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科研论文

探究教学中促进前概念向科学概念转化的策略

作者:金丽媛 来源:浙江教育资源网点击数: 发布时间:2017-12-06 19:46
   [摘  要] 新课标明确指出了在科学探究中关注科学概念,科学学习应围绕学生科学概念建立的进程来组织。然而学生在学习概念前已经对一些概念有了朴素的理解,这种理解往往与概念的科学含义不尽一致,于是概念教学的重点就是改变学生原有的朴素理解,即前概念转化。科学概念教学从某种意义上来说实际是前概念的补充、深化、发展或者纠错的过程,基于前概念转化的教学能有效提高师生的概念化水平,提高学生的综合思维能力。本文主要从运用同化机制、运用类比建模、通过模拟实验、聚焦矛盾冲突、制作概念转化后的概念图等五大策略来阐述探究教学中如何基于学生前概念,促进前概念向科学概念的转化。
    [关键词]  科学探究  前概念  科学概念  转化  
    学生在走进科学课堂之前并不是一张白纸,他们对生活中发生的各种现象、遇到的各种问题形成了自己独特的看法,对日常生活中所感知的现象,通过长期的积累而形成的对事物非本质的认识,已经有了一些朴素的理解,这种理解可以称为初始想法,或称为“前概念”。概念教学应该充分考虑学生前概念的认知,并为促成科学概念的转化而教。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。只有对学生的前科学概念因势利导,有效地加以利用,才能使学生积极地构建自己对外部世界和现象的观察与理解,让新的知识纳入到学生原有的认知结构中去。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。
    美国著名教育心理学家奥苏泊尔说:“假如我把全部教育心理学仅仅归纳为一条原理的话,影响学生唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么,要探明这一点,并应据此进行教学”。有效的学习“只能由个体学习者基于自己的经验背景而建构起来……意义是学习者通过新旧知识经验间反复的、双向的相互作用过程而建构成的”。这些理论给我们启示:科学课上帮助学生建立的概念,要和学生原有的真实想法相互作用建立起联系,所以教师只有把学习者带到学习任务中的已有知识和观念作为新教学的起点,才能促进学生的学习,才能更好的提高教学效果。在整个前概念转化、知识建构过程中,学习者已经知道的东西(不论正确的还是错误的)极为重要。学生在心理上认同这种转化是需要一定的策略加以保障的,因此在教学中我们有必要探查学生头脑中已有的前概念,并基于此采取相应恰当的教学策略促进前概念向科学概念转变。
    策略一:运用同化机制,完成科学概念的迁移和完善。
    奥苏贝尔看来,学习的心理机制是同化,即学习者新旧知识之间相互作用产生联系,原有认知结构中的知识吸收并固定新知识的过程。实验是获得感性认识的重要途径。运用实验来展示有关的科学现象的过程,可以使学生获得更典型、更生动、更深刻、更能反映事物的本质属性和共同特征的感性认识。
    溶解概念在小学科学概念描述中有三个因素:①物质颗粒变成肉眼看不见的微粒;②微粒均匀分布在水中;③如果水分不减少,颗粒不会自行沉淀下来,也不能用过滤的方法分离出来。而学生在实际学习却是容易掌握前两个内涵因素,而忽视后一个内涵因素。正因为这样,所以,学生对面粉在水中是否溶解会作出一个错误的判断。这个问题的产生在于学生的前概念(物质颗粒变成肉眼看不见的微粒)根深蒂固,缺乏溶解概念的新因素而产生的错误判断。因此,我们可根据前概念的同化迁移来进行溶解概念的学习。如图所示:
 
