小學生對科學課程核心概念的認知調查及啟示
——以“溶解”為例

文∣王俊民 胡丹丹 李健

科學概念是科學教育的基礎內容，是小學生思維發展的重要途徑。《義務教育小學科學課程標準(2017年版)》(以下簡稱“科學課程標準”)以“核心概念”的形式呈現學習內容，希望學生在探究過程中建立對相關概念的認知。在學習小學科學相關內容后，小學生對核心概念的認識情況如何？具有怎樣的認知特點？本研究以小學科學課程中的“溶解”相關內容為例，對一年級和五年級學生的概念認知情況進行調查和對比，以期為科學教師開展科學教學與評價提供一定啟示。

一、研究設計與實施

(一)研究內容

“溶解”的相關內容屬于物質科學領域，對應大概念“水是一種常見而重要的單一物質”，課程標準對這部分內容的要求如表1。

表1 科學課程標準有關“溶解”的內容

科學課程標準對一至四年級的學生提出了相關要求，涉及內容包括溶解現象、溶解概念、溶解能力、溶解快慢的影響因素。其中一至二年級僅涉及物質的溶解性質和溶解現象。

本研究以調查學生對溶解內容的概念認知為目標，為便于對比，選取未學習溶解相關內容的一年級學生和已學完溶解相關內容的五年級學生進行調查，調查內容主要依據科學課程標準，同時考慮教科版《科學》教科書中有關溶解的內容。針對一年級學生的調查內容主要是溶解現象和概念，共設計5個問題(含演示實驗)，針對五年級學生的調查內容則包含了所有內容，共設計9個問題(含實驗)。具體內容見表2。

表2 調查內容

(二)研究方法

本研究采用無操作輔助和有操作輔助結合的訪談法。無操作輔助的訪談是發生在學生和訪談者之間的一種純口頭性交談，有操作輔助的訪談是在口頭訪談過程中為學生提供輔助的操作材料，比如燒杯和水等實驗材料。本研究將無操作和有操作結合，針對一年級學生的有操作訪談采用了“教師演示實驗+學生描述現象”的方式，針對五年級學生的有操作訪談采用了“教師提供器材+學生自主設計實驗”的方式。

(三)研究的實施

本研究選取重慶市銅梁區某小學一年級和五年級的學生作為研究對象。兩個年級分別隨機抽取5名男生和5名女生，共計20名。訪談時間選擇學生自習時間，訪談地點均為單獨的教室，訪談過程全程錄音并進行筆錄。

考慮到一年級學生的識字情況和閱讀能力有限，本研究沒有為該學段10名學生提供訪談提綱，由訪談教師依照訪談提綱開展訪談工作。由于針對一年級的訪談需要教師做一個演示實驗，訪談教師要提前準備好相關實驗器材，在訪談完第一個問題后，做“將紅糖、鹽、小石子放入水中會發生什么變化”的演示實驗，讓學生觀察現象，再繼續進行訪談。訪談時可根據每個學生的回答情況適當調換訪談問題的順序。每個學生大約訪談3～5分鐘。

訪談五年級學生時，采用集體訪談的方式，讓10名學生分開坐好，為他們提供紙和筆，訪談教師將問題按順序分別出示在大屏幕上，受訪學生根據問題在紙上作答，教師巡視并根據需要隨機訪談。待全部學生舉手示意完成一題作答后進入下一個問題。訪談結束后教師將紙筆收回，訪談共持續40分鐘。

每次訪談結束后，教師根據筆錄、錄音和學生在紙上的作答結果對數據進行整理分析。

二、研究結果與分析

(一)一年級調查結果分析

1.學生對“物質的溶解現象”的認知

針對“將紅糖、鹽、小石子放入水中會發生什么變化”這一問題，10個學生均使用“糖和鹽‘化’了”或“糖和鹽‘消失’了”、“石頭還在”或“石頭不會‘化’”回答這個問題。很顯然，他們在生活中已經觀察到鹽和糖等物體放入水中會“消失”，而石頭等物體不會出現這類現象，他們對“溶解”這一現象的認識是具有相似性的。雖然他們都沒有使用“溶解”這一科學術語，但生活經驗對后期學習“溶解”的概念是具有積極影響的。這也反映了科學概念與日常生活的聯系。

