基于核心素養下的初中科學概念教學探究

倪世民

【摘 ?要】 初中《科學》課程是一門以科學本質知識為基礎、提高學生科學素養為宗旨的綜合性課程，它對于幫助學生認識科學，提升科學素養有著積極的意義?；谥袑W生發展的核心素養，本文針對初中科學教學中的概念教學做出研究，采用理論結合教學設計的方式，從學科角度做簡要分析。

【關鍵詞】 核心素養 ?科學思維素養 ?概念 ?建構 ?教學 ?實驗

初中科學的教學中，通過讓學生認識、了解和學習自然界中的科學概念，提高解決實際問題的能力，在這一過程中，學生的個人素養也在不斷提高。毋庸置疑，這門綜合性的課程對學生的“學”與“用”都有著極高價值和重要意義。

一、基于科學思維素養下的概念教學原則

1. 突出概念的建構過程

直接進行科學概念的傳授是無意義的，也是沒有效果的，雖然看似是在模仿知識，但站在學生的角度上看仍然是一篇空白。因此，教師在實際教學過程中不應只用空洞的言辭和督促學生一味地單一背誦這種方式來進行概念教學，由傳統的“重視理論和結論”向“重視過程與方法”的教學觀念轉變，更傾向于學生在思想上、思維上的動態生成，強調學生在教學活動中的主體地位?！笆谥贼~不如授之以漁”，教師重要的是傳授給學生學習方法，由學會科學知識過渡到會學科學知識，從根本上提高學生的學習效率。經分析發現，學生在課堂教學中僅進行單一的聽講，學習效率達不到20%，而進行小組合作探究學習是40%，結合教師引導進行實踐探究的學習效率則是80%。由此可見，最為理想的教學方式就是充分發揮教師在課堂教學中的引導作用，讓學生通過親身體驗，來讓學生通過自己的所見所感去體會和感悟知識的組成和內涵，促進學生對未知事物的主動建構，使課堂教學更加靈動，也更具實效性。例如，在密度的教學中，教師出示實物，五個由小到大排列的正方體，提出問題：如圖所示，已知五個正方體均由兩種物質構成，五個正方體中V1最小，此外，4 V1=2V2=2V3=V4=V5，那么如何才能夠將五個正方體分作兩類？在五個正方體中，將2和3進行對比，2比3輕;將4和5進行對比，4比5輕，但1卻無法比較。教師讓學生進行分組探究，并進行思考：3和5或2和4是否可能是同一類物質，它們的體積關系與質量關系是怎樣的，是成正比增大還是相反的？經由實際體驗、觸摸和掂份量等方式，總結得出：2和4的質量與體積之比是成正比增大的，所以它們應該是一種物質;3和5的質量與體積之比也是成正比增長，故也應該是同一類物質，因此，同種物質的質量與體積的比應是一個定值。教師進行追問：正方體金屬塊不好比較，那我們是否可以對其進行質量和體積的測量……經過多個小組的測量結果顯示，正方體金屬塊1的質量是5的1/4，已知的體積也是1/4，所以，1和5的質量與體積比值相同。在引導學生親身探究實驗的過程中，感知“密度”這一概念，得出：物質的質量與單位體積的比值就是物質的密度。

2. 注重概念建構的合作探究過程

一個人的思維和能力畢竟是有限的，而且，科學學科也具有豐富多樣的實驗探究這一特點，通過實驗驗證理論。因此，教師在教學活動中更要組織多個學生共同進行學習，提高學生的合作探究意識，提升團隊協作能力，同時提高學習效率。在合作探究的過程中，不僅有幾率產生思維上的碰撞，產生對問題的新看法和解決問題的新方法，還能夠有效地帶動小組內的學習興致消極的學生，改進其學習觀念，實現生生互補，切實提高學生利用科學知識和科學思維解決實際問題的能力，營造和諧充實的科學課堂教學。例如，在變阻器的使用中，教師仍可以通過問題進行教學導入：改變導體電阻的最簡單方法是什么？學生結合所學知識可能會得出改變導體材料;改變導體橫截面積;改變導體長度……等等回答，緊接著教師就可以拿出直線式滑動變阻器來引導學生進行觀察，當鱷魚夾在鎳鉻合金絲上進行左右移動時，以改變電阻絲接入電路長度的方式，使燈泡的亮度發生明顯變化。引導學生通過小組討論探究，說一說直線式滑動變阻器的優、缺點，結合教材分析，其優點是構造簡單，制作簡便;缺點則是體積過大，不便于攜帶和操作。那么如何才能夠使變阻器在不減少電阻變化范圍的前提下，體積變得小巧，操作也更簡便呢？師生共同探究，通過改變導體長度，以及變換狀態，如螺旋狀等，使其變得更加精簡方便。同樣的，想創新就要面臨問題，在繞圈后相鄰兩圈的電阻絲會不會因為碰到而發生短路？學生就可以結合所學電學常識將滑片和電阻絲連接處的外衣刮掉，使金屬滑片在電阻絲絕緣的情況下與其導通，通過合作互動探究以及教師用問題加以引導的方式，認識并分析變阻器的各個組成部分，有效的幫助學生在探究過程中相互啟發，改進不足，自然地將變阻器的結構及原理內化于心。