    首先是了解学生的前概念水平,学生的实际经验是白糖、食盐等物质在水中会慢慢不见了,这与溶解的科学概念是相合的,这为学生的概念同化迁移提供了基础。其次,通过观察活动,建立溶解概念的三个结构,也就是在已有的概念结构上增加一些知识。第三,创设判断面粉在水中是否溶解:①有的认为是溶解,有的认为不是溶解,各抒已见。②重点观察过一段时间后,水分不减少,面粉颗粒沉淀下来了吗?③思考:我们怎么判断物体在水里是溶解还是不溶解?通过让学生观察食盐在水中的变化,高锰酸钾在水中的溶解过程,以及过滤对比等实验,引导学生逐步建立起更深入的“溶解”概念。
    然而同化迁移并不是无条件的,它的基本条件有两个:一是对象的共同因素;二是已有经验的概括水平。由此,我们在学习溶解概念的迁移过程中,选用白糖、食盐在水中的变化要让学生感知到共同的特性;同时,教师要从学生已有的概括水平出发,引导学生从大量事实中来提炼本质,形成概念。
    策略二:运用类比建模,完成科学概念的推理和丰富。
    在教学中,我们经常会遇到学生“知其然,而不知其所以然”的情况,初步科学概念形成后,当场景转换后学生又变成不知道了。教师可以用学生熟悉的事物来做类比,以促进概念建构活动,帮助他们完成科学概念的推理和丰富。
    如教学六上《斜面》一课,学生结合平时的生活经验,知道在爬陡坡时很费力,而爬缓坡时就相对轻松;但当教师问:“为什么盘山公路要修成S形”,学生又说不出其中的道理。所以,在课堂上,教师利用图示,把盘山公路分截成若干个一小段,每一小段就近似于一个斜坡。有了这样的明确对比,学生自然就领悟到盘山公路修得弯弯曲曲是通过增长路程的方式变相地减小坡度,也就方便车辆爬坡了。同理,学生就能理解“螺丝钉的螺纹、楼梯台阶都是斜面的一种变形”的原因了。
    科学与现实生活是紧密联系的,当科学走进了学生的生活,融入了学生的需要,就会变得更生动、更让他们感兴趣,就容易被孩子们所理解和接受。“类比建模”的方法不但能大大降低问题的难度,而且能使学生在具体的观察、交流、反思等一系列探究活动中体验科学知识的产生、形成与发展的过程,获得良好的情感体验,并体会到科学在现实生活中的价值,并完成科学概念的深入和丰富。
    策略三:通过模拟实验,实现科学概念的类推和建构。
    所谓“模拟实验”,根据相似原理用模型来代替研究对象,实际存在的研究对象叫“原型”,相应的模型装置叫“模型”。在研究中,实验工具直接作用于模型而不是原型,然后将实验的结果类推到原型上去,揭示研究对象的本质和特点。
    《保护我们的消化器官》一课,对学生来说是比较抽象的,因为它探究的是学生无法亲眼看见的科学事物与现象。教师在教学中精心设计,层层递进,在学生遇到认知冲突时,不断生成新问题时提供有结构的材料——或是标准的科学模型,或是自制教具,或是现代教育技术的运用,让学生在“解暗箱”的过程中时时感受到“柳暗花明又一村”的探究乐趣,并由此建构起关于“消化器官”的科学概念。
见下表:

