以《認識棱鏡》教學為例談科學概念的深度學習與運用

◇許萍萍（福建：泉州市實驗小學）

科學概念學習作為科學教育的重要目標，需要教師在課堂上通過引導學生在對事物或現象充分觀察的基礎上，利用分析、比較、推理、綜合等思維活動，概括事物本質特征，通過系列的探究實踐，從而不斷趨向單元的核心概念，促進學生對概念的深度學習。同時，教師在教學中應注重為學生搭建聯系實際生活的橋梁，促進學生將習得的概念與生活情境相鏈接，提升學生解決實際問題的能力，從而提升學生的科學核心素養。

教科版科學五年級上冊的第一單元“光”，是以研究光的傳播規律為載體，引導學生認識光這種能量的表現形式，知道光遇到不同的物質時，傳播方向會發生改變，了解光與自然現象及人類生產生活的聯系。

學生對光的傳播有一定的生活觀察經驗，但基本沒有見過三棱鏡，也不知道三棱鏡的作用，不清楚太陽光包含不同顏色的光，或者沒有深入思考。基于學生概念前測，結合兒童認知特點和科學概念的學習規律，教師通過精心設計教學環節，組織學生進行觀察實驗、開展科學論證、引導學生對所學知識進行遷移應用等，深入地幫助學生理解和建構科學概念，促進學生進行深度學習。

一、復習引入，迅速聚焦主題

在本單元的學習中，學生以“光”為主題開展一系列的探索。本課是“光”單元的第5 課，學生在前幾課的學習中，已經對光的傳播特點積累了一定的感性認識，尤其通過第4 課的學習，知道了光在傳播過程中遇到透明物體時，能穿過物體繼續傳播，并且傳播路線會發生變化。本課是在第4 課的基礎上，繼續組織學生通過觀察白光通過透明物體——三棱鏡后發生的變化，進一步引導學生對光的折射概念進行深層次理解。

上課伊始，教師組織學生對上節課學習的內容進行簡要的復習回顧，在承上啟下的同時，引導學生認識上一課學習的光由空氣斜射入水中時，光的路線會發生變化，這種現象叫作光的折射現象，為折射做了界定，并引出本課要研究的內容——探究白光透過三棱鏡后發生的變化。通過簡短的復習導入，不僅能讓學生迅速進入本課的學習，同時也保證了整個單元概念學習的連貫性，體現了對光的折射這個概念的進階學習。

二、實驗探究，豐富感性認識

科學探究是學生獲取科學知識的主要途徑，小學生以形象思維為主，這就決定了他們構建科學概念必須從顯性的現象入手，通過不斷觀察與體驗，獲得了必要的感性經驗后，再理性分析，逐步構建科學概念，實現科學探究與科學概念雙螺旋結構式推進和協調發展。在本節課中，學生通過觀察并記錄光透過三棱鏡后的現象，搜集證據，處理信息，豐富感性認識，啟發科學思維，培養實事求是的科學態度。

（一）觀察材料，提供思維支點

觀察是科學研究中搜索事實的主要途徑。學生對三棱鏡并不熟悉，因此，要利用三棱鏡開展對光的研究的前提，是他們要先對三棱鏡的特點進行充分的觀察認識。在觀察實驗前，教師先組織學生觀察三棱鏡，說說棱鏡的特點，并運用板書圖解的方式，讓學生明確三棱鏡是具有三條棱、橫切面是三角形的立體的透明物體，為接下來進一步利用三棱鏡開展實驗提供思維支點。

（二）思維外化，暴露前概念

根據兒童的認知特點，畫圖是學生一種重要的思維工具。在實驗前，教師組織學生猜測白光透過棱鏡后可能會觀察到什么現象，并用畫圖的方法呈現自己的猜測。目的在于學生運用上節課所學的知識先進行獨立思考的同時，暴露前概念。

在展示交流學生猜測圖的環節中，我們發現學生的猜測較為不同：多數學生認為光進入棱鏡時會發生偏折，從棱鏡出來的時候也會發生偏折；有的學生認為光進入棱鏡時不會發生偏折，從棱鏡射出后會發生偏折；只有少部分學生根據日常生活觀察到的現象，推測光從棱鏡的第二個面射出來時看到的會是一束彩色的光。運用畫圖直觀地展示學生的不同猜想，啟發學生積極思維，激發主動探究的愿望。

（三）設計實驗，制訂計劃

五年級的學生已經掌握了一定的科學探究本領，如何知道猜測是否正確呢？教師應放手讓學生自主思考如何設計實驗方案。本課的實驗方案設計并不困難，教師可以呈現實驗中除三棱鏡外必需的實驗用品，如手電筒、白紙、彩筆等，讓學生思考如何借助材料設計實驗搜集證據，使學生逐步具備實驗設計的能力，突出學生的主體地位，培養學生科學探究的能力。學生通過交流，互相完善實驗方案，教師適當提醒學生注意調整光源、棱鏡和白紙三者的距離，從而確保實驗觀察的有效性。

