浅谈科学论证视角下的概念转变

李菲

[摘 要]学生学习前，脑中存在着正确或错误的前概念，将错误的前概念转变为正确的科学概念是十分困难的。在小学科学教学中，教师要充分挖掘学生的前概念，引发学生的认知冲突，指导学生进行概念的转变。在科学论证的过程中，从提出主张、探索证据、反驳主张到巩固和运用概念，学生的错误概念会一步步发生转变。教师要抓住时机，利用有效的教学手段，帮助学生实现概念的转变。

[关键词]小学科学;前概念;科学论证;概念转变

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2022）18-0077-03

走进小学科学课堂之前，学生已有一定的知识经验，所以他们脑中会存在着正确或错误的前概念。科学概念的建构是建立在前概念的基础之上的。课堂教学中，在帮助学生建构科学概念之前，教师要充分挖掘学生的前概念，引发学生的认知冲突，指导学生进行概念的转变。在概念转变的过程中，学生的前概念扮演着非常重要的角色。其中，错误的前概念会干扰学生建构科学概念，导致学生难以将错误概念转变为科学概念。因此，教师需要运用有效的教学策略或方法，帮助学生实现概念的转变。

科学论证是帮助学生转变概念的有效方式。通过论证，学生经历提出主张、探索证据、为主张辩驳等过程。同时，科学论证强调经历推理、解释、反思、批判等思维过程。科学论证能力是以科学知识为载体，积极面对问题，对所获得的数据资料进行解释说明，提出自己的论点，同时能反驳他人的质疑和进行批判的高级思维能力。

在论证思辨时，学生不仅要对他人的主张进行思考和评判，提出自己的观点，还需要不断地思考并修正自己观点上的不足。只有当自己与他人不同的想法、观点等交织在一起并产生认知冲突的时候，学生才会认识到自己前概念的不足，才会想要转变自己的错误概念。下面，以苏教版科学教材四年级上册《点亮小灯泡》一课中的“电流通路”概念为例，谈谈科学论证视角下的概念转变。

一、概念转变的起点：提出自己的主张

在转变概念的过程中，科学论证有着独特的价值。教师可通过创设探究情境，挖掘学生的前概念，利用科学论证引发学生的认知冲突，促进学生深入思考，进行概念的转变。在小学科学课堂中，科学论证是学生面对真实情境解决未知问题的过程。未知问题的解决容易使学生产生争论，因为学生会在自己的认知范围内提出多种具有冲突性或分歧性的主张，这些主张的相互碰撞，就变成了认知冲突的导火索。

科学论证的第一步就是提出自己的主张。科学论证中的主张，指要证明和确立的结论，具有争议性和挑战性。主张的提出需要有充足的科学依据，只有这样才能在辩驳中立于不败之地。可是，在小学科学教学中，学生通常会在短时间内提出自己的主张，而这些主张多是依据直觉或生活经验而提出。这样的主张是不可靠的，但也充分暴露了学生的前概念。教师可从这些主张中，了解学生已有的经验和认知，从而运用有效的策略，帮助学生进行概念转变。因此，学生提出自己的主张是概念转变的起点。

“如何点亮小灯泡？”这对学生来说是一个未知的问题。面对这个问题时，学生提出了多种主张（如图1），这些主张是学生根据生活经验提出的。如方法一的连接，学生的理由是在玩具中见过;方法三的连接，学生的理由是遥控器里电池的两端都要接触导线;其他的连接方法，学生的理由是直觉。这些主张充分暴露了学生的前概念：虽然在生活中见过灯泡和电池，甚至给电器安装过电池，但是对灯泡和电池的结构并不了解，对电流通路的概念更是知之甚少。

此时，教师需要让学生认识到，仅依靠直觉或生活经验提出的主张是不可靠的，很容易被推翻。教师不妨放慢教学节奏，先问一问学生：“你们觉得仅依靠直觉或生活经验做出的猜测可靠吗？”然后给学生时间静静地想一想。这个过程是概念转变的开始，也为接下来探索资料和证据做好铺垫。