3. 深化概念教學的設計探究過程

深化科學課堂教學，就要切實保證教學設計依托于學生科學素養的提升這一目標，在教學過程中加大提高科學實踐探究的比重，促進學生科學思維的形成與提升，以實踐檢驗真理，通過設計探究認識科學知識的本質，在此基礎上，形成內化不變的技能，提高學生的科學核心素養。例如，在“牛頓第一定律”的教學中，這一節知識是在學習了力的相關基礎知識后所進行的更深入的學習，因此本課的主要探究可以設定為探究力與運動之間的關系。通過將車輪朝上的小車倒放在桌面上，來引導學生觀察用力推動后和停止用力后的小車運動情況，并讓學生嘗試進行概括：物體的運動需要力的維持，力是維持物體運動的原因。接著，教師將小車的車輪朝下，再用力推動，現象是小車不會立即停下，從而引出教學主題：力對物體運動的作用究竟是怎樣的，二者之間的關系是什么？教師在教學中要能夠將問題轉化為一定的啟發性講述，這也是便于學生科學思維素養形成的關鍵。在分解這兩個問題的過程中，可以讓學生通過觀察靜止的小車，得出結論：靜止的物體不受力的作用會永遠保持靜止狀態。那么原本在運動的物體不受力時，會怎樣？研究物體所受阻力逐漸減小，可以推斷出該物體運動的變化，進而分析它在不受力時會做什么運動。就此提出兩個問題引導學生展開實驗探究：①如何改變阻力大小。②如何反映阻力對物體運動的影響。學生通過更換水平面，和給予小車同樣初速度的方式，來比較小車在不同水平面上的運動距離，分別可以用毛巾、木板或者棉布來進行。結論：表面越光滑，阻力越小，移動距離越遠;總結得出力是改變物體運動狀態的原因，進而引申出“牛頓第一定律”，完成概念的建構。

二、基于核心素養下的概念教學策略

1. 加強對易混淆概念的深化，引導學生理解概念本質

初中階段的學生已經具備了一定的抽象邏輯思維和對問題的主觀認識、分析能力，但仍存在過于淺顯和表面的現象，缺乏對問題更深入和綜合性的思考，此外，初中科學中有著很多字義相近但本質大不相同的概念，容易使學生造成混淆，也會對學生解決實際問題產生影響。因此，教師需要立足概念本質，強調對概念形成過程的建立，引導學生在從開始到結束的過程中，分析每一個組成部分，從而深化知識間的區別與聯系。例如，在能量的守恒與轉化中涉及到“功與功率”的概念，學生常會將功與電功的功率知識相混淆，教師在進行 “電路探秘”單元的概念教學時，應明確細化各個概念，對于額定功率，是指電器銘牌上所表示的電功率，也就是電器正常工作時所消耗的電功率;實際功率指的則是用電設備在實際用電過程中的單位時間內所消耗的能量。用電設備兩端的電壓可能與額定電壓相等，但也可能不相等，只有實際電壓與額定電壓相等時，額定功率才能與實際功率相等。從而使學生明確：用電設備的實際功率數值有無數個，但額定功率數值只有一個，通過對比區分概念本質，掌握概念內涵。

