概念遷移 實驗創新 過程演繹

顧美麗

摘要：以初中科學“機械運動與力”這一主題為切入點，分析并梳理華師大版科學教材中相關部分的知識，篩選并提煉出該主題下的核心概念，結合教學實例探討“機械運動與力”主題下一系列核心概念的教學策略。

關鍵詞：機械運動與力；核心概念；教學策略

從自然課堂到科學課堂，有一個重要的變革，那就是更注重學生科學探究能力的培養。分層教學，讓不同層次的學生都得到發展；以學定教，讓學生的學習基礎與經驗作為教學內容和教學方式的依據；學為中心，讓學生的探究活動成為整個課堂教學過程的中心。然而，教師仍存在著這樣一個誤區：科學實驗+小組合作=科學探究，純粹的知識記憶的淺層次教學現象、大量習題的重復訓練的應試教學現象在教學實踐中仍普遍存在。

2011年7月，美國國家研究理事會頒布了《K-12科學教育框架：實踐、跨科學概念和核心概念》，該框架認為科學教給學生的應該是核心概念，而不是零碎的、分散的知識。科學核心概念提供了知識的組織構架，它有助于學生建立系統的科學概念體系，有助于學生進行知識的鏈接和拓展，發展連貫性的知識體系，為深度學習奠定基礎。筆者以初中科學“機械運動與力”這一主題為切入點，在認真研讀《初中科學課程標準（2011年版）》的基礎上，分析并梳理華師大版科學教材中相關部分的知識，篩選并提煉出該主題下的核心概念，結合教學實例探討“機械運動與力”主題下一系列核心概念的教學策略。

1核心概念的界定

周光召先生在為《科學教育的原則和大概念》一書作序時寫道：“科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而是應當慎重選擇一些重要的科學觀念，用恰當、生動的方法，幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解，初步形成科學態度，掌握科學方法，了解科學精神，構建一個人健康協調發展的基礎。”其中“重要的科學觀念”所指的即是核心概念。那么，究竟什么是核心概念？

核心概念最早是西方科學教育者提出來的，不同學者有不同的表述方式，如“關鍵概念”、“大概念”、“基本概念”等等。2013年4月正式頒布的《美國新一代科學教育標準》篩選核心概念的標準為：

（1）在多個學科或工程學科中意義顯著，或是組織某個學科的關鍵概念；

（2）為理解或研究某些復雜想法和解決問題提供了關鍵工具；

（3）能與學生的興趣和生活經歷相關聯，或能與社會及個人關注焦點所需要的科學技術知識相關聯；

（4）可在多個年級段教學，隨著年級段遞增，可逐步復雜，逐漸深入。

綜上，筆者認為初中科學的核心概念是指對學生發展最有價值最有意義的科學核心知識，它處于初中科學知識領域的中心，教師通過圍繞核心概念組織教學內容，達成對以往科學教育課程中零散概念的整合，在此基礎上組織科學實踐活動，使學生的“學”與“做”融為一體，在實踐中理解和建構科學概念。

2“機械運動與力”主題核心概念的梳理

初中科學課程是以對科學本質的認識為基礎、以提高學生科學素養為宗旨的綜合課程。筆者以《初中科學課程標準（2011年版）》為基準，以“機械運動與力”這一主題為切入點，分析并梳理了華師大版初中科學教材中的相關知識，篩選并提煉出該主題下的核心概念。

2.1“機械運動”部分核心概念梳理

“機械運動”相關內容主要分布在華師大版科學八年級上冊第一章第一節。在描述物體機械運動時，需要選取另外一個物體作為標準，這一作為標準的物體稱為參照物。參照物不同，對同一物體運動狀態的描述不同，進而理解運動與靜止的相對性。對物體運動狀態的描述，包括運動的快慢和方向，引入速度概念以比較物體運動的快慢，利用公式計算勻速直線運動的速度及變速直線運動的平均速度。

