學生科學學習過程中概念轉變的教學策略

◇楊新瑞（河南：河南省基礎教育教學研究室）

《義務教育科學課程標準》（2022年版）是課標組在比較研究國際科學教育和對我國1～9年級科學課程實施狀況調研的基礎上，較多地借鑒了學習科學、學習進階、大概念等科學教育領域的先進理念研制而成的。課程內容的架構由13個學科核心概念和4 個跨學科概念組成，包含54個學習內容，分布在4 個學段。新課標提出“科學教學要以促進學生核心素養發展為宗旨”，給出4 條教學建議：基于核心素養確定教學目標；圍繞核心概念組織教學內容；以學生為主體進行教學設計和以探究實踐為主要方式開展教學活動。這決定了概念教學是科學教學的主要教學內容，探究實踐活動是課程實施的主要方式，而且新課程教材呈現的文化是一種“兒童文化”。“做中學”是當前小學科學課堂的基本組織形式，然而，現實的科學課堂在組織“做中學”時，存在著“探究活動形式化”的普遍現象，“偽探究”大行其道，重現象不重實質，課堂上有活動無思考，有“形似”無“神似”，有溫度無深度，表面的熱鬧和熱烈損害了教學的內在功能，使教學失去真正的價值。有效性是教學的生命，學生學到什么、得到什么，是衡量教學有效性的標準；教師“教什么”“怎么教”和“教到什么程度”的問題，是任何教育者都必須首先追問和考慮的問題。因此，教師要在組織學生“做中學”的同時，使學生能夠“學中思”，關注學生科學思維發展路徑和“前概念”到科學概念的轉變歷程。

一、概念定位，發現認知起點

美國教育心理學家奧蘇貝爾在《教育心理學：認知觀》一書中寫道：假如讓我把全部教育心理學僅僅歸納為一條原理的話，那么，我將一言以蔽之，影響學生唯一最重要的因素就是學生已經知道什么，要探明這一點，并應據此進行教學。前概念是兒童出生后在成長過程中與環境互動形成的對周圍世界的認識，也稱為“迷思概念”。如，很多學生認為“物體在水中下沉是由物體自身重量造成的”，并不考慮物體的體積、形狀、物體在水中排開的水量等因素對物體沉浮的影響。前概念一旦形成，大多根深蒂固，不易轉變，對正確科學概念的形成造成極大的影響和干擾。在教學中，通過前測探查學生的前概念，有利于確定教學的起點。

（一）用問卷法、訪談法對前概念進行診斷性評價

問卷法和訪談法可以對較大面積的學生進行調查，適用于大班額的情況。通過設計問卷、進行訪談，對問卷結果和訪談內容進行統計分析的方法，將學生的主要錯誤概念類型進行梳理，明確學習者的初始認知，為后續教學劃定起點。根據科學概念的特征，也可以采用畫圖法、觀察法等分析學習者的前認知水平。

（二）用實驗創設問題情境，收集反饋信息

學習始于問題，恰當的問題情境可以引起學生解決問題的興趣，促使其尋找與認知相協調的路徑，即好奇心和求知欲。小學科學課堂經常采用演示實驗的方法引導學生觀察，激發學生做出基于前概念的反饋。如，教師把同一個馬鈴薯先后放入甲乙兩個看起來相同的盛有透明液體的燒杯中，馬鈴薯在甲杯中浮，在乙杯中沉，從學生的解釋中獲取他們對物體沉浮與浸入液體的關系是否有思考。

（三）指向概念形成背景的靶向設問

學生的前概念有很多是源自生活經驗的，生活是學生認知外部世界的最初情境。教師可以將教學中的設問指向生活中可能的背景，以喚醒學生已有的經驗，引導其建立問題與新學內容之間的鏈接。而設問得到的反饋顯示，學生已有經驗或對新概念的形成有積極作用，或對新概念的形成有阻礙作用，這對教師了解學生可能存在的認知誤區、制定相應的教學策略，有重要的幫助。如，《聲音是怎樣產生的》一課，課前調查學生對聲音的產生有什么認識：68.7%的學生認為，聲音的產生是因為對物體施加了力；21.7%的學生認為與發聲物體本身的狀態（震動、擺動、晃動）有關；4.8%的學生完全不知道；2.4%的學生將聲音的傳播和聲音的產生弄混淆；只有2.4%的學生同時關注人對發聲物體的作用和發聲物體本身的狀態變化。可見，大部分學生關注的是促使物體發聲的外在動作，對物體發聲時的狀態并不在意，說明學生對聲音產生的前認知是存在的，但是模糊的、存在偏差的、粗淺的。教師通過調查和分析就可以正確把握學生認知的薄弱點，找準教學的起點和重難點。

二、概念轉變，認知同化和順應

建構主義認為，教師要有意識地發掘學生與所研究的現象、事件有關的已有的概念、技能和態度，并運用這些信息來幫助學生進一步學習。學生是發展和改變他們概念的參與者，幫助學生獲得不同的想法比他們自發地去解釋周圍世界更為有效。實踐中，我們總結出五種策略幫助學生轉變概念。