2. 探尋概念本質，明確建構意義

掌握概念可以分為兩種形式，一是通過了解概念的形成掌握概念;二是通過同化的方式掌握概念。科學學科中的許多概念都以同化的形式建立，而這種喚醒學生腦中記憶的方式，也更有利于學生探尋概念的本質核心，將新知與學生原有認知結構中的已有概念進行類比，不僅能夠找出二者的本質區別，還能夠實現概念建構的真正意義。例如，在“光的反射和折射”中，在進行利用光具座研究凸透鏡成像的規律這一實驗時，三個元件移動到同一水平高度，光屏上出現清晰成像，教師就此提出問題：①光屏所成像的性質是（）;②如果使蠟燭和凸透鏡的位置保持不變，撤去光屏后，是否依然成像？在該實驗過程中，學生對于實像和虛像的理解僅停留在表層，對成像原理缺乏深入探究，教師需要抓住“實像”與“虛像”兩個核心概念，讓學生通過調整焦距來感受概念，從而明確二者的區別：實像是實際光線的匯聚點;虛像是實際光線反向延長線的交點，故而得出問題答案，使學生建立對“像”的概念的認知，抓住概念的本質內涵。

3. 關注學生前概念對其學習的影響

所謂前概念，指的是自身通過生活經驗和常識對科學現象做出的解釋，不具備科學性和專業性。前概念在一定程度上會對科學概念的學習產生一定的干擾，對新概念的建構有一定的阻礙作用。教師在教學中需要在課前導入過程中充分了解學生已有的前概念，通過問題來引導學生在學習新知的過程中，改變、重新組合已有認知，糾正錯誤觀念，從而構建正確的科學概念。例如，在“密度”的概念教學中，教師可以提出問題：“鐵和木頭哪個更重？”學生可能會不假思索地回答鐵比木頭重，但事實真的是這樣嗎，教師進而引導學生，在不確定實際重量的情況下，不應憑借常識來判斷問題，例如一顆釘子和一塊木樁，就此引發學生的認知沖突，打破常規觀念，得出結論：體積相同的情況下，鐵的質量會比木頭要大，進而引出：體積相同的不同物體，質量并不相等。自然地進入到“物體每單位體積內的質量”這一概念的教學中。先通過提問的方式暴露學生錯誤的前概念，同時引發其認知沖突，使其在思考中糾正錯誤觀點，再在教師的引導下重新建構正確的科學概念。前概念是難以避免的，它是人生活經驗和普遍認知所導致的，教師應對其加以利用，而不是回避，使其成為促成新概念形成的轉化工具。

4. 展示概念建構思維過程，體現概念之間的聯系

概念圖的優勢就在于，能夠清晰地羅列出多個概念之間的結構、區別以及內在聯系，教師應多采用概念圖的形式來幫助學生明確各概念之間的區別與聯系，將多個概念整合成為一個知識結構，在這個網絡中能夠快速準確地找到任何具體概念，使學生系統地掌握所學知識。例如，在右圖中，就清晰地展示出了物態變化中所涉及到的相關概念之間的聯系以及能量的轉化。在概念教學中不僅要讓學生通過概念圖來記住概念之間的聯系和區別，還要逐漸地學會和掌握建構概念圖的方法，從而應用到其他知識的學習當中，形成學習能力。教師在教學中也要強調學生參與制圖的過程，而不是直接將圖傳遞給學生，在一步一步地建構、修改和反思中，逐漸完善知識結構，完善思維，形成科學的學習方法。例如，在學習“種群”“生物群落”以及“生態系統”這三個概念時，僅是表達關系的話，學生都可以做到，但在解決實際問題時卻總會出現錯誤的判斷。教師需要做的是將三者進行歸類，然后引導學生建立概念圖，在清晰的關系結構中掌握每個概念的本質。

