小学科学教育中的概念学习问题初探
摘要: 关注事实性知识到关注科学概念,是中国小学科学教育必须迈出的关键性一步,即教学的过程就成为用一定的策略来帮助学生发展科学概念的过程。基于“概念”的教学实践,我们可以从以下几个方面着手探索：1、关注学生的前概念,清晰概念教学起点；2、构建概念体系,明确概念层次；3、思考学习过程,设计为概念学习提供支架的活动板块；4、推敲教学策略,促进概念的修正和完善；5、应用科学概念解决实际问题,检验概念建构结果。
关键词：小学科学 概念学习 初探
中央教科所郁波老师指出：“从自然到科学,我们的许多方面发生了变化,但在对事实性知识的追求上,我们没有变。”应记住我们的任务不是单纯地教小学生研究植物学。而在于“用什么观念看待自然？”【1】。然而,小学科学教育时怎样关注学生科学概念的形成？在教学中一直困惑着众多一线教师。审视我们几年来的课程改革,老师们教学观念的转变导致教学行为的转变：我们更加关注学生如何探究、更加关注学生主体、更加关注科学的研究过程；在做中学科学,在玩中学科学,学生们研究科学的兴趣被激发,这些都是可喜的变化。但细细想来,我们却发现有些做法似乎矫枉过正了：对三维目标的关系,我们始终把握不好,重视动手做的目的性,忽视探究的完整性和系统性；重视活动过程,忽视科学概念；致使探究方向的迷失,探究活动与知识脱节……很难想象,如果没有一个科学概念的建立,这个探究活动过程是为了什么而展开的呢？
所以说从关注事实性知识到关注科学概念,是中国小学科学教育必须迈出的关键性一步。在这种指导思想下,当前小学科学的课例研究要向概念研究迈进。
一、关注学生的前概念,清晰概念教学起点
建构主义认为：每个人总试图从感觉器官感受到的混乱信号中寻求模式或顺序,从而建构他/她自身对世界的认识和理解,由于个人经历、背景及其他生理结构的差异,各自建构的知识或对世界的理解也就不同【2】。所以说每个生命个体在探索身边世界时,会依据自己的心理图式描画出对科学概念的朴素理解,这种认识和理解即学生的前概念,也正是科学概念形成的基础。
前概念是学生对客观事物作出的生命个体的反映,这种反映是基于生命个体认识水平的一种朴素理解。它有着片面性、顽固性的特点,还带有强烈的个人色彩。是小学生在日常生活中有意或无意形成的,有时很难察觉,加上这些概念又因人而异,五花八门,所以要改变学生的前概念,我们首先要做的是对学生的前概念做出评估,挖掘隐藏在学生头脑中的前概念,以便对症下药。在探索小学生关于科学概念原生态认识的方法上,我们可以参考下列比较有效的方法：
①图示法：图示法是学生通过画图的方式表达出他们对某一概念或某一实验过程的理解。如,在关于电路连接概念的学习上,我们学生原有的日常概念状况如何？我们可以通过课前画图的方式来表达自己的理解（具体如下）。
这些是四年级学生在自我认识中的电路连接概念,这些连接方式暴露了学生对电及简单电路概念的理解——绝大多数儿童将灯泡看成是一个单向的接收器,认为电池是电源的提供者,而灯泡是电流的接收者。他们认为电流,能量,电压等贮存在电池中,然后流向灯泡供其消耗。
②访谈法：访谈,就是研究性交谈,是以口头形式,根据被询问者的答复搜集客观的、不带偏见的事实材料,以准确地说明样本所要代表的总体的一种方式。访谈研究法的优点是非常容易和方便可行,具有较好的灵活性和适应性,如能引导深入交谈可获得可靠有效的资料。
③再忆法：这是在执教新科学概念的课堂中,通过一些事例或问题来激发学生对日常概念的回忆与展示。
④解释法：教师设计情境和问题,让学生根据自己的经验,进行解释。这种方法一般应用于课堂教学结束后,是学生对预测结果与实验结果的对比描述。这种对比描述可以直观地让我们看到学生日常概念与科学概念之间的差异。如:在调查学生对“空气与燃烧”存在哪些前概念时,我设计了这样一个情境：把一支蜡烛点燃,然后用杯子罩住,过一会儿蜡烛熄灭。然后我就应用了“解释法”来了解学生的前概念情况。
