追尋概念為本的科學(xué)教學(xué)

【摘 要】概念為本的科學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在科學(xué)觀念層面進(jìn)行深度思維和推理，進(jìn)而把握事物的機(jī)制、變化以及聯(lián)系。在《找重心》一課的教學(xué)中，教師精心設(shè)計(jì)概念性理解活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概念性思維，讓學(xué)生在充分體驗(yàn)物體平衡與重量之間關(guān)系的過程中形成對(duì)“重心”的概念性理解。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)教學(xué)；概念性理解；《找重心》課例

【中圖分類號(hào)】G623.6" 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" 【文章編號(hào)】1005-6009（2024）09-0070-05

【作者簡(jiǎn)介】朱阿娜，江蘇省宿遷經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)黃河小學(xué)（江蘇宿遷，223800）教師，正高級(jí)教師，江蘇省科學(xué)特級(jí)教師，教育部“雙名計(jì)劃”名師培養(yǎng)對(duì)象、全國(guó)優(yōu)秀教師，“蘇教名家”培養(yǎng)對(duì)象，江蘇省教學(xué)名師。

概念為本的科學(xué)教學(xué)是指超越具體的科學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生在科學(xué)觀念層面進(jìn)行深度思維和推理，進(jìn)而把握事物的機(jī)制、變化以及聯(lián)系的教學(xué)活動(dòng)，其包括協(xié)同思考、概念性視角、引導(dǎo)性教學(xué)、引導(dǎo)性問題等要素。在這樣的教學(xué)中，學(xué)生通過對(duì)事物進(jìn)行概念化的過程，增進(jìn)概念理解，發(fā)展概念化能力及科學(xué)理性精神。

對(duì)于三年級(jí)學(xué)生來說，理解“重心”的概念是比較困難的，特別是在“將物體放手指上保持平衡”的活動(dòng)中，他們往往將中心和重心混淆在一起。因此，如何更好地引導(dǎo)學(xué)生了解物體的重心與平衡之間的關(guān)系，如何利用有效的活動(dòng)幫助學(xué)生在直觀的操作活動(dòng)中對(duì)重心形成概念性理解，需要教師在教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)材料的利用上進(jìn)行深入思考。

【教學(xué)過程及分析】

活動(dòng)一：探究條狀物體重心與重量的關(guān)系

師：他在做什么？（PPT呈現(xiàn)高空走鋼絲圖片）

生齊：走鋼絲。

師：為什么他能在鋼絲上行走？

生1：他能讓身體保持平衡。

師：不平衡會(huì)怎樣？

生1：會(huì)掉下來。

師：沒錯(cuò)，地球上所有的物體都要受地心引力的作用，也就是重力的作用。如果沒有支撐物使其保持平衡，物體就會(huì)自然下落。然而，訓(xùn)練有素的雜技演員能夠很好地控制自己的身體，保持平衡。那么，你們能不能也像雜技演員那樣，讓這把直尺在你的手指上保持平衡呢？成功的同學(xué)說說看你是怎么做到的。

生2：我把食指放在尺子的15厘米處，因?yàn)槌咦涌傞L(zhǎng)有30厘米，所以，我把手指放在它一半的位置。

師：一半是尺子的哪個(gè)位置？

生2：中間。

師：你呢？

生3：也是中間。

師：你們呢？（也是）。也就是說，我們只要找到這把尺子的中間位置，就能讓它在食指上保持平衡。（PPT上直尺中間呈現(xiàn)紅色圓點(diǎn)）

師：看來有刻度的直尺難不倒大家。今天，老師還帶來了一樣物品（出示鉛筆）。你們能不能讓它在手指上保持平衡呢？（能）但這一次，我們要比一比速度了，看看誰(shuí)最先成功。另外，別忘了可以用筆在你找到的點(diǎn)上做個(gè)標(biāo)記。聽清楚了嗎？請(qǐng)打開1號(hào)信封，開始操作。

師：能讓鉛筆保持平衡的點(diǎn)在哪里？（黑板貼上鉛筆實(shí)物圖）你是怎么做到的？剛才這位同學(xué)的速度比較快，請(qǐng)你先說。

生4：先目測(cè)下鉛筆的中間位置，然后把手指放在那里嘗試。

師：嗯，你認(rèn)為在中間，目標(biāo)很明確。那你是幾次做成功的？

生4：兩次。

師：看來僅憑目測(cè)還是會(huì)有一點(diǎn)差距，很難做到十分精準(zhǔn)。但是，有了明確的目標(biāo)可以讓我們減少嘗試的次數(shù)。

