论文部分内容阅读
摘 要：“科学作为探究”强调了学生对科学的理解，指向科学概念的教学需要引领学生经历探究式的学习过程。基于学生的前概念，要珍视学生在探究过程中的独特感悟，通过科学思维和科学探究活动，促进学生自主建构科学概念。
关键词：科学概念 科学探究 自主建构
小学科学课程的改革，从以“自然知识”为核心的性质转为“科学教育”的性质，经历了科学作为知识、科学作为过程、科学作为探究的三个发展阶段。我们从追求事实性知识转变到关注科学概念，实际上是从“科学作为知识” 向“科学作为探究”的质性转变。从学习科学的角度来看，有用的知识是围绕重要概念或“大观点”来联系和组织的。“科学作为探究”正强调了学生对科学的理解，指向科学概念的教学需要学生经历探究式的学习过程。基于这样的认识，笔者在科学教学实践中对学生科学概念的建构予以关注和研究，现结合科学课堂教学案例作些回顾和梳理，以求教于广大同仁。
一、记忆：科学概念的虚假建构
“科学概念并不是为儿童所掌握和记忆，也不是用记忆汲取的，而是借助他们自己思维的全部积极性的最紧张工作而产生和成型的。”
——维果茨基
【案例1】《声音的产生》教学片断
1.让学生听各种各样的声音，并提问：关于声音，你有哪些问题想知道？
2.形式化的猜想后，提出本课要研究的问题：声音是怎样产生的？
3.给出各种材料（如尺、橡皮筋等），要求学生通过拨、弹等方法使它们发出声音，观察发声时物体的运动状态并交流。
4.在交流的基础上，初步得出：物体振动了，就会产生声音。
5.以“用嘴吹空瓶子产生声音”来验证气体发声也是振动的结果。
6.以“要使产生的声音消失怎么办”这个问题，从反面再验证声音是由物体振动产生的。
7.讨论“人说话的声音是怎样产生的”，组织学生对概念加以运用。
案例1中学生虽然参与了模仿实验、比较归纳等活动，在行为层面上有了主动的表现，但一系列的思维活动大都是在教师的指令下开展的，缺失内在的诱因，认知状态未被主动开启，导致认知活动仅停留在记忆层面，而没有真正触及学生的认知内核。对“物体的振动产生声音”这一概念的获取过程看似流畅、简洁，实际上让学生能感知的具体事实的量与质偏弱，概念概括偏早，缺乏对学生认知生长点的“探底”过程，本应富有思维含量的抽象活动缺失了思维活动的渐进性，没有真正实现概念的“自然生长”。
二、前概念：科学概念的建构源头
“影响学习最重要的因素是学生已经知道了什么，我们应当根据学生原有的知识状况去进行教学。”
——奥苏贝尔
【案例2】《物体在水中是沉还是浮》教学片段
（教師提供一组材料：泡沫、回形针、牙签、瓶盖、西红柿、蜡烛头、石头。）
师：今天，老师给大家带来了一些物体，这些东西同学们都认识吗（投影出示）？如果把这些物体放入水中，可能会出现什么现象？你认为哪些物体会沉、哪些物体会浮呢？填写表格，并说一说猜测的理由。
（学生开始猜测并填写猜测理由，然后实验并汇报实验结果。）
师：为什么会推测错呢？刚才你们是根据什么来推测物体沉浮的？
生：大小、轻重。
师：物体在水中是沉还是浮，和大小、轻重有关吗？
生：是的。
师：按照物体的轻、重不同排列，然后按照大、小不同排列。现在，你又有什么发现？
生：物体在水中是沉还是浮，好像和大小、轻重无关。
师：同学们，我们明明感觉到物体沉浮和大小、轻重有关，可是，老师提供的材料为什么又使这两个因素无关了呢？物体在水中沉浮究竟和什么有关？我们应该选择怎样的一组材料来观察呢？
