基于科学前概念的教学设计与操作策略研究

徐小军

[摘 要]科学概念是组成科学知识的基本单元，是科学知识结构的基础。新课标指出要重视科学探究过程中科学概念的形成与发展，学生科学学习过程应该围绕概念的建立过程来设计与实施。而学生在正式科学概念教学前，对前期生活现象、事物规律已经有了一定的认识，这就是前概念，前概念中与科学概念不相符合之处，易让学生走进学习的误区。所以，需要认识到前概念的存在，基于前概念实施科学教学组织与设计。

[关键词]小学科学 前概念 教学设计 操作策略

[中图分类号] G623.6 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2016）18-079

学生在接受正式的科学概念教育之前，在日常生活中所感知的现象，通过长期的生活经验积累而形成的对事物、现象的非本质的认识，称为前科学概念，简称前概念。前概念也可以说是日常概念、迷思概念，其中有部分与当今普遍认可的科学理论一致，有部分不一致。学生普遍具有前概念认知，在小学教学中，不能忽视学生的前概念存在。为避免前概念对学生科学知识形成的影响，也为避免学生进入误区，应该基于教学规律，遵循以人为本、因材施教的教学原则，采取有效的教学方案和操作策略，提升小学科学教学质量与效果。

一、教学前期预测，全面凸显出前概念

前概念对于学生的影响是未能预知的，需要做好教学前期预测，制定具有针对性的应对策略。在科学知识教学前期，教师需要认真与学生对话，包括知识、思想上的对话，采取多元化的方法，让学生将自己的前概念凸显出来。小学科学教学实践中，教师需要认识到前概念对学生学习的影响，制定好预测结果和应对计划。

如“空气的性质”单元教学时，若教师直接进入正题，还是讲述空气无色无味，但是有重量、有体积，那么会让学生感到不能理解、一脸茫然。日常生活中，学生认为空气是无色、无味的，也没有质量和体积的，在这小节课程教学前，教师需要首先实施前期预测，让学生说出自己对空气的认知，再结合实验探究，告诉学生哪些前概念与科学存在差异。如此，前概念预测和对应的实验探究教学设计，深化了学生对空气性质的理解。

设计实验探究活动为：一是引导学生回顾反思，吹气球、给轮胎打气观察到什么现象；二是在玻璃杯地步贴上一张彩色纸，将其倒扣在装满清水的透明玻璃容器中，完全浸没再拿出来，发现彩色纸没有湿；三是在塑料瓶中吹气球，气球口封住塑料瓶口，发现气球吹不大；四是用细线、小棍制成小天平，让左右2个气球保持平衡，之后用针刺破其中一个气球，发现小天平倾斜；五是解开吹好的气体，正对着脸，脸感觉到了推动力；六是将气垫压在左手上，用右手挤压气垫，发现左手受到了压力，拿开右手后，气垫恢复到原来的样子。

在教学前，做好教学前期预测，全面凸显出前概念。了解到学生对空气有前概念认知，且与现阶段的科学知识相违背。为顺利展开教学活动，提升教学质量，选用了小学科学实验探究的学习方法，引导学生反思前概念，从而建立科学的知识体系，实现小学科学教学目标。

二、预设认知冲突，科学转变误差概念

前概念中有部分与科学概念相悖离，这也正是引导学生产生认知冲突与矛盾的较好的素材。认知冲突能激发学生的探究兴趣和主动性，让学生产生对新知识的好奇心，全身心投入到学习中。由此，小学科学教学中，教师可以抓住学生的认知冲突，通过预设认知冲突，把握时机，制定和实施应对方案，有效科学转变误差概念，实现高效教学。

如“声音的产生”教学时，可以利用学生的前概念，预设认知冲突，激发学生思维与学习主动性。在教学时，一些学生回答，声音通过挤压产生的，因为挤压泡沫塑料可以产生声音，还有些学生表示，挤压纸张不能形成声音，认为声音是通过摩擦产生的，因为纸、泡沫塑料都可以通过摩擦发声。另一部分人则2个观点都不赞同，说直尺不能通过挤压和摩擦发声，弹动。敲击直尺可以发声。在学生自主发言、讨论交流之后，大家对“声音是怎么样产生的”没有统一的答案。学生自主讨论和交流，发现都不能说服大家，而且自己也被其他人的观点说服了，表示声音产生应该有其他原因。

