基于學生前概念的“概念豐富”教學

科學概念是科學知識的基本元素，是科學知識結構的基礎，形成科學概念是深刻認識自然現象本質特征的標志，所以，科學概念的教學是科學課教學的關鍵。前蘇聯教育學家維果斯基指出，科學概念的直接教授是不可能的，而且也是沒有效果的。建構主義學習理論認為，知識的發展是我們過去的經驗（前概念）與現有概念間發生沖突和矛盾所造成的結果，由于有矛盾和沖突的緣故，我們的認知結構便不斷地同化、順應、統整和改變，以融合新的概念和擴展舊的知識結構，形成一個更大的概念。因此，所謂的概念學習，其本質是一種概念轉變的過程。

關于概念轉變，泰森等學者在考察同時代人研究成果的基礎上，提出了按概念轉變水平不同，將概念轉變分為兩種：豐富和重建。“豐富”是指在現存的概念結構中概念的增加和刪除，“重建”意味著創造新結構，這種新結構的建構或者為了解釋舊的信息，或者為了說明新信息。針對不同的教學內容、不同的學情，教師需要選擇不同的概念轉變方式。本文以引導學生認識光的傳播路徑為例，淺析學生前概念對科學教學的意義，以及如何實踐“概念豐富”式的科學教學。

一、尋找教學的起點與方向

光是一種從光源發出的物質實體，它在均勻的空間中沿直線傳播，在傳播途中碰到物體時會發生作用，產生各種可觀察到的效應。對小學五年級學生來說，他們對光的傳播已經有怎樣的認識呢？

1.通過前概念探查發現教學的起點

以往的教學，我們習慣把教學重點放在光的直線傳播上，即通過三個實驗分別引導學生認識光在空氣、水、透明的固體中都是沿直線傳播的。這樣安排是基于這樣一種認識：光的直線傳播對學生來說是一種新知識，學生需要通過學習來獲得。這種教學的本質是把學生當作白紙一張！但事實是，學生對光的直線傳播并非一無所知，恰恰相反，通過對學生關于“光”的前概念的探查，我們發現：在上課之前，絕大多數學生已有了“光是直線行進”的認識。可見，我們原來所設定的教學重點對學生的認知發展并沒有多大的意義，因為，這一教學重點恰恰是許多學生學習的事實起點。

2.通過前概念探查調整教學的重點

我們又該如何確定本課教學的重點呢？通過對學生關于“光”的前概念的探查，我們發現：學生只知道光是直線傳播的，但并不知道光的直線傳播需要的條件，即光在均勻的空間才會沿直線傳播。在讓他們猜想光的行進路線圖時，無論光要穿過幾種透明物質，許多學生都是用一條直線表示光的行進（如圖1）。因此，我們認為，可以把光直線傳播的條件作為本課教學的重點，即通過教學，引導學生認識“在同一種透明物質中，光是直線傳播的”。這種選擇，尊重了學生已有的觀念，是以學定教。

二、設計教學的路徑與方法

學生“光直線傳播”前概念并非完全錯誤，只是他們的認識還存在著一定的局限性。因此，本課教學中，學生需要的是概念“豐富”，而非概念“重建”。教師面對的挑戰是：如何設計問題、實驗以及示范，引導學生重新思考他們的想法。為使教學能針對學生的學習需求，以及他們特有的前概念，我們按“概念引入→概念喚醒→概念挑戰→概念豐富→概念拓展”的流程設計了教學方案。

1.概念引入——學習“三棱鏡”，使平淡的話題趣味化

三棱鏡的特點是能把平淡無奇的一束白光變成迷人的七色光。我們認為，概念引入階段的教學發揮三棱鏡般的魔力，能把普通的研究主題變成生動有趣的教學情境，從而對學生產生巨大的吸引力。

教學活動1

教師播放動畫《鑿壁偷光》，引出問題：西漢時，有個叫匡衡的人酷愛學習，但因為家貧，他白天要干活，沒有讀書的時間，晚上又沒有錢買燈油，看不了書，他該怎么辦呢？因為大多學生都知道《鑿壁偷光》的故事，所以馬上給出答案——通過墻上的小孔，借鄰居家的光。于是，本課的研究對象“光”自然出現在了學生眼前。借古老的成語故事引入，原本普通的話題變得有趣而生動，使科學課堂多了些人文氣息。這樣的導入，自然能吸引學生對研究對象的關注，也使他們對后續學習充滿了期待。