（四）動手實驗，搜集證據

科學概念的形成需要豐富的科學事實和充分的證據做基礎。學生通過分工合作、動手實踐、觀察記錄，在實踐中檢驗自己的猜想，搜集證據，并運用畫圖等方式呈現證據。

通過對比自己的猜測圖和實測圖，學生產生了認知沖突，為下一步思考現象背后隱藏的原因提供了探究動機。

三、科學論證，建構科學概念

蘭本達認為，兒童建立概念的基礎應該是“兒童用自己的語言來表達自己的想法”。在研討環節，教師引導學生結合自己實驗中記錄的圖進行匯報，使學生的思維顯現化，在交流中實現思維碰撞。在各組通過實驗積累感性認識后，教師通過組織全班通過“生生交流”“師生歸納”“促生深思”三個環節進行充分的集體論證，使學生對光經過三棱鏡后的現象達成共識，從而建構科學概念。

（一）“生生交流”——充分交流現象

由于各組學生觀察能力不同，有的組只關注到了光的傳播路線的偏折方向；而有的組還觀察到了從三棱鏡射出后的光是彩色的，這束彩色光束是和彩虹一樣有著紅橙黃綠藍靛紫七種顏色，細心的學生還補充道：在這七種顏色里，紅、綠、藍三種顏色更明顯些。他們在交流中互相補充、層層深入，促使學生更全面地認識實驗現象。

（二）“師生歸納”——總結實驗發現

在學生充分交流觀察到的現象的基礎上，教師結合多媒體課件、板書等圖文并茂的方式，引導學生歸納、總結，得出白光射入三棱鏡的一個面時，光的傳播路線會發生偏折，從三棱鏡的第二個面射出時，光的傳播路線會再次發生偏折，并且被分解成七種顏色的光，從而知道了三棱鏡可以改變光的傳播路線，并且可以將白光分解為七色光的光學元件。

教師通過展現光透過三棱鏡后形成的光譜的實拍照片，肯定學生的實驗發現，幫助學生樹立科學信心，抓住時機培養學生勇于探究、實事求是的科學態度。

（三）“促生深思”——促進深度思考

交流現象只是研討的第一步，那么為什么白光經過棱鏡后會出現七種顏色的光呢?這時，教師組織學生對觀察到的實驗現象進行深度思考，旨在引導學生用上一節課學習的光的折射概念來解釋本節課觀察到的現象，提高學生運用科學概念的能力。通過討論，學生意識到原來白光本來就包括七種顏色，只是因為白光經過三棱鏡后發生折射，不同顏色的光折射的程度不一樣，所以當白光從三棱鏡中射出時，就會出現紅橙黃綠藍靛紫七種不同顏色的光。這部分的學習對學生來說有點難度，教師可補充一個微課，運用視頻解說的形式，幫助學生充分理解。

四、遷移運用，深化概念理解

學生核心素養的評價和培養應以知識為基礎，以能力為核心，以應用為導向，重視在真實情境中的學習與應用，從而培養學生的科學觀念與應用的科學核心素養。因此，要讓學生建立概念與真實生活的聯系，產生知識鏈接，從而促進概念的深度學習。

（一）創設情境，提升學生問題解決的能力

在課堂拓展環節，可以為學生創設真實的問題情境，檢驗學生對概念的理解，同時提高學生解決實際問題的能力。在本課教學中，教師可以組織學生試著解釋大自然中彩虹的形成原因。學生對彩虹很喜愛，同時對彩虹為何呈現七種顏色也非常好奇。

通過這節課的學習，學生就能理解彩虹的形成與光經過三棱鏡后產生七色光的現象類似，是由于光線穿過懸掛在大氣中的小水滴時，光線被折射及反射，當太陽光以一定角度射入小水滴時，不同顏色的光發生偏折的角度不同，從而白光被分解，在天空中形成紅橙黃綠藍靛紫七種顏色的光帶。通過創設適宜的、真實的生活情境，使學生運用所建構的概念解釋周圍世界，從而實現對概念的應用和鞏固，促進學生向最近發展區發展。

（二）逆向思考，促進學生高階思維的發展

既然白光經過棱鏡可以分解為七色光，那么如果我們將七種顏色混合起來，能否看到白光呢？在教學中，我們也可以“反其道而行之”，讓學生的思維向對立面的方向發展，從問題的相反面深入地進行探索，培養學生的逆向思維。在學生進行獨立的逆向思考后，可以讓學生進行猜測并說明自己猜測的理由，并讓學生親眼看到彩色陀螺快速轉動起來，七種顏色混合在一起形成白光。讓學生再次鞏固了“白光就是由七種顏色的光構成的”這一科學概念，同時也讓他們感受到光世界的奇妙！

（三）課后延伸，深化學生對概念的運用

課堂的結束并不意味著探究的終止，教師還可以布置學生課后繼續尋找更多生活中看到光的色散現象，并上傳到人人通、班級優化等網絡中，與大家一起分享，突破時空限制，繼續探究生活中的科學。有的學生發現了噴水池上的七色光；有的學生分享去自助洗車的時候坐在車里面看到的水幕里出現的彩虹；有的學生還用小實驗的方法，利用一盆水、小鏡子等，讓陽光反射到白紙上，看到七色光……他們在課外探究中，發現原來科學知識蘊含在生活中，生活中處處有科學，在自主的觀察中不斷深化對概念的運用。

總之，科學概念的形成要通過學生的積極探究自主建構，明確與科學概念相關的自然現象和過程，用科學術語對自然現象進行描述和解釋，知道科學概念之間的聯系。同時，科學概念的學習應設計在一定的情境中，而不是在“真空”中，讓科學概念在現實世界中得以實踐。因此，我們還應提供真實情境提升學生解決問題的能力，從而實現深度學習，讓學生在科學實踐中體驗和積累認知世界的經驗，培養學生的科學核心素養。