运用有效策略建构科学概念

叶镇源

摘 要：科学概念教学，可以从设置学习情境、把握科学概念的内涵和外延、抓住本质特征内化科学概念、择机进行科学概念的辨析、厘清前概念对学习的影响、合理运用概念图等六个方面开展。

关键词：科学概念；有效性；教学策略

科学概念是科学知识的基本组元，是科学知识结构的基础。科学概念又是人们揭示研究对象具有的科学属性的一种思维形式[1]。正确掌握科学概念是提高学生科学素养的必要前提。

科学概念教学，是形成学生科学概念的基本途径，是科学教学的最基本、最重要的内容之一。但由于受教学评价体制、落后教学观念等因素的影响，科学概念教学存在一些不良倾向。

要实施有效的科学概念教学，应该把握以下六个方面。

一、创设科学概念学习情境

这一环节教学策略的核心是创设概念学习情境，使学生产生感性认识，激发学生的好奇心和求知欲。著名教育学家杜威主张：教学是基于行动，不应该直截了当地注入知识，而应引导儿童在活动中获得经验从而习得知识。

案例1：力的概念教学流程设计（如图1）

概念情境创设的主要策略有：（1）创设生活情境，让学生回归生活，体验生活，感悟生活。在案例1中，通过“感受力”这一鲜活的生活化的情境设计，让学生主动参与，亲身体验，从而引入力的初步概念；（2）创设探究情境，让学生经历科学探究过程中，体会科学概念的内涵。在案例1 中，通过创设“每一种力的作用都涉及几个物体”、“不直接接触的物体间能否产生力的作用”、“ 物体间力的作用总是相互的吗”、“ 力能产生怎样的效果”等一系列探究情境，让学生在相互合作交往中体验、反思、探索“力”，从而建构力的初步概念；（3）创设直观情境，利用模型或图片，将一些抽象的、 看不见的东西直观地呈现出来，使学生对概念的理解更加方便、有效。如在力的概念教学中，通过设置“挤压玻璃瓶会发生形变吗？”等探究，借助微小形变显示装置，不但让学生直观地掌握了力能使物体形变的知识，而且学到了“放大法”、“转化法”等科学研究的方法。

二、把握科学概念的内涵和外延

科学概念的内涵是指概念所反映的对象、现象、过程所特有的本质属性。科学概念的外延是指具有科学概念所反映的本质属性的全体对象。如“力”这一概念的内涵为：力是物体对物体的作用；力不能离开物体而单独存在；物体间力的作用是相互的等；外延有：力能产生怎样的效果；力产生的效果跟什么因素有关；运动和力有怎样的关系；重力、弹力、摩擦力等不同类型的力等等。教师只有切实在教学中把握住了概念的内涵和外延，学生才能更好地理解概念。

教师首先要有效组织承载概念内涵的活动， 帮助学生从活动中整理获取重要信息，促进学生思维的活跃等都要依赖教学策略的合理运用。案例1力的概念教学流程设计，对应概念学习的引入、建立以及运用三个阶段，建立了让学生在活动中感受力，在探索中体验力，在应用中体会力三个学习体验的平台。教师积极引导，使学生处于主动实践，积极思考的探索状态，让他们主动地动脑、动口、动手，独立地观察、比较、联想、归纳，在实践活动中去感受、去发现，从而不断建构属于自己的有关力的知识，深化对科学概念内涵的领悟。

从案例1的流程图还可以看出，教师把力的概念建立的过程设计为让学生在教师的引导下，探索研究、亲身体验、主动建构概念的过程。在这个师生互动的过程中教师的主要作用是进行科学方法的引导，使学生在知识建构的过程中，体验获取知识的方法，提高对科学概念外延拓展的学习能力。

