學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)過程中概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略

◇楊新瑞（河南：河南省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究室）

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）是課標(biāo)組在比較研究國際科學(xué)教育和對我國1～9年級科學(xué)課程實施狀況調(diào)研的基礎(chǔ)上，較多地借鑒了學(xué)習(xí)科學(xué)、學(xué)習(xí)進階、大概念等科學(xué)教育領(lǐng)域的先進理念研制而成的。課程內(nèi)容的架構(gòu)由13個學(xué)科核心概念和4 個跨學(xué)科概念組成，包含54個學(xué)習(xí)內(nèi)容，分布在4 個學(xué)段。新課標(biāo)提出“科學(xué)教學(xué)要以促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展為宗旨”，給出4 條教學(xué)建議：基于核心素養(yǎng)確定教學(xué)目標(biāo)；圍繞核心概念組織教學(xué)內(nèi)容；以學(xué)生為主體進行教學(xué)設(shè)計和以探究實踐為主要方式開展教學(xué)活動。這決定了概念教學(xué)是科學(xué)教學(xué)的主要教學(xué)內(nèi)容，探究實踐活動是課程實施的主要方式，而且新課程教材呈現(xiàn)的文化是一種“兒童文化”。“做中學(xué)”是當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課堂的基本組織形式，然而，現(xiàn)實的科學(xué)課堂在組織“做中學(xué)”時，存在著“探究活動形式化”的普遍現(xiàn)象，“偽探究”大行其道，重現(xiàn)象不重實質(zhì)，課堂上有活動無思考，有“形似”無“神似”，有溫度無深度，表面的熱鬧和熱烈損害了教學(xué)的內(nèi)在功能，使教學(xué)失去真正的價值。有效性是教學(xué)的生命，學(xué)生學(xué)到什么、得到什么，是衡量教學(xué)有效性的標(biāo)準(zhǔn)；教師“教什么”“怎么教”和“教到什么程度”的問題，是任何教育者都必須首先追問和考慮的問題。因此，教師要在組織學(xué)生“做中學(xué)”的同時，使學(xué)生能夠“學(xué)中思”，關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展路徑和“前概念”到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變歷程。

一、概念定位，發(fā)現(xiàn)認知起點

美國教育心理學(xué)家奧蘇貝爾在《教育心理學(xué)：認知觀》一書中寫道：假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸納為一條原理的話，那么，我將一言以蔽之，影響學(xué)生唯一最重要的因素就是學(xué)生已經(jīng)知道什么，要探明這一點，并應(yīng)據(jù)此進行教學(xué)。前概念是兒童出生后在成長過程中與環(huán)境互動形成的對周圍世界的認識，也稱為“迷思概念”。如，很多學(xué)生認為“物體在水中下沉是由物體自身重量造成的”，并不考慮物體的體積、形狀、物體在水中排開的水量等因素對物體沉浮的影響。前概念一旦形成，大多根深蒂固，不易轉(zhuǎn)變，對正確科學(xué)概念的形成造成極大的影響和干擾。在教學(xué)中，通過前測探查學(xué)生的前概念，有利于確定教學(xué)的起點。

（一）用問卷法、訪談法對前概念進行診斷性評價

問卷法和訪談法可以對較大面積的學(xué)生進行調(diào)查，適用于大班額的情況。通過設(shè)計問卷、進行訪談，對問卷結(jié)果和訪談內(nèi)容進行統(tǒng)計分析的方法，將學(xué)生的主要錯誤概念類型進行梳理，明確學(xué)習(xí)者的初始認知，為后續(xù)教學(xué)劃定起點。根據(jù)科學(xué)概念的特征，也可以采用畫圖法、觀察法等分析學(xué)習(xí)者的前認知水平。

（二）用實驗創(chuàng)設(shè)問題情境，收集反饋信息

學(xué)習(xí)始于問題，恰當(dāng)?shù)膯栴}情境可以引起學(xué)生解決問題的興趣，促使其尋找與認知相協(xié)調(diào)的路徑，即好奇心和求知欲。小學(xué)科學(xué)課堂經(jīng)常采用演示實驗的方法引導(dǎo)學(xué)生觀察，激發(fā)學(xué)生做出基于前概念的反饋。如，教師把同一個馬鈴薯先后放入甲乙兩個看起來相同的盛有透明液體的燒杯中，馬鈴薯在甲杯中浮，在乙杯中沉，從學(xué)生的解釋中獲取他們對物體沉浮與浸入液體的關(guān)系是否有思考。