科學課程標準對于這部分內容的要求表1：

參照科學課程標準，分析并梳理教材中所呈現的相關知識，對“機械運動”這一部分核心概念進行如下篩選和提煉，見圖2：

2.2“力”部分核心概念梳理

“力”相關內容集中分布在華師大版科學八年級上冊的前三章。作為力學部分內容的開篇，教材通過一系列的活動體驗，通過對各實例的觀察和分析引出力的定義，歸納總結出力的作用效果：（1）使物體改變運動狀態，為進一步學習“運動與力”奠定知識基礎；（2）使物體發生形變，這是學習力的測量的理論基礎。從力的三要素角度出發，引導學生認識生活中常見的力（重力、摩擦力、彈力、壓力、浮力），通過實驗探究影響重力、摩擦力、浮力大小及壓力作用效果的影響因素。在此基礎上，引導學生辨析作用力反作用力與平衡力間的異同。在理解壓強概念的基礎上，探究液體壓強（對容器底部、側壁及內部）的特點，通過活動親身感受流體（液體、氣體）壓強與流速的定性關系。在認識浮力的基礎上，通過實驗認識阿基米德原理和浮沉條件，并解釋生活和生產中常見現象。

科學課程標準對于這部分內容的要求如表2

參照科學課程標準，分析并梳理教材中所呈現的相關知識，對“力”這一部分核心概念進行如下篩選和提煉，見圖3：

2.3“機械運動與力”部分核心概念梳理

“機械運動與力”這一內容分布在華師大版科學八年級上冊第一章第四節。運動和力是初中科學的核心內容。早在兩千多年前，人們就開始研究運動和力的關系。亞里士多德認為，力是維持物體運動狀態的原因。直到伽利略和牛頓時代，才形成運動和力關系的正確認識。牛頓第一定律指出了運動和力的關系，即力不是維持運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因。

課標對于這部分內容的目標和活動建議如表3：

參照課標，結合教材中所呈現的相關知識，對“機械運動與力”這一部分核心概念進行如下整理，見圖4：

3“機械運動與力”主題核心概念的教學策略

3.1概念遷移，理清前概念對核心概念學習的影響endprint

3.1.1促進正確前概念的“正遷移”

正確的前概念是科學學習的良好基礎和鋪墊，它的正遷移作用可成為科學核心概念學習的資源和新的生長點。力是物體對物體的作用，這個概念看上去非常簡單，卻是一個十分抽象的科學概念。力是真實存在的，力的概念和學生的日常生活有著非常密切的聯系。因此，力這一核心概念的教學可以立足于學生已有的對力的認識展開。

教學片斷1：力的概念及其作用效果

環節一：感受“力”，挖掘前概念

演示實驗如圖5：①手壓金屬片，此時金屬片受到力的作用嗎？

②手松開金屬片，小木板被彈飛，此時小木板受到力的作用嗎？

用文字進行描述，并記錄在黑板磁貼上：

通過教師的兩次實驗演示，引導學生判斷在這一過程中是否存在力，思考判斷力存在的理由，統一描述的句式，為后續的教學做鋪墊。

小組合作：利用實驗盒中的物品：海綿、橡皮筋、鐵球、磁鐵、小車，產生力，并采用之前的描述方式將過程記錄在黑板磁貼上，見圖6。

小組合作利用實驗盒中的物品產生力，并將過程記錄在黑板磁貼上，通過這一探究活動，充分挖掘學生已有的關于“力”的前概念，形成后續的教學資源。

環節二：定義“力”，建構新概念

對部分小組的描述進行分析，通過教師的反問，生生之間的互動使同學們認識到沒有生命的物體也能產生力，引導學生通過對力產生過程的分析，歸納產生力的條件，自然地引出力的定義：力是物體對物體的作用。

環節三：探究“力”，拓展新概念

借助上一探究活動生成的教學資源，引出力的作用效果這一概念，課堂教學由力的定義過渡到下一環節。學生以力的作用效果作為依據，對幾個過程進行分類，在分類中發現力能改變物體的形狀，同時關注力對小車的改變，拍攝各小組活動的過程，通過再一次的分類，歸納小車的變化包括運動快慢和運動方向的改變，引出運動狀態的概念。教師反問小車運動狀態發生改變的原因，總結力能改變物體的運動狀態如圖7。

3.1.2消除不正確前概念的“負影響”

