气泡

图，可以让教师了解学生的前概念水平。无论是实现正迁移，还是克服学生的负迁移，基础是正确了解学生的前概念水平。只有这样，学生的概念转变才能行之有效。

如何了解学生已有的前概念水平呢？常见的方法有：A、课前调查；B、个别询问；C、阅读资料；D、画图展示。通过这些方法调查学生的前概念，我们可以发现小学生对一些事物解释常常会与我们成人的差别很大，有些观点甚至让我们成人感到不可理解。在了解学生已有的前概念水平过程中，需要注意小学生的前概念状况。一种是错误的前概念，另一种是正确的，针对这二种情况要采取不同的对待方法。

⑵创设认知冲突情景，实现概念迁移同化

如溶解概念在小学科学概念描述中有三个因素：①物质颗粒变成肉眼看不见的微粒；②微粒均匀分布在水中；③如果水分不减少，颗粒不会自行沉淀下来。而学生在实际学习却是容易掌握前两个内涵因素，而忽视后一个内涵因素。正因为这样，所以，学生对面粉在水中是否溶解会作出一个错误的判断。这个问题的产生在于学生的前概念（物质颗粒变成肉眼看不见的微粒）根深蒂固，缺乏溶解概念的新因素而产生的错误判断。因此，我们可根据前概念的迁移来进行溶解概念的学习。如图所示：

①物质颗粒变成肉眼水中看不见的微粒②微粒均匀分布在③如果水分不减少，颗粒不会自行沉淀下来。

物质在水中不见了

探究活动感知分析溶解特征

溶解前概念水平   →       活动迁移       →     形成溶解科学概念

首先是了解学生的前概念水平，学生的实际经验是白糖、食盐等物质在水中会慢慢不见了，这与溶解的科学概念是相合的，这为学生的概念迁移提供了基础。

其次，通过观察活动，建立溶解概念的三个结构。也就是在已有的概念结构上增加一些知识，不需要将原来的知识重新建构。

第三，创设判断面粉在水中是否溶解的认知冲突情景：①有的认为是溶解，有的认为不是溶解，各抒已见。②重点观察过一段时间后，水分不减少，面粉颗粒沉淀下来了吗？③思考：我们怎么判断物体在水里是溶解还是不溶解？

创设情景来引发学生概念冲突，是学生之间的认知冲突。相对于学生的前概念而言，都是正确的。通过这种认知冲突，在原有的前概念基础上，建立新的概念因素，实现溶解前概念的迁移，建立科学的溶解概念。

研究表明，迁移并不是无条件的，它的基本条件有两个：一是对象的共同因素；二是已有经验的概括水平。［1］由此，我们在学习溶解概念的迁移过程中，选用的事例如白糖、食盐在水中的变化要让学生感知到共同的特性；同时，教师要从学生已有的概括水平出发，引导学生从大量事实中来提炼本质，形成概念。

2、克服负迁移影响，达到概念异化重构。

建构主义的学习观认为， 学习过程同时包含两方面的建构：一方面是对新信息的意义的建构，同时又包含对原有经验的改造和重组。这与皮亚杰关于通过同化与顺应而实现的双向建构的过程是一致的。只是建构主义者更重视后一种建构，强调学习者在学习过程种并不是发展起供日后提取出来以指导活动的图式或命题网络，相反，他们形成的对概念的理解是丰富的、有着经验背景的，从而在面临新的情境时，能够灵活地建构起用于指导活动的图式。［2］

“学习就是概念转变。”因而，我们可以用建构主义的理论来指导学生的概念学习，来研究如何克服前概念的负迁移影响，达到概念的异化重构。

                      小学生前概念的思维定势表现

事例

前概念

科学概念

前概念的思维定势表现

电路

从电源流到电器

从电源流出到电器再回流到电源

从电源流到电器。

沉与浮

物体的沉浮由物体的形状决定的。

物体的沉浮与体积、重量有关

船浮在水面上是因为船很大。

鸟类

鸟是会飞的。

鸟有羽毛的

鸡鸭不是鸟类。

在概念学习中，学生有一个突出的错误现象是概念中的内涵转换。例如上述表格中在小学科学中鸟类的描述是身体上长有羽毛，而学生的鸟类概念却是在空中会飞的动物是鸟类，如此，就把蝙蝠当鸟类，而鸡鸭就不是鸟类了。内涵转换的结果是混淆了概念。这种现象反映了学生的前概念在概念学习中占据主导地位，是一种概念的负迁移。也可以说是一种思维定势。这种影响是长期的，概念的纠正是困难的，我们要加以重视。

 在现有的教材或教学活动中，我们可以发现概念教学没有注意前概念的问题。如很多课堂里让学生用橡皮泥来做沉与浮的试验。先让学生把一团橡皮泥丢到水里，看橡皮泥沉入水底了，教师让学生把橡皮泥打成扁平形状，橡皮泥就可以浮在水上了。这实际上在加强学生一个错误的前概念—物体的形状决定沉浮。

