基于科學本質建構科學概念的策略研究

喬慶華

摘 要 科學概念的建構對科學核心概念的建立有著重要作用，教師在教學過程中要想凸顯出科學核心概念的教育價值，科學概念的建構是第一步的扎實基礎。教師可以基于科學本質，通過以科學探究為載體，緊抓科學概念的源頭；以思維導圖為抓手，促進科學概念的形成；以生活情景為背景，強化科學概念的遷移等教學手段，促進核心概念的建構，進而培養學生的科學素養。

關鍵詞 科學本質 科學概念 建構策略

1科學本質

科學本質的內涵豐富，它指出自然界是有規律的，這種規律是可以被認識的?？茖W知識的形成是一個不斷修正、不斷深入，以逐步逼近客觀存在的過程。而科學是以多樣統一的自然界為研究對象的科學探究活動。它是一個相對開放的系統，科學知識具有相對的穩定性并不斷發展和進步，只在一定范圍內適用?？茖W能促進社會進步，且受到科學道德和社會道德的雙重約束?？茖W教育的總目的就是讓所有的學生獲得以科學方式處理事物的整體能力，就是“科學素養”這一術語的含義。

2科學概念的內涵及特征

科學概念是在科學發展的過程中建立起來的，是對科學現象和科學本質的概括化和抽象化的思維形式，它可以反應同類事物產生的規律和本質屬性。是人類認知過程中形成的概念體系中的基本單元，雖然不同于科學教育中的大概念，但正是由于這些一般概念彼此聯系，彼此依托，才促成了科學核心概念的完善，才使得科學大概念的視角越來越清晰，越來越形象具體。從而幫助人們對科學大概念的理解和認同，更本質地提升一個人的核心素養。美國課程專家埃里克森是這樣對核心概念作出解釋的：“核心概念具有超越課堂之外的齒距價值和遷移應用價值的概念性知識、原理和方法，它們是居于學科中心的。教學的中心應該從記憶事實轉移到深層理解核心概念和學科的知識結構，進而促進學生思維的發展”。位于一線教師的我們知道，唯有腳踏實地基于科學本質地落實好每一個一般的科學概念，才能真正促成科學思維的改變。就想高樓大廈的建立都離不開切切實實的磚和瓦。

科學概念具有以下特征：（1）統領性。所謂統領性，就是基于科學事實能夠統領概括出該現象所具有的共同屬性，從而總結得到相應的規律。當然科學概念的得出最終將為科學核心概念的闡述貢獻力量，進而幫助學生理解科學教育中的大概念。（2）遷移性。科學概念作為對眾多事實和現象的高度概括總結，其本身就具有強大的解釋力，包括了相關現象的解釋和對應學科的相關知識。這使得科學概念的習得過程可以轉化為一種概念學習的工具，可以為其他問題的解決提供思路和方法。

3基于科學本質促進科學核心概念建構的教學策略

3.1以科學探究為載體，緊抓科學概念的提煉

從知識結構圖科學事實-科學一般概念—科學核心概念—科學主題這一線索中，我們可以發現核心概念位于一般概念的“上層”，處于核心的地位。在教育教學中，教師第一步要做的就是基于科學本質，引導學生經歷科學探究的過程，從而幫助學生科學地建構一般的科學概念，在此基礎上逐步提煉，尋找本質屬性，得到核心概念，從而理解科學主題。

案例1：力臂的教學。

力臂是學生學習杠桿時接觸的一個概念，這一概念的成功建構有助于學生對杠桿平衡這一狀態的理解，可以幫助學生更好的理解力和運動這一科學核心概念。但實際教學過程中，不少教師采用直接對力臂下定義的方法—所謂力臂就是杠桿的支點到力的作用線的距離。這樣的教學根本談不上對概念的建構和理解，力臂概念是強加給學生的。為此，我們可以嘗試著基于科學本質，以科學探究為載體進行力臂概念的建構過程。

用如圖1所示的杠桿，杠桿后襯一張硬紙板，硬紙板上畫一組等距同心圓，圓心恰在杠桿的支點。開始是，杠桿的左邊與支架之間連接一條橡皮筋，杠桿右端翹起。

教師：用彈簧測力計對著杠桿右邊某點豎直下拉，使杠桿在水平位置平衡（如圖1甲），讀出現在彈簧測力計對杠桿的拉力是多少？

教師：將彈簧測力計的拉力的作用點向外移一格，仍豎直下拉，并使杠桿仍在水平位置平衡，即保持彈簧測力計拉力的作用效果不變，如圖1乙所示，此時彈簧測力計的示數有什么變化？你能解釋這一現象么？