師：他說在中間，你是怎么做的？

生5：我用尺子先量出鉛筆的長(zhǎng)度，再找到它的中間位置，然后就把手指放在那里。

師：也是找中間位置，目標(biāo)也相當(dāng)明確。你是幾次成功的？

生5：一次。

師：果然，使用工具測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

師：其他同學(xué)呢？也是中間嗎？（是）

師：剛才大家所說的直尺和鉛筆的“中間”，我們也可以把它稱為這個(gè)物品的“中心點(diǎn)”。（教師用紅色磁貼標(biāo)記出鉛筆的中心點(diǎn)）

師：想想看，為什么保持鉛筆平衡的點(diǎn)會(huì)在中心位置呢？

生6：因?yàn)閮蛇呉粯娱L(zhǎng)。（師板書：一樣長(zhǎng)）

師：你認(rèn)為呢？

生7：我認(rèn)為是因?yàn)閮蛇呉粯又亍＃◣煱鍟阂粯又兀?/p>

師：好的，這是你們現(xiàn)在的想法。

師：如果我在這支鉛筆的一端套上一個(gè)筆套（實(shí)物演示），平衡點(diǎn)還會(huì)在中間嗎？

生8：不會(huì)。

師：可能會(huì)在哪？ （黑板上貼上一端套上筆套的鉛筆實(shí)物圖），誰(shuí)來前面標(biāo)記一下？

學(xué)生將黃色磁貼貼在靠近筆套的位置。

師：為什么認(rèn)為在這？

生9：因?yàn)榧庸P套的這邊重量增加了，所以平衡點(diǎn)會(huì)在靠近有筆套的這端。

師：嗯，你認(rèn)為和重量有關(guān)，會(huì)偏向較重的一端。這是你的想法。其他同學(xué)呢，你們認(rèn)為會(huì)偏向哪邊？

生10：我也認(rèn)為要偏向筆套那一端，因?yàn)榇魃瞎P套長(zhǎng)度增加了，但是位置可能不會(huì)偏那么多，因?yàn)殚L(zhǎng)度并沒有增加很多。

師：你認(rèn)為和長(zhǎng)度有關(guān)，長(zhǎng)度增加了，所以平衡點(diǎn)要向這邊移，兩邊一樣長(zhǎng)是嗎？（是的）那要移多少？能測(cè)算出來嗎？怎么測(cè)算？

生10：先量下加了筆帽的鉛筆的長(zhǎng)度再除以2，找出中心點(diǎn)位置，然后試試看是否平衡。

師：如果平衡那說明的確和長(zhǎng)度有關(guān)，如果不能平衡，那長(zhǎng)度還能不能決定物體的平衡？

生10：不能。

師：剛才兩名同學(xué)，一個(gè)認(rèn)為和長(zhǎng)度有關(guān)，一個(gè)認(rèn)為和重量有關(guān)，你認(rèn)為應(yīng)該在哪？理由是什么？

生11：我也認(rèn)為會(huì)偏向筆帽那端，因?yàn)榧恿斯P帽這端會(huì)重，但不會(huì)偏那么多，因?yàn)楣P套輕。

師：嗯，雖然大家理由各不相同，但都認(rèn)為會(huì)偏向有筆套的這一端。好，再看，如果老師在這支鉛筆的另一端，也套上一個(gè)筆套（演示），你認(rèn)為，現(xiàn)在平衡點(diǎn)位置還會(huì)像剛才一樣偏向這邊一點(diǎn)的位置嗎？

生12：不會(huì)。

師：那會(huì)在哪？

生12：還在中間的那個(gè)位置。

師：為什么？

生12：因?yàn)閮蛇叾技恿艘粋€(gè)筆套，兩個(gè)筆套的重量是一樣的。

師：和重量有關(guān)，兩邊重量一樣就可以平衡，是嗎？

生12：是的。

師：再看，現(xiàn)在，我把這個(gè)筆套也套在這邊，現(xiàn)在，平衡點(diǎn)的位置又會(huì)偏向哪里呢？（教師將兩個(gè)筆套貼放在同一邊）誰(shuí)來標(biāo)下位置？