對科學現象、過程、材料的片面或錯誤理解而產生的前概念，將會成為學生學習科學的障礙，這些錯誤的前概念如果得不到及時糾正，將影響核心概念的同化和順應。早在兩千多年前，人們就開始研究運動與力的關系。亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體便要停止運動，即力是維持物體運動的原因。沒有對運動與力進行深入探索的初中學生往往也認同這樣的觀點。因此，在這一核心概念的教學過程中，通過情境的創設暴露錯誤的前概念，在引發認知沖突的同時，借助實驗解構迷思概念，在實驗探究的過程中建立其正確的認識以解釋日常生活中的現象或解決新的問題，實現對科學概念全面的、準確的理解。

教學片斷2：牛頓第一定律

環節一：創設情境，引發認知沖突

播放視頻“大力士拉卡車”如圖8

思考：卡車最初處于什么狀態？后來卡車為什么會運動？

當大力士使盡了全身力氣，大卡車又將怎樣？

追問：大力士不再對卡車施加力的作用，這一過程中大卡車在水平方向上，真的沒有受到力的作用？如何使大卡車真正處于亞里士多德所描述的“不受力”的狀態？運動的物體不受力后真的將處于靜止狀態？

環節二：借助實驗，解構迷思概念

撤去拉力后的小車所受到的阻力，我們無法消除，但可以嘗試著去探究水平面上不同大小阻力對水平運動速度相同的小車運動情況的影響如圖9。

得出結論：水平面越光滑，小車運動時所受阻力越小，通過距離越大，速度減小越小。在實驗事實的基礎上，推理得到：運動的物體如果不受力，它的運動速度將保持不變，這便是伽利略所得出的結論。借助這一實驗探究，修正了學生原有的認知——力是維持物體運動狀態的原因。

環節三：呈現科學史，完善對核心概念的認識

笛卡爾在伽利略的基礎之上對運動的方向進行了補充。而牛頓則概況了伽利略、笛卡爾等人的研究成果，對靜止的物體不受外力作用時的情況進行了探討，得出結論：一切物體在沒有受到外力作用時，它們的運動狀態保持不變，包括保持靜止或保持勻速直線運動狀態。思考：在整個大力士拉卡車的過程中，卡車由靜止到運動再到靜止的原因是什么？力是改變物體運動狀態的原因。

3.2實驗創新，創設直觀情境促進核心概念的建構

教學中，通過創設概念情景，使學生獲得感性認識，利用對原有實驗裝置的改進和創新，將一些抽象的、看不見的東西直觀地呈現出來，使學生對核心概念的理解更加方便、有效。

教學片斷3：重力、壓力、摩擦力、浮力的方向

在重力、壓力、摩擦力、浮力方向的教學過程中，發現學生常常無法分辨“豎直向下”與“垂直向下”，對于摩擦力的方向是與相對運動或相對運動趨勢的方向相反這一點較難理解。這時，對于看不見、摸不著的力的方向，我們借助于水平面和重錘線幫助學生區分“豎直向下”和“垂直向下，”利用轉換法借助于壓力、摩擦力和浮力的作用效果“顯示”出壓力和摩擦力的方向。

3.3過程演繹，準確把握核心概念的內涵和外延

人的認識規律總是從簡到繁，從易到難，由淺入深。一個完整的科學概念的形成和掌握需要有一個發展的過程。追求一步到位式講深講透的做法是不符合學生的認識規律的。學生形成、領悟、鞏固核心概念先從直觀表象開始，經歷感覺、知覺，進而進行分析、綜合、概況等思維過程。演繹核心概念的形成過程，踏著科學家的研究足跡，提出問題、建立猜想、搜集證據、得出結論，在經歷完整科學探究的過程中，體會學者的睿智和科學的魅力。

教學片斷4：阿基米德定律

阿基米德原理是一個是實驗定律，它是在前面定性研究浮力基礎上的定量研究，即要讓學生知道浸在液體里的物體所受浮力的大小等于該物體排開液體所受重力的大小。那么，如何在探究影響浮力大小因素的過程中關聯到G排液這一物理量呢？

4小結

通過在日常的教學實踐后發現，核心概念的教學對培養學生嚴謹求實的科學態度，掌握科學合理的探究方法等具有較好效果，同時通過分析并處理所教章節的主要內容，嘗試促進正確概念的正遷移，消除錯誤概念的負影響，創新優化課堂實驗，演繹再現生成過程等方式，對幫助學生自主搭建知識結構框架，系統建立科學概念體系等方面都起到了積極地促進作用。endprint