预设认知冲突后，教师采取趣味实验分析方法，引导学生学习各种发声现象、发声方式及“声音产生的原因”“振动”等相关知识，转变学生误差概念，形成科学的知识体系。对比橡皮筋拨动有声音、用力拉没声音；塑料尺拍打、拨动有声音，用力弯曲没声音；小鼓拍打、敲击有声音，用力压、按没声音，学生观察现象和分析总结，发现发声的时候，物体都在振动，而振动停止，声音也停止，不发声时，这些物体是静止的。新概念图式与前概念之间对抗，学生再次深入地讨论交流、推理分析、反思总结，才能基于观察和实践探究，分析、抽象出鲜明的共性特点，归纳出科学结论，运用正确的科学概念来替代有偏差的前概念，形成“声音靠振动发声”的意识。

三、组织合作探究，建构科学概念网络

新课改提出了以人为本、因材施教的教学策略，陶行知先生提出“教学做合一”的教学理念，认为学生需要在做中学，在学中教才能不断地提升知识和能力。基于此，小学科学教学中，基于前概念的教学设计，为了让学生认清科学前概念的正误，辨别、总结出科学概念，可以引入合作探究策略，组织学生展开小组合作学习，在生活中探究与应用实践，不断建构科学的概念网络，促进学生综合能力提升。

如六年级“铁钉生锈了”的学习，大部分学生观察平时铁生锈一般在空气中，就得出空气能让铁生锈的结论，部分学生发现潮湿的地方铁容易生锈，就反驳“空气让铁生锈”的言论，认为“铁生锈的原因是水”。这些都属于学生片面的认识，为了让学生了解自己认识的片面性，也为了引导学生建构科学的概念网络，组织学生展开合作探究，引导学生在实践中建构科学概念网络。

科学组织学生合作探究过程，让学生自主了解和发现“铁锈生锈的真正原因”。这一合作探究实验需要在新课上课前，由教师组织引导学生在课前完成，可以是家里、学校实验室等。设置单一对照实验，准备几个对比①密封透明玻璃箱中放一颗干燥的铁钉；②玻璃箱敞开，铁钉部分露出水面，一部分放在水里；③玻璃箱敞开，里面干燥无水；④铁钉完全浸没在水中，水表面放一些菜油。一段时间后，学生结合实验现象发现，铁生锈与空气、水有关，只有这2个条件都满足时，铁钉才会生锈。

进一步引导学生分析，铁生锈后颜色、形状、弹性、导电性能、质地、敲击声等会不会发生变化，会发生哪些变化。铁是生活中常见工具的原材料，是人类生活必不可少的一类材料，防止和减少铁生锈问题的解决非常重要。“该如何防止铁生锈呢？”提出问题后，学生进一步合作交流，从铁钉生锈的原因分析出发，了解到可以从避免铁与水、空气接触进行解决。合作交流生活中常见的防锈方法，并总结提出擦去水分、覆盖搪瓷、喷漆、制成不锈钢、镀上不易生锈的金属等方案。教师总结后，提出“防锈方法有这么多，为什么不同的铁器会运用不同的方法，防锈还需要考虑什么？”将这一问题作为学生课后探究的问题，引导学生进一步在生活中学习和应用。

组织合作探究，是基于科学前概念教学设计中最为扎实的一步，也是引导学生建构科学概念网络的关键策略。小学科学教学，需要关注学生知识与能力的同步生成，在分析、认清学生的前概念后，组织学生自主合作探究，辨析出前概念的对错，建构完善、科学的知识网络。

人们对事物的认知易出现先入为主的问题。学生在学习科学概念前，已有了一些前概念认知，在前概念影响下，学生会产生思维定势，较易对教学质量和效果产生影响。小学科学教学时，需要基于小学生的认知发展规律与特点，通过教学前期预测、预设认知冲突、组织合作探究等步骤，让学生认识到自身前概念的存在，并与科学概念对比分析，建立综合的思维分析系统，通过感知、分析、应对、反思与总结，不断帮助学生树立科学概念，全面提升教学质量和效果。

（特约编辑 左 芸）