例析學科思維在初中科學概念教學中的滲透

葉秀強

[摘 要]科學概念是科學學科的重要組成部分，也是培養學科思維的基礎。文章結合實例探討比較、分析、測量、歸納、假設、推理等學科思維在初中科學概念教學中的滲透。

[關鍵詞]學科思維;概念教學;初中科學

[中圖分類號]? ? G633.98? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）26-0082-04

概念是思維的工具，是知識結構的聯結點，是學生學習的核心[1]。部分科學教師重知識、輕思維，導致學生科學概念的建構僅停留在機械記憶層面，難以深化與遷移。學生是教學活動的積極參與者和知識的建構者，要促使學生主動、自覺地學習各種新的科學概念[2]，開展滲透學科思維的概念教學尤為重要。科學概念教學中不僅要滲透學科思維，更要有意識地培養和提升學生的思維品質。

一、學科思維及科學概念內涵

學科思維指基于不同學科特點進行系統學習并不斷實踐、體驗、內化知識的過程中需要運用的思考、解決問題的思維方式或方法。 初中科學的學科思維主要體現為比較、分析、歸納、測量、分類、預測、推理、假設、控制變量等，《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》中要求“科學課程的教學應有一定的靈活性”，尤其指出在某個概念或原理的教學中，發現學生存在的理解上的困難，可適當調整教學的預設方案，以幫助學生理解[3]。上述這些學科思維對教學預案的調整，對提高學生的學習品質、學習效率、學習質量具有重要作用。

科學概念指高度凝練的科學知識，是人們通過抽象化的方式對所感知的事物的共同本質屬性的概括。教師應立足學生的認知規律，在概念學習過程中滲透學科思維。林崇德教授認為，培養思維品質是發展智能的突破口。心理學研究也表明，思維及其品質是可以通過訓練得到培養和發展的[4]。在科學概念教學中滲透學科思維，可以培養、提升學生的思維品質，讓學生更自主、更積極地建構科學概念。

二、初中科學概念教學中滲透學科思維例析

1.比較、分析在概念教學中的滲透

比較法教學，是指按照事物的對立統一規律和人的認識規律，將復雜多樣的事物現象和本質進行分析鑒別和綜合比較的教學方法[5]。華師大版初中科學教材中，通過比較特征事物差異，分析建構科學概念的案例有很多。通過比較，能培養和提高學生的觀察能力，在比較的基礎上進一步運用分析思維，可促進學生深入理解和建構科學概念。

[案例1]華師大版初中科學教材八年級上冊《根的形態與結構》一課中“根尖結構”概念的建構。學生在日常生活中很少關注根尖結構，尤其是根毛部位。教學中，教師也往往容易忽略或直接告知根尖結構及其相關內容。

對此，教師可先通過回顧根的相關知識，呈現六種常見植物的根的宏觀實物讓學生進行觀察、比較、分類，再指導學生使用放大鏡觀察根的微觀結構。學生4人一組進行實驗，用放大鏡觀察吊蘭、豆芽、蟹爪蘭等植物的根毛部位，將觀察到的不同植物的根毛進行圖片呈現（如圖1），并從中觀察根毛部位的相對位置，找一找它們的共同點。

學生通過觀察、對比、分析發現根的頂端到長有根毛的一側有空白。在此基礎上，教師進行總結：我們把根的頂端到長有根毛的部分稱為根尖。通過尋找大量客觀事物的共性得出“根尖結構”這一概念，有助于學生觀察、比較等思維在概念建構中的運用。

[案例2]華師大版初中科學教材七年級上冊《細胞》一課的教學中，為實現“識別動物和植物細胞”這一教學目標，部分教師直接呈現洋蔥表皮細胞和人口腔上皮細胞圖片并結合相關圖片講解細胞結構，使這一重要概念區分變為機械記憶，缺少學科思維的滲透，教學效果并不理想。

對此，教師可在學生實驗的基礎上，先通過電子顯微鏡呈現6種常見植物的細胞玻片圖，引導學生觀察、對比、交流觀察到的現象，再進一步總結科學家對成千上萬種植物進行觀察后發現植物都是由細胞構成的。教師提問：“由‘植物都是由細胞構成的’這一結論你有何啟發？”然后給學生呈現人口腔上皮細胞、人體肌肉、蛙卵等圖片，學生通過觀察、比較、分析，得出“動物也是由細胞構成的”這一結論。最后，同時呈現動物細胞和植物細胞的圖片，引導學生從細胞層面思考導致動物和植物形態結構存在極大差異的原因，進而引出細胞各部分結構及功能。

學生通過觀察、比較、分析初步得出結論，再通過質疑、多次觀察和比較，運用歸納方法認同“所有動植物都是由細胞構成的”;再根據動植物細胞的異同點觀察、比較，更深入地理解動物細胞和植物細胞的區別，從而較好地實現了教學目標。