生13：偏向筆套的這一端，比之前稍微多偏一點(diǎn)。（學(xué)生用黃色磁貼標(biāo)記）

師：為什么認(rèn)為在這？

生13：因?yàn)樵瓉硪粋€(gè)筆套就偏一點(diǎn)點(diǎn)，現(xiàn)在兩個(gè)筆套，這邊更重了，所以要再多偏些。

生14：我同意他的說法，會(huì)更偏向筆套，但不會(huì)偏得太多，因?yàn)閮蓚€(gè)筆套也不是太重。

師：剛才同學(xué)們都充分表達(dá)了自己的觀點(diǎn)，究竟是不是我們想的那樣？試試才知道。請(qǐng)打開2號(hào)信封。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師著重指導(dǎo)研究和長(zhǎng)度有關(guān)的那組。

師：當(dāng)一端套上筆套時(shí)，鉛筆的平衡點(diǎn)在哪？?jī)啥烁魈滓粋€(gè)筆套時(shí)平衡點(diǎn)又在哪？一端套兩個(gè)筆套呢？讓物體保持平衡的點(diǎn)究竟和什么有關(guān)？誰(shuí)先來匯報(bào)一下。

生15：當(dāng)一端套上筆套時(shí)，讓它保持平衡的點(diǎn)在中心點(diǎn)偏有筆套的那一端，大概在這個(gè)位置。兩端各套一個(gè)筆套時(shí)，平衡點(diǎn)還在鉛筆的中間。一端套兩個(gè)筆套時(shí)，平衡點(diǎn)也是偏向有筆套的那端，但是比一個(gè)筆套偏得要多一點(diǎn)，大約在這個(gè)位置。所以，我們認(rèn)為讓鉛筆保持平衡的點(diǎn)和重量有關(guān)，會(huì)偏向重的那邊。

師：下面哪組接著匯報(bào)？

生16：我們一開始認(rèn)為和長(zhǎng)度有關(guān)，所以量了加了筆帽的鉛筆的長(zhǎng)度，再除以2，找到了它的中間位置，但是那個(gè)點(diǎn)不能讓鉛筆保持平衡。我們又用手指支撐嘗試著找到了鉛筆的平衡點(diǎn)，所以我們認(rèn)為可能還是和重量有關(guān)。

師：其他組呢？

…………

師：從前面的活動(dòng)中，你們能發(fā)現(xiàn)什么？

生：決定物體平衡的是重量，不是長(zhǎng)度。物體的平衡與重量有關(guān)，會(huì)偏向重的那邊。

師（PPT呈現(xiàn)）：物體平衡點(diǎn)與重量有關(guān)。當(dāng)兩邊重量一樣時(shí)，平衡點(diǎn)就在物體的中心；當(dāng)兩邊不一樣重時(shí)，平衡點(diǎn)會(huì)偏向較重的那邊。偏得多一些還是少一些就看物體本身是重一些還是輕一些。其實(shí)，每個(gè)物體身上都有一個(gè)可以讓它保持平衡的點(diǎn)，我們通常把它叫作物體的重心（板貼：重心）。只要找到了重心（板帖：找），就可以讓物體保持平衡。但是，重心和中心可是兩個(gè)不同的概念。有的時(shí)候，物體的重心就是它的中心；而有的時(shí)候，就不是了（教師將代表鉛筆中心點(diǎn)的紅色磁貼取下并換成黃色磁貼，表示重心）。

概念為本的科學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要方面就是引導(dǎo)式教學(xué)。引導(dǎo)式教學(xué)是相對(duì)于演繹式教學(xué)而言的，很多教師在教學(xué)這一內(nèi)容時(shí)往往會(huì)采用演繹式教學(xué)。如通過讓直尺在手指上保持平衡這一活動(dòng)，告訴學(xué)生這個(gè)保持平衡的點(diǎn)就是物體的重心。顯然，這樣并不能使學(xué)生獲得對(duì)重心的概念性理解。什么是重心，這是事實(shí)性知識(shí)。探究重心和重量之間的關(guān)系，這是理解性知識(shí)。若先告知概念，再試圖通過后續(xù)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)來幫助學(xué)生鞏固對(duì)概念含義的理解，這是演繹式教學(xué)。而后續(xù)為鞏固概念而設(shè)計(jì)的一系列活動(dòng)所產(chǎn)生的知識(shí)，是程序性知識(shí)。概念為本的科學(xué)教學(xué)依賴引導(dǎo)式教學(xué)來鼓勵(lì)學(xué)生探索并構(gòu)建意義，教師要善于挖掘程序性知識(shí)背后的概念性知識(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生從事實(shí)性知識(shí)走向概念性理解。

