初中科學概念深度學習的教學實踐

蔡麗紅

（浙江省寧波市鄞州區東錢湖中學，浙江寧波 315121）

引 言

實踐表明，初中科學概念是學生的學習難點，學生對概念的理解程度制約著其初中科學學業成績和可持續學習能力的提升。科學教育家韋鈺指出：“概念是組織起來的經驗，是基于事實、事件、特性、感知信息進行分類、推理和抽象出來的知識，它使我們能有效地認知、交流、發展我們對世界的認識。科學概念是指組織起來構成的、系統的科學知識。[1]”在初中科學課程里，概念往往以科學術語呈現，是對科學知識的高度凝練。然而我們不難發現，部分科學學習困難生學習呈片面化和零碎化，對概念缺乏深度理解，未能把生活現象、生活經驗和科學實驗進一步內化，缺乏應用概念解決問題的能力，更談不上把相關概念聯結起來。因而，其學習完一個個概念后頭腦中的知識仍處于零散狀態，得不到延伸和深化。

一、學生在科學概念學習方面存在的問題

（一）科學概念與生活經驗存在“兩層皮”的現象

科學源于生活實際，在學習科學概念之前，學生并非頭腦空白，任由教師填繪。在教學實踐中，教師應該創設一些學生的日常生活經驗作為學習情境，以此來喚起其已有的知識，激發學生的學習積極性，使其更好地學習科學知識，促進其科學概念的形成。盡管如此，學生在學習之初所習得的概念只是停留在短時記憶的層面，在其運用科學概念解決問題時仍需要回到生活經驗。這表現為對科學概念的表達用詞生活化、口語化而缺乏專業術語，在解決問題時不能從科學概念切入，而是用生活經驗來闡述事物或對其進行浮于表象的錯誤表述。

例如，在學習《探究液體蒸發快慢的影響因素》一節內容時，其科學概念是蒸發，生活經驗是曬衣服。為了能更好地喚起學生原有的知識，筆者在課堂教學中以生活中“曬衣服”的經驗為例向學生提問：“怎么曬衣服可以干得快呢？”這時，學習困難生可能難以用科學術語對其進行表達，他們往往又會回到生活化、口語化的表述層面上。當筆者在將知識遷移到“將酒精涂到手背上，為什么會有涼颼颼的感覺”等問題上時，他們則表現出了表達不得要領的情況，這表明筆者的教學未達到預期的效果。

從生活經驗中引入科學概念的學習方法是值得倡導的，但如果僅從單一的生活經驗中采取演繹的方式來推論出一個科學概念，那么學生會因為缺乏豐富的經驗而不能進行深度學習，導致其對概念的理解難以深入。由于其遷移、應用的能力不強，難免會出現科學概念與生活經驗“兩層皮”的現象。

（二）死記公式替代概念理解

在“以考代練，以考論學”理念的影響下，有些教師的教學注重功利性，教學是“快餐式”的，其會把科學概念條目化、公式化，讓學生通過記憶習得，以此代替公式解題來考查學生對概念的掌握程度。

例如，在“歐姆定律概念”的教學中存在這樣的問題：學生能用公式進行簡單的求算，但對于如何理解歐姆定律的概念，卻很少有學生能夠進行正確描述，絕大多數學生的腦海里只剩下了I=U/R，部分學生還錯誤地認為R=U/I是歐姆定律的公式。對于引入的公式，很多學生還停留在死記硬背的層次上，未能理解公式和概念的由來。他們認為背會了公式，在以后的做題過程中就能進行應用，其結果卻是對學生后續的學習和核心素養的培養帶來了阻礙。

目前，一個比較普遍的學習現象是學生不能深刻理解科學概念而一味地死記公式，導致其對概念和公式的理解過于片面化，甚至出現錯誤的認識。學生忽視了核心概念，偏重于代公式解題，不少學生出現解錯題的現象就在于其對概念的認識模糊不清，對公式的理解不到位。教師應當引導學生深度學習科學概念，從概念中來推出公式，而不是簡單地代公式計算，學生對于概念和公式的理解對于提高其解題能力和后續的學習十分重要。

（三）紙上談兵背實驗

不少科學概念源于實驗。實驗是科學之根，實驗教學是科學教學之基。如何通過有效的實驗教學幫助學生從中構建起科學概念是科學教學的關鍵。然而，有些學生并沒有從實驗中提煉規律、形成概念，而是在背實驗，這與教學脫離了真實的實驗進行紙上談兵有關。

例如，在教學《空氣中氧氣體積分數的測定》一節時，這節課需要基于實驗的測定才能得知“空氣是混合物，其中氧氣約占1/5 體積”的科學概念。如果教師不去做真實的實驗而是做“黑板實驗”，以講代做，單純地讓學生記憶實驗的過程和結論顯然無法讓學生進行深度學習。因此，學生并不清楚為什么要選用紅磷作為燃燒物質進行實驗，在能否選擇蠟燭、硫黃、木炭、鐵絲等作為消耗氧氣的燃料時產生誤判，不能深入分析物質燃燒時氧氣最低濃度對實驗產生的影響，在遇到變式問題時更是不知所措。科學學困生只停留在了對教材中的實驗單純背誦層面上，而缺乏解決問題的實際能力。