生：应该选择大小一样、轻重不同的一组材料。
生：应该选择轻重一样、大小不同的一组材料。
师：是啊！当有两个因素共同起作用的时候，我们就要对其中一个因素进行控制，再来研究另外一个因素，这是科学研究中常用的方法。
（教师分别提供学生所述的两组材料，通过观察材料的特点，进而开展实验。）
案例2中，教师从暴露学生的前概念开始，通过有结构的材料，引起学生的概念冲突，促使学生开始重新思考前概念的正确性。经过思考、交流，教师再次提供有结构的材料，并不断“搭桥”，材料一步步改变着学生的前概念，概念箭头直指科学概念。
三、错误：科学概念的建构资源
“科学就是在改正一个又一个错误的基础之上发展起来的。科学经常会得出不正确的结论，但是，这些结论不是最终的，而是暂时的。”
——卡尔·萨根
【案例3】《电和煤气烧水，哪个更合算》教学片段
某市煤气涨价，家长纷纷抱怨。一位小学六年级同学在科学课后问老师：妈妈说煤气又涨价了，不知道现在烧一壶水用煤气合算还是用电更合算。老师，你说这个问题我们能研究吗？
老师在班上鼓励了这位同学，并请大家都来研究这个问题。但如何开展探究，探究方法是什么，老师没有给予具体指导。
各小组探究后，教师组织同学们在班上交流，结果得出了不一致的结论，有的说烧一壶水用煤气省钱，有的则说用电省钱，争论不休。
教师：同学们，每个小组都得出了自己的结论，大家的结论并不一致，可是大家都觉得结论只能是一个，而且都觉得自己的对。请同学们思考：我们仅仅这样争论下去，都说自己是对的，能最终得出结论、判断出谁对谁错吗？
教师：大家刚才都说了，要公开展示各自的研究过程、方法和统计的数据，让大家一起来质疑、来评价。下面，咱们各小组一个一个地说。 ……
教师：通过刚才各小组的过程、方法和数据展示，以及同学们自己的质疑、批评、讨论，大家知道了，要公平地对比两种烧水方法的花费大小，必须注意一些探究的规则。哪个小组没有做好，自己再总结总结，想好了就给大家说一说。
……
教师：无论是从成功的探究中总结的经验，还是从失败的探究中总结的教训，这次经历让每位同学都有了不少收获。这就是挫折和失败的教育价值。我们说“失败是成功之母”，从自己的挫折和教训中得到的收获对自己的长进有时更有影响。
……
在案例3中，学生知识建构的自主性很强。问题是学生自主建构的，探究方案的设计、探究过程的展开、探究结论的得出在较大程度上也是学生自主完成的。学生不仅自主建构了关于不同烧水方法合算程度的知识，而且通过亲历探究，自主建构了探究过程中变量控制和实验效度的概念。学生在探究、建构的过程中不是被动地接受知识，而是在寻找知识、诘问知识、评判知识。在这个过程中学生会遭遇挫折和失败，甚至出现花了很长时间和精力却找不到确切答案的现象。正是这个过程给了学生从错误、挫折中学习的机会。错误应看成是学生积极参与和共同建构概念过程中必然伴随的现象，是“入门”的积极信号，学生的错误具有积极的、正面的、不可替代的教育价值。教师的宽容能让学生有一种心理安全感，愿意表达与众不同的见解，能够增强学生的自信，相信经过自己努力会成功。
四、探究：科学概念的自主建构
“指导学生通过大量的自由探究活动，以此来建构他们自己的科学概念。”
——大卫·马丁