（一）設計有結構的材料，搭建認知支架

有結構的材料是指“兒童在科學探究過程中使用的、能夠幫助兒童澄清誤解、指向科學概念的學具”。教師可以設計并合理運用有結構的材料，作用于學生概念轉變進程。這里的“結構”強調的是不同材料的組合和總和，材料之間有著內在的聯系。如，在《制作一個一分鐘計時器》一節課中，教師依次呈現機械擺鐘模型的內部結構，推動學生對“機械擺鐘各個部件之間是聯合作用的”這一概念的構建。巧妙利用教具，可以引發認知沖突，有沖突才有質疑，有質疑才有更多的碰撞和反思。如，在《聲音是怎樣產生的》一課中，68.7%的學生認為，聲音的產生是因為對物體施加了力。教師用手平托起一本書，問學生：“當我向這本書用力時，你聽到聲音了嗎？”頓時激起了學生“對物體施加力物體就能發出聲音”的認知沖突，對于學生否定自己前概念、趨向科學概念起到支架作用。

（二）借助技術教育手段，呈現思維過程

有些抽象的科學概念，由于受到實驗材料的限制、實驗時間、教室環境等較難模擬的因素的影響，學生很難通過自主探索或者教師講解形成理想的認知，必須借助技術教育手段，幫助學生形成概念。如，在《種子的萌發》一課中，由于種子的萌發是一個較長時間的過程，每天的變化微小，很難直接觀察到，此時可以借助視頻的“快進”技術，讓學生在短短幾分鐘時間內觀察到種子萌發的過程，建立“種子是有生命的，種子萌發是不斷變化的過程”這一科學概念。

（三）鼓勵學生表達困惑，挖掘認知誤區

概念的建構需要在互動中進行。由于學生各自的經驗、知識儲備、成長環境不同，其建構的概念也會存在個性化的差異：有的學生從表面來理解；有的學生從本質來理解；有的學生用現象來抽象地理解；有的學生用具體的事物來形象地理解。教師應鼓勵學生充分表達困惑，在表達中厘清凌亂的思維，用邏輯形成較為系統的知識體系。這就需要教師有梯度地提問，循著學生可能的思維邏輯，有序地設問，使科學概念的揭示像“層層剝筍”般層次清晰、環環相扣。因此，教師必須在備課時對課上的設問和學生回答有預設，在教學中進行“線性”設問并依據實際情況微調，而不是隨性提問。這樣有利于將學生的思維引向深處，或者暴露自己的困惑與思維盲區。在此過程中，教師傾聽學習者的解釋顯得非常重要，通過傾聽和解讀，了解學生的思維路徑，并有針對性地搭建“腳手架”，助推學生概念的轉變。

（四）強化論證能力，完善認知路徑

科學論證是經過思考和推理提出觀點、通過解釋和說明澄清彼此的想法，使自己的觀點更能讓對方認同的過程。在概念轉變的教學過程中，學習者會產生觀點，通過分析每個觀點及其背后的支持論據或反駁論據，對科學現象做出理性判斷。基于科學實踐的論證關注學生嚴謹的科學思維，強調“主張、證據與解釋”，當學生的前概念與科學事實（數據、資料、現象等）不符引發認知沖突時，教師需要引導學生在科學實踐中進行實驗、調查，從不同來源收集證據，從證據中提出合理的解釋，經過對證據的質疑、批判和邏輯推理，在結論和論據之間形成聯系，建立結論與證據一致的科學解釋。運用這一策略時，教師要有意識地訓練學生科學有效地表達和交流，當學生能用完整規范的語言進行符合邏輯的推理，向他人做出詳細的、令人信服的描述時，這一過程本身就是對學生認知中零散名詞和概念的歸納梳理，也為實現更深層次的認知做了準備。

（五）形成性評測，促進概念轉變

在幫助學生建立及轉變概念的活動中，教師要不斷地評價學習者的學習進程，即進行形成性評測。形成性評測可以將有關學生想法和技能的信息即時提供給教學過程，促使學生更加主動地參與概念轉變過程。課堂上的科學記錄單是進行形成性評測的最廣泛載體，以書面形式存在的記錄單，通過文字、圖表、圖畫等方式反映探究過程，隨時可讀，便于回顧，全面反映全體學習者的真實學習情況，是學習者概念轉變過程的實證，向教師和學生提供反饋信息，并根據課程目標的要求來解讀和評測這些實證，而實證對學生科學概念的發展極其重要。

三、概念形成，遷移認知方法

經過認知適應與同化，科學概念得以形成。但概念的形成并不是教學的唯一目的，學生收獲的不應只是概念和技能，還應該能夠圍繞概念拓展新知識、遷移認知方法，即發展探究能力。學生在教師的精心設計下，完成科學概念的建構。在這個過程中，學生經常是無意識的，因此在接近某科學概念形成的尾聲時，可能會出現兩種結果：或者是沒有將新概念納入概念體系；或者是無法將探究能力遷移到其他領域。所以，教師要引導學生進行學后反思，主動、持續、周密地思考。即使兒童的反思不如成人深刻，但是在教師有意識的引導下，可以適當延伸學習的廣度或深度，對學習過的碎片化概念通過整理、歸類，形成結構化的、基于大概念的知識體系，同時可以提高元認知水平，提升學習能力。學生在學會后，反思自己是怎么學會的、在小組合作中有哪些貢獻、別人對自己有哪些幫助、能力獲得的過程是怎樣的等等，類似這樣的追問是對自己認知策略的梳理。教師引導學生進行各種形式的學后反思，日積月累，可以提高學生的學習能力。

實踐證明，概念轉變策略是從學習機制出發，結合義務教育科學課程標準的要求提出的對學生概念轉變進行介入和干預的有效策略。策略的應用提升了教學行為的專業性、規范性，有利于更加明確教學目標、優化教學過程、評估教學效果。