（三）指向概念形成背景的靶向設(shè)問

學(xué)生的前概念有很多是源自生活經(jīng)驗的，生活是學(xué)生認知外部世界的最初情境。教師可以將教學(xué)中的設(shè)問指向生活中可能的背景，以喚醒學(xué)生已有的經(jīng)驗，引導(dǎo)其建立問題與新學(xué)內(nèi)容之間的鏈接。而設(shè)問得到的反饋顯示，學(xué)生已有經(jīng)驗或?qū)π赂拍畹男纬捎蟹e極作用，或?qū)π赂拍畹男纬捎凶璧K作用，這對教師了解學(xué)生可能存在的認知誤區(qū)、制定相應(yīng)的教學(xué)策略，有重要的幫助。如，《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課，課前調(diào)查學(xué)生對聲音的產(chǎn)生有什么認識：68.7%的學(xué)生認為，聲音的產(chǎn)生是因為對物體施加了力；21.7%的學(xué)生認為與發(fā)聲物體本身的狀態(tài)（震動、擺動、晃動）有關(guān)；4.8%的學(xué)生完全不知道；2.4%的學(xué)生將聲音的傳播和聲音的產(chǎn)生弄混淆；只有2.4%的學(xué)生同時關(guān)注人對發(fā)聲物體的作用和發(fā)聲物體本身的狀態(tài)變化。可見，大部分學(xué)生關(guān)注的是促使物體發(fā)聲的外在動作，對物體發(fā)聲時的狀態(tài)并不在意，說明學(xué)生對聲音產(chǎn)生的前認知是存在的，但是模糊的、存在偏差的、粗淺的。教師通過調(diào)查和分析就可以正確把握學(xué)生認知的薄弱點，找準(zhǔn)教學(xué)的起點和重難點。

二、概念轉(zhuǎn)變，認知同化和順應(yīng)

建構(gòu)主義認為，教師要有意識地發(fā)掘?qū)W生與所研究的現(xiàn)象、事件有關(guān)的已有的概念、技能和態(tài)度，并運用這些信息來幫助學(xué)生進一步學(xué)習(xí)。學(xué)生是發(fā)展和改變他們概念的參與者，幫助學(xué)生獲得不同的想法比他們自發(fā)地去解釋周圍世界更為有效。實踐中，我們總結(jié)出五種策略幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變概念。

（一）設(shè)計有結(jié)構(gòu)的材料，搭建認知支架

有結(jié)構(gòu)的材料是指“兒童在科學(xué)探究過程中使用的、能夠幫助兒童澄清誤解、指向科學(xué)概念的學(xué)具”。教師可以設(shè)計并合理運用有結(jié)構(gòu)的材料，作用于學(xué)生概念轉(zhuǎn)變進程。這里的“結(jié)構(gòu)”強調(diào)的是不同材料的組合和總和，材料之間有著內(nèi)在的聯(lián)系。如，在《制作一個一分鐘計時器》一節(jié)課中，教師依次呈現(xiàn)機械擺鐘模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，推動學(xué)生對“機械擺鐘各個部件之間是聯(lián)合作用的”這一概念的構(gòu)建。巧妙利用教具，可以引發(fā)認知沖突，有沖突才有質(zhì)疑，有質(zhì)疑才有更多的碰撞和反思。如，在《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課中，68.7%的學(xué)生認為，聲音的產(chǎn)生是因為對物體施加了力。教師用手平托起一本書，問學(xué)生：“當(dāng)我向這本書用力時，你聽到聲音了嗎？”頓時激起了學(xué)生“對物體施加力物體就能發(fā)出聲音”的認知沖突，對于學(xué)生否定自己前概念、趨向科學(xué)概念起到支架作用。

（二）借助技術(shù)教育手段，呈現(xiàn)思維過程

有些抽象的科學(xué)概念，由于受到實驗材料的限制、實驗時間、教室環(huán)境等較難模擬的因素的影響，學(xué)生很難通過自主探索或者教師講解形成理想的認知，必須借助技術(shù)教育手段，幫助學(xué)生形成概念。如，在《種子的萌發(fā)》一課中，由于種子的萌發(fā)是一個較長時間的過程，每天的變化微小，很難直接觀察到，此時可以借助視頻的“快進”技術(shù)，讓學(xué)生在短短幾分鐘時間內(nèi)觀察到種子萌發(fā)的過程，建立“種子是有生命的，種子萌發(fā)是不斷變化的過程”這一科學(xué)概念。

（三）鼓勵學(xué)生表達困惑，挖掘認知誤區(qū)

概念的建構(gòu)需要在互動中進行。由于學(xué)生各自的經(jīng)驗、知識儲備、成長環(huán)境不同，其建構(gòu)的概念也會存在個性化的差異：有的學(xué)生從表面來理解；有的學(xué)生從本質(zhì)來理解；有的學(xué)生用現(xiàn)象來抽象地理解；有的學(xué)生用具體的事物來形象地理解。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生充分表達困惑，在表達中厘清凌亂的思維，用邏輯形成較為系統(tǒng)的知識體系。這就需要教師有梯度地提問，循著學(xué)生可能的思維邏輯，有序地設(shè)問，使科學(xué)概念的揭示像“層層剝筍”般層次清晰、環(huán)環(huán)相扣。因此，教師必須在備課時對課上的設(shè)問和學(xué)生回答有預(yù)設(shè)，在教學(xué)中進行“線性”設(shè)問并依據(jù)實際情況微調(diào)，而不是隨性提問。這樣有利于將學(xué)生的思維引向深處，或者暴露自己的困惑與思維盲區(qū)。在此過程中，教師傾聽學(xué)習(xí)者的解釋顯得非常重要，通過傾聽和解讀，了解學(xué)生的思維路徑，并有針對性地搭建“腳手架”，助推學(xué)生概念的轉(zhuǎn)變。