三、揭示科学概念的本质特征

美国教育心理学家奥苏伯尔认为掌握概念有两种形式，一是概念形成，二是概念同化。初中科学许多概念是以同化的方式建立的，它是利用学生认知结构中原有的概念，把新概念的本质特征与学生认知结构中有关概念关联起来，被它所同化，并纳入原有的知识体系，便能理解新概念了。因此，用同化来建立新概念，关键在于揭示新概念与以前已知的有关概念相区别的本质特征。所以建立概念阶段，要特别注意揭示概念本质特征的一些方法。

案例2：压强概念的建立过程

学生活动 ：用一支铅笔，第一次用钝头压手心，改变压力大小，观察凹陷深浅怎样变化；第二次用同样的力，分别用尖头和钝头压手心，观察凹陷的深浅。

归纳得出：①受力面积相同，压力越大，产生的效果越明显（第一类现象）；②压力相同，受力面积越小，产生的效果越明显（第二类现象）。进一步，进行实验：将相同的砝码盒放在相同厚度、不同受力面积的海绵状泡沫塑料上，如表1中的图甲、图乙和图丙。

师（实验并设问）：比较图甲与乙，相同小方面积上哪个受到的压力大？相同小方面积受到的压力大小跟压力产生的效果有什么联系？

生（讨论得出）：相同小方面积上受到的压力越大，效果越明显。

师（设问）：若压力不同，受力面积也不同，如何比较压力产生的效果？（对比实验，如图甲和丙）

生（观察、分析）：①尽管压力不同，受力面积也不同，但只要小方面积上受到的压力大小相同，产生的效果相同。②只要比较相同小方面积上的压力大小，就能比较压力产生的效果。

师（引导学生定量分析）： 每平方米（单位面积）受力面积上的压力大小决定了压力的效果，即压力的效果可用单位面积上受到 压力来表示。

案例2在揭示压强概念的本质特征的过程中，教师设计了在海绵状泡沫塑料上画相同的小方格，压力的效果用海绵凹陷程度来显示，每个小方面积上受到的压力是砝码重力的几分之一，学生一目了然，从定性分析着手，有效沟通了“相同小面积上受到压力的大小”跟“压力产生效果”之间的联系，再从分析第二类现象入手，通过定量分析，揭示压强的本质特征，进而用定量的结论来分析第一类现象，从而使学生顺利地同化了概念。

初中学生的抽象逻辑思维尚未发展完善，具体的形象成分在思维过程中仍起着重要作用，难以直接理解许多抽象科学概念。抽象的科学概念需要通过 “架桥”类比策略帮助学生建立前概念与科学概念之间的关系，促成概念理解 。“架桥”策略符合维果斯基的“最近发展区”理论观点，能有效地促成概念的转变。案例2中，从“相同受力面积比压力大小”、“相同压力比受力面积大小”这两种常规的比较压力产生效果的方法为切入点，搭建了这两类现象都可以通过“比较单位面积上受到压力的大小来比较压力产生的效果”这一“桥梁”，突破了第三类现象“在压力和受力面积均不相同的情况下如何比较压力产生的效果？”这一教学难点，顺利实现了概念的同化，也为这类概念的建立提供了一种有效的学习方法。

四、择机进行易混淆科学概念的辨析

科学概念还具有多重抽象性和精细性这两个特殊属性。选择恰当的时机，引导学生通过辨析来区分易混淆的科学概念，能帮助学生克服科学概念的多重抽象性和精细性带来的学习困难。一般地说，在领会阶段学生对易混淆的概念较难区分，因为正确的科学概念尚未掌握，没有比较区别的基础。区分易混淆的概念，最恰当的时机，往往在概念的深化和活化阶段，此时除了文字、公式、单位、条件等宏观的对比之外，还应根据科学概念的精细性，适当追述概念的建立过程，从本源上分析出易混淆的原因。因为单纯的对比，仅有助于外观的分辨和记忆。真正有效的辨析，还必须引导学生透彻理解其不同的科学本质。