在教師告知學生，我們將這種現象稱作“溶解”后，針對“你在生活中還觀察到了哪些溶解現象”這一問題，學生的回答有“白糖可以溶解在水里面”“油溶解在水中”“冰化成了水”等。其中“冰化成了水”這一舉例引起教師關注，進一步詢問，發現該生的這個回答源于他對“溶解”和“融化”這兩種現象的錯誤歸類，該生認為“溶解和融化是同一回事”。而“油溶解在水中”這個回答，說明學生對溶解現象觀察不到位。

2. 學生對“溶解概念”的認知

教師演示了鹽、紅糖和小石子放入水中的現象后，讓學生對實驗現象進行仔細描述， 9名學生就直接用“消失了”“融化了”這樣的詞語來描述該現象，只有1名學生對現象進行分析后說“按照科學方面這是一種溶液，固體變成了液體”。當教師追問能否給其取一個名字時，學生根據實驗現象將其命名為“糖水與鹽水”。當追問學生“鹽、紅糖真的消失了嗎”時，有5名學生認為鹽和紅糖沒有消失，他們認為“鹽、紅糖只是化了”“鹽和糖融化了”“糖是固體，只是化成了液體而已”。其他學生則認為消失了，理由是“鹽、糖一開始還在，后來不見了，所以它們是真的消失了”。

在教師告知學生，我們將這種現象稱作“溶解”后，針對“溶解的過程是怎樣的”這一問題，5名學生將溶解大致描述成“溶解就是一個東西放在水里面，一會兒就化了或者消失了”，還有5名學生對此問題保持沉默，描述不出來。針對“所有物質都可以溶解在水中嗎”這一問題，所有的學生均認為不是所有的物質都能夠溶解在水中，有些學生還舉出一些例子來說明，比如“石頭不溶解在水中”“油不可以溶解在水中”。由此可見，雖然學生對“溶解”這一概念的認知會有偏差，但他們都知道不是所有的物質都可以溶解在水中。

綜上來看，一年級的小學生對溶解的認知都停留在日常生活經驗層面，沒有表現出明顯的差異。他們知道有些物質能夠在水中溶解，有些物質不能在水中溶解，對溶解的現象和過程描述傾向于使用“消失”“化了”這些詞。他們還無法區分“溶解”與“融化”，無法理解溶解時物質究竟發生了什么變化；他們對于常見物質是否能溶解在水中也存在一定分歧。

(二)五年級調查結果分析

1.學生對“溶解現象與概念”的認知

對于“將鹽加入水中，不斷攪拌，鹽消失了，在科學中我們把這個過程叫做什么”這一問題，10名五年級學生中，僅有1名學生還不能識別這一現象為“溶解”或不知道這一科學術語。

對于“什么是溶解”這一問題，1名學生將其描述為“溶解是一種物質均勻地分散于水中的過程”；4名學生通過舉例來說明，比如“一個物質在水中消失不見了叫溶解”“鹽消失在水中這樣的過程叫溶解”；3名學生大概知道什么是溶解，會使用“融化”“分解”這類詞匯去描述，或者使用“固體變成液態”去描述；2名學生認為“溶解”就是“溶化”。這說明雖然學生無法準確描述溶解的概念，但是可以通過事實舉例或簡單語言進行描述。這也表明學生對溶解的概念理解不足，甚至與一些其他科學術語產生混淆。

對于“溶解的其他相關知識”這一問題，10名學生都指出“有些物質可以溶解在水中，有些物質不可以溶解在水中”，3名學生認為“溶解是有限度的”，2名學生認為“溶解是一個化學變化”。

對于問題“水能溶解所有物質嗎”，所有學生均認為“水不能溶解全部的物質”，并且舉例“石頭”“油”作為不能溶解的例證。

對于“如何判斷某種物質是不是在水中溶解了”這一問題，1名學生描述為“像食鹽一樣不能用過濾和沉淀方法分離的是溶解了；像沙子和面粉一樣能用過濾和沉淀方法分離的是沒有溶解”。5名學生認為“可以看物質是否還有沉淀來判斷”或“看物質是否還可以被過濾出來來判斷”，4名學生認為“只要物質消失不見了就是溶解”。

