科学概念的构建要关注知识的本源——谈《密度》一课的教学

□ 浙江省宁波市鄞州区古林镇中学 樊 勇



科学概念的构建要关注知识的本源
——谈《密度》一课的教学

□ 浙江省宁波市鄞州区古林镇中学 樊 勇

知识的最初表现形式是经验，是感性认识，而后在生产生活中加以验证和提升，从而形成理论，以更好地指导生产和生活，这便是知识的本源。初中科学教材中，有较多概念的教学，这些科学概念的形成，都经历了较复杂的演化过程，而这一过程正反映了知识的本源。初中科学概念的教学，教师不仅仅要讲清楚概念的涵义和运用，更重要的是引导学生在一定的情境下构建概念，通过学生自己的探究一步一步逼近概念的本质。这就体现了“概念是学生自主构建出来的，而不是老师讲出来的”这一新课程理念。

初中《密度》一课的核心是密度概念，这一概念的初始表象必然有具体的指向性意义，绝不会一开始就是抽象的逻辑理论。因而，这堂课成功的关键不是对密度概念的讲解，而是创设密度知识的最初原型，引导学生由浅入深，逐步构建密度概念的过程。如下密度概念的构建采用跃进式探究，共四个环节——

环节一：寻找生活原型，调动学生知识储备。

桌上有两个大小均为1立方厘米的小正方体，其中一个是铝块，一个是铁块，你能想出哪些方法鉴别它们？

环节二：定性到定量，反映密度的原始模型。

桌上有两个外观相同(均涂黑)，大小均为1立方厘米铝块和铁块，现给你一架托盘天平，你能用什么方法区分开来？

1.如果没有砝码，只有一架天平，如何区分两者呢？

2.如果有砝码，利用天平，测出它们的质量，分析数据，你有什么发现？

环节三：深入地定量分析，自主建构密度概念。

桌上有两个外观相似，质量和体积均不相同的铝块和铁块，现给你一架托盘天平，你能用什么方法区分开来？

思考：（1）要想区分甲和乙哪个是铝块，哪个是铁块，结合活动二的结论，你觉得应该补充什么数据？（2）补充的数据有什么意义呢？是如何算出来的？

环节四：定量到抽象，理解密度概念的本质涵义。

桌上有六个物块，三个是铁块，三个是铝块，请称量出它们的质量与体积，并算出各自质量与体积的比值。

思考：（1）分析甲乙丙三个铝块的质量和体积，根据两者的比值，你有什么发现？（2）分析ABC三个铁块的质量和体积，根据两者的比值，你有什么发现？（3）对比铝块和铁块质量与体积比值，你觉得质量与体积的比值反映了物质的什么涵义？

上述教学设计，四个环节由浅入深，层层深入，从生活运用入手，由定性到定量，由定量到抽象，逐步引导学生自主构建了密度这一概念。

一、知识因用而生，追溯密度概念的本源

1.浅入深出，还原密度本源。密度概念的形成源于日常生活中常见的自然现象和生活体验，如“铁比棉花重”、“油浮在水面上，而石头沉入水中”等。在教材中，本节内容安排在《浮力知识》的前一节，也正是因为生活中“油浮在水面上，而石头沉入水中”这一生活体验与密度和浮力直接相关。但密度概念通过比值法进行定义，难度较大，主要是因为学生对于“体积”有一定感知，而对质量的定义却很难理解，那么质量与体积的比值的含义就更难了。原教材中密度的定义是“单位体积的某种物质的质量叫密度”，此定义虽有利于理解密度的涵义，但“单位体积”的指向性不明，即不清楚是一立方厘米还是一立方米，还是如同数学中的单位1，任意体积都可以？虽然“单位体积的某种物质的质量叫密度”这一定义不严谨，但密度概念的本源一定始于此，这对引入密度的教学有很好的指导作用。上述的活动一和活动二中，将铁块和铝块的体积均设置为1立方厘米，此为“浅入”，降低了学生的入门难度，为“单位体积”的理解做好铺垫，有助于学生理解密度的涵义。

2.任务引导，知识因用而生。知识源于生活，因为要在生产劳动中的运用而产生和发展，并进一步地指导社会实践。由于密度概念抽象难解，如果采用教材中直入主题式的探究会让学生失失兴趣，索然无味。而本节课采用任务驱动法，设计了四个活动。如活动一“两个体积均为1立方厘米的铁块和铝块，你有哪些方法可以辨别”这一活动设计，学生会调动各种生活体验和生活常识，从颜色、磁性、硬度、轻重等角度设计方案。这一过程很好地发散学生思维，调动学生已有的前概念，也有助于教师对学情的了解，为教学的进一步开展做好了铺垫。同时，通过这一活动，学生会体会到“解决问题的途径不只有一条，方法是多维的，知识是多方面的，是彼此联系的”这一特征。活动二“两个外观相同，大小均为1立方厘米铝块和铁块，现给你一架托盘天平，你能用什么方法区分开来”，这一环节任务相对简单易行，增强了趣味性，能刺激学生的动手欲望，学生也容易得出“同样是一立方厘米的体积，铁块质量比铝块大”的结论。

