用好材料：有效構建科學概念

崔金武

【摘要】好的材料就是科學概念發展的“導師”，它組成與概念相關的結構，在不同階段發揮著不同材料的教學價值。用好材料，可以激發學生的思考，從而理解概念本質。其基本策略有：借用材料——揭示前概念；善用材料——重建新概念；活用材料——鞏固新概念。概念建構好了，后續的學習就會駕輕就熟，學生科學素養的大面積提升也就成為現實。

【關鍵詞】科學教學 概念建構 借用材料 善用材料 活用材料

【中圖分類號】G623.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）26-0060-02

好的材料就是科學概念發展的“導師”，它組成與概念相關的結構，在不同階段發揮著不同的教學價值。正如美國學者蘭本達所說“材料引起學習，材料引起活動。”用好材料，可以激發學生的思考，從而理解概念本質。因此，作為科學教師一定要用好材料，讓概念建構充滿活力。

一、借用材料——揭示前概念

前概念，即學生在學習科學概念之前已經對相關事物及現象有一個初步的認識。這些認識有時候是正確的，有利于新概念的學習和掌握；有時候是不準確甚至錯誤的，不利于新概念的學習。概念建構的起點是前概念，教師要借助材料創設相關教學情景，暴露學生的前概念，讓學生在“憤悱”狀態中快速進入探究狀態。

（一）借用材料，呈現前概念

前概念是學生在日常生活中自發形成的，平時往往處于休眠狀態。因此，需要借用材料將學生存在頭腦中的前概念呈現出來，從而對癥下藥，有的放矢地進行新概念教學。

例如，“比較水的多少”教學，教師先給每個小組提供了三個形狀、大小、粗細不同的玻璃瓶，里面裝上不同體積的水，然后提問：三個瓶子里的水一樣多嗎？如果不一樣多，你們認為哪個瓶子里的水最多，哪個瓶子里的水最少？學生借助生活經驗紛紛發表自己的看法，前概念已完全呈現出來。此時，教師順勢提出“有什么方法可以比較出水的多少？”學生馬上靜下心來思考，要建構的新概念自然而然轉化為學生內在求知的需要。

（二）借用材料，激活前概念

有些前概念是學生在不知不覺中形成的，對后續科學概念的形成具有積極的推動作用。教師就要借用一些材料創建與學生原有經驗相匹配的熟悉情景來“激活”這些前概念，幫助學生建構科學概念。

例如，“杠桿的科學”教學，教師在教室里放了一個裝滿沙子的大麻袋，創設需要移走重物的生活情景。教師趁勢問道：“你能想辦法把它移走嗎？”學生在徒手搬不動的情況下，就會想到利用工具來幫助移走重物。有些學生已在生活中或課外閱讀中知道可以利用撬棍來幫助移開重物，但因為沒有相應的生活情景出現，這一前概念就被掩藏起來。現在的教學情景喚醒了他們的記憶，就有很多學生提出需要一根棍子來撬動重物。教師及時提供事先準備的棍子，讓幾位學生上來嘗試。在嘗試的過程中，學生發現光有一根棍子還不能撬動重物，還需要其他一些材料……這樣既激活了學生的前概念，又激起了學生建構“杠桿”概念的動機。

（三）借用材料引發前概念

研究表明，對當前概念產生疑惑就會引起學生心理認知的不平衡，就能激起學生的求知欲和好奇心，從而為新概念的建立提供一個最好的契機。因此，教師借用材料適時引發學生的疑惑。

例如，“空氣的熱脹冷縮”教學，教師出示兩個壓癟的乒乓球，問道：你們有什么辦法讓它們鼓起來？學生根據前概念提出：可以用開水泡一下。教師就用熱水同時泡了兩個癟的乒乓球，結果一個乒乓球鼓起來了，另一個沒有鼓起來。學生表現得既驚訝又興奮：這是怎么回事呢？為什么一個鼓起來了，另一個卻沒有鼓起來呢？學生發現了前概念（兩個都會鼓）和實驗現象（一個鼓起來另一個沒有鼓）之間的矛盾而引發認知的沖突，從而質疑并產生探究欲望，進而在設計實驗并進行驗證的基礎上把前概念轉化為科學概念。