類似這樣通過引導學生自主建構概念圖的形式，理清概念與概念之間的關系和聯系，深化科學概念的本質，提升學生的邏輯思維能力。

5. 創設情境，以實驗促進概念建構

趨于真實的問題情境，更利于激發學生的探究欲望和學習興趣，在學習過程中也更易于提取重要信息，方便在后續的學習中加以應用。教師通過問題導入的方式，創設教學情境，加上實驗探究的輔助，實現學習興趣與概念建構效率的雙提升。例如，在“水的浮力”教學中，這一節的知識從表面上來看，對于初中生來說很容易且能夠理解，但在涉及到物體下沉時，學生卻很難做出準確的判斷，因此，導致對于浮力概念的理解也只能夠停留在表面，沒有理解和掌握概念的核心。對于此，教師可以設計實驗，讓學生將乒乓球或礦泉水瓶在水中進行按壓，感受浮力，進而提出問題1：為什么乒乓球和礦泉水瓶不會下沉，反而上??？感受這種力，即浮力。接著換用鉤碼來重復剛才的實驗，問題2：鉤碼有沒有受到水的浮力？在探究過程中，讓學生觀察彈簧秤在鉤碼下沉過程中的讀數變化，對其進行受力分析，從而抓住問題的本質。整個探究過程，關注鉤碼從沉入水中到離開水面時，彈簧秤的讀數變化，使學生理解能夠下沉的物體同樣也會受到浮力作用?；趯W生的認知思維特點進行教學，滲透科學核心素養，使學生從感性認知上升到理性認知，有效地發展其科學思維品質。

再如，在“為什么會降水”一節中，涉及到“濕度”的概念教學，教師可以播放專題短片《濕度和身體健康》，安排學生進行一個簡單的實驗，拿出兩個燒杯，分別裝上相同質量的冷水和熱水，并在兩個燒杯上面各蓋上一片玻璃，教師提出問題：玻璃的下表面會出現什么現象？為什么會出現這樣的現象？冷水杯和熱水杯的上面的玻璃那一片水汽較多呢？如果水汽不斷增多的話，會出現什么現象？進行觀察和思考。分析得出：冷水杯上方盡管有水蒸氣但并無明顯現象，相反，熱水杯上方則出現了水霧。由此可見，水蒸氣是肉眼看不見的，所謂“白氣”是由水蒸氣液化后所形成的小液滴，溫度越高，空氣中的水汽含量也就越多。最終得出結論：在地面條件相近的情況下，溫度越高，濕度越大。

三、基于核心素養下的科學概念教學設計

1. 教學目標

義務教育階段的課程教學目標主要包括知識與技能，過程與方法，情感態度與價值觀三大方面。依據科學學科的核心素養中的三方面、六大素養將科學核心素養滲透到教學目標中，結合多個要點確定一堂課的多維教學目標。首先三方面包括文化基礎、社會參與以及自主發展;六大素養包括人文底蘊、科學精神、實踐創新、責任擔當、學習方法、健康生活;其中所涉及到的多個要點，選取其中具有代表性的幾個進行說明。①人文底蘊中的人文情懷：通過科學的方法來探究物質的相互轉變，在真實體驗中感受物質變遷和科學進步的發展過程。②實踐創新：掌握簡單的實驗方法，其中包括觀察、實驗、采集和處理信息的基本技能。③理性思維：崇尚科學，養成科學與真理至上的思維習慣，運用科學思維認識事物，解決實際問題。④自主發展，健康生活：珍愛生命，樹立與自然界和諧相處的生活態度，認識自我，健康生活，理性規劃。

基于核心素養下的初中科學教學目標幾乎涵蓋了培養全面發展人才的基本素養，核心素養中的文化基礎，社會參與及自主發展等內容，都在初中科學教學中得到了全面的體現，也能夠積極促進人的全面發展。

2. 教學過程

充分借鑒建構主義的教學方法，根據教育教育教學的實際情況，其中包括支架式教學法、拋錨式教學法、隨機導入教學法以及任務驅動教學法。

3. 教學評價與反思

學科核心素養下的教學評價與反思，貫穿于教學過程的始終，強調對學生興趣的激發，對學生自主能力的尊重，引導教師能夠進行科學的自我評價，激發學生多種多樣的有效的學習方式，也包括對課后的學習情況的評價。

四、基于核心素養下的概念教學分析

《探索堿的本質》

教學目標：人文基礎——科學精神——理性思維：①了解什么是堿;②堿的通性;③分辨氫氧化鈉以及氫氧化鈣。勇于探究：①以小組探究的形式展開實驗教學，加強學生的團隊協作能力和實踐精神。社會參與——實踐創新：①掌握如何正確使用氫氧化鈉;②通過學習氫氧化鈉和氫氧化鈣的相關知識解釋生活中遇到的實際問題;③通過實驗探究，歸納出堿的通性。

