淺談科學論證視角下的概念轉變
——以蘇教版科學教材四年級上冊《點亮小燈泡》的教學為例

江蘇南京市江寧實驗小學（211100）李菲

走進小學科學課堂之前，學生已有一定的知識經驗，所以他們腦中會存在著正確或錯誤的前概念。科學概念的建構是建立在前概念的基礎之上的。課堂教學中，在幫助學生建構科學概念之前，教師要充分挖掘學生的前概念，引發學生的認知沖突，指導學生進行概念的轉變。在概念轉變的過程中，學生的前概念扮演著非常重要的角色。其中，錯誤的前概念會干擾學生建構科學概念，導致學生難以將錯誤概念轉變為科學概念。因此，教師需要運用有效的教學策略或方法，幫助學生實現概念的轉變。

科學論證是幫助學生轉變概念的有效方式。通過論證，學生經歷提出主張、探索證據、為主張辯駁等過程。同時，科學論證強調經歷推理、解釋、反思、批判等思維過程。科學論證能力是以科學知識為載體，積極面對問題，對所獲得的數據資料進行解釋說明，提出自己的論點，同時能反駁他人的質疑和進行批判的高級思維能力。

在論證思辨時，學生不僅要對他人的主張進行思考和評判，提出自己的觀點，還需要不斷地思考并修正自己觀點上的不足。只有當自己與他人不同的想法、觀點等交織在一起并產生認知沖突的時候，學生才會認識到自己前概念的不足，才會想要轉變自己的錯誤概念。下面，以蘇教版科學教材四年級上冊《點亮小燈泡》一課中的“電流通路”概念為例，談談科學論證視角下的概念轉變。

一、概念轉變的起點：提出自己的主張

在轉變概念的過程中，科學論證有著獨特的價值。教師可通過創設探究情境，挖掘學生的前概念，利用科學論證引發學生的認知沖突，促進學生深入思考，進行概念的轉變。在小學科學課堂中，科學論證是學生面對真實情境解決未知問題的過程。未知問題的解決容易使學生產生爭論，因為學生會在自己的認知范圍內提出多種具有沖突性或分歧性的主張，這些主張的相互碰撞，就變成了認知沖突的導火索。

科學論證的第一步就是提出自己的主張。科學論證中的主張，指要證明和確立的結論，具有爭議性和挑戰性。主張的提出需要有充足的科學依據，只有這樣才能在辯駁中立于不敗之地。可是，在小學科學教學中，學生通常會在短時間內提出自己的主張，而這些主張多是依據直覺或生活經驗而提出。這樣的主張是不可靠的，但也充分暴露了學生的前概念。教師可從這些主張中，了解學生已有的經驗和認知，從而運用有效的策略，幫助學生進行概念轉變。因此，學生提出自己的主張是概念轉變的起點。

“如何點亮小燈泡？”這對學生來說是一個未知的問題。面對這個問題時，學生提出了多種主張（如圖1），這些主張是學生根據生活經驗提出的。如方法一的連接，學生的理由是在玩具中見過；方法三的連接，學生的理由是遙控器里電池的兩端都要接觸導線；其他的連接方法，學生的理由是直覺。這些主張充分暴露了學生的前概念：雖然在生活中見過燈泡和電池，甚至給電器安裝過電池，但是對燈泡和電池的結構并不了解，對電流通路的概念更是知之甚少。

圖1

此時，教師需要讓學生認識到，僅依靠直覺或生活經驗提出的主張是不可靠的，很容易被推翻。教師不妨放慢教學節奏，先問一問學生：“你們覺得僅依靠直覺或生活經驗做出的猜測可靠嗎？”然后給學生時間靜靜地想一想。這個過程是概念轉變的開始，也為接下來探索資料和證據做好鋪墊。

二、概念轉變的支撐：探索資料和證據

科學論證是一種基于證據而開展的實踐。證據就是支持自己主張的事實，也就是人們常說的論據。論證必須依據證據來發表觀點。直覺和生活經驗如果不以事實為基礎，就不是合理的，也不能稱為證據。