如果教师了解学生这种错误的前概念。为了帮助学生纠正不正确的概念，必须要增加学生的事实感知：

1、拿一根火材和一根粗的铁钉让学生实验，看看那根会沉？结果粗的铁钉沉了，似乎因为火柴比铁钉细，所以粗的铁钉沉入水里了。

2、如果教师针对学生的这种错误概念，再请学生用一根细的缝衣服的针和火柴一起丢入水中，学生会发现，即使是缝衣针比火柴细，缝衣针还是沉入了水里了。老师不妨再拿一个很大的塑料衣架和细小的缝衣针一起丢入水里，学生一定对形状反差这么大的两个物体在水中沉浮的情景留下深刻的印象。

这个事例是通过一系列的事实，让学生否定了形状决定沉浮的前概念，从而建立正确的沉浮概念。同时，这个例子也说明在我们的教学中对一些错误的前概念不仅没有克服，反而在强化。要克服错误的前概念必须加强事实感知，消除前概念的负迁移，形成正确的科学概念。

因此，当学生的已有前概念水平发生负迁移时，面临新的科学概念，学生对原有经验进行改造和重组，进行新的概念构建。教师的责任在于引导学生克服负迁移，实现新概念的构建。

研究表明，转变儿童的观念是一个长期的过程，只有及早地重视儿童的“前概念”，在教学中认识学生的前概念水平，才能逐步帮助儿童建立科学的认识。我们只有重视儿童科学学习的渐进发展，才能切实提高科学教学的整体质量。

（二）、积累感性经验，构建科学新概念

科学教材是由事实系列和概念系列组成的。事实是概念的起点，又是概念的终点。小学生形成错误科学概念的一个重要的原因是缺少事实的建立，缺少感性经验。因而，我们的的概念教学要建立事实掌握的目标，让学生积累更多更好的感性经验。

1、  重视事实性描述，抓住事物特征

什么是概念？“概念是有组织的、有不同覆盖程度的、用抽象语言表达的、超越主题和事实的一些观念和思想。”［ 3］超越事实，是对事实的一种概括和提练。这种基础是学生必须获得大量的事实，否则，超越事实就是一句空话。因此，我们的教学必须要让学生把获得的事实充分描述出来。描述是手段，放手才是关键。放手让学生描述自己观察到的事实，有利于学生获得更多的有价值的信息，发展学生捕捉感性材料的能力。但在实际的课堂教学中，我们的教师往往用提问的方法控制了学生自由自在的描述，总希望学生的观察描述按照自己的计划、步骤一步一步地领着学生去获取信息。

例如观察压缩空气，做了实验后，本应放手让学生描述感知到的实验现象，然而老师却用提问的办法控制学生的事实描述。

A、“把活塞往下压，你发现了什么现象？”这样问，学生要描述活塞的位置变化，管内空气的体积发生相应的变化，问题多少还有点价值。

B、“往下压活塞，管里的空气发生了什么变化？”这样的问题学生只要说空气这一面，相应的变化被忽略了。

C、“往下压活塞，空气占据的空间是变大了还是变小了？”回答这样的问题只需从“大”和“小”中选择了。

D、“往下压活塞，空气占的位置是不是变小了？”这样问实际上无需回答了。

我们要转变教学理念，提昌教学的开放性，就要让学生充分地进行事实性描述。教师在活动中不是去扼杀学生的思维，而是要引导学生如何更好地把观察到的事实描述出来。如《种子的萌芽》中观察种子的内部结构可分几个层次描述：

第一层：在学生解剖观察基础上，教师让学生把观察到的内容说出来。如“种皮”“豆瓣”“芽”“沟”等等。

第二层：描述“芽”的结构，这是学生观察的难点。教师要引导学生从形态、大小、方向进行比较，来描述“芽”的结构，可把“芽”的结构分为胚根、胚芽两部分。

第三层：学生比较归纳来描述种子的结构。

因此，我们要反思一下自己的教学，分析一下在学生描述时提出问题有没有必要？提出的问题是给学生留有思考的余地，还是一种机械般的应答呢？教学中充分让学生进行事实性描述是学生自主的体现，是构建科学概念的基础。如果我们剥夺学生的这种权力，让学生脱离无限丰富的感知，就会妨碍学生正确的认识，妨碍学生形成正确的科学概念。

    2、建立科学数据，找出内在规律

     小学科学课中活动记录既是学习的内容，又是学习的方法。通过数据分析，能发现事物内在的变化规律，有利于我们理解科学科学概念。数据是具体活动效果的反映。在小学科学探究活动中，一定要引导学生实事求是地记录数据。只有这样，才能有效地建立科学概念。