二、概念转变的支撑：探索资料和证据

科学论证是一种基于证据而开展的实践。证据就是支持自己主张的事实，也就是人们常说的论据。论证必须依据证据来发表观点。直觉和生活经验如果不以事实为基础，就不是合理的，也不能称为证据。

资料是通过调查而得出的。在科学课堂中，学生通过观察、做实验等科学手段收集到的资料，大多是实验现象、自然现象、科学史实、科学技术发展及其重大应用成果等。这些资料由于信息量太大，没有经过整合，不能直接作为证据支持自己的主张。

將大量的资料浓缩成有效的证据需要认知的参与。学生需要通过一系列的思维活动，判断哪些资料可以作为证据支持自己的主张。这里的思维活动涉及分析、归纳、综合等，有利于促进学生概念的转变。学生通过调查得到资料，依据资料得到证据，利用证据支持自己的主张或反对他人的主张，都有利于概念的转变。

在小学科学教学中，教师首先可以巧妙利用认知冲突，让学生认识到利用证据可以让自己的主张立于不败之地。接着，教师可以引导学生在活动中收集相关资料。比如，在仔细观察小灯泡的内部和外部结构后，学生可收集到这样的资料：小灯泡外面是玻璃泡，下面是金属螺纹，里面有两个金属架，金属架之间有灯丝，打开小灯泡后，两根金属架处在不同的连接位置。学生对收集到的资料进行整理，梳理出可以支撑自己主张的证据。因为灯泡发光与电有关，学生需要在灯泡的众多结构里筛选出与通电有关的结构。教师可以引导学生思考：“仔细观察小灯泡的结构，你有什么想法？”学生通过分析、对比等一系列思维活动，发现小灯泡有两个连接点，这两个连接点都可以用来导电。为了得到多样化的证据，教师还可以引导学生观察各种电池，思考电池结构的共同特点，从而分析出电池结构的相同点，即都有正极和负极。小灯泡和电池结构的相关证据，给概念的转变提供了支撑。此时，学生因为小灯泡和电池结构的证据而产生疑问：小灯泡有两个连接点，这两个连接点是否都要接入电池？电池都有正负极，电池的正负极是否都要接入小灯泡？

三、概念转变的关键：反驳他人的主张

在论证过程中，学生会运用证据支持自己的主张，可是当多种主张存在差异时，就很容易引发认知冲突。于是，学生会对错误概念产生疑问，这也是概念转变的关键。

学生在提出自己的主张时需要有明确的证据支持。利用自己整理的证据，论述自己主张的正确，即从正面证明主张成立，叫立论。收集资料与获得证据的过程，是学生经历理性的概念建构的过程。在论证过程中，学生也可以反驳对方的主张，树立自己的主张，这叫驳论。在反驳他人主张时，需要对他人的证据进行分析，思考对方证据的合理性与可靠性，以此为突破口展开驳论。驳论的过程，需要学生明确对方主张建立的过程，并与自己主张的建立过程进行对比，寻求有效证据进行概念建构，否则自己的主张就很容易被对方驳倒。一旦自己的主张被对方驳倒，学生会产生强烈的认知冲突，对错误概念产生疑问，从而激发修正自己主张的愿望。

课堂中，学生以灯泡内部结构和电池的正负极为依据，支持自己的主张或反驳他人的主张。有学生观察到灯泡内的两根金属架有两个连接点，于是以此为证据支持方法二、方法四和方法六的连接（如图2）;有学生反驳，认为电池有正负极，并以此为依据提出方法六只连接了正极，因此不能点亮小灯泡;还有学生反驳，灯泡虽然有两个接触点，但是也不一定都要和电池连接……学生在多次辩驳中产生认知冲突，从而反思自己和他人的主张。