教學過程：

1. 創設問題情境，導入新課

通過上節課《探索酸的性質》我們了解到了生活中常見的酸，除此之外，大家還知道生活中有哪些堿性物質呢？通過生活常識回答教師提出的問題，“肥皂、洗衣粉、食用堿、小蘇打、水泥……”那么，究竟什么是堿呢？根據堿的定義：電解質電離時所生成的負離子全部是氫氧根離子的化合物，再根據堿在水中的溶解性還可分為可溶性堿、微溶性堿和難溶性堿。在對堿進行初步認識和了解后，進行下一步的教學：設計堿+指示劑的反應實驗：該反應旨在引導學生觀察試管內的試劑顏色變化，從而學會讀取pH試紙上的值;通過對不觀察顏色的變化，掌握堿與堿溶液之間的區別。實驗過程：①實驗材料：NaOH、Ca（OH）2和酚酞、紫色石蕊、pH試紙。（強調：此處為什么要說明是堿溶液，而不說是堿，這是因為堿的溶解性所限制，比如氫氧化銅、氫氧化鐵等不溶于水，所以它們并不能夠使紫色石蕊和無色酚酞變色）。②堿+酸的反應：加入NaOH，滴入酚酞，再加入酸。結果：紅色褪去，說明發生反應;試管壁溫度升高，說明堿與酸發生反應。③堿+非金屬氧化物=鹽+水：該實驗在于通過今日所學知識來進一步明白堿能夠和更多的非金屬氧化物產生反應。實驗結束后，教師提出問題：如果要吸收或者去除二氧化碳，可以選擇什么溶液？寫出它的化學式。如何檢驗二氧化碳是否被完全吸收？其現象是怎樣的？寫出它的化學方程式。出示多媒體課件，展示生活實例：生產硫酸的工廠所排放出的廢氣里含有二氧化硫，這是一種污染環境的有害物質，如果在排放廢氣時將廢氣通過氫氧化鈉溶液，則可以大大減少二氧化硫的含量，通過一個短視頻幫助學生了解相關知識。④通過觀察堿+鹽的顏色反應，來分析實驗前后的溶液顏色變化現象的原因。堿+鹽=新鹽+新堿：觀察NaOH+CuSO4溶液的反應;觀察NaOH+FeCl3溶液的反應。

在《探索堿的性質》一課中，充分地調動了學生的參與積極性，通過利用實驗的方式使每個學生都參與到了課堂教學中來。例如，在“堿的通性”相關實驗中，需要讓學生來觀察試管內的溶液顏色變化，讀取出pH試紙上所對應顏色的數值，通過探究實驗提高學生的學習興趣，在活動中輕松地掌握了本課的關鍵知識點。此外，在實驗環節中，通過自主設計、自主安排、自主操作進行實驗，并得出結論，在實驗過程中學生與學生之間相互協作，彼此交流，不僅能夠激發思維上的碰撞，還會對一些結論和細節的正確與否進行辯論，最后得出正確結論后，產生積極的成就感與自豪感，實現了知識的內化。在這一過程中，主要體現了核心素養中的寫作、交流、思維以及創造四個要素。在“氫氧化鈣的性質”這一部分中，教師可以出示生石灰、熟石灰、石灰乳、石灰水等實物來讓學生直觀地觀察和接觸到化學知識，使抽象知識與生活實際得到融合，更利于學生高效的進行學習和辨析不同物質的不同性質。在整節課中，教師基于學生的原有認知結構，從生活實例出發，引導學生逐漸進入新知的探索之中，并實現了知識的鏈接，同時，通過化學材料的實物展示，吸引學生注意力，使其具體形象在學生的腦中加深，更方便學生記憶。在教學過程的尾聲中，仍以實驗來結束教學，通過解決實際問題，鞏固所學知識和學習方法，切實提高教學效率。

綜上所述，基于核心素養下的科學概念教學，通過大量的實驗運用，以學生為主體，真正意義上體現了教學環節的開放性，整體教學過程學習氣氛濃厚，學生都能夠全身心地投入到教學之中;以學生為主體的科學概念教學，通過實驗的方式增強學生對概念形成的過程性體驗，感受知識從隱藏到被發掘的過程，最后在應用知識的過程體驗成功的感覺，提升學生實踐操作能力的同時，增強學生的內在理性思維，這也正是科學教學實踐意義的體現，有效地培養學生的創新能力。核心素養下的科學教學不僅是對知識的傳遞和遷移，更是在培養學生的人文素養以及自我綜合素質。

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