基于科學前概念的教學設計與操作策略研究

徐小軍

[摘 要]科學概念是組成科學知識的基本單元，是科學知識結構的基礎。新課標指出要重視科學探究過程中科學概念的形成與發展，學生科學學習過程應該圍繞概念的建立過程來設計與實施。而學生在正式科學概念教學前，對前期生活現象、事物規律已經有了一定的認識，這就是前概念，前概念中與科學概念不相符合之處，易讓學生走進學習的誤區。所以，需要認識到前概念的存在，基于前概念實施科學教學組織與設計。

[關鍵詞]小學科學 前概念 教學設計 操作策略

[中圖分類號] G623.6 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-9068（2016）18-079

學生在接受正式的科學概念教育之前，在日常生活中所感知的現象，通過長期的生活經驗積累而形成的對事物、現象的非本質的認識，稱為前科學概念，簡稱前概念。前概念也可以說是日常概念、迷思概念，其中有部分與當今普遍認可的科學理論一致，有部分不一致。學生普遍具有前概念認知，在小學教學中，不能忽視學生的前概念存在。為避免前概念對學生科學知識形成的影響，也為避免學生進入誤區，應該基于教學規律，遵循以人為本、因材施教的教學原則，采取有效的教學方案和操作策略，提升小學科學教學質量與效果。

一、教學前期預測，全面凸顯出前概念

前概念對于學生的影響是未能預知的，需要做好教學前期預測，制定具有針對性的應對策略。在科學知識教學前期，教師需要認真與學生對話，包括知識、思想上的對話，采取多元化的方法，讓學生將自己的前概念凸顯出來。小學科學教學實踐中，教師需要認識到前概念對學生學習的影響，制定好預測結果和應對計劃。

如“空氣的性質”單元教學時，若教師直接進入正題，還是講述空氣無色無味，但是有重量、有體積，那么會讓學生感到不能理解、一臉茫然。日常生活中，學生認為空氣是無色、無味的，也沒有質量和體積的，在這小節課程教學前，教師需要首先實施前期預測，讓學生說出自己對空氣的認知，再結合實驗探究，告訴學生哪些前概念與科學存在差異。如此，前概念預測和對應的實驗探究教學設計，深化了學生對空氣性質的理解。

設計實驗探究活動為：一是引導學生回顧反思，吹氣球、給輪胎打氣觀察到什么現象；二是在玻璃杯地步貼上一張彩色紙，將其倒扣在裝滿清水的透明玻璃容器中，完全浸沒再拿出來，發現彩色紙沒有濕；三是在塑料瓶中吹氣球，氣球口封住塑料瓶口，發現氣球吹不大；四是用細線、小棍制成小天平，讓左右2個氣球保持平衡，之后用針刺破其中一個氣球，發現小天平傾斜；五是解開吹好的氣體，正對著臉，臉感覺到了推動力；六是將氣墊壓在左手上，用右手擠壓氣墊，發現左手受到了壓力，拿開右手后，氣墊恢復到原來的樣子。

在教學前，做好教學前期預測，全面凸顯出前概念。了解到學生對空氣有前概念認知，且與現階段的科學知識相違背。為順利展開教學活動，提升教學質量，選用了小學科學實驗探究的學習方法，引導學生反思前概念，從而建立科學的知識體系，實現小學科學教學目標。

二、預設認知沖突，科學轉變誤差概念

前概念中有部分與科學概念相悖離，這也正是引導學生產生認知沖突與矛盾的較好的素材。認知沖突能激發學生的探究興趣和主動性，讓學生產生對新知識的好奇心，全身心投入到學習中。由此，小學科學教學中，教師可以抓住學生的認知沖突，通過預設認知沖突，把握時機，制定和實施應對方案，有效科學轉變誤差概念，實現高效教學。

如“聲音的產生”教學時，可以利用學生的前概念，預設認知沖突，激發學生思維與學習主動性。在教學時，一些學生回答，聲音通過擠壓產生的，因為擠壓泡沫塑料可以產生聲音，還有些學生表示，擠壓紙張不能形成聲音，認為聲音是通過摩擦產生的，因為紙、泡沫塑料都可以通過摩擦發聲。另一部分人則2個觀點都不贊同，說直尺不能通過擠壓和摩擦發聲，彈動。敲擊直尺可以發聲。在學生自主發言、討論交流之后，大家對“聲音是怎么樣產生的”沒有統一的答案。學生自主討論和交流，發現都不能說服大家，而且自己也被其他人的觀點說服了，表示聲音產生應該有其他原因。

