《热在水中的传递》“四步”教学策略帮助学生实现概念转变

◇李 健（重庆：重庆高新区教育事务中心）

《热在水中的传递》是五年级教科版科学教材“热”单元中的一课，是学生在建立热传导概念后向建立热对流概念转变的学习。概念转变学习观（conceptual change learning）认为，学习就是学生原有概念的改变、发展和重建过程，就是学生的前科学概念向科学概念的转化过程。本课教学以概念模型建构的教学环理论模型（如下图）为指导，通过多次实践反思，探索出促进学生热传递相关科学概念转变的实践策略，优化了教学效果。

基于模型建构的教学环

一、找准认知起点，明确原有概念模型

概念转变学习，就是将学生的前概念转变为科学概念的过程。在这个转变的过程中，学生已有的关于热传递的认知是学习的基础。虽然课标要求：“知道热从温度高的物体传向温度低的物体，从物体温度高的部分传向温度低的部分。”包括热在金属与液体中的传递，但是热传导与热对流是明显不同的传递方式，学生之前获得的关于热在金属中传递的认知，相对于热在水中传递的认知来说，就是“朴素模型”中的“错误概念”，需要修正完善。教学通过回顾热在金属中的传递，帮助学生明确热在金属中“沿物体”传递的特征，明确自己当前关于热传递的概念模型。同时，探究活动初始，通过引导学生推测加热U型试管后两边温度计的变化及理由，将当前概念模型迁移运用到实际场景中。课堂实录如下：

学生4：我认为它们的温度应该是相等的，因为一号温度计虽然离得近一点，但是它们两个的传播路程应该是相同的，所以说传播的时间是相同的，热量应该也是相同的。

学生4：我认为热会从这个位置，分别向两边进行传递。（学生上台画出自己的想法）

学生5：我觉得一号温度计可能会更快地接收到火源带来的热量，二号温度计会过一段时间后接收到。

学生5：到一号温度计，如果从这里加热的话，因为直线距离是最短的，到二号温度计有一个弯，这样过来需要多一点时间。（学生上台画出自己的想法）

学生6：我觉得二号可能要高一些，因为虽然说直线距离最短，但是加热的这个点到二号直线距离比一号还要短一些，所以我觉得二号可能要高一点。（板书：2大于1）。

学生推测温度变化结果不同，理由是：学生4目测是相同远近；学生4认为，形状导致一号温度计近；学生6目测二号温度计近。他们的猜测不同，意见分歧，但是这三位学生的猜测都是基于热在金属中传递的概念模型做出的类比迁移，认为热会向两边传递到温度计，只是在具体的情境中又有所不同。教学采用图示方法，呈现学生对热在水中传递的概念模型，找准学生热传递的认知起点，为下一步引发学生的认知冲突铺垫。

二、制造认知冲突，修正原有概念模型

奥苏伯尔认为，有意义学习的心理机制是同化，而同化理论的核心是：学生能否习得新信息，主要取决于他们认知结构中已有的有关概念；有意义学习是通过新信息与学生认知结构中已有的有关概念的相互作用才得以发生的。本教学刻意设计为测试U型试管两边温度计的变化这一具体任务，来制造学生的认知冲突，激发探究的动机。

当实测观察到一号温度计变化很快，二号温度计几乎不变时，学生产生了下列想法：

学生10：我们小组觉得，因为酒精灯是有一点垂直的，温度是往上面直线传播的，而有一个弯的地方可能过不去，所以就停留在这里。

学生11：我想补充一下。我们觉得，在拐弯的时候热量渐渐消散，然后就消失了，所以二号温度计没有升温。

学生12：我们组认为，火传播是有一定范围的，不是哪里都有热，一号管是靠近范围的，二号管可能是在热的范围以外，或者是周围的热比较少，所以说二号管会比一号管的温度低很多。

从学生10～12的发言中我们可以看到，学生在为热传递与自己猜测不一致寻找原因，甚至是辩解，但他们原有的概念模型出现了裂痕，开始动摇，认知冲突产生。通过对数据的分析与推理，学生发现，热在水中的传递方式与热在金属中的传递方式可能是不同的，进而猜测新的可能，开始修正自己的概念模型。

三、类比分析，创建新的概念模型

正确概念的传授并不能自动地校正学生原有的错误概念，在教学之后，学生往往仍然信奉原来的观点，所以，必须寻找促进错误概念发生转变的途径。执教教师在听懂学生想法并做出恰当的回应时并没能处理及时，如，对学生10“弯的地方可能过不去，所以就停留在这里”、学生11“拐弯的时候热量渐渐消散”及学生12“火传播是有一定范围的”等与原有经验不一致的信息与想法，教师只是接纳，并未采取追问等方法让学生进一步解释，做出对原有概念的调整、改造，给学生提供自主建构新概念模型的机会。尽管如此，教师还是借助热在金属中传递的特征来引导学生采用类比分析方法，修改并初步建立新的概念模型。