有意义学习指的是学生将经验、概念、原理、知识框架建构起联系的过程，正是在概念之间和概念内建立联系的过程中产生了有意义学习。建立概念之间联系的重要方法是类比，它是促进学习者在已有概念和知识的基础上建构新知识的有效工具。在暴露学生前概念的基础上，要充分挖掘学生前概念中可以利用的因素，亲历科学探究过程，寻找前概念与科学概念之间的差异与内在联系，为科学概念的建立牵线搭桥。
【案例4】《使瘪的乒乓球鼓起来的决定性因素是什么》教学片段
师：乒乓球瘪了，谁有办法使瘪的乒乓球鼓起来？
（学生讨论出两种方法：用热水泡;用电吹风吹热风。）
师：这两个方法到底行不行？小组同学不妨试一试。
（学生实验，两种方法都可以使瘪的乒乓球鼓起来。）
师：同学们发现，用加热的方法可以使瘪的乒乓球鼓起来，这是什么原因呢？
生：受热膨胀。
师：使瘪的乒乓球鼓起来的决定性因素，是因为谁受热膨胀了呢？
（学生提出了三种猜想：乒乓球壳和球内空气受熱膨胀，两者共同作用，缺一不可，使得瘪的乒乓球鼓起来;乒乓球壳受热膨胀，就能使瘪的乒乓球鼓起来;球内空气受热膨胀，就能使瘪的乒乓球鼓起来。）
师：固体受热能发生体积膨胀吗？同学们能利用简易器材展开实验探究吗（提供铜球、铁环、酒精灯、火柴）？气体受热能发生体积膨胀吗？同学们能利用简易器材展开实验探究吗（提供矿泉水瓶、气球、热水）？
（学生经过实验，发现本来能通过铁环的铜球在受热后体积膨胀，不能通过铁环;开口套上瘪气球的矿泉水瓶，瓶内空气受热后体积膨胀，使气球体积明显发生膨胀。）
师：同学们通过实验探究发现，固体和气体都能受热膨胀，而且气体的体积变化更明显。现在请支持三种猜想的同学分别举一下手？
（支持猜想三的同学明显增多。）
师：是不是因为猜想三有更多的同学支持，它就一定是真理呢？
生：未必，需要继续探究。
师：就利用瘪乒乓球，还可以怎样进一步探究？
（学生思考、讨论后认为：可以把瘪乒乓球戳个小孔，泡入热水，看看去除球内空气受热膨胀的因素，单凭球壳受热膨胀是否足以使瘪的乒乓球鼓起来。学生实验探究，发现单凭球壳受热膨胀不能使瘪的乒乓球鼓起来。最后同学们一致认为，通过加热的方法使瘪的乒乓球鼓起来的主要原因是：球内空气受热膨胀。）
案例4中学生通过实验发现物体受热膨胀，但使瘪的乒乓球鼓起来的原因是什么，究竟是谁受热膨胀？提供有结构的材料让学生探究。探究发现，固体和气体都能受热膨胀，而且气体的体积变化更明显。但使瘪的乒乓球鼓起来的决定性因素是什么？再次实验，发现主要原因是球内空气受热膨胀使瘪的乒乓球鼓起来。通过多层次的分析、对比，突显事物的本质特征和属性，建构了科学概念。
五、结语
科学概念的建构，对于小学生而言无疑是一个复杂的思维过程。当我们已习惯程式化的科学探究操作时，切不可程式化学生的思维。我们唯有在关注科学概念获得的同时，加强对学习者认知形态的透视分析，遵循学习者的认知规律，才能有助于学生经历科学概念本质的真正转化，构建科学概念体系。其实，科学概念教学不仅承担着具体科学概念的教学任务，还应承担起建构和发展学生认知方式的任务。只有学习者的知识结构和认知结构得到和谐同步的发展，才是科学概念教学的本质追求。
参考文献
[1]郑毓信《科学教育哲学》.四川教育出版社。
[2]张红霞《科学究竟是什么》.教育科学出版社。
[3]王晶莹《科学探究论》.华东师范大学出版社。
[4]《科学（3—6年级）课程标准》（实验稿）.北京师范大学出版社。
作者简介