在产生认知冲突后，学生对自己的主张感到疑惑，想要进行调整与纠正。此时，教师应该抓住时机，让学生带着自己的主张用小灯泡、电池、导线进行实测，寻找更多的证据。学生通过实测，发现只有方法二和方法四可以点亮小灯泡。当发现自己的主张与实际不符时，学生感到无比惊讶。原本，学生以灯泡结构和电池结构为证据，对连接方法提出了自己的主张。可现在，随着新证据的出现，学生发现自己的主张并不正确，这使得他们原本就受质疑的前概念被一举推翻。此时，正是科学概念建构的关键时机。教师可以通过一系列的思维活动，帮助学生建立科学概念。首先，让学生用分类的方法，将灯泡亮与不亮的连接方式进行分类;接着，引导学生用比较的方法思考：灯泡亮与不亮的连接方式有何不同;最后，用问题“点亮小灯泡的方法有什么共性？”进行概括归纳，使学生对电流通路形成科学认识，完成概念的转变。

四、概念转变的延伸：巩固和运用概念

科学概念的形成不是一蹴而就的，需要经过从具体到抽象，再从抽象到具体的过程。学生通过科学论证，从具体的直观表象中抽象出科学概念后，还需要将概念应用到具体的事物中，对概念进行巩固和运用。

此时，学生可以开展新一轮的科学论证。教师以学生刚刚形成的科学概念为载体创设问题情境，促使学生产生新的主张。这个问题不能过于简单，最好具有一定的挑战性，能激发学生探究的欲望。在学生面对新的问题，开展新一轮科学论证的过程中，教师需要提醒学生：“在提出自己的主张或反驳他人的主张时，要将科学概念作为证据，并尝试运用科学概念来解决新的问题。”

如果学生在论证过程中能够灵活地将科学概念作为证据进行辩论，就说明学生已经很好地完成了概念的转变，并能够将科学概念应用于解决实际问题当中。如果学生不能将科学概念作为证据进行论证，教师可鼓励学生进行驳论，让学生再一次回顾自己主张建立的过程，帮助学生巩固和运用概念。

在学生理解了电流通路的概念后，教师需要给学生创设新的问题情境，在学生解决问题的过程中，判断学生是否已经很好地完成了概念的转变。如教师可以出示四种新的连接方法（如图3），让学生判断小灯泡是否会亮。这几种连接方法与之前的连接方法相比有很大的不同，具有一定的挑战性：有的只连接了一根导线，有的将电池直接与灯泡相连，有的电池摆放在灯泡的侧面……判断这四种连接方式是否合理时，教师应该引导学生以电流通路的概念为证据，提出新的主张。如：“请你判断以下四种连接方法，哪种会点亮灯泡，哪种不能点亮灯泡，并说明理由。”“你能从电流通路的角度来判断哪种连接方法能点亮小灯泡吗？”“电流是如何行进的？”……通过问题引导学生将所学的概念和方法迁移运用到新的情境中解决新的问题。

经过新一轮的科学论证后，教师可以带领学生对这几种连接方法进行实测。如若实测的现象与自己的主张一样，那么此现象可作为证据，进一步支撑自己的主张;如若不一样，此现象也可以促使学生反思，帮助学生进一步巩固科学概念。

在科学教学过程中，教师需要认真调查和分析学生的前概念，当发现学生对某一科学概念的理解不同时，应开展科学论证。在学生论证的过程中，教师要鼓励学生提出自己的主张。学生提出自己的主张并接受大家评价，这是概念转变的起点。在此过程中，教师要让学生知道仅仅依靠直觉或生活经验提出的主张是不可靠的，应通过收集资料，并通过一系列的思维活动来整理证据，支持自己的主张，促进概念的转变。鼓励学生提出自己的主张，同时也支持学生反驳他人的主张，有利于学生在不同主张的碰撞中产生认知冲突。教师应该抓住时机，创设合适的教学情境，提出具有挑战性的新问题，引导学生以科学概念为证据进行新一轮的科学论证，从而帮助学生实现深层次的反思性学习，对科学概念进行巩固和运用。

总之，从提出主张、探索证据、反驳主张到鞏固和运用概念的过程，学生的前概念一步步发生转变。特别是利用证据反驳他人主张、辩护自己主张的过程，对概念的转变起到了关键作用。教师要有效引导学生，将错误概念转变成科学概念，使学生真正习得新知。

（责编 杜 华）