教师活动 学生活动
提供人体结构模型。
 
    提供有关消化器官的构造与功能文本资料。请学生自己寻找答案。根据资料,把消化器官纸模按顺序连接起来。
    播放《消化器官VCD》。
 
    出示听诊器,静听肠鸣音。
    用彩带来模拟一下人体消化道的长度:展开约9米。能解释人体的消化道为什么这样长呢?历时这么久呢?
学生观察比照标准模型与自己的推测的异同点,讨论描述消化道各器官的形状特征,了解名称与排列顺序。
比照模型以后,对大肠、小肠的位置、顺序又产生了疑问。
 阅读文本资料,了解各消化器官的主要功能,迁移:馒头的消化过程。
学生观看录像,交流:消化器官的运动。
学生测听自身消化器官运动迹象
发表观点:9米的长度与24小时的停留时间说明什么?
    模拟实验是对直接实验的一个必要补充,教学直观性很强,有利于激发学生的学习兴趣,一般在研究人体的结构和运动、研究体积过大或微观世界的对象(分子结构)、研究在空间或时间上极为遥远的对象(宇宙知识)或不可能直接进行的实验对象上(如地球的内部运动)。
    策略四:聚焦矛盾冲突,完成科学概念的顺应和重建。
    按照皮亚杰的观点,学生改变原有认知结构的主要机制之一是顺应。所谓顺应,是指对原有认知结构的调整和改变,以便更好地理解和接纳新现象。也就是说,当新知识和原有认知有较大的差异和矛盾时,将原有知识进行结构调整和改变,通过顺应学习接纳新知识,解决认知矛盾,实现由原有的前概念向新的科学概念的转变。
    如学生对物体的沉浮大多认为“重的沉,轻的浮”,真的是这样吗?教师拿来较重的木块和很轻的回形针分别轻轻放入水中,学生所看到的恰恰是重的浮,轻的沉,事实与学生的前概念发生了冲突,从而有效的激起了学生的探究欲望,引得他们更深的思考。那物体在水中的沉浮究竟与什么有关呢?难道和重量没关系,与体积有关?那与体积又存在着怎样的关系?是“体积大的浮,体积小的沉,还是体积小的浮,大的沉?”这时的学生内心充满了疑惑,他们既对自己原先的认识产生了否定的态度,但同时又无法寻找到合适的答案,探究欲望强烈。“物体的沉浮究竟和物体的重量、物体的体积有关联吗?”学生通过现象的观察感到非常迷惑了,显然,自己原先的猜想是存在漏洞的,是片面的,那又有什么方法来证明物体的沉浮确实与轻重、与体积存在着关系?这时的他们非常渴望能通过实验能验证什么,这时教师就顺藤摸瓜,给学生提供两组材料,一组是体积相同,重量不同的物体;另一组是重量相同,体积不同的物体。这两组材料的提供,很好地解决了学生思维中存在的缺陷:即在考虑改变一个因素时,我们应保持其他因素的不变。学生通过自己的研究发现了在体积相同的情况下重的物体沉,轻的物体浮;而当物体重量相同时体积大的物体就浮,体积小的物体就沉。在学生获得这样真实的、直观的体验后,他们会自然而然的修正原先片面的前概念,实现前概念的转化。
    我们有意识地利用以冲突为基础的教学策略,聚焦冲突,当学生无法用自己已有的前概念来解释、回答看到的现象,就不得不对已有的前概念进行反思,经历思想上的冲突和震撼,学习状态也将从“要我学”进入到“我要学”,促使学生观点向科学观点的明确化方向发展。
    策略五:制作概念转化后的概念图,系统化建构科学概念。
    教学研究表明:当学生刚刚形成一个新的科学概念时,这个概念在其认知结构中往往是孤立的,很容易受到其他因素的影响。一种新概念,只有在能被学生表达时,学生才能接受它。因此在学生经过有效的自主探究,前概念转化成新的科学概念以后,我们还需帮助学生引导学生对相似概念进行比较,要同中比异,异中比同。通过比较,对事物的本质特征建立认识,能运用新获得的科学概念解决前概念无法解决的问题,让学生意识到科学概念比前概念更合理,并能解释更广泛的现象。
    孤立的概念很不稳定,很容易受其他因素的影响,也难迁移到其他的情境中。教师可以帮助学生制作概念图。建立概念图是使概念系统化的方法之一,教师还可以通过一些综合活动把知识相互联系起来加以运用,在不同的情境下运用新概念,通过各种练习强化新概念,巩固概念的转化。通过概念图的制作(如下图1),能使学生清楚地看到各个概念之间的联系,在大脑中形成知识的脉络,促进学生正迁移和有意义学习的发生,实现前概念的转化。

    关于“岩石的变化”的概念图
    概念从实践中产生,也要在实践中得到检验和发展。学生对任何一个概念的认识,都不是一次完成的,他们每次所形成的一定水平的结论,还会随着学习的深化和发展,逐步提高,逐步完善,逐步加深。在不同的阶段,教师要引导着学生一步一步拓展他们的观念,建立科学的概念。
    科学概念的建构是一个概念的改变的过程,从学生在教师的引导下对具体事物的现象及外表特征的感受开始,进而启动思维,对事物的现象及外表的特征进行分析、抽象、归纳、推理和概况出事物的共性及本质的东西,在探究中认知,在联系中强化,在实践中运用,从而在头脑中建构出对事物认识的科学概念。“以生为本”、“以学定教”的理念下,探究教学中基于前概念,促进前概念转化成“科学概念”的策略研究是我们努力实践的方向。综上所述,教师在介入学生概念转化过程时,要根据学生的经验逐渐拓展他们的认识,根据概念的特点开展有梯度的探究活动,运用同化机制、运用类比建模、通过模拟实验、聚焦矛盾冲突、制作概念转化后的概念图等策略,引导学生通过观察和实验收集事实、整理事实,开展基于事实和观点的讨论,逐步转化科学前概念,对前概念的补充、深化、发展或者纠错,向着科学概念的方向不断发展。
 


参考文献:
[1] 蔡铁权、姜旭英、胡玫.概念转变的科学教学[M].教育科学出版社,2009(3).
[2] 刘小玲译. 儿童的科学前概念 [M].上海科技教育出版社,2008(12).
[3] 任长松. 探究式学习---学生知知的自主建构[M].教育科学出版社,2005(8).
[4] 陈华彬、梁玲. 小学科学教育概论[M].高等教育出版社,2003(10).
[5]蔡铁权,姜旭英.概念转变的科学教学[M].教育科学出版社,2008
 

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