雷富平，男，1973年生，本科学历，中学高级教师，盐城市小学科学学科带头人，江苏省教育科学“十二五”规划课题《在小学科学课堂教学中构建学习共同体的研究》主持人。
关键词：科学概念 科学探究 自主建构
小学科学课程的改革，从以“自然知识”为核心的性质转为“科学教育”的性质，经历了科学作为知识、科学作为过程、科学作为探究的三个发展阶段。我们从追求事实性知识转变到关注科学概念，实际上是从“科学作为知识” 向“科学作为探究”的质性转变。从学习科学的角度来看，有用的知识是围绕重要概念或“大观点”来联系和组织的。“科学作为探究”正强调了学生对科学的理解，指向科学概念的教学需要学生经历探究式的学习过程。基于这样的认识，笔者在科学教学实践中对学生科学概念的建构予以关注和研究，现结合科学课堂教学案例作些回顾和梳理，以求教于广大同仁。
一、记忆：科学概念的虚假建构
“科学概念并不是为儿童所掌握和记忆，也不是用记忆汲取的，而是借助他们自己思维的全部积极性的最紧张工作而产生和成型的。”
——维果茨基
【案例1】《声音的产生》教学片断
1.让学生听各种各样的声音，并提问：关于声音，你有哪些问题想知道？
2.形式化的猜想后，提出本课要研究的问题：声音是怎样产生的？
3.给出各种材料（如尺、橡皮筋等），要求学生通过拨、弹等方法使它们发出声音，观察发声时物体的运动状态并交流。
4.在交流的基础上，初步得出：物体振动了，就会产生声音。
5.以“用嘴吹空瓶子产生声音”来验证气体发声也是振动的结果。
6.以“要使产生的声音消失怎么办”这个问题，从反面再验证声音是由物体振动产生的。
7.讨论“人说话的声音是怎样产生的”，组织学生对概念加以运用。
案例1中学生虽然参与了模仿实验、比较归纳等活动，在行为层面上有了主动的表现，但一系列的思维活动大都是在教师的指令下开展的，缺失内在的诱因，认知状态未被主动开启，导致认知活动仅停留在记忆层面，而没有真正触及学生的认知内核。对“物体的振动产生声音”这一概念的获取过程看似流畅、简洁，实际上让学生能感知的具体事实的量与质偏弱，概念概括偏早，缺乏对学生认知生长点的“探底”过程，本应富有思维含量的抽象活动缺失了思维活动的渐进性，没有真正实现概念的“自然生长”。
二、前概念：科学概念的建构源头
“影响学习最重要的因素是学生已经知道了什么，我们应当根据学生原有的知识状况去进行教学。”
——奥苏贝尔
【案例2】《物体在水中是沉还是浮》教学片段
（教師提供一组材料：泡沫、回形针、牙签、瓶盖、西红柿、蜡烛头、石头。）
师：今天，老师给大家带来了一些物体，这些东西同学们都认识吗（投影出示）？如果把这些物体放入水中，可能会出现什么现象？你认为哪些物体会沉、哪些物体会浮呢？填写表格，并说一说猜测的理由。
（学生开始猜测并填写猜测理由，然后实验并汇报实验结果。）
师：为什么会推测错呢？刚才你们是根据什么来推测物体沉浮的？
生：大小、轻重。
师：物体在水中是沉还是浮，和大小、轻重有关吗？
生：是的。
师：按照物体的轻、重不同排列，然后按照大、小不同排列。现在，你又有什么发现？
生：物体在水中是沉还是浮，好像和大小、轻重无关。
师：同学们，我们明明感觉到物体沉浮和大小、轻重有关，可是，老师提供的材料为什么又使这两个因素无关了呢？物体在水中沉浮究竟和什么有关？我们应该选择怎样的一组材料来观察呢？
生：应该选择大小一样、轻重不同的一组材料。
生：应该选择轻重一样、大小不同的一组材料。