綜上來看，五年級學生基本都能識別常見的溶解現象并知道“溶解”這一科學術語，但對術語的認識停留在表層，需要通過現象的描述或舉例來闡釋定義，知道有些物質不能溶解在水中，但不同學生間對于部分科學知識的認識存在較大差異。例如部分學生認為“物質消失在水中就是溶解”，而多數學生則知道“物質不能通過過濾與沉淀分離就是溶解了”。多數學生對溶解的描述停留在表層，但個別學生可以用較完整的語言準確描述溶解的過程；還有部分學生將溶解與融化混淆。

2.學生對“物質的溶解度”的認知

對于“水能夠無限制地溶解某種物質嗎”這一問題，9名學生都知道水不能無限制地溶解某種物質，回答有“水少了，鹽多了，水就溶解不了剩下的”“有的物質顆粒大小不同、溶解度也就不同”“它是有一個度的”等。1名學生認為“水可以無限制地溶解某種物質”。

對于“不同物質的溶解度是否相同”這一問題，所有學生都認為“是不同的”，但通過分析學生的回答發現其認知水平是不同的。比如有學生回答“有些物質的顆粒大小不同，溶解度也就不同，如鹽和糖”，這說明學生是從不同物質的顆粒大小進行說明的，并且還能舉例說明。有學生回答“粗鹽溶解性差，細鹽溶解性強”，這說明該生不僅能夠舉例說明，還知道哪些因素影響溶解性。有學生回答“鹽的溶解度比小蘇打的溶解度高”，這說明該生不僅知道鹽與小蘇打的溶解度不同，還知道小蘇打和食鹽哪種物質的溶解度高。

由此可以看出，學生基本都知道物質在水中的溶解是有限度的，且不同物質的溶解度不同，但對于溶解度的認知水平存在一定差異。

3.學生對“影響溶解速度的因素”的認知

對于“影響溶解速度的因素有哪些”這一問題，6名學生能夠回答出2～3個因素，如“是否攪拌”“溫度高低”“顆粒大小”。3名學生可以回答出某一個因素，比如回答“用粗鹽和細鹽相對比，結果細鹽先溶解”，這說明他們認為顆粒大小會影響溶解的速度。但也有1名學生認為“水的多少”會影響溶解速度。

當教師要求學生利用所提供的實驗材料設計一個實驗來探究溶解速度的影響因素時，4名學生寫出了完整的實驗過程，表3描述了學生寫出的兩類方案。5名學生能夠寫出相關實驗，但是沒有在實驗步驟上體現控制變量的思想。有1名學生不知道實驗步驟有哪些，沒有寫。

表3 學生設計的驗證試驗舉例

(注：該表格為教師依據學生所寫內容整理而來)

綜合來看，對于影響溶解速度的因素，學生的作答表現出明顯的認知水平差異。

(三)學生對“溶解”相關內容的認知對比分析

首先，從學生對“溶解現象和術語”的認知來看，一年級學生傾向于使用“消失”“化了”這些詞來描述溶解現象，但無法對溶解的過程進行較為詳細的描述。五年級學生基本能夠識別常見的溶解現象，并能使用多種詞匯或通過舉例對溶解過程進行一定描述，雖然這種描述也多停留在表層。一年級學生還無法使用“溶解”一詞，五年級學生基本都知道這一科學術語。但無論是一年級還是五年級學生，都存在將“溶解”和“融化”混淆的現象。

其次，從學生對“溶解概念”的認知來看，一年級學生無法理解溶解是物質發生了什么變化，是“物質消失”還是轉化為其他形式；五年級學生雖然也存在“物質消失”的說法，但總體上對溶解的概念有更深入的認識，并能夠將這一內容與“過濾”“沉淀”等詞匯聯系起來。一年級和五年級學生都知道并非所有物質都能溶解在水中，并能舉例說明。

最后，對于“物質的溶解度和影響因素”，由于科學課程標準沒有對低學段提出要求，故本研究沒有進行相關訪談。從科學課程標準的內容要求來看，五年級學生對溶解度和影響溶解速度的因素認知表現出明顯的差異，具體表現為對溶解能力的深度描述和對影響溶解因素的數量。對影響溶解因素的實驗設計表明學生在探究能力的發展方面也表現出差異性。

