運用有效策略建構科學概念

葉鎮源

摘 要：科學概念教學，可以從設置學習情境、把握科學概念的內涵和外延、抓住本質特征內化科學概念、擇機進行科學概念的辨析、厘清前概念對學習的影響、合理運用概念圖等六個方面開展。

關鍵詞：科學概念；有效性；教學策略

科學概念是科學知識的基本組元，是科學知識結構的基礎。科學概念又是人們揭示研究對象具有的科學屬性的一種思維形式[1]。正確掌握科學概念是提高學生科學素養的必要前提。

科學概念教學，是形成學生科學概念的基本途徑，是科學教學的最基本、最重要的內容之一。但由于受教學評價體制、落后教學觀念等因素的影響，科學概念教學存在一些不良傾向。

要實施有效的科學概念教學，應該把握以下六個方面。

一、創設科學概念學習情境

這一環節教學策略的核心是創設概念學習情境，使學生產生感性認識，激發學生的好奇心和求知欲。著名教育學家杜威主張：教學是基于行動，不應該直截了當地注入知識，而應引導兒童在活動中獲得經驗從而習得知識。

案例1：力的概念教學流程設計（如圖1）

概念情境創設的主要策略有：（1）創設生活情境，讓學生回歸生活，體驗生活，感悟生活。在案例1中，通過“感受力”這一鮮活的生活化的情境設計，讓學生主動參與，親身體驗，從而引入力的初步概念；（2）創設探究情境，讓學生經歷科學探究過程中，體會科學概念的內涵。在案例1 中，通過創設“每一種力的作用都涉及幾個物體”、“不直接接觸的物體間能否產生力的作用”、“ 物體間力的作用總是相互的嗎”、“ 力能產生怎樣的效果”等一系列探究情境，讓學生在相互合作交往中體驗、反思、探索“力”，從而建構力的初步概念；（3）創設直觀情境，利用模型或圖片，將一些抽象的、 看不見的東西直觀地呈現出來，使學生對概念的理解更加方便、有效。如在力的概念教學中，通過設置“擠壓玻璃瓶會發生形變嗎？”等探究，借助微小形變顯示裝置，不但讓學生直觀地掌握了力能使物體形變的知識，而且學到了“放大法”、“轉化法”等科學研究的方法。

二、把握科學概念的內涵和外延

科學概念的內涵是指概念所反映的對象、現象、過程所特有的本質屬性。科學概念的外延是指具有科學概念所反映的本質屬性的全體對象。如“力”這一概念的內涵為：力是物體對物體的作用；力不能離開物體而單獨存在；物體間力的作用是相互的等；外延有：力能產生怎樣的效果；力產生的效果跟什么因素有關；運動和力有怎樣的關系；重力、彈力、摩擦力等不同類型的力等等。教師只有切實在教學中把握住了概念的內涵和外延，學生才能更好地理解概念。

教師首先要有效組織承載概念內涵的活動， 幫助學生從活動中整理獲取重要信息，促進學生思維的活躍等都要依賴教學策略的合理運用。案例1力的概念教學流程設計，對應概念學習的引入、建立以及運用三個階段，建立了讓學生在活動中感受力，在探索中體驗力，在應用中體會力三個學習體驗的平臺。教師積極引導，使學生處于主動實踐，積極思考的探索狀態，讓他們主動地動腦、動口、動手，獨立地觀察、比較、聯想、歸納，在實踐活動中去感受、去發現，從而不斷建構屬于自己的有關力的知識，深化對科學概念內涵的領悟。

從案例1的流程圖還可以看出，教師把力的概念建立的過程設計為讓學生在教師的引導下，探索研究、親身體驗、主動建構概念的過程。在這個師生互動的過程中教師的主要作用是進行科學方法的引導，使學生在知識建構的過程中，體驗獲取知識的方法，提高對科學概念外延拓展的學習能力。

