学生科学学习过程中概念转变的教学策略

◇杨新瑞（河南：河南省基础教育教学研究室）

《义务教育科学课程标准》（2022年版）是课标组在比较研究国际科学教育和对我国1～9年级科学课程实施状况调研的基础上，较多地借鉴了学习科学、学习进阶、大概念等科学教育领域的先进理念研制而成的。课程内容的架构由13个学科核心概念和4 个跨学科概念组成，包含54个学习内容，分布在4 个学段。新课标提出“科学教学要以促进学生核心素养发展为宗旨”，给出4 条教学建议：基于核心素养确定教学目标；围绕核心概念组织教学内容；以学生为主体进行教学设计和以探究实践为主要方式开展教学活动。这决定了概念教学是科学教学的主要教学内容，探究实践活动是课程实施的主要方式，而且新课程教材呈现的文化是一种“儿童文化”。“做中学”是当前小学科学课堂的基本组织形式，然而，现实的科学课堂在组织“做中学”时，存在着“探究活动形式化”的普遍现象，“伪探究”大行其道，重现象不重实质，课堂上有活动无思考，有“形似”无“神似”，有温度无深度，表面的热闹和热烈损害了教学的内在功能，使教学失去真正的价值。有效性是教学的生命，学生学到什么、得到什么，是衡量教学有效性的标准；教师“教什么”“怎么教”和“教到什么程度”的问题，是任何教育者都必须首先追问和考虑的问题。因此，教师要在组织学生“做中学”的同时，使学生能够“学中思”，关注学生科学思维发展路径和“前概念”到科学概念的转变历程。

一、概念定位，发现认知起点

美国教育心理学家奥苏贝尔在《教育心理学：认知观》一书中写道：假如让我把全部教育心理学仅仅归纳为一条原理的话，那么，我将一言以蔽之，影响学生唯一最重要的因素就是学生已经知道什么，要探明这一点，并应据此进行教学。前概念是儿童出生后在成长过程中与环境互动形成的对周围世界的认识，也称为“迷思概念”。如，很多学生认为“物体在水中下沉是由物体自身重量造成的”，并不考虑物体的体积、形状、物体在水中排开的水量等因素对物体沉浮的影响。前概念一旦形成，大多根深蒂固，不易转变，对正确科学概念的形成造成极大的影响和干扰。在教学中，通过前测探查学生的前概念，有利于确定教学的起点。

（一）用问卷法、访谈法对前概念进行诊断性评价

问卷法和访谈法可以对较大面积的学生进行调查，适用于大班额的情况。通过设计问卷、进行访谈，对问卷结果和访谈内容进行统计分析的方法，将学生的主要错误概念类型进行梳理，明确学习者的初始认知，为后续教学划定起点。根据科学概念的特征，也可以采用画图法、观察法等分析学习者的前认知水平。

（二）用实验创设问题情境，收集反馈信息

学习始于问题，恰当的问题情境可以引起学生解决问题的兴趣，促使其寻找与认知相协调的路径，即好奇心和求知欲。小学科学课堂经常采用演示实验的方法引导学生观察，激发学生做出基于前概念的反馈。如，教师把同一个马铃薯先后放入甲乙两个看起来相同的盛有透明液体的烧杯中，马铃薯在甲杯中浮，在乙杯中沉，从学生的解释中获取他们对物体沉浮与浸入液体的关系是否有思考。

（三）指向概念形成背景的靶向设问

学生的前概念有很多是源自生活经验的，生活是学生认知外部世界的最初情境。教师可以将教学中的设问指向生活中可能的背景，以唤醒学生已有的经验，引导其建立问题与新学内容之间的链接。而设问得到的反馈显示，学生已有经验或对新概念的形成有积极作用，或对新概念的形成有阻碍作用，这对教师了解学生可能存在的认知误区、制定相应的教学策略，有重要的帮助。如，《声音是怎样产生的》一课，课前调查学生对声音的产生有什么认识：68.7%的学生认为，声音的产生是因为对物体施加了力；21.7%的学生认为与发声物体本身的状态（震动、摆动、晃动）有关；4.8%的学生完全不知道；2.4%的学生将声音的传播和声音的产生弄混淆；只有2.4%的学生同时关注人对发声物体的作用和发声物体本身的状态变化。可见，大部分学生关注的是促使物体发声的外在动作，对物体发声时的状态并不在意，说明学生对声音产生的前认知是存在的，但是模糊的、存在偏差的、粗浅的。教师通过调查和分析就可以正确把握学生认知的薄弱点，找准教学的起点和重难点。

二、概念转变，认知同化和顺应

建构主义认为，教师要有意识地发掘学生与所研究的现象、事件有关的已有的概念、技能和态度，并运用这些信息来帮助学生进一步学习。学生是发展和改变他们概念的参与者，帮助学生获得不同的想法比他们自发地去解释周围世界更为有效。实践中，我们总结出五种策略帮助学生转变概念。