二、善用材料——重建新概念

小學科學教材中的概念大都以探究的方式呈現。但教材總是簡約的，不可能完整提供具體的、直觀的、形象的材料，也不可能提供所有學生都適應的探究方式。為此，教師要根據學生實際情況，善用現有材料，精心設計能吸引學生主動參與的實驗，讓學生在實驗中獲取豐富經驗，為新概念的建構奠定堅實的基礎。

（一）善用材料設計方案

小學科學的探究活動是一種有目的、有計劃、有步驟的實踐活動，需要教師的適時引導。教師如果一味地讓學生憑空自行設計實驗方案，只會是盲目的猜測，徒勞地浪費時間。這時就需要教師善用一些材料，讓學生進行有針對性地思考，從而降低實驗設計的難度，讓方案設計更接地氣。

例如，“熱是怎樣傳遞”的探究環節，要求學生設計驗證“熱是如何傳遞的”實驗方案。由于受現有生活經驗和認知水平的限制，學生無法想出一種合適的遇熱融化的材料來設計出相應的實驗方案。此時，教師就可以出示“凡士林”這種醫藥用品，告訴學生“凡士林”不但具有遇熱融化的特性，還有一定的黏性，可以粘住一些像牙簽和火柴桿之類的物體。學生受此材料的啟發，就能較輕松地設計出驗證方案，有效地進行探究，為概念的建構收集充分的事實證據。

（二）善用材料展示現象

感性認識是形成科學概念的基礎。在科學概念教學中，教師要善用合適的有結構的材料將概念的內涵具體化，展示概念本質所具有的事實現象，幫助學生較為全面地認識概念的本質。

例如，“物質在水中是怎樣溶解的”教學，“高錳酸鉀”可以將看不見的溶解過程展示出來。在教學中，教師一定要先讓學生觀察高錳酸鉀顆粒本身的顏色，然后再分步指導學生記錄所看到的現象：輕輕放入幾粒高錳酸鉀，觀察并描述高錳酸鉀和水的變化→用攪拌棒輕輕攪拌，邊觀察、描述高錳酸鉀和水的變化→靜置一會，觀察、描述高錳酸鉀和水的變化。在學生對高錳酸鉀的溶解過程有了事實的感知后，才能去想像那些沒有顏色的物質在水中的溶解過程，從而認識溶解的本質特征。

（三）善用材料收集證據

科學講究實證，科學新概念的建構離不開事實證據的支持。在教學中，教師要善用有結構的材料，幫助學生收集有利于科學概念建構的有效事實和證據，讓學生心服口服，從而提高科學概念教學的有效性。

例如，“杠桿的科學”的探究環節，學生在和同桌玩“自制蹺蹺板”的活動中對杠桿是否省力有了感性認識：選擇不同的支點，手用的力大小也不同，手離支點越近，就越省力，手離支點越遠，就越費力。如何把這種說不清道不明的感性認識轉化為可以清晰可見的事實數據呢？這就需要利用“杠桿尺”這一材料。通過使用杠桿尺、勾碼等材料進行探究，得到了大量的事實數據，使學生明明白白地建構了“杠桿原理”的科學概念。

（四）善用材料遷移認知

在科學概念教學中，常常會出現學生難以由當前情境建構的科學概念，如云、霧、雨、風的形成等。教師就要善用一些材料來進行模擬類比，再通過學生的認知遷移，理解科學概念。因此，在使用材料時教師要以知識建構和概念形成為導向，引導學生正確認識原事物的特點與聯系，緊扣這些特點選擇模擬類比的材料，建立起材料和模擬類比的事物之間的一一對應關系，確保學生遷移認知的有效性。

例如，“日食和月食”的探究環節，先讓學生通過觀看日食的視頻，作出假設：“日食可能是月亮擋住了太陽的結果。”教師就順勢提出：“那我們就把天上的月亮、太陽請到實驗室來驗證一下你們的假設是否正確吧！”學生頓時嘩然。“那怎樣才能驗證你們的假設是否正確呢？”引導學生認識到可以利用模擬實驗來代替。通過你一言，我一句的討論，學生們最終選擇用手電筒代表太陽；用地球儀代表地球；用乒乓球代表月球，并確定了相應的探究步驟。這樣抽象的科學概念通過學生利用簡單的活動材料進行模擬實驗，得以具體化，然后通過認知遷移理解了日食的成因，順利建構了科學概念。

