用好支架，助力科學概念的建構

陳梅娟

在小學科學教學中，教師是否站在兒童的立場、做“兒童的科學”，是評價科學課優劣的重要標準，具體表現為：能在充分體現科學特質的同時，也符合兒童的年齡特征和心理發展的需要。由于兒童認知發展和思維水平存在局限性、主觀性、片面性、無意識和缺乏邏輯性等特點，真正要做“兒童的科學”，需要教師在教學過程中發揮好促進者的作用，教師對學生學習的及時助力也常被稱為搭建學習支架。

本文我將結合個人實際教學，圍繞搭建生動的情境支架和簡約的材料支架，談一談對科學概念建構的一些看法。

搭建生動的情境支架，把握科學概念建構的“生長點”

關于“星空”和“生銹”的內容，教材中設計的聚焦研究問題的板塊，所呈現的情境往往缺乏直觀性、現場感，要么是枯燥的文字記錄，要么是遙不可及的宇宙話題，都是學生難以近距離“觸摸”與感知的。像這樣對學生來說缺乏吸引力的內容，不利于他們對于相關主題的自然“卷入”，更不利于他們主動提出科學問題。因此，教師要盡力為學生營造更為直觀生動的情境，讓學生沉浸其中，從而引領他們明確科學探究的方向，把握住科學概念建構的“生長點”。

1.創設真實情境，引導自然卷入

義務教育小學科學課程標準在教學活動建議中提出，為了培養學生的科學素養，教師要為學生提供多樣化的學習機會，如探究的機會、綜合運用知識解決實際問題的機會等，教師應該培養學生在真實情境中解決問題的能力。

在執教“星空”內容前，我了解到：對于星和星座，學生并不陌生，星是經常可以看到的，星座也早已通過各種途徑有了一定的“認識”。但對星座的這種“認識”大多局限于一些星座的名稱，如黃道十二星座，有的學生還能說出一大串名稱來，有的學生所知道的星座是與人的生日、性格有關系的。而對于星座的真正含義、星座的特征，學生知之甚少。

我在執教這一課時，考慮到白天上課，學生的狀態很難自然地進入相關的氛圍中，就利用激光星空手電筒照射天花板，營造了一個仿真的“星空天幕”，然后讓學生說說以前看到過的星是怎樣的。在這樣的仿真氛圍中，學生參與積極，說到了自己看到過的星有許多，以及它們有大有小、有亮有暗、分布不均勻、相互間距離不變（用轉動變換激光星空手電筒的一端隨意變動“星”的位置來提示學生，實際看到的星不是像這樣亂跑的，相互間的距離是不變的）等特點。隨后，我組織學生用記號筆在紙上畫一畫自己看到過的星，要求體現剛才說的那些特點。每個學生都饒有興趣地畫出了一些大小不同、濃淡不一、分布有疏有密的圓點（星）。再引導學生發現有些“亮星”可以通過想象連成不同的形狀，并連出了風箏、魚、飛鳥等圖形，這其實是在對人類（古人）劃分星空區域、認識恒星等活動的復演。

2.創設直觀情境，豐富感性經驗

小學生的科學學習主要是以直接經驗為基礎的，直接經驗就是可以直接觀察的或是日常生活中經常接觸的經驗。如果是日常生活中經常接觸的，那就可以在學生原有的基礎上進行建構。如果學生沒有這樣的直接經驗，教師就要為他創設一種可以直接觀察的情境，讓學生在這種直觀的情境中獲得豐富的感性認識，把這種經驗作為建構科學概念的起點。

在執教“生銹”的內容時，學生分別對“鐵生銹可能與空氣有關”和“鐵生銹可能與水有關”這兩種假設進行了研究，他們設計了“水和空氣”“水和食用油”“空氣和食用油”這三組不同環境中鐵釘變化的對比實驗，并利用一周的時間進行觀察與記錄。在這個過程中我發現：學生在開展這個活動時不太方便將各自的實驗材料帶進課堂，而僅僅圍繞各自文字的記錄，他們的學習興趣并不濃，且大多只能得出“鐵生銹與水有關”的結論，得不出“鐵生銹是水和空氣共同作用的結果”這一結論。