二、促進學生深度學習的教學實踐

（一）認知沖突激趣，實驗探究跟進

潘斯納等人提出了著名的“概念轉變學習”理論。其指出，在概念教學的過程中要讓學生產生原有認知結構和新知識之間無法包容的矛盾,或是在新知識與學生原有認知結構之間產生“不協調”，從而激發學生持續探究新問題、揭示科學本質、形成科學概念的興趣。

由于對自然或社會現象的理解存在局限，教師往往會受自己原始認知結構的影響，在教學中常引用生活中的經驗和事實為學生提供大量與其認知結構相反的實例。而以實驗探究跟進，從新的認知沖突中構建新的科學概念才是正確的教學方法。

例如，在《物體浮沉條件》一節的教學中，筆者經過調查發現學生普遍認為重的物體會下沉，輕的物體會上浮，物體的浮沉是由物體的重力決定的。在此基礎上，筆者在課堂上安排了如下實驗進行跟進。

實驗一：鐵在水里會下沉。驗證學生的原有認知是正確的。

實驗二：在同重力的情況下，鐵制的小船能浮在水面上，從而產生新的認知沖突，引發學生的探究興趣。

實驗三：細小的針在水里會下沉。說明浮沉與質量無關，而與密度有關，又與實驗二的認知產生新的沖突。

（二）實驗探究引路，激發思辨思維

實驗是科學教學的重要基礎，是培養學生科學核心素養的關鍵。實驗教學能夠激發學生的探究興趣，但實驗探究不能僅停留在對操作、現象的觀察層面上，而應以此帶動學生開展思辨活動，從而幫助學生主動獲取科學知識、掌握科學方法。

例如，在《探究杠桿的平衡條件》一節的教學中，實驗探究是本節課的重點。其中，杠桿平衡的生活經驗有：學生在玩蹺蹺板時移動前后位置、改變力的大小都可以改變力的作用效果，使杠桿狀態發生改變。但生活經驗不能替代科學實驗，實驗探究要在控制條件的情況下進行。本節的科學探究屬于定量探究，更要注重對條件的控制與對數據的采集、分析、處理和運用[2]。為了使學生能從感性認識上升到理性認識，從定性到定量，最后歸納出杠桿的平衡條件，筆者首先針對實驗器材進行了選擇和改進，試圖以問題帶動學生的思辨：（1）如何選擇杠桿的支點？（2）如何調節杠桿在水平位置平衡？（3）如何判斷杠桿在水平位置平衡？以這些問題引發學生的思考，對其滲透“調節天平平衡”的知識。

（三）聚集核心概念，變式推演提升

核心概念的形成，需要經過不斷的整合、變式推演，在試錯糾錯中逐漸完善。由于初中學生的思維邏輯能力還有待加強，其獲取的知識大多是零碎的、片面的，缺少有效的整合和反思，沒有形成知識體系。在遇到新情境中的相似問題時，他們仍然缺少遷移能力，而新舊問題之間的聯系就是遷移的核心，是對科學本質規律的應用。所以，在初中科學教學過程中，教師可以多些變式訓練，讓學生掌握規律的內涵和外延，提升學生的學習方法。

例如，在對化學實驗裝置氣密性的檢查中，氣密性原理是解決問題的核心所在，其在氣體制備實驗中占據著重要地位。但對氣密性的檢查會隨著裝置的多樣性而富有創新性，這是學生學習的難點，其在考試中始終屬于難度較大的問題。

教材上呈現的對裝置氣密性的檢查是比較簡單的：將導管伸入水中，用手捂住試管，若導管口出現氣泡則說明裝置氣密性良好。該方法是利用裝置受熱會引起氣壓的改變，并利用轉換法——通過觀察氣泡的有無來檢查氣密性的。

如果教師的教學僅停留在對這一簡單裝置進行氣密性檢查的基礎上，是很難讓學生應對那些稍復雜的問題的。這就要求教師設計多種實驗變式，讓學生在對變式問題的解決中理解氣密性檢查的原理，實現知識的遷移，進一步完善知識結構，尋找規律，從而幫助學生進行實際問題的解決。

三、思考與展望

影響學生對于概念進行深度學習的因素有很多。例如，受之前學習過的概念的影響，這就需要教師在進行科學概念的教學時充分考慮到學生的已有知識儲備，在其基礎上設計能夠引發認知沖突的情境，激發學生自主改造和重建原有的知識結構。

再如，當實驗教學層面不夠，不足以引發學生的深度學習時，這就需要教師精心設計實驗探究的各個環節，注重學生的思辨思維，給學生表達的機會，通過學生的表達、相互評價等途徑來促成其對于概念的全面認識。

結 語

新課程改革背景下，初中科學學科的重要性日益凸顯，成為影響學生綜合素養的關鍵因素之一。開展科學概念的深度學習，有利于培養學生的科學素養，使學生具備良好的科學情感和正確的科學價值觀。科學概念的學習是科學學科的重點，也是難點，直接影響到學生學習能力的提升。教師應積極改變自身教學觀念，加強科學概念教學與生活的聯系，從激發學生的科學學習興趣入手，引導學生進行實驗探究，為科學學科的教學注入新的活力，也為學生的全面發展帶來積極影響。