資料是通過調查而得出的。在科學課堂中，學生通過觀察、做實驗等科學手段收集到的資料，大多是實驗現象、自然現象、科學史實、科學技術發展及其重大應用成果等。這些資料由于信息量太大，沒有經過整合，不能直接作為證據支持自己的主張。

將大量的資料濃縮成有效的證據需要認知的參與。學生需要通過一系列的思維活動，判斷哪些資料可以作為證據支持自己的主張。這里的思維活動涉及分析、歸納、綜合等，有利于促進學生概念的轉變。學生通過調查得到資料，依據資料得到證據，利用證據支持自己的主張或反對他人的主張，都有利于概念的轉變。

在小學科學教學中，教師首先可以巧妙利用認知沖突，讓學生認識到利用證據可以讓自己的主張立于不敗之地。接著，教師可以引導學生在活動中收集相關資料。比如，在仔細觀察小燈泡的內部和外部結構后，學生可收集到這樣的資料：小燈泡外面是玻璃泡，下面是金屬螺紋，里面有兩個金屬架，金屬架之間有燈絲，打開小燈泡后，兩根金屬架處在不同的連接位置。學生對收集到的資料進行整理，梳理出可以支撐自己主張的證據。因為燈泡發光與電有關，學生需要在燈泡的眾多結構里篩選出與通電有關的結構。教師可以引導學生思考：“仔細觀察小燈泡的結構，你有什么想法？”學生通過分析、對比等一系列思維活動，發現小燈泡有兩個連接點，這兩個連接點都可以用來導電。為了得到多樣化的證據，教師還可以引導學生觀察各種電池，思考電池結構的共同特點，從而分析出電池結構的相同點，即都有正極和負極。小燈泡和電池結構的相關證據，給概念的轉變提供了支撐。此時，學生因為小燈泡和電池結構的證據而產生疑問：小燈泡有兩個連接點，這兩個連接點是否都要接入電池？電池都有正負極，電池的正負極是否都要接入小燈泡？

三、概念轉變的關鍵：反駁他人的主張

在論證過程中，學生會運用證據支持自己的主張，可是當多種主張存在差異時，就很容易引發認知沖突。于是，學生會對錯誤概念產生疑問，這也是概念轉變的關鍵。

學生在提出自己的主張時需要有明確的證據支持。利用自己整理的證據，論述自己主張的正確，即從正面證明主張成立，叫立論。收集資料與獲得證據的過程，是學生經歷理性的概念建構的過程。在論證過程中，學生也可以反駁對方的主張，樹立自己的主張，這叫駁論。在反駁他人主張時，需要對他人的證據進行分析，思考對方證據的合理性與可靠性，以此為突破口展開駁論。駁論的過程，需要學生明確對方主張建立的過程，并與自己主張的建立過程進行對比，尋求有效證據進行概念建構，否則自己的主張就很容易被對方駁倒。一旦自己的主張被對方駁倒，學生會產生強烈的認知沖突，對錯誤概念產生疑問，從而激發修正自己主張的愿望。

課堂中，學生以燈泡內部結構和電池的正負極為依據，支持自己的主張或反駁他人的主張。有學生觀察到燈泡內的兩根金屬架有兩個連接點，于是以此為證據支持方法二、方法四和方法六的連接（如圖2）；有學生反駁，認為電池有正負極，并以此為依據提出方法六只連接了正極，因此不能點亮小燈泡；還有學生反駁，燈泡雖然有兩個接觸點，但是也不一定都要和電池連接……學生在多次辯駁中產生認知沖突，從而反思自己和他人的主張。