三、研究結論與啟示

(一)研究結論

通過調查發現，隨著學段的提高，小學生對“溶解”相關概念的認知逐漸增加和深入。一年級小學生對“溶解”相關概念的認知差異并不明顯，但五年級學生對溶解的認知差異卻比較明顯。對照科學課程標準的內容目標來看，五年級的多數學生對“溶解”相關概念的認知基本達到了科學課程標準的相關要求。

1. 小學生對“溶解概念”的認知

不管是一年級還是五年級的學生，對“溶解”的概念認知多停留在表層。一年級基于日常生活經驗積累會使用“消失”“化了”“不見了”等口語化詞匯描述溶解現象，但對“消失”本身解釋得不清晰。五年級雖然也會使用“消失”這類詞匯或舉例進行說明，但已經能夠對“消失”進行簡單說明，比如使用“均勻分散”“固態變為液態”等進行描述，但表述不一定完全正確。

2.小學生對“溶解”的描述語言

相對于一年級學生，五年級學生經過學習，已經能夠使用較多的科學術語來描述科學現象或做出科學解釋，比如“固態變為液態”“化學變化”“沉淀”“過濾”等，雖然術語使用不一定正確，但學生的科學詞匯明顯豐富起來。但學生對于與“溶解”現象相似的科學術語容易混淆，一年級建立的“化了”概念可能在五年級仍無法轉變過來，對“融化”與“溶解”難以區分。

(二)研究啟示

1.了解學生的科學前概念，并采取有效策略進行教學

學生總是帶著先前的概念進入科學學習，這種前概念對兒童的科學學習會帶來極大影響。概念轉變學習理論認為科學學習就是學生原有概念的改變、發展和重建過程，就是學習者的前科學概念向科學概念的轉變過程。[1]本研究的結果表明，小學生在學習科學前，就已經基于生活經驗積累了“前概念”，五年級學生可能依然保留一年級時所持有的前概念。因此，教學中教師首先要認識到學生前概念的頑固性，有充足的心理準備和多次嘗試的耐心。其次，教師教學前要通過訪談、觀察、查閱資料等多種途徑準確捕捉學生的前概念。最后，教師要采取強有力的措施來促進學生的認知轉變，并在此基礎上幫助學生建立正確的科學概念，比如設計情境暴露學生的前概念、制造認知沖突、鼓勵合作探究和討論協商等。

2. 教學中關注科學語言的使用，并注意區分相似概念或現象

科學語言是科學的重要知識表述，它的各個組成要素，諸如術語、符號、概念、文本等，共同構成了完整的知識結構，塑造了具體學科的知識框架。它既是科學理論的表述載體，也是保證科學思想進行無障礙交流的必備條件。[2]科學課程標準指出，小學生應具有“用科學語言與他人交流和溝通的能力”。從本研究的調查結果來看，從一年級到五年級，學生對溶解現象的描述和理解隨著科學術語的使用更加深入、規范，但仍有一些學生的科學語言比較欠缺，影響了對相關內容的理解和交流，還有一些學生出現了混淆相關術語的現象，比如“溶解”和“融化”，這對學生后期的科學學習是十分不利的。學生要使用科學語言，首先要有關于科學語言的積累，然后才能經歷從模仿到使用的過程，改變過去使用口語化語言描述科學現象的習慣。小學科學教育多以描述性科學語言為主，很少涉及科學符號和公式，因此，教師在教學中要注意培養學生使用科學術語的意識，并在不同情境下鼓勵學生準確使用科學術語；在學生認知發展的范圍內從表象和本質兩方面對相似概念進行區分。

3.科學教學要關注學生的個體差異

學生在一年級因認知水平和生活經驗有限，對溶解的認識并沒有明顯的差異，但到了五年級，學生對溶解相關概念的認知表現出明顯差異，這種差異也表現在設計探究“影響溶解速度的因素”的實驗中。學校的科學教學使學生在科學學習中產生了較大差異，個別學生還未能達到科學課程標準規定的最低目標。科學課程標準指出：“小學科學課程要面向全體學生，適應學生個性發展的需要，使他們獲得良好的科學教育。”雖然由于學生本身的差別，在科學學業上會有一些差異，但保證每個學生都能達到課程標準的基本要求是必須的。因此，科學教學中要關注學困生的發展，為其提供合適的發展機會，使其在科學知識與探究能力等多個方面達到科學課程標準的最基本要求。