教师：假如我们把这一管水换成金属，结果还是现在这样吗？

学生（集体回答）：不是。

教师：热在水中的传递与热在金属中的传递一样吗？

学生（集体回答）：不一样。

教师：我们现在可以得到一个非常重要的结论，即热在水中传递与热在金属中的传递方式……

学生（集体回答）：不一样。

教师（板书：不一样）：那热在水中是怎样传递的呢？

从上述对话中我们可以看到，学生基于观察及获得的数据证据，类比分析了原有概念对于热在水中传递的不适应，成功否定了原有概念模型。教师以“热在水中是怎样传递的呢？”推动学生进一步思考，尝试建立新的概念模型。

学生13：可以得出一个结论，就是热在水中传递，热量会一直向水的表面发散，不会往其他地方扩散。

学生14：我觉得热在水中的传播路径应该是直线。

学生14：是向上的直线。

学生13、14在教师引导的类比分析方法基础上，初步创建了热在水中向上传递的新概念模型。

四、实践运用，检测新的概念模型

科学概念不仅仅是为了理解经验而形成的个体建构，而是从科学的社会团体中发展起来的一种“思维方式”。从这个意义上来说，它们需要通过科学文化来传承，而不是从个体经验中发现。因此，帮助学生建构科学概念，包含一个介绍科学文化的过程，教师在这个过程中起着重要作用。教材在学生“萌发”热在水中向上传递的新概念模型时，提供了分组观察加热烧杯中加有茶屑的水这个实验。教师刻意提示学生在实验前后进行思考，为初步建立新概念模型提供获取更充分证据及评价的机会。同时采取实验后班级论证的方式，再次筛选和改进概念模型，试图达成共识，整体创建新的概念模型。

在教学过程中，讨论、考虑他人的观点，将所研究的情境与其他的真实物理现象相联系，对于促进概念的转变非常重要。同时，必须激励学生增强自主学习的动力。通过这种教学，课堂讨论的质量有所提高。在学生描述加热有茶屑的水的实验现象后，教师引导学生归纳热在水中的传递方式。

教师：那怎么来解释这个现象呢？热在水中到底是怎么传递的？

学生31：我认为就像那个火，就像我们之前看到的暖气灶一样，水就相当于冬天的空气，然后大家都知道有一个地方热，热要往上升的，冷往下降。就是先通过热量把茶叶推上去，但是上面的空气又冷了，然后茶叶又会降下来。

教师：大家听明白了吗？觉得他的解释怎么样？

学生32：我想补充一下。我觉得除了中间会一直上升以外，旁边一些热量较低的地方，也会不断上升，而它往下降的一部分原因是因为有不同的往上升的水的流动，所以说，它也有可能在水流动的扰动中往下降。

教师：大家听明白了吗？谁来给我们总结一下，热在水中到底是怎么传递的？

学生33：热量先从中间往上传递，两边的也要传递，但是要稍微慢一些，所以这个茶叶后来会往两边落，然后两边的温度也上来了，茶叶往下落就越来越少。

教师：大家觉得他这个说法能不能把我们这个现象进行解释？

学生：可以。

教师：热是往上的，为什么也可以往下呢？

学生34：因为附近的温度没有中间接触的那个点的温度高。

从学生31～34的对话交流中可以看到，学生在获得了新证据后，一方面检测强化了U型试管实验中建立的热向上传递的共识，另一方面对茶屑在水中运动变化补充了热在水中传递方式的新证据，让热对流成为学生都能理解接纳的概念，从而实现查普尼等提出的：通过学生讨论和交流观点来实现对新概念模型评价的策略运用。在教学结束后，教师还将热对流概念模型迁移运用到热在空气中传递的生活场景，鼓励学生继续检测新的概念模型。

本课以概念建模的教学环理论模型为指导，强调利用学生“认知冲突”，重视课堂“对话交流”，助推学生建构科学概念模型的“四步”策略，满足了波斯纳等人提出的概念转变学习的条件理论：（1）学习者对当前的概念产生不满（dis‐satisfied）;（2）学习者必须尽可能地理解（un‐derstanding）科学概念；（3）学习者必须认为科学概念是合理的（p lausible）;（4）学习者必须认为科学概念是有效的（fruitfu l）。根据波斯纳的观点，如果满足了上述概念转变学习的四个条件，学生所持有的错误概念就会被科学概念所替代或改变。基于此，本课科学概念建模的“四步”策略为学生科学概念转变提供了有效帮助，具有实践意义。