蜡烛为什么会熄灭？结果学生中,有85％的学生这样解释：杯子中的空气没有了,所以蜡烛熄灭了。还有15％的学生解释：是氧气没有了,所以蜡烛熄灭了。这时,教师很容易了解到学生存在的前概念：空气帮助燃烧,空气没有了,燃烧就不能进行。
二、构建概念体系,明确概念层次
“所有概念建立者一个共同的特点是：在浩瀚的事实中探求意义,探寻一个概括的体系,把一个问题所有可能的特征包括进去。” 兰本达教授这样描述概念体系【3】。
把目标定位从事实、主题提升到具体概念的教学,它将实现两个基本想法：一是日常教学对学生的思维要求提高了,不仅仅是知识理解层面,而且要上升到综合分析层面,这样的教学会大大提高学生在课堂中表现出的思考力；二是以培养学生科学素养为宗旨的小学科学课堂教学找到了落脚点,帮助学生在熟悉事物、收集事实的同时,还要形成一种观念性的概念,用这种原理性的概念引领科学探究的发展,这对学生长大后所形成的科学素养具有决定性的影响。
在我认为,核心概念,确实可以用一段具体文字进行表达,但是作为核心概念最重要的功能是指引教师进行教学设计和反思及验证、进行教学过程的调控、给教师一个掌握教学方向的标杆。具体概念,是教师能够教,学生能够学的对于知识概念的文字表达。主题,更多的是针对教学内容的编排,而事实,就是在课堂上我们可以通过观察、思考得到的最直接的东西,或者说是建构概念的原材料。
三、思考学习过程,设计为概念学习提供支架的活动板块
在导向概念的教学中,其学习理论基础是建构主义者对儿童学习科学的过程的解释。建构主义者认为儿童学习科学的过程是学生建立更精确、更深刻、更合理的概念。与皮亚杰和维果茨基理论相一致的是,帕斯纳（Posner）和他的同事从认识论的角度提出了一种基于建构主义理论的帮助人们认识儿童的概念发展与转变过程的概念转变模型（简称CCM）。根据该模型,儿童学习科学的过程可看作是一个由新概念替换旧概念的过程【4】。
科学课以探究为核心,科学探究是由一个个活动构成的。活动是建构科学概念的载体。在某种程度上,科学课的学习可视作改变学生初始想法的过程,不断修正和完善概念的过程,即概念变化的过程【5】。教师在教学设计时要充分考虑在概念主题下的活动板块及每个活动承载的概念内涵。教学要根据学生的经验一步一步地拓展他们的观念,而不要跑到他们经验的前面。
如：《观察我们的身体》这一课,根据本课在单元学习中的地位,我们期望学生形成关于人身体的整体概念。但是三年级学生的关注点总是在一些细节部分,比如手指上的指纹,手上的毛孔、伤疤等。为了避免学生停留在对细节的观察与描述,我们设计了以下活动：教师在黑板上板画人体结构简笔画,故意把手或脚画成不对称——学生观察“我们的身体”并描述各部分的特点——修正教师的简笔画——体验不对称、平衡的不方便——拓展认识内部器官及观察工具。几个活动形成一条概念活动链,从一开始就把学生的关注点引导到人体结构上而不是细节部位,这样,学生的活动就紧紧围绕本课的概念主题而展开。
又如：《食物链与食物网》一课,为帮助学生建构“生物之间的食物联系,称为食物链；生物之间由于食物关系而互相联系,互相影响。” 的科学概念 。我们组织了一个“结网游戏”：把全班学生分成若干小组分别扮演稻田里的各种生物,用毛线将其中的几条食物链联接起来。然后让学生体验食物链中的一环受到破坏会影响到整条食物链的活动。这样通过概念模型的建构使学生从“旁观者”转化为“当局者”,更深刻地感受生物之间由于食物联系形成的相互联系、相互影响的关系,从而让科学概念作为“观念”而非“知识”纳入学生的认知结构中。
四、推敲教学策略,促进概念的修正和完善