三、揭示科學概念的本質特征

美國教育心理學家奧蘇伯爾認為掌握概念有兩種形式，一是概念形成，二是概念同化。初中科學許多概念是以同化的方式建立的，它是利用學生認知結構中原有的概念，把新概念的本質特征與學生認知結構中有關概念關聯起來，被它所同化，并納入原有的知識體系，便能理解新概念了。因此，用同化來建立新概念，關鍵在于揭示新概念與以前已知的有關概念相區別的本質特征。所以建立概念階段，要特別注意揭示概念本質特征的一些方法。

案例2：壓強概念的建立過程

學生活動 ：用一支鉛筆，第一次用鈍頭壓手心，改變壓力大小，觀察凹陷深淺怎樣變化；第二次用同樣的力，分別用尖頭和鈍頭壓手心，觀察凹陷的深淺。

歸納得出：①受力面積相同，壓力越大，產生的效果越明顯（第一類現象）；②壓力相同，受力面積越小，產生的效果越明顯（第二類現象）。進一步，進行實驗：將相同的砝碼盒放在相同厚度、不同受力面積的海綿狀泡沫塑料上，如表1中的圖甲、圖乙和圖丙。

師（實驗并設問）：比較圖甲與乙，相同小方面積上哪個受到的壓力大？相同小方面積受到的壓力大小跟壓力產生的效果有什么聯系？

生（討論得出）：相同小方面積上受到的壓力越大，效果越明顯。

師（設問）：若壓力不同，受力面積也不同，如何比較壓力產生的效果？（對比實驗，如圖甲和丙）

生（觀察、分析）：①盡管壓力不同，受力面積也不同，但只要小方面積上受到的壓力大小相同，產生的效果相同。②只要比較相同小方面積上的壓力大小，就能比較壓力產生的效果。

師（引導學生定量分析）： 每平方米（單位面積）受力面積上的壓力大小決定了壓力的效果，即壓力的效果可用單位面積上受到 壓力來表示。

案例2在揭示壓強概念的本質特征的過程中，教師設計了在海綿狀泡沫塑料上畫相同的小方格，壓力的效果用海綿凹陷程度來顯示，每個小方面積上受到的壓力是砝碼重力的幾分之一，學生一目了然，從定性分析著手，有效溝通了“相同小面積上受到壓力的大小”跟“壓力產生效果”之間的聯系，再從分析第二類現象入手，通過定量分析，揭示壓強的本質特征，進而用定量的結論來分析第一類現象，從而使學生順利地同化了概念。

初中學生的抽象邏輯思維尚未發展完善，具體的形象成分在思維過程中仍起著重要作用，難以直接理解許多抽象科學概念。抽象的科學概念需要通過 “架橋”類比策略幫助學生建立前概念與科學概念之間的關系，促成概念理解 。“架橋”策略符合維果斯基的“最近發展區”理論觀點，能有效地促成概念的轉變。案例2中，從“相同受力面積比壓力大小”、“相同壓力比受力面積大小”這兩種常規的比較壓力產生效果的方法為切入點，搭建了這兩類現象都可以通過“比較單位面積上受到壓力的大小來比較壓力產生的效果”這一“橋梁”，突破了第三類現象“在壓力和受力面積均不相同的情況下如何比較壓力產生的效果？”這一教學難點，順利實現了概念的同化，也為這類概念的建立提供了一種有效的學習方法。

四、擇機進行易混淆科學概念的辨析

科學概念還具有多重抽象性和精細性這兩個特殊屬性。選擇恰當的時機，引導學生通過辨析來區分易混淆的科學概念，能幫助學生克服科學概念的多重抽象性和精細性帶來的學習困難。一般地說，在領會階段學生對易混淆的概念較難區分，因為正確的科學概念尚未掌握，沒有比較區別的基礎。區分易混淆的概念，最恰當的時機，往往在概念的深化和活化階段，此時除了文字、公式、單位、條件等宏觀的對比之外，還應根據科學概念的精細性，適當追述概念的建立過程，從本源上分析出易混淆的原因。因為單純的對比，僅有助于外觀的分辨和記憶。真正有效的辨析，還必須引導學生透徹理解其不同的科學本質。