為了解決學生在此環節沒有直觀材料可觀察的問題，我把對比實驗改在學校進行，分別把鐵釘放在水中、油中或空氣中，其余的條件均保持不變，一周后，學生就有了可以直觀感知的材料。每天觀察都能發現一些變化的材料，很容易使學生得出“鐵生銹與水有關”的結論。至于“鐵生銹與空氣有關”的結論，由于一周時間不夠，我便提供了上一屆學生的實驗材料，學生看到：在水中放了一年時間的鐵釘生銹得很嚴重，在空氣中的鐵釘生銹也很明顯，由此得出“鐵生銹與空氣也有關”的結論。他們最終認識到“鐵生銹是水和空氣共同作用的結果”。

搭建簡約的材料支架——提供科學概念建構的“支撐點”

材料是學生解決科學問題、獲得科學知識、提高探究能力的基本載體，是學生感受科學與生活的聯系、體驗科學價值的重要資源。小學生的綜合與分析能力還比較差，對感知對象的局部和整體性把握還不夠統一，對事物的感知往往憑直覺，這使得他們所能認識和理解的也往往局限于自己可以動手操作的具體事物。所以，教師應從學生的角度來審視與設計實驗材料，為學生搭建簡約的學習支架，即在教學中盡量排除一些不必要的障礙，去粗取精，精心選擇“適性、適量、適度”的活動材料，引導學生花更多時間去體驗、去探究、去發現，通過親身實踐搜集基于事實的可靠證據，為科學概念的建構提供有力的“支撐點”，實現從操作經驗到理性認識的順利發展。

1.選擇“適性”的材料，控制無關變量

這里說的“適性”，指的是實驗材料的科學性問題，這是由小學科學的學科性質決定的。表現在具體的教學活動中，教師可以通過有效控制無關變量來增強材料的科學性，讓學生觀察到所要觀察的現象，發現所要發現的規律。

在執教“星空”內容時，學生用紙板模擬天空，在上面打7個小孔，分別懸掛7個橡皮泥小球模擬星星，讓這些橡皮泥小球在紙板上的位置不同，有的離我們遠，有的離我們近。然后用強光從側面照射小球，看其在屏幕上的影子，將它們畫下來。學生會畫下許多不同的圖形，但只有光從模型的一個側面照射時才會構成勺子形狀，也就是常見的北斗七星圖像。學生通過打孔、掛線、吊小球和側光照射的制作過程明白：組成北斗七星的星體離我們有遠有近;北斗七星的形狀是我們從地球這一個角度所看到的情況，如果從宇宙中其他的角度來看，它們的形狀會不相同;在轉動模型的過程中，我們看到的七顆星不同的圖形，就如同我們坐著宇宙飛船繞這七顆星轉動一周所看到的不同景象;天空中的星星離我們也是有遠有近的。

經過仔細思考，我發現這個探究存在一個問題：用橡皮泥小球來模擬星星并用強光從側面照射看其影子得到北斗七星的圖像，與實際情況相差太大。星座的圖像是因為這些星離我們太遠而沒有三維空間的感覺而已，用投影的方式來得到平面圖像的處理，其實是進入了一個為現象而現象的誤區，沒有關注到學生的實際認知水平，給學生的思維設置了障礙，增加了許多無關的變量，也就增加了學生建構星座概念的難度。

因此，我在此基礎上做了一些改進，在組織學生觀察星座模型時，讓學生手拿明膠片和記號筆，把在不同的位置觀察到的每顆“星”的位置直接描畫在明膠片上，這樣既能消除教材設計的側面打光的煩瑣操作，又能在明膠片上直接得到不同的圖形。學生發現了“從不同的側面觀察星座得到的形狀不同”和“相對的兩個位置得到的圖形正好相反”等現象，有效建構了“星座”的科學概念。

