“三個(gè)一”前概念轉(zhuǎn)變的科學(xué)教學(xué)在課堂中的應(yīng)用

科學(xué)的概念教學(xué)從傳統(tǒng)的添加記憶轉(zhuǎn)向概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)方式，其行為更加符合學(xué)生的認(rèn)知和理解，讓學(xué)生對(duì)前概念引發(fā)認(rèn)知沖突[1]，構(gòu)建科學(xué)概念是概念轉(zhuǎn)變的核心。很多研究表明，學(xué)生前概念存在著對(duì)現(xiàn)象非本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，甚至對(duì)概念的誤解。而學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、思維方式和對(duì)原有事物的看法是學(xué)生學(xué)習(xí)的前提和條件。因此，如果忽視學(xué)生原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知水平的教學(xué)是低效甚至是無(wú)效的。因此，本文采用“三個(gè)一”概念轉(zhuǎn)變的科學(xué)教學(xué)方法在實(shí)際課堂中的應(yīng)用進(jìn)行研究。“三個(gè)一”分別指的是：前概念的暴露；引起認(rèn)知沖突；建構(gòu)科學(xué)概念。后續(xù)對(duì)概念轉(zhuǎn)變[1]和傳統(tǒng)教學(xué)方式兩者進(jìn)行比較以及有效教學(xué)的研究。

一、“三個(gè)一”——“前概念的暴露”

前概念[2]的暴露書面語(yǔ)應(yīng)該是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的探測(cè)，指綜合多方面搜集的資料以便對(duì)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)有更深的了解，并以合適的方式呈現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。可以選擇二段式測(cè)驗(yàn)或者訪問(wèn)等。本文介紹的是二段式測(cè)驗(yàn)以及對(duì)問(wèn)卷后答案的分析。二段式測(cè)驗(yàn)不僅能檢測(cè)出問(wèn)題的主要概念，根據(jù)追問(wèn)還可以看出背后的因素。

以《電流的測(cè)量》為例：討論電流是怎樣到達(dá)小燈泡的？

此題檢測(cè)的是電流形成的條件和斷路的問(wèn)題。學(xué)生日常生活的經(jīng)驗(yàn)是斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，燈泡不亮，沒(méi)有電流，因此兩個(gè)班65%的學(xué)生都認(rèn)為沒(méi)有電流。他們也是根據(jù)生活中的認(rèn)識(shí)得出的結(jié)論。但仍有26.9%的學(xué)生認(rèn)為斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，開(kāi)關(guān)前面仍然有電流，后面沒(méi)有。他們認(rèn)為“小學(xué)里學(xué)過(guò)，電流像水流，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，水龍頭到開(kāi)關(guān)是仍有水的，而之后是沒(méi)有水的”。該案例給筆者的啟示是，我們?cè)谶x擇用類比的方式的時(shí)候要選擇合適的對(duì)象。

二、“三個(gè)一”——“引起認(rèn)知沖突”

雖然認(rèn)知沖突不一定會(huì)促使學(xué)生發(fā)生概念的轉(zhuǎn)變，但是認(rèn)知沖突可以被看成概念轉(zhuǎn)變過(guò)程的一個(gè)起點(diǎn)。為了促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)一定的情境，以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)、演示讓學(xué)生感到原有理解相反的事實(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，來(lái)呈現(xiàn)日常生活中不能經(jīng)歷的或者意想不到的新現(xiàn)象，引起認(rèn)知沖突，推進(jìn)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變。以電流的測(cè)量為例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究引起學(xué)生的認(rèn)知沖突。

1.提問(wèn)：前概念電流流到開(kāi)關(guān)處停下來(lái)，像水流一樣被切斷，前面有電流，后面沒(méi)有電流，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

第一步：讓學(xué)生小組討論，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，A、B兩處是否有電。第二步：介紹電流表的作用和使用方法，讓學(xué)生測(cè)量小燈泡兩端的電流大小。第三步：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象討論，得出結(jié)論，幫助學(xué)生修改原先錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