2.概念喚醒——認識“平面鏡”，真實展現學生前概念

平面鏡的特點是能真實地反映它周圍的世界。概念喚醒階段的教學，可以運用平面鏡的功能，通過有效的教學活動，展現學生對研究對象的真實觀念。

教學活動2

首先通過畫圖初步展示學生前概念：鄰居家的燭光照射到匡衡家，能讓整個屋子都亮起來嗎？請你把照過來的光線畫一畫。我們看到，學生總是將燈與小洞連起來，畫出一條直線（如圖2）。問為什么畫直線，學生會舉出大量生活中的例子：晚上手電筒的光柱是直的；車燈的光線是直的；舞臺上是光是直的……這說明學生對光的傳播路徑已有“光是直線行進的”這一前概念。

接著通過實驗進一步暴露學生前概念：咱們看到的這些光都是在空氣中行進的，可是我們身邊并不是只有空氣，看看這些材料（水、透明皂、木塊），光能在其中行進嗎？學生猜測和動手實踐的結果是：光在水中、透明皂中是直線行進的，在木塊中光不能行進。通過實驗，學生修改了原有觀點，得出“光在透明物質中直線行進”的結論。

3.概念挑戰——認識“哈哈鏡”，以奇特現象引出問題

我們在哈哈鏡中能看到自己失真變形的樣子，它帶給我們許多歡樂，更讓我們對這種現象產生強烈的探究欲望。概念挑戰階段的教學，如果能運用哈哈鏡的功能，呈現奇特的現象，能對學生原有概念形成一種挑戰，激發他們強烈的探究欲望。

教學活動3

師：（出示實驗裝置演示，如圖3），在這盒子中也有一個透明物體，奇怪，光在這兒怎么拐彎了？這個透明物體會是什么呢？

生：水、玻璃、透明皂……

師：怎么就不是空氣呢？

生：光在空氣中不會拐彎，不會是空氣，所以應該是其他的透明物質。

這一環節的教學，教師通過一個暗盒，呈現與學生原有觀念“光是直線傳播的”相矛盾的現象，使他們的前概念受到了挑戰，同時在解暗盒的討論中，讓學生隱隱意識到：光行進在兩種以上透明物質中可能會發生彎折現象。

4.概念豐富——認識“顯微鏡”，在細致的觀察中發現

通過顯微鏡能發現許多平常觀察不到的現象。光的折射現象平時容易被忽略，需要學生細致的觀察才能被發現。

教學活動4

師：同學們猜想光拐彎的原因是“光行進過程中遇到了兩種透明物質”，是不是這樣呢？讓我們一起觀察光遇到兩種不同透明物質時的行進路線。可是觀察遇到了困難，空氣中的光線不容易觀察，怎么判斷它的走向呢？

生：可以讓激光筆貼著桌面照射，讓光線在桌面上顯形。

生：可以借助參照物，用直尺比劃出空氣中的光線。

生：找到空氣中光的起點和終點，就能畫出一條直線，這就是光在空氣中的行進路線。

師：如果光出現彎折，可能會在什么位置？

生：可能在兩種物質的交界處。

因為有了明確的觀察目的、有效的觀察方法，加上細致與耐心，在后續的活動中，學生發現“光從一種透明物質進入另一種透明物質時，在交界處有時會發生行進方向的變化”。于是，學生的前概念得到了豐富，由“光在透明物質中沿直線行進”發展成“光在同一種透明物質中沿直線行進”。

5.概念拓展——認識“望遠鏡”，突破時空局限

望遠鏡的特點是看得遠，作為科學教師，應有望遠鏡一樣的眼光，努力把目光放遠一些。

教學活動5

談話：回到《鑿壁偷光》的故事，鄰居家的燈跟我們實驗用的激光筆可不一樣，它的光傳向四面八方，而不僅僅只有一束光，匡衡借到的光是什么樣子的？

學生分組做小孔成像實驗，發現了紙屏上倒立的火焰（像），并做出解釋：火焰頂端的光直線穿過小孔來到了下方，火焰底部的光直線穿過小孔來到了上方。

教師介紹墨子對小孔成像的研究。之后，教師通過視頻播放兩個有趣的現象：光在不均勻蔗糖溶液中“曲線”行進；光在有波浪的水流中行進。

本環節的兩個教學活動，從不同方向突破了時空的局限：一是穿越時空，引導學生體驗中國古代經典實驗的魅力，滲透了科學史的教育；二是通過視頻呈現兩個奇特有趣的現象，再次對學生概念形成挑戰，促使他們帶著問題走出課堂，體現了“下課鈴聲不應是學生學習的句號，而應是省略號”的教學理念。

（本文系江蘇省教科院“十二五”規劃重點課題《基于科學前概念的教學設計與操作策略的研究》階段性研究成果之一）

江蘇省常州市武進區教育局教研室

江蘇省常州市武進區星河小學（213100）