姓名

心跳数

脉搏数

1

70

100

2

80

90

3

90

80

4

100

70

平均

85

85

A、反复操作，获取数据的正确性

反复操作包含两层意思。一是同一活动或是同一项目的数据要多做几次，防止偶然性。二是活动中有争议或是错误的数据要重新操作获得。第一层意思在教材中已得到了很好的落实，我们所要关注的是第二层意思的操作。

例如测量心跳脉搏次数，右图是一组学生获得的数据。从表中看，虽然心跳和脉搏的平均数是一致的，但仔细分析一下，我们可以发现一些些问题：一是心跳数和脉搏数只测量了一次；二是同一个人的心跳脉搏数不一样，分析一下原因可能是时间和操作上有失误。这样的数据当然是错误的，我们无法让学生获得心跳脉搏次数是一致的科学概念。这样，我们就要分析原因，重新操作。

B、引导学生分析数据找出规律

分析事实，找出规律是科学的基本素质。统计数据，发现事物内在的变化则是学生的一项基本功。我们的概念教学要落实这项训练，要引导学生从数据的变化中，发事物变化的规律，形成科学的概念。

①、让学生自己发现变化的规律。

直接提升重物的力（N）

用动滑轮提升重物的力（N）

我们的发现

2.5N

1.2N

动滑轮可以省力，但不能改变用力方向。

       4.7N

2N

       2.2N

1N

       3.6N

1.7N

       2.8N

1.3N

这是学生动滑轮研究中记录的数据。学生通过分析数据，不难发现动滑轮的作用，关键是我们要让学生自己在活动中培养数据意识，通过具体的数据建立，去发现事物变化的规律，让学生在自主发现中形成科学概念。

②、注意科学概念中度的把握。

动滑轮教学中，我们也发现有的课堂中给出了动滑轮能省一半力的结论。这样是否恰当呢？我们的动滑轮研究受到滑轮自身的重量、摩擦力等因素的影响，实际的用力不可能是实际重量的一半，那么学生的发现也要以事实为准，只能得出可以省力的结论。这是符合学生的认知水平和心理特点的。也有利于培养学生实事求是的科学态度。因而，我们在教学中就要注意科学概念中度的把握。这也是小学科学概念教学的一个特点。

（三）、加强科学概念运用  提升概念分析能力

小学科学教学重视科学探究活动，对科学概念的运用是比较薄弱的。我们要设置具体的问题情境，运用已形成的科学概念解决问题，是学习科学概念的目的，也是检验学生对科学概念掌握的情况，更是加深学生对科学概念的理解，深化科学概念的重要环节。因为，只有通过运用，才能暴露学生对科学概念理解上的缺陷，以便进一步地深化学生对科学概念的理解。

1、比较。它是概念运用中常用的方法。通过比较不同事物的特征，更加明确科学概念的本质特征。如蚂蚁和蜘蛛，通过比较，学生会发现蚂蚁有三对足，而蜘蛛有四对足，因而蚂蚁是昆虫，而蜘蛛不是昆虫，让学生进一步掌握昆虫概念的本质特征。

  2、应用。如《建高塔》一课，在观察高大的铁塔后，作出猜想，并验证得出结论：框架结构铁塔的特点是上小下大、上重下轻。接下来是建造不容易倒的“铁塔”。这是一项科学应用的活动。学生造出了各种各样的“铁塔”：

铅

笔

学生在这个活动中，利用身边的物体，进行选择、摆放、纠正。在一次次的摆放中，寻找原因，比较感受上小下大、上重下轻的结构特点，进一步理解建造铁塔的科学道理，从而巧妙地搭建了“铁塔”。

 3、解释。如《绝缘体与导体》一课，学生经过亲身的探究已经抽象出了绝缘体与导体的概念。这时提出一个问题：用来记录实验现象的铅笔是绝缘体还是导体？一部分同学认为是导体（因为笔芯是导体），一部分同学认为是绝缘体（因为笔杆是绝缘体）。在争论中让学生为什么。经过讨论，一致认为：铅笔的笔芯是导体，笔杆是绝缘体。通过解释一个小小的问题，使学生巩固了已形成的科学概念，更重要的是学生学会了用形成的科学概念辨证地分析问题、解决问题。   

文献资料：

1冯忠良编著：《学习心理学》【M】  北京： 教育科学出版社 1981   145--148

2人民教育出版社小学数学室《建构主义学习理论》［EB/OL］北京百度百科吧2009［2009-12-26］http://baike.baidu.com/view/630921.htm?fr=ala0_1

3 郁波：《关注科学概念》［EB/OL］百度http://jyxx.zhedu.net.cn/laowangzhan/science/UploadFiles_2216/200602/20060209213241100.ppt#279,24,幻灯片 24