二、创设最近发展区，还原知识构建过程的本源

《义务教育科学课程标准》提出：概念教学要返璞归真，努力揭示概念的发生发展过程及其本质。因此，学生亲身经历概念的自然形成过程是概念教学的必由之路。激进的建构主义观认为：“知识是个人的建构，不存在共同的知识。”著名的物理教育学者吴家澍老师指出：“真正的知识是什么？知识就是多年以后，当老师教给你的‘知识’都已经忘却，而你脑海中仍然残留的课堂记忆。”那么课堂记忆是什么呢？笔者认为：一是解决问题的方法，二是对待事物的态度。从三维目标来说，就是过程和方法目标及情感态度价值观目标，就是学生在探究和体验过程中建构知识，这一建构过程需要情感态度价值观的维系。

1.融知于境，激发学生的创造性思维。教学设计的核心是将知识化为问题，将问题融合于情境，而学生则在情境中思考问题，在思考问题的过程中掌握知识。所以从根本上来说，教学设计的核心就是问题设计，一堂好课，就是由一连串的有效问题组成的。

教学中的有效问题，是指能够激起学生的探究欲望，并能促使他们运用已有知识，通过质疑、分析或推理，去主动构建新知识的问题。在本堂课中，核心问题是“什么叫做物质的密度？”但对于上新课的学生而言，显而易见这是一个无效的问题。本教设计中，活动一“如何区分一立方厘米的铁块和铝块？”和活动二“如何用天平区分一立方厘米的铁块和铝块？”是建立在学生已有的生活体验和知识储备的基础上，是学生可以利用相关器材进行探究的问题，是有效的具体问题，能很好地调动学生的探究欲望，主动构建知识。而在活动二环节，学生通过实验得出“同样是一立方厘米体积，但铁块的质量比铝块大”这一发现，为活动三的设计做好了知识储备，也为活动三的情境设计做好了铺垫。

2.循序渐近，概念建构水到渠成。科学探究是创造性思维活动、实验活动和逻辑推理交互作用的过程，也必然是由简单到复杂、由定性到定量、由具体到抽象的渐近过程。

上述设计的活动一，生活体验较多，涉及的方法也较简单，思维角度广，很好地调动了学生已有的前概念，为后继教学做好了铺垫。从实施的效果来看，有部分学生想到了“比较两者的轻重来区分这两种物质”，并用手掂量的办法进行了区分，这正是密度知识的本源特征：相同体积的不同种物质其轻重不同。活动二的设计中，先不给砝码，直接让学生利用天平比较两者的轻重，然后给出砝码，让学生称出两者的具体质量，从而对前面的估测进行核实和验证。然后引导学生分析数据得出：同样是一立方厘米的物质，但铁块的质量比铝块要大，正是基于此来区分两者的。这一过程正好符合由定性到定量进行探究来建构知识的本质特征，也符合初中学生的认知特点。

活动三的设计中，铁块和铝块的体积不相等，质量也不相等（铝块质量比铁块大）。然后引导设问：“我们来通过比较两者质量的大小来区分它们是否可行？是不是哪个质量大，哪个就是铁块呢？”学生很自然地回答：“不行，因为两者的体积不相等，不能比较质量来区分。”然后继续设问：（1）要想区分两者，除了要称量出两者的质量，还要测出什么呢？（2）结合活动二的结论，你认为应该补充一栏什么数据？（3）补充的这一栏数据它有什么意义呢？是如何算出来的？接下来的环节交由学生讨论和设计并完成实验。因为有了活动二的铺垫，学生的思维有了导向性，即只要求出一立方厘米的两物块质量就可以区分两者。那么如何求出一立方厘米物质的质量呢？这一环节就引导着学生进行创造性思维过程和逻辑推理，进而设计出方案并进行实验活动。从课堂的具体情况来看，学生在补充一栏中大多设计为“每立方厘米多少克”，这恰好体现了密度的本质涵义。

总之，初中的概念教学要求教师应该洞悉课标，精研教材，关注知识的本源，将知识设计成问题，将问题融入情境，让学生在探究中体验，在辨析中感悟，在匹配的练习中内化，只有这样，学生才能在自然的、水到渠成的概念形成过程中收获有益于一生的能力和经验。