（一）设计有结构的材料，搭建认知支架

有结构的材料是指“儿童在科学探究过程中使用的、能够帮助儿童澄清误解、指向科学概念的学具”。教师可以设计并合理运用有结构的材料，作用于学生概念转变进程。这里的“结构”强调的是不同材料的组合和总和，材料之间有着内在的联系。如，在《制作一个一分钟计时器》一节课中，教师依次呈现机械摆钟模型的内部结构，推动学生对“机械摆钟各个部件之间是联合作用的”这一概念的构建。巧妙利用教具，可以引发认知冲突，有冲突才有质疑，有质疑才有更多的碰撞和反思。如，在《声音是怎样产生的》一课中，68.7%的学生认为，声音的产生是因为对物体施加了力。教师用手平托起一本书，问学生：“当我向这本书用力时，你听到声音了吗？”顿时激起了学生“对物体施加力物体就能发出声音”的认知冲突，对于学生否定自己前概念、趋向科学概念起到支架作用。

（二）借助技术教育手段，呈现思维过程

有些抽象的科学概念，由于受到实验材料的限制、实验时间、教室环境等较难模拟的因素的影响，学生很难通过自主探索或者教师讲解形成理想的认知，必须借助技术教育手段，帮助学生形成概念。如，在《种子的萌发》一课中，由于种子的萌发是一个较长时间的过程，每天的变化微小，很难直接观察到，此时可以借助视频的“快进”技术，让学生在短短几分钟时间内观察到种子萌发的过程，建立“种子是有生命的，种子萌发是不断变化的过程”这一科学概念。

（三）鼓励学生表达困惑，挖掘认知误区

概念的建构需要在互动中进行。由于学生各自的经验、知识储备、成长环境不同，其建构的概念也会存在个性化的差异：有的学生从表面来理解；有的学生从本质来理解；有的学生用现象来抽象地理解；有的学生用具体的事物来形象地理解。教师应鼓励学生充分表达困惑，在表达中厘清凌乱的思维，用逻辑形成较为系统的知识体系。这就需要教师有梯度地提问，循着学生可能的思维逻辑，有序地设问，使科学概念的揭示像“层层剥笋”般层次清晰、环环相扣。因此，教师必须在备课时对课上的设问和学生回答有预设，在教学中进行“线性”设问并依据实际情况微调，而不是随性提问。这样有利于将学生的思维引向深处，或者暴露自己的困惑与思维盲区。在此过程中，教师倾听学习者的解释显得非常重要，通过倾听和解读，了解学生的思维路径，并有针对性地搭建“脚手架”，助推学生概念的转变。

（四）强化论证能力，完善认知路径

科学论证是经过思考和推理提出观点、通过解释和说明澄清彼此的想法，使自己的观点更能让对方认同的过程。在概念转变的教学过程中，学习者会产生观点，通过分析每个观点及其背后的支持论据或反驳论据，对科学现象做出理性判断。基于科学实践的论证关注学生严谨的科学思维，强调“主张、证据与解释”，当学生的前概念与科学事实（数据、资料、现象等）不符引发认知冲突时，教师需要引导学生在科学实践中进行实验、调查，从不同来源收集证据，从证据中提出合理的解释，经过对证据的质疑、批判和逻辑推理，在结论和论据之间形成联系，建立结论与证据一致的科学解释。运用这一策略时，教师要有意识地训练学生科学有效地表达和交流，当学生能用完整规范的语言进行符合逻辑的推理，向他人做出详细的、令人信服的描述时，这一过程本身就是对学生认知中零散名词和概念的归纳梳理，也为实现更深层次的认知做了准备。

（五）形成性评测，促进概念转变

在帮助学生建立及转变概念的活动中，教师要不断地评价学习者的学习进程，即进行形成性评测。形成性评测可以将有关学生想法和技能的信息即时提供给教学过程，促使学生更加主动地参与概念转变过程。课堂上的科学记录单是进行形成性评测的最广泛载体，以书面形式存在的记录单，通过文字、图表、图画等方式反映探究过程，随时可读，便于回顾，全面反映全体学习者的真实学习情况，是学习者概念转变过程的实证，向教师和学生提供反馈信息，并根据课程目标的要求来解读和评测这些实证，而实证对学生科学概念的发展极其重要。

三、概念形成，迁移认知方法

经过认知适应与同化，科学概念得以形成。但概念的形成并不是教学的唯一目的，学生收获的不应只是概念和技能，还应该能够围绕概念拓展新知识、迁移认知方法，即发展探究能力。学生在教师的精心设计下，完成科学概念的建构。在这个过程中，学生经常是无意识的，因此在接近某科学概念形成的尾声时，可能会出现两种结果：或者是没有将新概念纳入概念体系；或者是无法将探究能力迁移到其他领域。所以，教师要引导学生进行学后反思，主动、持续、周密地思考。即使儿童的反思不如成人深刻，但是在教师有意识的引导下，可以适当延伸学习的广度或深度，对学习过的碎片化概念通过整理、归类，形成结构化的、基于大概念的知识体系，同时可以提高元认知水平，提升学习能力。学生在学会后，反思自己是怎么学会的、在小组合作中有哪些贡献、别人对自己有哪些帮助、能力获得的过程是怎样的等等，类似这样的追问是对自己认知策略的梳理。教师引导学生进行各种形式的学后反思，日积月累，可以提高学生的学习能力。

实践证明，概念转变策略是从学习机制出发，结合义务教育科学课程标准的要求提出的对学生概念转变进行介入和干预的有效策略。策略的应用提升了教学行为的专业性、规范性，有利于更加明确教学目标、优化教学过程、评估教学效果。