案例3：压力与压强概念的辨析

师：如图2甲，把一个凸型物体平放在天平，加砝码使之平衡，若将物体倒放（图2乙），则天平是否仍能平衡？为什么？

生（A）：不平衡，因为受力面积减小了。

生（B）：仍平衡，因为物体的质量没变。

生（C）：不确定，他们说的好像都有道理（众笑）。

演示图2甲、图2乙，学生讨论，分析。

再演示图2丙：将两个相同的凸型重物用两种不同的方式放在面积不同、但厚度相同的海绵状泡沫塑料上，让学生比较、分析、讨论……

概念的运用，是概念的具体化过程，而概念的每一次具体化，都使概念进一步丰富和深入。通过对概念的变式分析、习题训练，使学生巩固概念，这是必要的。但由于概念所反映的事物本质特征往往隐蔽在非本质特征之中，概念和概念之间的联系和区别易使学生混淆，在这里，往往需要突出类比方法。案例3正是抓住了压力与压强这两个概念的本质特征进行合理类比，突破了学生的思维障碍，提升了概念教学的有效性。

五、厘清前概念对学习的影响

前概念是指学生在学习科学概念之前按照自己的习惯、经验、思维方式对问题、现象进行主观判断的一种心理趋向， 包含学生在日常交往、个人生活、各种活动中的所有经验。此类概念良莠不齐，有些是经过生活观察后的正确总结，而有些则是把概念的内涵扩大或缩小了[2]。

对于正确的前概念，我们在概念教学时应充分加以“正迁移”，使学生在认知上进行同化，丰富自己原有的知识结构。如速度、地球的形状、生物的应激性等概念，学生都能较好地理解。对于片面的甚至是错误的前概念，我们应设法消除其“负影响”，使之顺应为新的科学概念，进而构建正确的科学概念体系，只有这样才能真正提高概念教学的有效性。如学生常常认为下滑的物体受到一个下滑的力；重的物体下落的速度快；踢出的足球在空中飞行时受到一个推力；用力推讲台桌没推动，是因为推力小于摩擦力；力是维持物体运动的原因等等。这些前概念，如果教师处理不好，就会产生负迁移或阻碍对科学概念的理解。

在概念转变的科学教学中，教师为促使学生实现概念转变，必须要厘清学生的前概念对掌握新概念的影响，以此为出发点，设置合理情境，使学生产生认知冲突，并适时引出科学概念，帮助学生解决认知冲突，实现概念转变。案例3中，教师利用现有实验设备、 器材，组织安排实验探究的顺序，精巧设计了“天平称量”这一成本低、趣味浓、创意新、有违学生“常识”的实验，吸引学生的注意力，激活学生的思维，通过合理的比较、类比，从根本上动摇并推翻学生错误的前概念，为建构压强的概念奠定了坚实基础。

六、尝试运用概念图开展教学

在教学研究领域，科学概念并不是传统意义上的简单文字定义，而是包含了能够反映事物各方面属性的一个关系总和。因此，概念与概念间的关系成为概念学习的关键。概念图是一种能形象表达命题网络中一系列概念含义及其关系的结构化图形，利用概念图可以构建出特定知识领域的结构[3]。概念图的构建形式多样，不拘一格，例如下列两个概念图，就是比较常见的构图形式。

在科学概念教学中，概念图可以作为一种评价工具来探测学生已有的概念，评价学生概念的转变与发展；概念图还可以作为一种科学概念的教学工具在问题解决、交流合作、反思感悟、复习巩固等环节有机运用。

参考文献：

[1]乔际平，续佩君.物理教育学[M].南昌：江西教育出版社，1992：129-135.

[2]李高峰，刘恩山.前科学概念的研究进展[J].内蒙古师范大学学报（哲学社会科学版）， 2007 （7）：46.

[3]蔡铁权，姜旭英.新编科学教学论[M].上海：华东师范大学出版社，2008：135-167.