初中科学概念深度学习的教学实践

蔡丽红

（浙江省宁波市鄞州区东钱湖中学，浙江宁波 315121）

引 言

实践表明，初中科学概念是学生的学习难点，学生对概念的理解程度制约着其初中科学学业成绩和可持续学习能力的提升。科学教育家韦钰指出：“概念是组织起来的经验，是基于事实、事件、特性、感知信息进行分类、推理和抽象出来的知识，它使我们能有效地认知、交流、发展我们对世界的认识。科学概念是指组织起来构成的、系统的科学知识。[1]”在初中科学课程里，概念往往以科学术语呈现，是对科学知识的高度凝练。然而我们不难发现，部分科学学习困难生学习呈片面化和零碎化，对概念缺乏深度理解，未能把生活现象、生活经验和科学实验进一步内化，缺乏应用概念解决问题的能力，更谈不上把相关概念联结起来。因而，其学习完一个个概念后头脑中的知识仍处于零散状态，得不到延伸和深化。

一、学生在科学概念学习方面存在的问题

（一）科学概念与生活经验存在“两层皮”的现象

科学源于生活实际，在学习科学概念之前，学生并非头脑空白，任由教师填绘。在教学实践中，教师应该创设一些学生的日常生活经验作为学习情境，以此来唤起其已有的知识，激发学生的学习积极性，使其更好地学习科学知识，促进其科学概念的形成。尽管如此，学生在学习之初所习得的概念只是停留在短时记忆的层面，在其运用科学概念解决问题时仍需要回到生活经验。这表现为对科学概念的表达用词生活化、口语化而缺乏专业术语，在解决问题时不能从科学概念切入，而是用生活经验来阐述事物或对其进行浮于表象的错误表述。

例如，在学习《探究液体蒸发快慢的影响因素》一节内容时，其科学概念是蒸发，生活经验是晒衣服。为了能更好地唤起学生原有的知识，笔者在课堂教学中以生活中“晒衣服”的经验为例向学生提问：“怎么晒衣服可以干得快呢？”这时，学习困难生可能难以用科学术语对其进行表达，他们往往又会回到生活化、口语化的表述层面上。当笔者在将知识迁移到“将酒精涂到手背上，为什么会有凉飕飕的感觉”等问题上时，他们则表现出了表达不得要领的情况，这表明笔者的教学未达到预期的效果。

从生活经验中引入科学概念的学习方法是值得倡导的，但如果仅从单一的生活经验中采取演绎的方式来推论出一个科学概念，那么学生会因为缺乏丰富的经验而不能进行深度学习，导致其对概念的理解难以深入。由于其迁移、应用的能力不强，难免会出现科学概念与生活经验“两层皮”的现象。

（二）死记公式替代概念理解

在“以考代练，以考论学”理念的影响下，有些教师的教学注重功利性，教学是“快餐式”的，其会把科学概念条目化、公式化，让学生通过记忆习得，以此代替公式解题来考查学生对概念的掌握程度。

例如，在“欧姆定律概念”的教学中存在这样的问题：学生能用公式进行简单的求算，但对于如何理解欧姆定律的概念，却很少有学生能够进行正确描述，绝大多数学生的脑海里只剩下了I=U/R，部分学生还错误地认为R=U/I是欧姆定律的公式。对于引入的公式，很多学生还停留在死记硬背的层次上，未能理解公式和概念的由来。他们认为背会了公式，在以后的做题过程中就能进行应用，其结果却是对学生后续的学习和核心素养的培养带来了阻碍。

目前，一个比较普遍的学习现象是学生不能深刻理解科学概念而一味地死记公式，导致其对概念和公式的理解过于片面化，甚至出现错误的认识。学生忽视了核心概念，偏重于代公式解题，不少学生出现解错题的现象就在于其对概念的认识模糊不清，对公式的理解不到位。教师应当引导学生深度学习科学概念，从概念中来推出公式，而不是简单地代公式计算，学生对于概念和公式的理解对于提高其解题能力和后续的学习十分重要。

（三）纸上谈兵背实验

不少科学概念源于实验。实验是科学之根，实验教学是科学教学之基。如何通过有效的实验教学帮助学生从中构建起科学概念是科学教学的关键。然而，有些学生并没有从实验中提炼规律、形成概念，而是在背实验，这与教学脱离了真实的实验进行纸上谈兵有关。

例如，在教学《空气中氧气体积分数的测定》一节时，这节课需要基于实验的测定才能得知“空气是混合物，其中氧气约占1/5 体积”的科学概念。如果教师不去做真实的实验而是做“黑板实验”，以讲代做，单纯地让学生记忆实验的过程和结论显然无法让学生进行深度学习。因此，学生并不清楚为什么要选用红磷作为燃烧物质进行实验，在能否选择蜡烛、硫黄、木炭、铁丝等作为消耗氧气的燃料时产生误判，不能深入分析物质燃烧时氧气最低浓度对实验产生的影响，在遇到变式问题时更是不知所措。科学学困生只停留在了对教材中的实验单纯背诵层面上，而缺乏解决问题的实际能力。