預設認知沖突后，教師采取趣味實驗分析方法，引導學生學習各種發聲現象、發聲方式及“聲音產生的原因”“振動”等相關知識，轉變學生誤差概念，形成科學的知識體系。對比橡皮筋撥動有聲音、用力拉沒聲音；塑料尺拍打、撥動有聲音，用力彎曲沒聲音；小鼓拍打、敲擊有聲音，用力壓、按沒聲音，學生觀察現象和分析總結，發現發聲的時候，物體都在振動，而振動停止，聲音也停止，不發聲時，這些物體是靜止的。新概念圖式與前概念之間對抗，學生再次深入地討論交流、推理分析、反思總結，才能基于觀察和實踐探究，分析、抽象出鮮明的共性特點，歸納出科學結論，運用正確的科學概念來替代有偏差的前概念，形成“聲音靠振動發聲”的意識。

三、組織合作探究，建構科學概念網絡

新課改提出了以人為本、因材施教的教學策略，陶行知先生提出“教學做合一”的教學理念，認為學生需要在做中學，在學中教才能不斷地提升知識和能力。基于此，小學科學教學中，基于前概念的教學設計，為了讓學生認清科學前概念的正誤，辨別、總結出科學概念，可以引入合作探究策略，組織學生展開小組合作學習，在生活中探究與應用實踐，不斷建構科學的概念網絡，促進學生綜合能力提升。

如六年級“鐵釘生銹了”的學習，大部分學生觀察平時鐵生銹一般在空氣中，就得出空氣能讓鐵生銹的結論，部分學生發現潮濕的地方鐵容易生銹，就反駁“空氣讓鐵生銹”的言論，認為“鐵生銹的原因是水”。這些都屬于學生片面的認識，為了讓學生了解自己認識的片面性，也為了引導學生建構科學的概念網絡，組織學生展開合作探究，引導學生在實踐中建構科學概念網絡。

科學組織學生合作探究過程，讓學生自主了解和發現“鐵銹生銹的真正原因”。這一合作探究實驗需要在新課上課前，由教師組織引導學生在課前完成，可以是家里、學校實驗室等。設置單一對照實驗，準備幾個對比①密封透明玻璃箱中放一顆干燥的鐵釘；②玻璃箱敞開，鐵釘部分露出水面，一部分放在水里；③玻璃箱敞開，里面干燥無水；④鐵釘完全浸沒在水中，水表面放一些菜油。一段時間后，學生結合實驗現象發現，鐵生銹與空氣、水有關，只有這2個條件都滿足時，鐵釘才會生銹。

進一步引導學生分析，鐵生銹后顏色、形狀、彈性、導電性能、質地、敲擊聲等會不會發生變化，會發生哪些變化。鐵是生活中常見工具的原材料，是人類生活必不可少的一類材料，防止和減少鐵生銹問題的解決非常重要。“該如何防止鐵生銹呢？”提出問題后，學生進一步合作交流，從鐵釘生銹的原因分析出發，了解到可以從避免鐵與水、空氣接觸進行解決。合作交流生活中常見的防銹方法，并總結提出擦去水分、覆蓋搪瓷、噴漆、制成不銹鋼、鍍上不易生銹的金屬等方案。教師總結后，提出“防銹方法有這么多，為什么不同的鐵器會運用不同的方法，防銹還需要考慮什么？”將這一問題作為學生課后探究的問題，引導學生進一步在生活中學習和應用。

組織合作探究，是基于科學前概念教學設計中最為扎實的一步，也是引導學生建構科學概念網絡的關鍵策略。小學科學教學，需要關注學生知識與能力的同步生成，在分析、認清學生的前概念后，組織學生自主合作探究，辨析出前概念的對錯，建構完善、科學的知識網絡。

人們對事物的認知易出現先入為主的問題。學生在學習科學概念前，已有了一些前概念認知，在前概念影響下，學生會產生思維定勢，較易對教學質量和效果產生影響。小學科學教學時，需要基于小學生的認知發展規律與特點，通過教學前期預測、預設認知沖突、組織合作探究等步驟，讓學生認識到自身前概念的存在，并與科學概念對比分析，建立綜合的思維分析系統，通過感知、分析、應對、反思與總結，不斷幫助學生樹立科學概念，全面提升教學質量和效果。

（特約編輯 左 蕓）