以上兩個教學案例均運用觀察、比較的方法將兩個或兩個以上事物的幾個方面一一進行求同求異，加深思維的深度，學生從辨析中獲得有效信息，自主分析歸納，尋找共性，這也符合建構概念的規律。比較作為基礎思維，是理解和解決問題的重要方法。教師要積極挖掘隱含在教材中的比較資源，在平時教學中不斷進行比較思維訓練，以達到深化學生概念理解，提升學生邏輯思維能力，提高學生科學素質的目的。

2.測量、歸納在概念教學中的滲透

歸納思維強調的是能夠在錯綜復雜或者千頭萬緒中將關鍵內容抓出來，將具有類似特征的內容放置在一起，以結束混亂龐雜、交錯相織的思維局面，它強調的是對共性的理解[6]。 科學是一門實證性的學科，測量是歸納的基礎，初中科學概念教學中滲透測量、歸納思維，有助于培養學生的實事求是精神和創新思維。

[案例3]華師大版初中科學教材八年級上冊《密度》一課，通過探究不同物體質量與體積的關系逐步建構密度概念是本節課的重點。部分教師采用播放視頻或直接演示實驗的方式得出密度概念，密度概念的模糊理解和建構直接影響到其他物理概念的建構與生成。

建議采用對大量真實的實驗數據進行測量、匯總、歸納的方式引導學生自主建構概念。其中的難點在于從大量真實的實驗數據中歸納出密度的概念。突破難點的關鍵在于測量數據的真實性，為此待測物體的體積不能有明顯的倍數關系，若給學生準備的是完全相同的物體，可用膠帶捆綁測出2個、3個物體的質量和體積，學生在實驗過程中可能會直接乘以2或3得出實驗結論。這樣所謂的測量就毫無意義，后續的實驗數據處理、分析和歸納就顯得多余。

對此，教師可先出示PPT（如圖2），讓學生在猜測和說理中建立對密度的模糊概念，初步設想密度可能和質量與體積的比值有關。接著將全班學生分成3個大組（分別分鐵塊、鋁塊、水），9個小組，先讓他們進行實驗表格設計，表格中預留空白列（如表1），以便對表中數據做進一步處理時使用，然后分別對鋁、鐵、水等物質進行小組實驗。小組實驗后會呈現大量實驗數據，教師可讓學生對實驗數據進行處理，同時歸納分析。在此基礎上進行討論：（1）所取鋁塊的體積由小到大，相應鋁塊的質量有怎樣的變化規律？（2）每次測量的鋁塊的質量與體積之比是否很接近？比值大約是多少？鐵塊與水是否有類似的性質？說明了什么？

學生先通過2種金屬的大致判斷，得出模糊概念，再分組進行實驗：3個小組取大小不同的立方體鋁塊3個，分別用電子秤測出它們的質量，用直尺測出邊長后計算它們的體積，將測量結果填到表中。3個小組取大小不同的立方體鐵塊3個，用與上述相同的方法進行測量并將結果填到表1中;最后3個小組則進行水的質量與體積的測量，將所測得的實驗數據填到表1中。通過對大量實驗數據的歸納分析，學生得出：鋁塊、鐵塊、水的質量與體積的比值是一個定值，由此類推其他各種物質，不論是固體、液體還是氣體，其質量和體積的比值相同，進而得到物質的密度概念。

密度概念建構的關鍵在于學生能自主理解為什么要用已知的物理量表示新的物理量。案例中先通過猜一猜活動促進學生建立密度的模糊概念，再通過大量實驗數據的測量，使學生理解引入“密度”概念的真正意圖。最后將所有小組的成果匯總呈現，從中尋找共性、歸納總結，促進學生主動獲取新知識，并運用學科思維體驗新概念的形成過程，最終將學科思維遷移至其他概念的有效建構中。

3.假設、推理在概念教學中的滲透

巧用假設、推理滲透學科概念，先創設問題情境，引導學生進行思考，嘗試用實驗、經驗常識思考論證問題情境，在因果解釋過程中進行說理，通過推理、質疑提出新的假設，在新假設的基礎上創設新的問題情境，其模式如圖3所示。

[案例4]華師大版初中科學教材八年級上冊《構成物質的微粒》一課的教學，對“原子結構模型建構”這一環節，可按照上述假設、推理模式進行設計。

①創設問題情境。教師呈現道爾頓原子實心球模型資料，引導學生思考實心球模型是否存在漏洞。

②實驗、經驗常識回顧。引導學生進行筆桿吸取小紙屑實驗，通過實驗感知可能是筆桿與頭皮摩擦產生了電子，從而對道爾頓實心球模型提出疑問，引導學生自主學習閱讀材料（湯姆生發現電子）。

