有效促进小学生科学概念的转变

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儿童获得概念的方式主要有两种：一是在日常生活中通过积累经验而获得的概念,这类概念称为日常概念,也称为迷思概念或前概念；二是在科学教学过程中,通过揭示概念的内涵而形成的科学概念.这两种概念有着十分复杂的关系.从事科学教学研究的学者经过大量的研究后发现,学生形成的前科学概念由来已久、根深蒂固,这些概念中有些是对客观世界的朴素概念,更多的则完全与科学概念相悖.在科学学习中,学生原有的认知结构中的迷思概念不但会妨碍对新知识的理解,而且会导致产生新的错误概念.但这不等于说前科学概念没有意义.根据建构主义的观点,前科学概念是儿童用以解释周围环境和世界的知识框架和基础结构.学生的概念学习是一个概念发展过程,这一过程不可能绕开学生头脑中的前科学概念,相反,必须依靠学生原有的前科学概念,通过概念转变,形成更加精确的科学概念.

一、探测认知结构,了解迷思概念

奥斯贝曾说：“影响学习最重要的因素,是学习者已经存有的想法,确知了这个,然后依据这个来教学.”可见,在教学中调查学生的迷思概念是非常关键的,能够使我们了解学生的“先入之见”.儿童科学概念的形成正是以学生的迷思概念为基础和生长点的.

《水和水蒸气》是教科版三年级下册《温度与水的变化》单元第六课教学内容.本单元的核心概念是引导学生探究温度和水状态变化之间的关系.前一课《水珠从哪里来》与本课共同组成探究水的液态与气态之间变化的研究活动.

通过调查、访谈,我们发现三年级的学生根据生活经验,对于“水蒸气”“蒸发”等概念已经有了模糊的初步认识.比如衣服上的水干了,有些学生会用“水蒸发了”进行解释.但是在他们的迷思概念中有着许多根深蒂固的错误认识,最典型的是对于热水中冒出的“白汽”的认识,绝大多数学生认为白汽便是蒸发出来的水蒸气.学生认为白汽是气态,其实白汽是液态；学生认为白汽是蒸发现象,其实白汽是凝结现象.分析学生这个错误的前概念,可以发现背后隐含着这样的信息：正是由于对“蒸发”和“凝结”两个概念未能充分理解,导致对“白汽”的错误认识.

概念改变并不仅仅是改变概念本身,还要触及支持概念的知识体系,才能真正实现学生对科学概念的理解.因此,在教学设计时,我们对教材进行了大胆处理：运用反例引发认知冲突,以激发学生的探究；通过多元体验,以“蒸发”和“凝结”两个概念的理解为基础,突破对“白汽”这一难点的认识.而对教材中占相当篇幅的“加热能加快蒸发”的活动,因为与本课需要建构的科学概念并无直接关系,就简化处理成为“课外想出几种让湿手帕干得更快的办法”.

二、引发认知冲突,解构迷思概念

学生如果不能认识到自己的已有知识与新知识之间的距离和偏差,就会自发地以自己的已知去理解和建构新知识,其结果就会产生错误概念.所以,教学仅仅激活学生的迷思概念是不够的,关键还要呈现一个反例——与原有理解相反的事实,并让学生认识到已有知识与新知识之间的矛盾和冲突,即发生认知冲突,从而激发学生的探究动力,使学习者有意识地进行自我调控学习.

《水和水蒸气》一课伊始,教师巧妙设计了“观察水蒸气特点”的活动：

师：请每一位小朋友沾一点水在手背上擦一擦,同时仔细观察小组中湿的黑板、湿手帕上面的水蒸发变为水蒸气.看一看我们能看到水蒸气吗?

（学生观察实验活动,然后进行小组讨论）

师：看到水蒸气了吗?水蒸气有些什么特点?

生1：看不到水蒸气.

生2：水蒸气是无色无味的,看不见、摸不着.

生3：像空气一样,水蒸气是气体.

在这一教学实践中,学生亲自体验了由表及里、不断深入的“发现”过程,使原有的认知结构得以扩充,对水蒸气的特点有了较为明确的认识.尤为重要的是,这一情境很自然地引发了儿童原有认知与新知识之间的强烈冲突：日常生活中经常看到的白汽,以前总以为它就是水蒸气；可是水蒸气是“看不见的”,所以白汽应该不是水蒸气.面对新问题与已有概念之间的差异,儿童渴望寻找新的理论去作出解释,去消除冲突,这正是实现概念转变的重要基础.学生的科学探究活动始终在这样浓厚的兴趣中进行.

三、开展探究实验,优化表征建立

对于儿童来说,学习抽象的科学概念是困难的.因此,教师应该为学生提供丰富的具体表象、提供概念形成的背景材料、提供充分的体验思辨的探究时空,凸显科学概念的本质特征,使学生完成从感性认识到理性认识的升华.

1.生活提炼,生成“现实图形”

教师要顺应学生的认知规律和心理特点,使概念理解融入生活原型,在此过程中引导学生观察比较、抽象提炼,以促使他们对概念内涵的丰富认识和整体感悟.