2.電流的方向，很多學(xué)生認(rèn)為電流是電源正極到負(fù)極，也有很多學(xué)生認(rèn)為是負(fù)極到正極，甚至也有學(xué)生認(rèn)為是正極到用電器，負(fù)極到用電器。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。第一步：在電路中正極到燈泡加入電流表偏轉(zhuǎn)方向。第二步：將電流表接入到燈泡到電源負(fù)極的中間，觀察電流表的偏轉(zhuǎn)方向。第三步：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象討論，得出結(jié)論，幫助學(xué)生修改原先錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

我們發(fā)現(xiàn)在很多用語(yǔ)言不知道怎么去描述的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)是一個(gè)很有說(shuō)服力的證據(jù)。我們可以根據(jù)電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)的方向解決電流的方向、以及與電流斷開(kāi)之后電流的情況。科學(xué)的課堂實(shí)驗(yàn)是增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)思維的很好的方法，在轉(zhuǎn)變概念中起到很重要的作用。當(dāng)我們用可以說(shuō)話的實(shí)驗(yàn)事實(shí)作為證據(jù)，與學(xué)生已有的認(rèn)知引發(fā)沖突，這也是實(shí)驗(yàn)所具有的獨(dú)特魅力。為了使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生有意義的認(rèn)知沖突，教學(xué)必須使學(xué)生產(chǎn)生興趣，加強(qiáng)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的合作與交流，在合作學(xué)習(xí)中擦出智慧的火花。

三、“三個(gè)一”——“選擇合適的方法構(gòu)建科學(xué)概念”

1.類比[3]。在進(jìn)行“電流”的教學(xué)時(shí)，可以引入水流的類比概念，用學(xué)生熟悉的概念來(lái)類比學(xué)習(xí)抽象的概念。但類比也有其局限性，正因?yàn)轭惐鹊膬煞N事物不可能完全相同，因此很容易導(dǎo)致一些錯(cuò)誤概念。

2.模型法。一個(gè)科學(xué)的模型，就是明確表達(dá)的一種理論。它能夠解釋并且使屬于一個(gè)特定自然現(xiàn)象的所有已知信息融為一體。在科學(xué)概念轉(zhuǎn)變教學(xué)中，模型的方法在科學(xué)教學(xué)中非常重要。不同的人從不同的視覺(jué)研究或運(yùn)用不同的手段研究得到許多不同的方法。假說(shuō)，比如，我們的原子模型，從湯姆森到盧瑟福再到波爾的模型，都是對(duì)一個(gè)假說(shuō)不斷地改進(jìn)。再如，唯想模型，電磁場(chǎng)的磁感線模型；類比模型；理想模型如光滑水平面、牛頓定律等。這些方法要根據(jù)不同的科學(xué)概念的性質(zhì)和特點(diǎn)進(jìn)行合適的選擇。

3.實(shí)驗(yàn)法。科學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是科學(xué)研究的方法，也是學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。在科學(xué)教學(xué)中，準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，形成一定的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)是獲得事實(shí)證據(jù)的一個(gè)有效途徑。因此，要設(shè)計(jì)好解決概念問(wèn)題的教學(xué)片段，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法將次難點(diǎn)破解。比如溶解性概念的知識(shí)，學(xué)生對(duì)于“難容”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)難以理解，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)法就能很容易解決。我們只要完成兩組氫氧化鈣和食鹽與水的溶解性實(shí)驗(yàn)即可。實(shí)驗(yàn)的好處在于簡(jiǎn)單易懂、現(xiàn)象明顯。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是在教師的組織和指導(dǎo)下，由學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)從而完成學(xué)習(xí)任務(wù)的一種形式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及正確地進(jìn)行觀察、測(cè)量、讀數(shù)和記錄，學(xué)生初步學(xué)會(huì)分析和處理數(shù)據(jù)的能力，并得出結(jié)論，了解了相關(guān)的概念并學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的誤差分析。

總之，采用“三個(gè)一”前概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)方法，能夠有效地使問(wèn)題暴露出來(lái)，并解決好學(xué)生認(rèn)知上的迷失概念，掌握這一方法可以幫助學(xué)生快速、有效地學(xué)習(xí)。