③因果解釋，對經驗（資料）、實驗現象做出科學解釋。由湯姆生發現電子以及原子自身不顯電性這一客觀事實，發現無法用道爾頓實心球模型進行科學解釋。

④ 基于事實提出新的假設。學生閱讀材料，猜測內部存在帶正電荷的物質。在猜想的基礎上，分小組進行討論、分析，生成關于原子內部正負電荷的分布情況的新假設并進行說理（如圖4）。

①創設新的問題情境。教師過渡：湯姆生建立了西瓜模型假說，原子內部結構是否真如湯姆生所設想的呢？如果你是湯姆生，你接下來該怎么做？通過搭建“支架”引導，教師出示暗箱，學生討論如何獲知暗箱中是否有物體，如果在不打開它的前提下又如何探知。展示如圖5所示PPT，介紹盧瑟福模擬實驗裝置，展示α粒子特點，用類似的方法去轟擊金箔，如果湯姆生的模型是正確的，我們可以猜測可能的α粒子的運動路徑是怎樣的？

②實驗、經驗常識回顧。學生完成探照燈照射暗箱實驗，通過觀察比較照射前后的變化不同得知內部有物體存在。學生進行猜想和討論并得出結論：若湯姆生的模型是正確的，則α粒子全部穿過或者全部反彈。教師播放盧瑟福實驗視頻，呈現盧瑟福和他的助手看到的現象并進行解釋說理。

③因果解釋。對于“大部分α粒子穿過金箔”，先由學生進行說理，若有困難，可讓學生感受設計的模擬實驗（如圖6）;對于“極少數α粒子被反彈”，可通過乒乓球撞擊鉛球模擬實驗獲得;而“少數α粒子運動軌跡發生偏轉”則說明存在障礙物并且障礙物體積很小。通過因果解釋，建立一個新的原子模型。在此基礎上進行交流討論，得出大部分α粒子穿過金箔說明原子內部非常空曠。若不能直接得出結論則可引導學生繼續進行模擬實驗。

④基于事實提出新的假設。教師再提問：原子核能否再分呢？隨著科技的進步，人們發現原子核中還存在著帶正電的質子和不帶電的中子。

原子有核模型概念的建構過程中的每一環節都滲透了假設、推理思維，例如通過α粒子撞擊金箔實驗的現象，進行因果解釋，建立新的假設，引出新的問題，然后實驗跟進，不斷經歷原子模型建構的猜想、討論、分析、評價、修正的過程，最終建構了盧瑟福原子有核模型，繼而采用這種方法繼續進行探索，不斷地進行修正。

三、初中科學概念教學中滲透學科思維的啟示

1.學科思維滲透促進概念教學本質深化

學科思維是理解科學概念的重要方式方法，思維的方法多種多樣，同一概念采用不同的學科思維會有不一樣的體驗和成效。滲透學科思維，體現科學本質的科學概念教學，短期內可能看不到明顯的改變，但從長遠來看，有利于培養學生的創造能力和質疑精神，促進學生更好地理解科學本質，也有利于學生對科學概念的深度理解和解讀，為學生今后建構類似概念時學科思維的遷移與應用打下基礎。

2.學科思維滲透促進學生思維品質提升

低階的、機械化的科學概念學習浪費學生的時間，降低學生的思維能力，甚至會干擾學生的理解。學生在學習相同的知識，面對相同學習要求的挑戰時，每個人的表現都不相同，其原因是學生的學科思維存在差異，因此，在平時的科學概念教學中滲透學科思維，加強學生學科思維能力的培養極其重要。從初中科學學科的角度來看，教師可從比較、分析、測量、歸納、假設、推理等不同的學科思維方式著手，培養學生的思維能力，從而促進學生思維品質的提升。

總之，建構初中科學概念的方法多種多樣，以上僅僅是其中一部分。當然很多科學概念的建構過程同時包含有多種學科思維方法。例如，原子模型結構的建構同時包含假設、推理等，杠桿概念的建構同時使用了測量、比較、歸納、分析等思維方法。科學概念是科學教學的重要內容，教師應基于學情將不同的學科思維融入初中科學概念教學中，充分調動學生學習的主觀能動性，進而有效提升學生的思維品質。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 畢華林.初中化學概念教學的幾點思考[J].化學教育，1996（9）：23-25.

[2]? 王耀村.初中科學教學關鍵問題指導[M].北京：高等教育出版社，2016：10.

[3]? 中華人民共和國教育部.義務教育初中科學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012：6.

[4]? 林崇德.培養思維品質是發展智能的突破口[J].國家教育行政學院學報，2005（9）：21-26+32.

[5]? 張大松.科學思維的藝術：科學思維方法導論[M].北京：科學出版社，2008：116-129.

[6]? 周飛.簡談高中生物理學科思維能力的培養[J].中學課程資源，2019（6）：55-56.

[7]? 劉東暉.基于學生認知基礎的科學教學[M].寧波：寧波出版社，2013：12.

（責任編輯 黃春香）