以上教學(xué)，筆者不斷改變鉛筆兩端的重量，設(shè)計(jì)了層層遞進(jìn)的教學(xué)活動(dòng)，充分激發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生在重心和重量之間初步建立起聯(lián)系，開展了事實(shí)層面和概念層面的協(xié)同思考。這是一種以概念為中心的教學(xué)法。同時(shí)，教師還鼓勵(lì)學(xué)生自己總結(jié)概括，直到學(xué)生概括準(zhǔn)確且得到了事實(shí)性知識(shí)的支撐。學(xué)生在事實(shí)性知識(shí)和所對(duì)應(yīng)的概念性理解之間反復(fù)思考的過程就是協(xié)同思考的過程。

活動(dòng)二：尋找片狀物體的重心

師：前面我們研究的物體是條狀物體（板書：條狀物體）。今天，老師還帶來了兩個(gè)片狀物體，一個(gè)是長(zhǎng)方形的，另一個(gè)是圓形的（板貼：長(zhǎng)方形和圓形），想想看，它們的重心又會(huì)在哪里呢？

生1：在中間。

師：中間是哪個(gè)位置？

生1：長(zhǎng)方形最最中心的位置。

師：中心點(diǎn)，是嗎？（是）大家同意嗎？（同意）為什么它的重心會(huì)在中心呢？說說理由。

生1：因?yàn)樗鼈儍蛇呏亓慷际且粯拥摹?/p>

師：兩邊是指什么地方？

生1：左右兩邊。

師：只有左右兩邊？

生2：上下左右，中心點(diǎn)周圍的地方都一樣。

師：你們覺得對(duì)嗎？（對(duì)）

師：大家都認(rèn)為長(zhǎng)方形和圓形的重心就在它們的中心點(diǎn)上，那么，我們?cè)鯓硬拍軠?zhǔn)確找到這個(gè)點(diǎn)呢？你能想到哪些辦法？

生3：用手指支撐去嘗試。

師：嗯，這是支撐法，不僅可以用手指，也可以借助別的物體來支撐（出示自制的簡(jiǎn)易支架），在反復(fù)嘗試中調(diào)整直至找到。

生4：我們的方法是先量一下長(zhǎng)方形物體的長(zhǎng)是多少厘米，然后找到兩條長(zhǎng)邊的中心點(diǎn)，用鉛筆標(biāo)出來，再量下寬度，找到兩條寬邊的中心點(diǎn)，再將四個(gè)點(diǎn)連起來，相交的那個(gè)位置就是中心點(diǎn)，也就是它的重心。

師：就是上下兩個(gè)點(diǎn)連起來，左右兩個(gè)點(diǎn)連起來，相交的那個(gè)點(diǎn)就是中心點(diǎn)（PPT演示方法）。非常棒，還有其他的方法嗎？

生5：我們也可以采用折紙的辦法，像這樣先上下對(duì)折，然后再左右對(duì)折，中間就有個(gè)點(diǎn)了。

師：真厲害，想到這么好的方法（PPT演示方法）。那圓形能不能也用這樣折的方法找到中心點(diǎn)呢？（能）

師：還有其他方法嗎？（生沉默）我們?cè)僖黄饋砜纯磩偛诺倪@張紙，仔細(xì)看，能發(fā)現(xiàn)什么？看，折痕。折痕就是兩條直線，兩條直線相交的點(diǎn)就是中心點(diǎn)，且這兩條直線能把長(zhǎng)方形物體分成上下左右相等的幾個(gè)部分。那么，在這個(gè)長(zhǎng)方形里你還能不能找到其他兩條這樣的直線呢？練過書法吧，米字格（PPT演示對(duì)角線找中心）。這么一連，兩條對(duì)角線的交點(diǎn)就是它們的中心點(diǎn)。是不是很方便？