圖2

在產生認知沖突后，學生對自己的主張感到疑惑，想要進行調整與糾正。此時，教師應該抓住時機，讓學生帶著自己的主張用小燈泡、電池、導線進行實測，尋找更多的證據。學生通過實測，發現只有方法二和方法四可以點亮小燈泡。當發現自己的主張與實際不符時，學生感到無比驚訝。原本，學生以燈泡結構和電池結構為證據，對連接方法提出了自己的主張。可現在，隨著新證據的出現，學生發現自己的主張并不正確，這使得他們原本就受質疑的前概念被一舉推翻。此時，正是科學概念建構的關鍵時機。教師可以通過一系列的思維活動，幫助學生建立科學概念。首先，讓學生用分類的方法，將燈泡亮與不亮的連接方式進行分類；接著，引導學生用比較的方法思考：燈泡亮與不亮的連接方式有何不同；最后，用問題“點亮小燈泡的方法有什么共性？”進行概括歸納，使學生對電流通路形成科學認識，完成概念的轉變。

四、概念轉變的延伸：鞏固和運用概念

科學概念的形成不是一蹴而就的，需要經過從具體到抽象，再從抽象到具體的過程。學生通過科學論證，從具體的直觀表象中抽象出科學概念后，還需要將概念應用到具體的事物中，對概念進行鞏固和運用。

此時，學生可以開展新一輪的科學論證。教師以學生剛剛形成的科學概念為載體創設問題情境，促使學生產生新的主張。這個問題不能過于簡單，最好具有一定的挑戰性，能激發學生探究的欲望。在學生面對新的問題，開展新一輪科學論證的過程中，教師需要提醒學生：“在提出自己的主張或反駁他人的主張時，要將科學概念作為證據，并嘗試運用科學概念來解決新的問題。”

如果學生在論證過程中能夠靈活地將科學概念作為證據進行辯論，就說明學生已經很好地完成了概念的轉變，并能夠將科學概念應用于解決實際問題當中。如果學生不能將科學概念作為證據進行論證，教師可鼓勵學生進行駁論，讓學生再一次回顧自己主張建立的過程，幫助學生鞏固和運用概念。

在學生理解了電流通路的概念后，教師需要給學生創設新的問題情境，在學生解決問題的過程中，判斷學生是否已經很好地完成了概念的轉變。如教師可以出示四種新的連接方法（如圖3），讓學生判斷小燈泡是否會亮。這幾種連接方法與之前的連接方法相比有很大的不同，具有一定的挑戰性：有的只連接了一根導線，有的將電池直接與燈泡相連，有的電池擺放在燈泡的側面……判斷這四種連接方式是否合理時，教師應該引導學生以電流通路的概念為證據，提出新的主張。如：“請你判斷以下四種連接方法，哪種會點亮燈泡，哪種不能點亮燈泡，并說明理由。”“你能從電流通路的角度來判斷哪種連接方法能點亮小燈泡嗎？”“電流是如何行進的？”……通過問題引導學生將所學的概念和方法遷移運用到新的情境中解決新的問題。

圖3

經過新一輪的科學論證后，教師可以帶領學生對這幾種連接方法進行實測。如若實測的現象與自己的主張一樣，那么此現象可作為證據，進一步支撐自己的主張；如若不一樣，此現象也可以促使學生反思，幫助學生進一步鞏固科學概念。

在科學教學過程中，教師需要認真調查和分析學生的前概念，當發現學生對某一科學概念的理解不同時，應開展科學論證。在學生論證的過程中，教師要鼓勵學生提出自己的主張。學生提出自己的主張并接受大家評價，這是概念轉變的起點。在此過程中，教師要讓學生知道僅僅依靠直覺或生活經驗提出的主張是不可靠的，應通過收集資料，并通過一系列的思維活動來整理證據，支持自己的主張，促進概念的轉變。鼓勵學生提出自己的主張，同時也支持學生反駁他人的主張，有利于學生在不同主張的碰撞中產生認知沖突。教師應該抓住時機，創設合適的教學情境，提出具有挑戰性的新問題，引導學生以科學概念為證據進行新一輪的科學論證，從而幫助學生實現深層次的反思性學習，對科學概念進行鞏固和運用。

總之，從提出主張、探索證據、反駁主張到鞏固和運用概念的過程，學生的前概念一步步發生轉變。特別是利用證據反駁他人主張、辯護自己主張的過程，對概念的轉變起到了關鍵作用。教師要有效引導學生，將錯誤概念轉變成科學概念，使學生真正習得新知。