建構概念 形成觀念 提升素養

朱倩云 何曙君

【摘? ?要】作為科學學習的重要組成部分，有效建構科學概念對于發展學生核心素養有重要的意義。以教科版《科學》四年級上冊《聲音的高與低》一課為例，教師應“整合相關學科，激活已有經驗；提供學習支架，助力科學探究；揭示科學本質，促進概念建構；運用多元評價，促進思維發展”，幫助學生實現對科學概念的理解和應用，提高學生的科學核心素養。

【關鍵詞】小學科學；科學概念；核心素養；科學觀念

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確提出：科學觀念是科學課程要培養的學生核心素養之一，科學觀念是在理解科學概念、規律、原理的基礎上形成的對客觀事物的總體認識。要形成科學觀念，必須掌握一定的科學概念。作為科學學習的重要組成部分，有效建構科學概念對于發展學生核心素養有重要的意義。教科版《科學》四年級上冊《聲音的高與低》一課主要存在兩個教學難點：一是學生難以準確辨別聲音的高低；二是“物體的振動難以用肉眼辨識”，不利于建構概念。對此，教師從學生的認知經驗出發，借助學習支架展開概念教學，幫助學生掌握知識，提升思維能力。

一、整合相關學科，激活已有經驗

在前期的調查中，教師發現有一部分學生容易將聲音的高低和聲音的強弱混淆起來。雖然學生在之前已經學習了《聲音的強與弱》，但在實際的聽音辨別環節，他們依然分不清聲音的高低與聲音的強弱。在小學二年級的音樂課中，學生已經學習了音階和簡譜的相關知識，有了對聲音高低的感性認知。基于此，教師聯系音樂學科展開教學，激活學生原有的知識經驗。

（一）設置體驗活動，激活已有經驗

課始，教師通過設置體驗活動“比比誰的聲音最好聽”，讓學生演唱歌曲《小星星》。在不同學生演唱展示后，教師提問：“你認為誰唱得好聽？為什么？”

生：我認為A同學唱得好，因為她每個音都唱得非常準。

生：我還有補充，A同學不僅音準好，而且唱出了高低起伏。

生：我也認為A同學唱得好，因為她的音調有高有低，有變化。

體驗活動能夠激發學生的學習興趣。教師要及時引導學生表達對聲音的高低的看法，激活學生已有的經驗。

（二）整合相關學科，聯結已有認知

通過體驗活動，學生初步感知了聲音的高與低，但對于高低不同的聲音具備怎樣的特點并不清晰。為了幫助學生進一步認識高低不同的聲音，教師設計了如下學習任務。

提問：你能判斷聲音的高低嗎？

任務1：聽聲音，說一說聲音的高低。

任務2：聽幾組不同的音樂，并對照相應的樂譜，說一說高低不同的聲音分別具有怎樣的特點。

聲音的高低對于學生來說是一個較為抽象的科學概念。通過學習任務，學生將聲音的高低和音樂課中學到的簡譜知識相結合，使抽象的概念變得具體可感。學生了解到聲音的高與低并不是絕對的，而是相對的。

二、提供學習支架，助力科學探究

科學概念的形成需要經歷分析、比較、抽象、概括、綜合的過程。四年級學生的抽象思維發展尚不完善，不能由表及里地歸納概念的本質。根據概念的抽象程度，教師可以提供不同的學習支架，支持學生的學習，幫助學生自主建構概念。對于《聲音的高與低》一課，學生在“區分強弱、高低不同的聲音；把握物體特征與聲音高低之間的規律；探尋產生高低不同的聲音的本質原因”存在困難。因此，在學生進行科學探究的過程中，教師要提供具體相關學習支架：語言支架——科學詞匯；思維支架——圖表與過程記錄單；實驗支架——設計方案。這些學習支架能夠幫助學生對已有經驗、事物特征和實驗活動進行有效整合。

（一）科學詞匯——助力精準表達

科學教育的重要功能就是通過對兒童的科學學習進行干預，讓他們從日常的研究轉變為科學探究，其中非常重要的就是發展他們的表達和交流能力。《聲音的高與低》一課的教學中，教師要為學生提供必要的科學詞匯，如高的聲音可以用“尖、脆”來描述，低的聲音可以用“渾厚、粗重”來描述，幫助學生準確、流暢地表達。

（二）圖表與過程記錄單——探尋科學規律

1.利用圖表

利用圖表有利于發現數據之間的聯系，揭示事物之間重要的、共同的特征，助力學生理解概念本質。在《聲音的高與低》一課中，教師通過使用條形統計圖（如圖1），幫助學生探尋聲音高低的規律。

教師提問：通過觀察這些統計圖，你們有什么發現？

生：我們小組發現：物體越大，發出的聲音越低；物體越小，發出的聲音越高。

生：我們小組探究出的結果是：物體越長，發出的聲音越低；物體越短，發出的聲音越高。

生：我們小組發現：物體越粗，發出的聲音越低；物體越細，發出的聲音越高。

這一教學環節中，教師借助圖表清晰呈現了各組的探究情況。學生通過研討，不僅找到了物體特征（大小、粗細、長短）與聲音高低之間的關系，對于如何判斷聲音的高低也有了新的認識。