師：下面，老師給每組提供了和這兩個(gè)形狀一樣的紙，請(qǐng)大家用自己喜歡的方法，最好是新方法找到長(zhǎng)方形和圓形的中心，然后可以分別將你找到的重心放在這個(gè)支架的頂端，檢測(cè)一下，看看是否能保持平衡。注意，要先找到重心做個(gè)標(biāo)記，然后再檢測(cè)！

學(xué)生操作。

師：對(duì)于長(zhǎng)方形紙板和圓形紙板，只要找到它們的中心就能找到它們的重心（板貼長(zhǎng)方形和圓形的重心）。想想看在什么樣的情況下物體的中心和重心正好在同一個(gè)位置？

生6：兩邊一樣重的時(shí)候。

師：只要一樣重就可以了嗎？

生7：除了一樣重，它們的對(duì)邊是相等的。

師：說得真棒，還有同學(xué)要說嗎？

生8：重心的四周都是一樣的，既要一樣大，還要一樣重，那么它的重心和中心就是一樣的。

師：那我們今天的實(shí)驗(yàn)材料中哪些是重心和中心正好重合的呢？

生9：直尺和鉛筆。

生10：兩端都有筆帽的鉛筆，還有長(zhǎng)方形和圓形紙板。

師：完全正確，這些物體的形狀都是比較規(guī)則的，上下左右都一樣，像這樣形狀規(guī)則的物體的中心就是它的重心。而我們剛才采用的畫對(duì)角線、對(duì)折這些方法在數(shù)學(xué)上叫幾何中心法（板書），對(duì)于這些規(guī)則物體來說，幾何中心法可以幫助我們輕而易舉地找到它們的重心（PPT呈現(xiàn)長(zhǎng)方形、圓形集合）。

在探究條狀物體重心與重量的關(guān)系時(shí)，學(xué)生很容易聚焦物體重心左右兩端的重量，這雖有利于學(xué)生初步理解物體重心與重量的關(guān)系，但卻會(huì)讓學(xué)生缺乏對(duì)物體全方位立體空間重量關(guān)系的體驗(yàn)。因此，仍要通過引導(dǎo)性問題、引導(dǎo)式教學(xué)來增進(jìn)學(xué)生對(duì)重心概念的理解。筆者將學(xué)生引向片狀物品，讓其明白對(duì)于規(guī)則物體來說，不光是物體重心兩邊的重量相等，而是重心上下左右所有地方的重量、大小都相等。概念為本的科學(xué)教學(xué)要求教師提出的問題須涉及事實(shí)性的知識(shí)、技能以及概念性理解，要能夠跨情境遷移，產(chǎn)生遷移性理解。概念性理解最本質(zhì)的特征就是對(duì)事物意義的持續(xù)概念化，也就是在理解具體的、個(gè)別的事物或情境的基礎(chǔ)上，通過反省思維逐步形成具有穩(wěn)定內(nèi)涵的抽象概念或概念框架。

活動(dòng)三：拓展延伸

師： 如果我在這個(gè)規(guī)則的長(zhǎng)方形物體的右上角夾一個(gè)夾子，猜猜看它的重心會(huì)在哪？如果在側(cè)邊再夾上一個(gè)呢？

生沉默。

師：想想看，長(zhǎng)方形、圓形物體的重心都是兩條直線相交，那么這個(gè)物體里有沒有可能也隱藏著這樣兩條或者更多的直線呢？（可能）那怎么才能把它們找出來呢？我們將會(huì)在《找重心（二）》一課時(shí)繼續(xù)研究這個(gè)問題。這節(jié)課就先上到這里，下課。

在學(xué)生成功利用幾何中心法找到長(zhǎng)方形物體的重心后，教師進(jìn)一步拓展問題情境，以引導(dǎo)學(xué)生思考。顯然，學(xué)生在前期探究中建立的重心和重量關(guān)系的認(rèn)知，已不足以解答這個(gè)問題，這為后續(xù)教學(xué)埋下了一粒種子。

教學(xué)的核心是思維，學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是思考。概念為本的科學(xué)教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行高質(zhì)量的思考和學(xué)習(xí)，也能讓教師從傳統(tǒng)教學(xué)的窠臼中跳出來，不再以事實(shí)性知識(shí)的教授作為最終目標(biāo)，而是致力于引導(dǎo)學(xué)生達(dá)到更深層次的概念性理解。

責(zé)任編輯：呂興祥