2.選擇“適量”的材料，聚焦實驗現象

科學探究的過程就是一個發現問題和解決問題的過程。科學教師雖然認同“材料引起學習，材料引起活動”，但是，一節課短短40分鐘，能夠做的事情也是有限的。所以，操作材料并不是越多越好，教師要精選出適量的材料，引導學生通過親身實踐發現實驗現象，并對直觀的實驗現象進行思維加工，從而獲得正確的認識。

在執教“生銹”的內容時，我通過把鐵釘放置在不同的環境中的對比實驗，讓學生發現鐵釘在水和空氣共同作用的環境中更容易生銹，從而為理解人們在日常生活中怎樣防止與減緩生銹提供思維的基礎。由于原活動中的實驗材料存在過多過雜的問題，在探究過程中，學生雖然使用了一堆材料，但他們的認識僅是停留在“鐵在潮濕的地方容易生銹”（即“鐵生銹與水有關”）和“鐵在有鹽的地方容易生銹”這兩個概念上，很難達到“鐵在水和空氣共同作用的環境中容易生銹”這一層次。

于是，我將活動材料進行了簡化：把同一枚鐵釘放在有一半水的試管中，因為這個試管內的環境就同時存在“空氣多”（鐵釘上部，空氣中，1號位置）、“水多”（鐵釘下部，水中，3號位置）與“空氣和水都較多”（鐵釘中部，水面處，2號位置）三個不同的變量（如圖1）。學生可以很清楚地看到2號位置的鐵釘生銹最嚴重，也就很容易得出“鐵在水和空氣共同作用的環境中容易生銹”這一結論了。

3.選擇“適度”的材料，降低操作難度

教師在考慮材料支架的適性、適量的同時，也要關注材料的適度特點，即操作難度要適合學生的年齡特征，也就是要了解相關年齡段的學生的操作技能如何。在能有效控制無關變量的前提下，為學生選擇一些操作簡便的材料，并不是在降低實驗要求，而是根據學生的實際情況去簡化比較煩瑣的操作過程，為學生騰出更多的時間去研究“為什么”“怎么樣”的問題，讓他們通過親身實踐發現實驗現象，將直觀的實驗現象轉化為思維的“材料”，以此來促進思維的發展。

在執教“星空”內容時，我對之前建模活動的材料進行了改進：去掉了對于學生來說花時間較多的穿線與打結以及用投影儀打一束側光的操作，解決了觀察時小球不停晃動的干擾，僅用竹簽、橡皮泥和泡沫板建模，使原先的“懸吊式星座”變為“扦插式星座”。竹簽的長短和泡沫板的大小均根據教材要求設計，并提前給竹簽編號。在課堂上，學生只需把橡皮泥小球置于竹簽的一端，把竹簽按序號扦插在相應的位置，就呈現出一個離觀察者遠近不同的立體的“星座”。

該實驗的改進拉近了模擬實驗與實際現象的距離，操作簡單、現象明顯、趣味性強，為他們在頭腦中形成星座的概念打下了堅實的基礎。學生由此認識到，星座是人類認識星空的產物，是人們約定俗成的，并非神話傳說中所謂的神仙或其他動物的塑像，更不能決定人的命運等，所以，這個建模活動對學生樹立正確的星座觀相當必要。

通過以上闡述，我們會發現：學習支架的生動、簡約其實與“有效”這一要求是如影隨形的。在日常教學中，有效的學習支架可以體現在多個方面，如除了情境與材料以外，教學設計、教學語言、匯報交流等的有效。不管采用什么樣的支架式教學策略，始終都要把“學生在科學課堂上獲得了怎樣的發展”“學生是如何進行學習的”“在這個過程中教師是如何促進學生學習的”等問題作為重要的關注點，從而更好地助力學生有效建構科學概念。