2.利用過程記錄單——明確科學結論

在探究實踐中，教師要讓學生把觀察到的現象、自己的想法和發現記錄下來。記錄單由此產生。記錄單是全班進行交流的學習材料，是學生了解其他學生想法、反思自己想法的載體，能幫助學生在科學學習中從科學現象得出科學結論。通過記錄單（如圖2、圖3）可以發現：部分學生的發現仍停留在觀察到的現象的層面；部分學生已經通過現象建立起了聲音的高低與振動之間的關系，得出了正確結論。通過對科學記錄單的匯報，學生的認知得到了發展。

（三）方案設計——外顯科學方法

科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐中總結出來的正確的思維方式和行為方式。每一個科學概念的得出，都有相應科學方法的參與。學生只有在每個概念得出的過程中，掌握科學方法，才能真正理解科學概念。

四年級的學生不具備設計整個實驗方案的能力。因此，教師需要給學生提供一定的幫助，如根據實驗要求，幫助學生設計實驗方案。在《聲音的高與低》一課的教學中，教師帶領學生設計了“振動的尺子”實驗方案（如圖4），借助對比的科學方法，討論實驗結果。

通過各小組的展示交流匯報，學生意識到對比實驗的作用，知道實驗成功的一個標志就是“尺子的振動幅度一樣”。

三、揭示科學本質，促進概念建構

具有形象性和直接性特點的學習過程有利于學生建構科學概念。教學時，要讓學生先從已有的知識經驗出發，經歷探究實踐，獲取科學事實，揭示科學本質，最后理解科學概念。

（一）主動建構，抽象概括

建構科學概念前，學生要先感受概念產生的必要性、合理性。概念建構的過程就是學生自主分析、發現、探究、解釋的過程。

1.借助感性材料，感知科學概念

科學概念的建構來自學生對外界事物的感性認知，而具體的建構過程需要建立在學生對外界事物的感悟和體驗的基礎上。好的學習材料能幫助學生真實地體驗學習過程。本課教學中，教材中的材料是口琴、鋁片琴和鋼尺。敲擊鋁片琴分辨聲音高低的活動比較容易，因為學生已經能夠將已有的音階知識轉化為音高知識。但吹奏口琴分辨聲音高低的活動對學生來說是比較陌生的，且口琴內部的特征不易觀察。因此，教師為學生提供了用不同粗細的琴弦和橡皮筋制成的發聲教具、大小不同的燒杯、喇叭、鋁片琴和長短不同的音叉等材料，幫助學生找到物體特征（大小、粗細、長短）與聲音高低之間的關系。利用這些材料，學生對聲音高低的認識從抽象變為具體。

2.經歷探究實踐，建立科學概念

學生在找到物體特征（大小、粗細、長短）與聲音高低之間的關系后，聯系“聲音是由物體振動產生的”這一知識點，自主探究聲音的高低與物體振動之間的關系。為了使實驗現象更加明顯，教師借助共鳴箱放大聲音效果，借助小木塊控制振動幅度。學生用看一看和聽一聽的方法觀察實驗現象，在記錄單上記錄實驗現象和自己的發現。通過探究實踐，學生對科學概念有了更深的認識。

（二）深度思考，完善理解

一個科學概念和一個實驗結論的得出需要經過多次驗證。為了幫助學生深度思考，教師可以借助現代信息技術。

1.信息技術輔助，厘清概念本質

鋼尺實驗需要進行定性探究，讓學生判斷聲音的高低與振動的快慢之間的關系。如何使振動的快慢現象變得更加清晰明顯？教學中，教師可以借助視頻處理軟件慢動作回放鋼尺的振動過程，逐個呈現鋼尺伸出8厘米、12厘米、16厘米時的振動情況。然后將三組視頻放在同一界面進行對比，突破“物體的振動難以用肉眼辨識”這一難點，幫助學生厘清概念本質。

2.智能軟件支持，凸顯實驗本質

隨著科技的發展，越來越多的智能實驗器材被用于科學教學中，帶來了更加直觀、可視化的視覺效果，同時也增加了課堂的趣味性。本課中，利用相關智能軟件可以使“看得見的振動速度的快慢變成數得出的振動次數”，使不同特征的物體的振動快慢以數據的形式凸顯出來。

（三）發展素養，遷移運用

科學概念的習得是為了科學觀念的形成和科學素養的發展。具體表現為用所學知識解決實際問題。本課中，教師設置了以下學習任務，考查學生能否遷移運用科學概念。

教師學習任務：為什么男生的聲音普遍比女生低？請你作出解釋。

生：男生的聲帶可能比女生的粗。

生：我還有補充。男生的聲帶可能比女生的聲帶長。

教師出示聲帶的圖片（如圖5）。

由此可見，學生已經能夠用所學知識解釋現象，并能對“人能發聲是聲帶振動的結果”這一知識進行綜合應用。

四、運用多元評價，促進思維發展

評價是檢驗學生概念建構情況的重要方式。教學中，教師應嘗試建立一個目標多元、方法多樣的評價體系，以此診斷學生學習情況，調整和完善教學活動，激發學生概念建構過程中的認知內驅力。在《聲音的高與低》一課中，教師通過設計“聲音的高低”的前概念調查、教學過程中的形成性評價和教學后的評價，并借助評價工具使學生的思維顯性化，從而達成教學目標，促進學生發展。具體如表1所示。

學生在學習科學概念之前已經有了自己的一些認識。教學時，教師要基于學生視角，為學生提供學習工具，豐富學生的感性認知，化抽象為具體。這樣，學生才能逐漸從主觀判斷走向理性思考，經歷科學概念的習得、理解和運用過程，不斷提升學習能力，發展科學思維。

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