三、活用材料——鞏固新概念

小學生科學概念的發展過程是一個螺旋式上升的過程，并且在發展過程中，不斷和已有概念或日常經驗進行碰撞，或同化或順應，逐步完成自我的概念體系。因此，在幫助學生建立新概念以后還要活用現有材料，給予學生應用的時間和空間，以達到鞏固新概念的目的。

（一）活用材料整合新概念

學生對科學概念的認識，都不是一次完成的。他們會根據自己的生活及實踐經驗逐步提高，逐步完善。當學生的前概念通過探究活動逐步轉化為科學概念后，教師要巧用材料設計一些綜合性的活動，引導學生將新概念整合于原有的認知結構中，使得原有的知識結構更加完善。例如，“沉浮與什么因素有關”的鞏固拓展環節，在學生建立了“在體積相同的情況下，重的物體容易沉，輕的物體容易浮；在重量相同的情況下，體積小的容易沉，體積大的容易浮”的科學概念后，教師提供一個空小藥瓶和一個注射器，讓學生想辦法控制小藥瓶在水中的自動沉浮。學生利用新建構的科學概念，用注射器往小藥瓶里注水和抽水，來實現小藥瓶在水中的自主沉浮。在活動過程中，學生可以很直觀地看出在體積不變的情況下，重量是怎樣影響沉浮的，從而加深對“體積相同，重的物體容易沉，輕的物體容易浮”這一科學概念的理解。接著，教師又讓學生動手操作小潛水艇，體驗潛水艇的沉浮現象，這樣不但能發展學生的動手能力，還能促進科學概念的鞏固，完成科學概念的深層次建構。

（二）活用材料應用新概念

學習科學概念的目的是為了應用。教學時教師要巧用材料創設應用情景，讓學生綜合應用科學概念解決問題，以鞏固、深化、活化概念，從而培養學生分析問題和解決問題的能力。

例如，“聲音是怎樣產生的”的拓展應用環節，學生對“聲音是由物體振動產生的”這一概念深信不疑，這時就應當創造機會讓學生走向應用。這時，某教師就提供給學生一根麥稈，“讓學生制作發聲的麥稈”。活動剛剛開始，學生無從下手，漸漸地就有了想法，于是就試著劃個口子，但還是不能響。一種不行，換一種……，終于有學生試出來了，是用吸，而不是吹，關鍵是要讓管子振動起來。同學們隨即興奮起來，“我也響起來了”、“我也響起來了”……這樣的鞏固，會讓學生對“聲音是由物體振動產生”的科學概念終身不忘。

（三）活用材料拓展新概念

新版《科學》教材，突出了以主題設置單元的編排特點。一節課的結束并不是探究過程的結束，而是下一個探究過程的開始。教師可以通過活用一些材料引導學生反思探究過程或從已得到的科學結論中發現新的問題，讓他們利用多種資源進行科學學習，不斷擴展對周圍世界自然現象和科學現象的體驗，為后續科學概念的建構建立順應性的前概念。

例如，“抵抗彎曲”的應用拓展環節，學生已經建構了較為穩固的科學概念——“增加寬度和厚度，可以增強紙梁的抵抗彎曲的能力”。這時，教師再給每個學生提供一張本課研究用的紙條，問：有沒有辦法不增加紙的用量，也能提高紙的抗彎曲能力呢？布置學生課后想辦法去實踐。這樣，學生帶著問題走出課堂，用課堂學到的方法去解決生活中的實際問題，這種經歷又能成為以后學習“形狀與抗彎曲能力”等新內容的前概念。

總之，科學概念的學習離不開材料。如果我們能夠根據教學內容準備并用好材料，那么學生的概念建構就更有活力。概念建構好了，后續的科學學習就會駕輕就熟，學生科學素養的大面積提升也就成為現實。