學生：彈簧測力計示數變小，變為3N了。因為力的作用效果與力的作用點有關。作用點變了，產生相同的作用效果，拉力的大小也變了。

教師：現在改變彈簧測力計對杠桿拉力的方向，使杠桿仍在水平位置平衡，即彈簧測力計拉力的作用效果保持不變。彈簧測力計的示數有什么變化？你能解釋這一現象么？

學生：彈簧測力計讀數逐漸變大。因為力的作用效果跟力的方向有關，現在彈簧測力計拉力方向改變了，要想產生相同的作用效果，拉力的大小也會發生改變。

教師：（當彈簧測力計讀數減少到4N時，如圖1中丙所示，）現在彈簧測力計的示數也是4N，與圖1甲情形相同。兩種情況相比，彈簧測力計的拉力的作用點不同，拉力的方向也不同，但為什么拉力的大小相同呢？我們一起來尋找隱蔽的相同因素是什么？

若學生有困難，可讓學生做出彈簧測力計拉力的作用線，再進行觀察，尋找相同因素。

學生：甲和丙的共同點在于，拉力的作用線與同一個圓相切，拉力的大小都相同。

教師：我們通過兩種情形概括出來的結論是否具有普遍性？怎么設計新的實驗？

學生：如果在改變彈簧測力計拉力的作用點，并改變拉力的方向，當拉力的作用線與第三個圓相切時，彈簧測力計的讀數也為4N。

教師用如圖1丁所示實驗驗證了這個預言。

教師：請大家討論一下，我們能否用一個量來描述這個共同的因素。你不妨通過畫圖尋找問題的答案。

學生作出支點到彈簧測力計拉力的作用線的垂線。

學生：過支點作拉力的作用線的垂線，支點都垂足間的距離相等。

教師：科學上把過杠桿的支點到作用在杠桿上的力的作用線的垂線，叫做杠桿的力臂。支點到動力作用線的垂線叫作動力臂，支點到阻力作用線的垂線叫作阻力臂。

該教學過程中，學生在教師的引導下，實際上經歷了一個準科學探究的過程，他們透過事物表象的變化尋找隱蔽的不變因素，透過事物的表象差異去尋找隱蔽的同。在整個建構的過程中，引導學生細心地觀察實驗現象：當彈簧測力計拉力的作用點和方向都改變時，力的大小可以保持不變，而不同的情況下彈簧測力計的示數相同，這些情況中勢必存在一個隱蔽的相同因素，通過做輔助線，學生得到了力的作用線與第三個圓周相切。從而概括出結論，只要彈簧測力計拉力的作用線與同一個圓周相切，則拉力的大小都相同。得出結論后再通過第4個實驗進行驗證。所有這些過程都體現了科學本質。

3.2以思維導圖為抓手，促進科學概念的形成

在上述過程中，學生已經了解了力臂的概念，然而，此時學生的科學概念是零散的，概念和概念間也缺乏聯系的紐帶。為了突破概念教學的難題，教師要學會將不同概念進行整合，突出這一科學概念在科學核心概念中的作用和地位。例如，力臂這一概念作為杠桿的五要素，在杠桿平衡中發揮主要作用，從而可以繪制如下的思維導圖，幫助學生建構完善的知識網絡（見圖2）。

3.3以生活情境為背景，深化科學概念的遷移

教學是促進科學學習的工具，而學習的有效性則體現在學生對科學概念的遷移能力上，我們不禁要反思科學教育中科學核心概念教學的要義：圍繞核心概念，以科學事實為載體，通過分析來龍去脈、相互關聯，在把握一般概念的形成的過程中，領悟核心概念的本質，形成科學的思維方法。換言之，一般科學概念的建構有利于促成核心概念的建立，核心概念統率價值、融合價值才能得到真正地落實和體現，才能進一步促成學生的科學素養的形成。具體表現在特定的情境中，學生能鞏固提取認知結構中的相關知識、概念、原理等，用于解決實際情境下的具體問題。因此，強化科學概念的形成有利于促進學生對核心概念的理解和應用。當然對科學概念的理解和應用還是要滲透在實際情境中。

4總結

從概念教學走向核心概念的教學是大勢所趨，自然走好第一步變成了重中之重，如何能基于科學本質建構科學概念，大大提高了科學教育的本質意義。教師在教學過程中要想凸顯出科學核心概念的教育價值，科學概念的建構是第一步的扎實基礎。教師可以基于科學本質，通過以科學探究為載體，緊抓科學概念的源頭；以思維導圖為抓手，促進科學概念的形成；以生活情景為背景，強化科學概念的遷移等教學手段，促進核心概念的建構，進而培養學生的科學素養。讓學生的學習從科學事實轉向可科學概念，由科學概念走向核心概念；由核心概念走向科學素養。

參考文獻

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