《水和水蒸气》一课中,“蒸发”是学生要掌握的第一个概念.

师：（投影幻灯片）我们一起来看一组照片.老师家里的玻璃鱼缸装了半缸水,红色的横线表示水的高度,能看明白吗?

生：能.

师：（投影显示鱼缸里的水逐渐减少）这些分别是第一天白天、第三天晚上、第七天白天、第十天晚上、第十五天白天拍的鱼缸的照片.水为什么越来越少了?再过一段时间,鱼缸的水将会怎么样?

生：水蒸发了；再过几天水会干了.

师：你能举举生活中这样“水干了”的例子吗?

生：我晚上洗的红领巾,第二天早晨就干了；妈妈洗的衣服晒出去,不久就会干；我们吃完饭用湿抹布擦桌子,桌子上的水很快干了；拖地拖完,过一段时间地上的水就干了.

师：水慢慢地少了、慢慢地干了,变成了水蒸气,刚才小朋友已经说了,这种现象叫水的蒸发.

在这个教学过程中,把概念的理解放在真实问题的教学中,紧密模拟实际生活或联系实际生活,呈现出“创设生活情境—现实问题教学—教学建模”的教学结构,促使学生在积极互动的课堂交流中体悟和把握概念的内涵. 2.对比实验,呈现“具体景象”

小学科学课中,对比实验教学的开展具有举足轻重的地位.其指导思想是在教师指导下,学生以探究者和发现者的身份,运用学过的知识和初步具有的实验技能,通过有效控制相关变量,获取新知识,形成有关科学概念.

“凝结”是《水和水蒸气》一课中需要学生理解的另一重要概念.

师：水蒸气还有什么特点?我们继续进行研究.（投影：每组两只相同的杯子,装着同样多的,温度也相同的温水.同时盖上两块玻璃片,但是一块是热的玻璃片,一块是冷的玻璃片,观察玻璃片上产生了什么现象?）明白这个实验怎么做吗?怎么观察呢?（热玻璃片是教师放在玻璃台板上已经热好的,各小组领取材料后进行观察活动）

师：观察到了什么现象?

生：在冷的玻璃片上有雾；我摸了一下,是小水珠.

师：在哪一块玻璃片上?

生：冷玻璃片上.

师：大家都摸一摸,是什么?

生：小水珠.

师：小水珠从哪里来的?

生：杯子里冒出来的；水蒸气变成了小水珠；这杯温水里蒸发出来的水蒸气,遇到了冷玻璃,变成了小水珠.

师：水蒸气遇到了冷的物体变成小水珠的现象,称为凝结.

“温水”的使用,既克服了白汽的困扰,又保证了良好的实验效果；玻璃片放在电热台板上加热,容易操作.这个实验的设计,对教材进行了重组加工,借助对比实验,凸显具体景象,并辅以辨析、反思等方式,　让学生在积极的思维过程中去发现、去领悟.学生不仅品尝到了探究所带来的快乐,而且较为深刻地理解了水蒸气遇冷“凝结”的特点.

四、解决认知冲突,建构科学概念

概念学习的关键在于运用,即个体能够运用自己的知识进行科学的推理.在教学过程中,教师通常从一定的情境中提出一些富有思考性的问题,通过思考这些问题,学生在深刻理解所学知识的同时,能够产生学习科学的充实感和兴奋感.同时,提供机会让学生自我检测概念学习的质量,学会自我判断是否理解、如何修正以完善所学的概念,从而发挥学生元认知的自我调控能力以促进学生概念学习能力的提高.

对“白汽”的认识是《水和水蒸气》一课的难点,为了突破这一难点,教师安排了观察、讨论活动.

（教师演示：用酒精灯加热烧瓶中的水,烧瓶带塞,塞中装有一玻璃管喷嘴.不长时间,从喷嘴中喷出“白汽”.）

师：后面加上黑色的背景,是为了让大家看得更清楚一些.现在我们观察到的现象是：在管口出来一小段,大概一厘米,看不见什么东西,包括管子里以及上半部分,都看不到什么.一厘米以外看到了白汽,再远一点,白汽又没了.老师拍了照片,放在大屏幕上.看清楚了吗?

师：看不见的部分是什么?白汽是什么?用今天学习的知识来解释.（学生研讨、交流）

只有对已学内容达到一定水平的掌握程度,迁移运用才可能发生.课的结束阶段,在学生较为深刻理解“蒸发”和“凝结”概念基础上,让儿童观察水变成水蒸气、水蒸气又凝结成水的过程,进而研讨白汽是什么,以实现对概念的真正理解.实际教学中,学生通过相互交流、讨论,最终能够解释白汽是水蒸气遇冷凝结成的小水珠,并通过使用玻璃片收集、喷壶喷洒等方式进行验证,实现从迷思概念到科学概念的转变.

科学的学习过程是学生迷思概念与外界环境进行交互作用,主动建构科学概念的过程.科学教师应充分重视学生的迷思概念,引发认知冲突,引导学生积极主动地建构新知识,有效促进学生理解科学概念的内涵,实现科学概念的转变.