（四）強化論證能力，完善認知路徑

科學(xué)論證是經(jīng)過思考和推理提出觀點、通過解釋和說明澄清彼此的想法，使自己的觀點更能讓對方認同的過程。在概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)過程中，學(xué)習(xí)者會產(chǎn)生觀點，通過分析每個觀點及其背后的支持論據(jù)或反駁論據(jù)，對科學(xué)現(xiàn)象做出理性判斷。基于科學(xué)實踐的論證關(guān)注學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，強調(diào)“主張、證據(jù)與解釋”，當(dāng)學(xué)生的前概念與科學(xué)事實（數(shù)據(jù)、資料、現(xiàn)象等）不符引發(fā)認知沖突時，教師需要引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)實踐中進行實驗、調(diào)查，從不同來源收集證據(jù)，從證據(jù)中提出合理的解釋，經(jīng)過對證據(jù)的質(zhì)疑、批判和邏輯推理，在結(jié)論和論據(jù)之間形成聯(lián)系，建立結(jié)論與證據(jù)一致的科學(xué)解釋。運用這一策略時，教師要有意識地訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)有效地表達和交流，當(dāng)學(xué)生能用完整規(guī)范的語言進行符合邏輯的推理，向他人做出詳細的、令人信服的描述時，這一過程本身就是對學(xué)生認知中零散名詞和概念的歸納梳理，也為實現(xiàn)更深層次的認知做了準(zhǔn)備。

（五）形成性評測，促進概念轉(zhuǎn)變

在幫助學(xué)生建立及轉(zhuǎn)變概念的活動中，教師要不斷地評價學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進程，即進行形成性評測。形成性評測可以將有關(guān)學(xué)生想法和技能的信息即時提供給教學(xué)過程，促使學(xué)生更加主動地參與概念轉(zhuǎn)變過程。課堂上的科學(xué)記錄單是進行形成性評測的最廣泛載體，以書面形式存在的記錄單，通過文字、圖表、圖畫等方式反映探究過程，隨時可讀，便于回顧，全面反映全體學(xué)習(xí)者的真實學(xué)習(xí)情況，是學(xué)習(xí)者概念轉(zhuǎn)變過程的實證，向教師和學(xué)生提供反饋信息，并根據(jù)課程目標(biāo)的要求來解讀和評測這些實證，而實證對學(xué)生科學(xué)概念的發(fā)展極其重要。

三、概念形成，遷移認知方法

經(jīng)過認知適應(yīng)與同化，科學(xué)概念得以形成。但概念的形成并不是教學(xué)的唯一目的，學(xué)生收獲的不應(yīng)只是概念和技能，還應(yīng)該能夠圍繞概念拓展新知識、遷移認知方法，即發(fā)展探究能力。學(xué)生在教師的精心設(shè)計下，完成科學(xué)概念的建構(gòu)。在這個過程中，學(xué)生經(jīng)常是無意識的，因此在接近某科學(xué)概念形成的尾聲時，可能會出現(xiàn)兩種結(jié)果：或者是沒有將新概念納入概念體系；或者是無法將探究能力遷移到其他領(lǐng)域。所以，教師要引導(dǎo)學(xué)生進行學(xué)后反思，主動、持續(xù)、周密地思考。即使兒童的反思不如成人深刻，但是在教師有意識的引導(dǎo)下，可以適當(dāng)延伸學(xué)習(xí)的廣度或深度，對學(xué)習(xí)過的碎片化概念通過整理、歸類，形成結(jié)構(gòu)化的、基于大概念的知識體系，同時可以提高元認知水平，提升學(xué)習(xí)能力。學(xué)生在學(xué)會后，反思自己是怎么學(xué)會的、在小組合作中有哪些貢獻、別人對自己有哪些幫助、能力獲得的過程是怎樣的等等，類似這樣的追問是對自己認知策略的梳理。教師引導(dǎo)學(xué)生進行各種形式的學(xué)后反思，日積月累，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

實踐證明，概念轉(zhuǎn)變策略是從學(xué)習(xí)機制出發(fā)，結(jié)合義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求提出的對學(xué)生概念轉(zhuǎn)變進行介入和干預(yù)的有效策略。策略的應(yīng)用提升了教學(xué)行為的專業(yè)性、規(guī)范性，有利于更加明確教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)過程、評估教學(xué)效果。