师：是啊！当有两个因素共同起作用的时候，我们就要对其中一个因素进行控制，再来研究另外一个因素，这是科学研究中常用的方法。
（教师分别提供学生所述的两组材料，通过观察材料的特点，进而开展实验。）
案例2中，教师从暴露学生的前概念开始，通过有结构的材料，引起学生的概念冲突，促使学生开始重新思考前概念的正确性。经过思考、交流，教师再次提供有结构的材料，并不断“搭桥”，材料一步步改变着学生的前概念，概念箭头直指科学概念。
三、错误：科学概念的建构资源
“科学就是在改正一个又一个错误的基础之上发展起来的。科学经常会得出不正确的结论，但是，这些结论不是最终的，而是暂时的。”
——卡尔·萨根
【案例3】《电和煤气烧水，哪个更合算》教学片段
某市煤气涨价，家长纷纷抱怨。一位小学六年级同学在科学课后问老师：妈妈说煤气又涨价了，不知道现在烧一壶水用煤气合算还是用电更合算。老师，你说这个问题我们能研究吗？
老师在班上鼓励了这位同学，并请大家都来研究这个问题。但如何开展探究，探究方法是什么，老师没有给予具体指导。
各小组探究后，教师组织同学们在班上交流，结果得出了不一致的结论，有的说烧一壶水用煤气省钱，有的则说用电省钱，争论不休。
教师：同学们，每个小组都得出了自己的结论，大家的结论并不一致，可是大家都觉得结论只能是一个，而且都觉得自己的对。请同学们思考：我们仅仅这样争论下去，都说自己是对的，能最终得出结论、判断出谁对谁错吗？
教师：大家刚才都说了，要公开展示各自的研究过程、方法和统计的数据，让大家一起来质疑、来评价。下面，咱们各小组一个一个地说。 ……
教师：通过刚才各小组的过程、方法和数据展示，以及同学们自己的质疑、批评、讨论，大家知道了，要公平地对比两种烧水方法的花费大小，必须注意一些探究的规则。哪个小组没有做好，自己再总结总结，想好了就给大家说一说。
……
教师：无论是从成功的探究中总结的经验，还是从失败的探究中总结的教训，这次经历让每位同学都有了不少收获。这就是挫折和失败的教育价值。我们说“失败是成功之母”，从自己的挫折和教训中得到的收获对自己的长进有时更有影响。
……
在案例3中，学生知识建构的自主性很强。问题是学生自主建构的，探究方案的设计、探究过程的展开、探究结论的得出在较大程度上也是学生自主完成的。学生不仅自主建构了关于不同烧水方法合算程度的知识，而且通过亲历探究，自主建构了探究过程中变量控制和实验效度的概念。学生在探究、建构的过程中不是被动地接受知识，而是在寻找知识、诘问知识、评判知识。在这个过程中学生会遭遇挫折和失败，甚至出现花了很长时间和精力却找不到确切答案的现象。正是这个过程给了学生从错误、挫折中学习的机会。错误应看成是学生积极参与和共同建构概念过程中必然伴随的现象，是“入门”的积极信号，学生的错误具有积极的、正面的、不可替代的教育价值。教师的宽容能让学生有一种心理安全感，愿意表达与众不同的见解，能够增强学生的自信，相信经过自己努力会成功。
四、探究：科学概念的自主建构
“指导学生通过大量的自由探究活动，以此来建构他们自己的科学概念。”
——大卫·马丁
有意义学习指的是学生将经验、概念、原理、知识框架建构起联系的过程，正是在概念之间和概念内建立联系的过程中产生了有意义学习。建立概念之间联系的重要方法是类比，它是促进学习者在已有概念和知识的基础上建构新知识的有效工具。在暴露学生前概念的基础上，要充分挖掘学生前概念中可以利用的因素，亲历科学探究过程，寻找前概念与科学概念之间的差异与内在联系，为科学概念的建立牵线搭桥。