二、促进学生深度学习的教学实践

（一）认知冲突激趣，实验探究跟进

潘斯纳等人提出了著名的“概念转变学习”理论。其指出，在概念教学的过程中要让学生产生原有认知结构和新知识之间无法包容的矛盾,或是在新知识与学生原有认知结构之间产生“不协调”，从而激发学生持续探究新问题、揭示科学本质、形成科学概念的兴趣。

由于对自然或社会现象的理解存在局限，教师往往会受自己原始认知结构的影响，在教学中常引用生活中的经验和事实为学生提供大量与其认知结构相反的实例。而以实验探究跟进，从新的认知冲突中构建新的科学概念才是正确的教学方法。

例如，在《物体浮沉条件》一节的教学中，笔者经过调查发现学生普遍认为重的物体会下沉，轻的物体会上浮，物体的浮沉是由物体的重力决定的。在此基础上，笔者在课堂上安排了如下实验进行跟进。

实验一：铁在水里会下沉。验证学生的原有认知是正确的。

实验二：在同重力的情况下，铁制的小船能浮在水面上，从而产生新的认知冲突，引发学生的探究兴趣。

实验三：细小的针在水里会下沉。说明浮沉与质量无关，而与密度有关，又与实验二的认知产生新的冲突。

（二）实验探究引路，激发思辨思维

实验是科学教学的重要基础，是培养学生科学核心素养的关键。实验教学能够激发学生的探究兴趣，但实验探究不能仅停留在对操作、现象的观察层面上，而应以此带动学生开展思辨活动，从而帮助学生主动获取科学知识、掌握科学方法。

例如，在《探究杠杆的平衡条件》一节的教学中，实验探究是本节课的重点。其中，杠杆平衡的生活经验有：学生在玩跷跷板时移动前后位置、改变力的大小都可以改变力的作用效果，使杠杆状态发生改变。但生活经验不能替代科学实验，实验探究要在控制条件的情况下进行。本节的科学探究属于定量探究，更要注重对条件的控制与对数据的采集、分析、处理和运用[2]。为了使学生能从感性认识上升到理性认识，从定性到定量，最后归纳出杠杆的平衡条件，笔者首先针对实验器材进行了选择和改进，试图以问题带动学生的思辨：（1）如何选择杠杆的支点？（2）如何调节杠杆在水平位置平衡？（3）如何判断杠杆在水平位置平衡？以这些问题引发学生的思考，对其渗透“调节天平平衡”的知识。

（三）聚集核心概念，变式推演提升

核心概念的形成，需要经过不断的整合、变式推演，在试错纠错中逐渐完善。由于初中学生的思维逻辑能力还有待加强，其获取的知识大多是零碎的、片面的，缺少有效的整合和反思，没有形成知识体系。在遇到新情境中的相似问题时，他们仍然缺少迁移能力，而新旧问题之间的联系就是迁移的核心，是对科学本质规律的应用。所以，在初中科学教学过程中，教师可以多些变式训练，让学生掌握规律的内涵和外延，提升学生的学习方法。

例如，在对化学实验装置气密性的检查中，气密性原理是解决问题的核心所在，其在气体制备实验中占据着重要地位。但对气密性的检查会随着装置的多样性而富有创新性，这是学生学习的难点，其在考试中始终属于难度较大的问题。

教材上呈现的对装置气密性的检查是比较简单的：将导管伸入水中，用手捂住试管，若导管口出现气泡则说明装置气密性良好。该方法是利用装置受热会引起气压的改变，并利用转换法——通过观察气泡的有无来检查气密性的。

如果教师的教学仅停留在对这一简单装置进行气密性检查的基础上，是很难让学生应对那些稍复杂的问题的。这就要求教师设计多种实验变式，让学生在对变式问题的解决中理解气密性检查的原理，实现知识的迁移，进一步完善知识结构，寻找规律，从而帮助学生进行实际问题的解决。

三、思考与展望

影响学生对于概念进行深度学习的因素有很多。例如，受之前学习过的概念的影响，这就需要教师在进行科学概念的教学时充分考虑到学生的已有知识储备，在其基础上设计能够引发认知冲突的情境，激发学生自主改造和重建原有的知识结构。

再如，当实验教学层面不够，不足以引发学生的深度学习时，这就需要教师精心设计实验探究的各个环节，注重学生的思辨思维，给学生表达的机会，通过学生的表达、相互评价等途径来促成其对于概念的全面认识。

结 语

新课程改革背景下，初中科学学科的重要性日益凸显，成为影响学生综合素养的关键因素之一。开展科学概念的深度学习，有利于培养学生的科学素养，使学生具备良好的科学情感和正确的科学价值观。科学概念的学习是科学学科的重点，也是难点，直接影响到学生学习能力的提升。教师应积极改变自身教学观念，加强科学概念教学与生活的联系，从激发学生的科学学习兴趣入手，引导学生进行实验探究，为科学学科的教学注入新的活力，也为学生的全面发展带来积极影响。