概念的发展来源于科学探究活动的全过程。因此,课堂活动板块清晰化后,组织承载概念内涵的活动,帮助学生整理从活动中获取的信息,促进学生思维进一步推进都要依赖有效的策略去保障。具体的做法有：⑴注重关键问题的设计与运用；如“芽长成苗”这三个活动线索虽然十分清晰,但其中蕴涵的内容却非常多。可以通过教师的有效组织与指导促进学生科学概念的修正与完善。具体做法是：第一个活动不提供学生种植的凤仙花,只要求学生根据自己的记录与同学交流。当学生提出“子叶是不是叶子”的问题后再适时提供实物让学生去观察这个“焦点”。这样的设计一可以使学生重视种植过程中的记录,提高数据的真实性,并保证交流的效率,避免“汇报无听众”的局面,还可以高效地达成对“子叶”概念的修正。从而顺利形成共识“在前面三周时间里,凤仙花在不断地生长”。第二个活动伊始,教师便呈现关键问题：“又一周过去了,我们的凤仙花在原来的基础上会有新的变化吗”,强调学生在观察、交流时要与原来的数据、现象做对比,促使学生的思维趋向连贯性,保障交流的目的性、有序性。第三个活动同样用关键问题“根据这四周的观察数据,你预测一下以后四周凤仙花的生长情况”,使学生有依据地预测,有目的地预测。因为只有这样,学生才会在今后的观察活动中更加投入,学生建构的概念才会更加完善。⑵材料的精心设计与组合；一是设计有结构的材料,二是科学设计材料呈现的时机,依据学生的探究进展适时提供材料,极大地提高了学生观察的效率与思维的逐步深入,最终形成科学概念。⑶对数据的有效利用与提升。一是数据的科学利用,我们在引导学生统计数据时不仅要统计本组同学的数据,还要横向比较其他同做本实验的小组的实验数据,用另一种方式达到重复实验的效果；二是数据的有效提炼,在保证数据来源科学性的基础上,启发学生思考：数据告诉我们什么？数据在我们的结论起着什么作用？帮助学生在对数据的分析与提炼中领悟科学概念。教师教学策略的介入起着关键性的作用。
五、应用科学概念解决实际问题,检验概念建构结果
在学生完成概念重组、初步形成科学概念后,应该让学生在实践中应用概念,这会使学生对概念更加亲切,也是检验科学概念掌握情况的重要标志,还是加深对科学概念理解的重要环节。应用概念于实际,是概念的具体化过程,而概念的每一次具体化,都会使概念进一步丰富和深化,对概念的理解就会更加全面,更加深刻。同时,在应用过程中对科学概念理解上的缺陷才能暴露出来,以便进一步地加深和深化学生对科学概念的理解。
如：要建立“鱼”的概念,就要准备一些活鱼、鱼产卵的录像或挂图,有目的、有步骤地指导学生观察、分析鱼的身体结构、繁殖方式和生活习性,抽象出鱼的共同特征(身体表面有鳞,头部有鳃,靠鳍运动,终生生活在水里)。在建立了鱼的概念以后,还要提供一些外形不像鱼而是鱼(泥鳅、鳝鱼等)、名字叫鱼而不是鱼(章鱼、鱿鱼等)、外形像鱼而不是鱼(鲸、大鲵等)的各种在水中生活的动物的挂图、录像或实物,引导学生联系实际运用概念去判断这些动物是否属于鱼类,了解学生是否真正理解了概念。
又如：在抽象出“绝缘体”这一概念的过程中,学生通过实验后,对铅笔的导电问题产生了争论,有的认为铅笔是导体(笔芯),有的认为是绝缘体(笔杆),老师这时不应当去明确地判断谁对谁错,也不要先指出问题出在哪里,而是让学生再去实验,再去观察,再去分析,再去比较,看看自己是怎么做实验的,别人又是怎么做实验的,别人的实验过程跟自己的有什么不同。让学生充分发表意见,产生争论,最后达成一致的意见。这样获得的概念将是终身难忘的。
总之,要上好指导学生建立科学概念这一类课,教师在理论上必须掌握好一系列的概念问题,在实践中必须把握教师的“指导”作用。正如中央教科所郁波老师所说：“从关注事实性知识到关注科学概念,是中国小学科学教育必须迈出的关键性一步。”因此,如何建构小学生的科学概念是需要科学教育工作者共同关注的。
【参考文献】：
1. 张之仁编写:《生物与环境》㈠的回顾 2005年版
2. 程红兵写：《建构主义教学论》,教学大参考。
3. [美]兰本达等,《小学科学教育的“探究——研讨”教学法》,人民教育出版社,1983年。
4．刘忠学著：《小学科学前概念和教学》,小学科学课程网。
5．陈华彬 梁 玲编著：《小学科学教育概论》,高等教育出版社,2003年版