【案例4】《使瘪的乒乓球鼓起来的决定性因素是什么》教学片段
师：乒乓球瘪了，谁有办法使瘪的乒乓球鼓起来？
（学生讨论出两种方法：用热水泡;用电吹风吹热风。）
师：这两个方法到底行不行？小组同学不妨试一试。
（学生实验，两种方法都可以使瘪的乒乓球鼓起来。）
师：同学们发现，用加热的方法可以使瘪的乒乓球鼓起来，这是什么原因呢？
生：受热膨胀。
师：使瘪的乒乓球鼓起来的决定性因素，是因为谁受热膨胀了呢？
（学生提出了三种猜想：乒乓球壳和球内空气受熱膨胀，两者共同作用，缺一不可，使得瘪的乒乓球鼓起来;乒乓球壳受热膨胀，就能使瘪的乒乓球鼓起来;球内空气受热膨胀，就能使瘪的乒乓球鼓起来。）
师：固体受热能发生体积膨胀吗？同学们能利用简易器材展开实验探究吗（提供铜球、铁环、酒精灯、火柴）？气体受热能发生体积膨胀吗？同学们能利用简易器材展开实验探究吗（提供矿泉水瓶、气球、热水）？
（学生经过实验，发现本来能通过铁环的铜球在受热后体积膨胀，不能通过铁环;开口套上瘪气球的矿泉水瓶，瓶内空气受热后体积膨胀，使气球体积明显发生膨胀。）
师：同学们通过实验探究发现，固体和气体都能受热膨胀，而且气体的体积变化更明显。现在请支持三种猜想的同学分别举一下手？
（支持猜想三的同学明显增多。）
师：是不是因为猜想三有更多的同学支持，它就一定是真理呢？
生：未必，需要继续探究。
师：就利用瘪乒乓球，还可以怎样进一步探究？
（学生思考、讨论后认为：可以把瘪乒乓球戳个小孔，泡入热水，看看去除球内空气受热膨胀的因素，单凭球壳受热膨胀是否足以使瘪的乒乓球鼓起来。学生实验探究，发现单凭球壳受热膨胀不能使瘪的乒乓球鼓起来。最后同学们一致认为，通过加热的方法使瘪的乒乓球鼓起来的主要原因是：球内空气受热膨胀。）
案例4中学生通过实验发现物体受热膨胀，但使瘪的乒乓球鼓起来的原因是什么，究竟是谁受热膨胀？提供有结构的材料让学生探究。探究发现，固体和气体都能受热膨胀，而且气体的体积变化更明显。但使瘪的乒乓球鼓起来的决定性因素是什么？再次实验，发现主要原因是球内空气受热膨胀使瘪的乒乓球鼓起来。通过多层次的分析、对比，突显事物的本质特征和属性，建构了科学概念。
五、结语
科学概念的建构，对于小学生而言无疑是一个复杂的思维过程。当我们已习惯程式化的科学探究操作时，切不可程式化学生的思维。我们唯有在关注科学概念获得的同时，加强对学习者认知形态的透视分析，遵循学习者的认知规律，才能有助于学生经历科学概念本质的真正转化，构建科学概念体系。其实，科学概念教学不仅承担着具体科学概念的教学任务，还应承担起建构和发展学生认知方式的任务。只有学习者的知识结构和认知结构得到和谐同步的发展，才是科学概念教学的本质追求。
参考文献
[1]郑毓信《科学教育哲学》.四川教育出版社。
[2]张红霞《科学究竟是什么》.教育科学出版社。
[3]王晶莹《科学探究论》.华东师范大学出版社。
[4]《科学（3—6年级）课程标准》（实验稿）.北京师范大学出版社。
作者简介
雷富平，男，1973年生，本科学历，中学高级教师，盐城市小学科学学科带头人，江苏省教育科学“十二五”规划课题《在小学科学课堂教学中构建学习共同体的研究》主持人。