案例3：壓力與壓強概念的辨析

師：如圖2甲，把一個凸型物體平放在天平，加砝碼使之平衡，若將物體倒放（圖2乙），則天平是否仍能平衡？為什么？

生（A）：不平衡，因為受力面積減小了。

生（B）：仍平衡，因為物體的質量沒變。

生（C）：不確定，他們說的好像都有道理（眾笑）。

演示圖2甲、圖2乙，學生討論，分析。

再演示圖2丙：將兩個相同的凸型重物用兩種不同的方式放在面積不同、但厚度相同的海綿狀泡沫塑料上，讓學生比較、分析、討論……

概念的運用，是概念的具體化過程，而概念的每一次具體化，都使概念進一步豐富和深入。通過對概念的變式分析、習題訓練，使學生鞏固概念，這是必要的。但由于概念所反映的事物本質特征往往隱蔽在非本質特征之中，概念和概念之間的聯系和區別易使學生混淆，在這里，往往需要突出類比方法。案例3正是抓住了壓力與壓強這兩個概念的本質特征進行合理類比，突破了學生的思維障礙，提升了概念教學的有效性。

五、厘清前概念對學習的影響

前概念是指學生在學習科學概念之前按照自己的習慣、經驗、思維方式對問題、現象進行主觀判斷的一種心理趨向， 包含學生在日常交往、個人生活、各種活動中的所有經驗。此類概念良莠不齊，有些是經過生活觀察后的正確總結，而有些則是把概念的內涵擴大或縮小了[2]。

對于正確的前概念，我們在概念教學時應充分加以“正遷移”，使學生在認知上進行同化，豐富自己原有的知識結構。如速度、地球的形狀、生物的應激性等概念，學生都能較好地理解。對于片面的甚至是錯誤的前概念，我們應設法消除其“負影響”，使之順應為新的科學概念，進而構建正確的科學概念體系，只有這樣才能真正提高概念教學的有效性。如學生常常認為下滑的物體受到一個下滑的力；重的物體下落的速度快；踢出的足球在空中飛行時受到一個推力；用力推講臺桌沒推動，是因為推力小于摩擦力；力是維持物體運動的原因等等。這些前概念，如果教師處理不好，就會產生負遷移或阻礙對科學概念的理解。

在概念轉變的科學教學中，教師為促使學生實現概念轉變，必須要厘清學生的前概念對掌握新概念的影響，以此為出發點，設置合理情境，使學生產生認知沖突，并適時引出科學概念，幫助學生解決認知沖突，實現概念轉變。案例3中，教師利用現有實驗設備、 器材，組織安排實驗探究的順序，精巧設計了“天平稱量”這一成本低、趣味濃、創意新、有違學生“常識”的實驗，吸引學生的注意力，激活學生的思維，通過合理的比較、類比，從根本上動搖并推翻學生錯誤的前概念，為建構壓強的概念奠定了堅實基礎。

六、嘗試運用概念圖開展教學

在教學研究領域，科學概念并不是傳統意義上的簡單文字定義，而是包含了能夠反映事物各方面屬性的一個關系總和。因此，概念與概念間的關系成為概念學習的關鍵。概念圖是一種能形象表達命題網絡中一系列概念含義及其關系的結構化圖形，利用概念圖可以構建出特定知識領域的結構[3]。概念圖的構建形式多樣，不拘一格，例如下列兩個概念圖，就是比較常見的構圖形式。

在科學概念教學中，概念圖可以作為一種評價工具來探測學生已有的概念，評價學生概念的轉變與發展；概念圖還可以作為一種科學概念的教學工具在問題解決、交流合作、反思感悟、復習鞏固等環節有機運用。

參考文獻：

[1]喬際平，續佩君.物理教育學[M].南昌：江西教育出版社，1992：129-135.

[2]李高峰，劉恩山.前科學概念的研究進展[J].內蒙古師范大學學報（哲學社會科學版）， 2007 （7）：46.

[3]蔡鐵權，姜旭英.新編科學教學論[M].上海：華東師范大學出版社，2008：135-167.