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(guó)際科學(xué)教育和對(duì)我國(guó)1～9年級(jí)科學(xué)課程實(shí)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(jìn)階、大概念等科學(xué)教育領(lǐng)域的先進(jìn)理念研制而成的。課程內(nèi)容的架構(gòu)由13個(gè)學(xué)科核心概念和4 個(gè)跨學(xué)科概念組成，包含54個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容，分布在4 個(gè)學(xué)段。新課標(biāo)提出“科學(xué)教學(xué)要以促進(jìn)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(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和以探究實(shí)踐為主要方式開展教學(xué)活動(dòng)。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(shí)踐活動(dòng)是課程實(shí)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(shí)的科學(xué)課堂在組織“做中學(xué)”時(shí)，存在著“探究活動(dòng)形式化”的普遍現(xiàn)象，“偽探究”大行其道，重現(xiàn)象不重實(shí)質(zhì)，課堂上有活動(dòng)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(jià)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(shí)，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(rèn)知起點(diǎn)

美國(guó)教育心理學(xué)家奧蘇貝爾在《教育心理學(xué)：認(rèn)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(diǎn)，并應(yīng)據(jù)此進(jìn)行教學(xué)。前概念是兒童出生后在成長(zhǎng)過程中與環(huán)境互動(dòng)形成的對(duì)周圍世界的認(rèn)識(shí)，也稱為“迷思概念”。如，很多學(xué)生認(rèn)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(duì)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(duì)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(cè)探查學(xué)生的前概念，有利于確定教學(xué)的起點(diǎn)。

（一）用問卷法、訪談法對(duì)前概念進(jìn)行診斷性評(píng)價(jià)

問卷法和訪談法可以對(duì)較大面積的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，適用于大班額的情況。通過設(shè)計(jì)問卷、進(jìn)行訪談，對(duì)問卷結(jié)果和訪談內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法，將學(xué)生的主要錯(cuò)誤概念類型進(jìn)行梳理，明確學(xué)習(xí)者的初始認(rèn)知，為后續(xù)教學(xué)劃定起點(diǎn)。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(rèn)知水平。

（二）用實(shí)驗(yàn)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(rèn)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(shí)驗(yàn)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(gè)馬鈴薯先后放入甲乙兩個(gè)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(duì)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(yàn)的，生活是學(xué)生認(rèn)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(yàn)，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(yàn)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(duì)教師了解學(xué)生可能存在的認(rèn)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(duì)聲音的產(chǎn)生有什么認(rèn)識(shí)：68.7%的學(xué)生認(rèn)為，聲音的產(chǎn)生是因?yàn)閷?duì)物體施加了力；21.7%的學(xué)生認(rèn)為與發(fā)聲物體本身的狀態(tài)（震動(dòng)、擺動(dòng)、晃動(dòng)）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(shí)關(guān)注人對(duì)發(fā)聲物體的作用和發(fā)聲物體本身的狀態(tài)變化?？梢?，大部分學(xué)生關(guān)注的是促使物體發(fā)聲的外在動(dòng)作，對(duì)物體發(fā)聲時(shí)的狀態(tài)并不在意，說明學(xué)生對(duì)聲音產(chǎn)生的前認(rèn)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(rèn)知的薄弱點(diǎn)，找準(zhǔn)教學(xué)的起點(diǎn)和重難點(diǎn)。

二、概念轉(zhuǎn)變，認(rèn)知同化和順應(yīng)

建構(gòu)主義認(rèn)為，教師要有意識(shí)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(yùn)用這些信息來幫助學(xué)生進(jìn)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(shí)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(jì)有結(jié)構(gòu)的材料，搭建認(rèn)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(jì)并合理運(yùn)用有結(jié)構(gòu)的材料，作用于學(xué)生概念轉(zhuǎn)變進(jìn)程。這里的“結(jié)構(gòu)”強(qiáng)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(gè)一分鐘計(jì)時(shí)器》一節(jié)課中，教師依次呈現(xiàn)機(jī)械擺鐘模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，推動(dòng)學(xué)生對(duì)“機(jī)械擺鐘各個(gè)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(rèn)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(rèn)為，聲音的產(chǎn)生是因?yàn)閷?duì)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(shí)，你聽到聲音了嗎？”頓時(shí)激起了學(xué)生“對(duì)物體施加力物體就能發(fā)出聲音”的認(rèn)知沖突，對(duì)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(shí)驗(yàn)材料的限制、實(shí)驗(yàn)時(shí)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(rèn)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(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的過程，每天的變化微小，很難直接觀察到，此時(shí)可以借助視頻的“快進(jìn)”技術(shù)，讓學(xué)生在短短幾分鐘時(shí)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(lì)學(xué)生表達(dá)困惑，挖掘認(rèn)知誤區(qū)

概念的建構(gòu)需要在互動(dòng)中進(jìn)行。由于學(xué)生各自的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)儲(chǔ)備、成長(zhǎng)環(huán)境不同，其建構(gòu)的概念也會(huì)存在個(gè)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(lì)學(xué)生充分表達(dá)困惑，在表達(dá)中厘清凌亂的思維，用邏輯形成較為系統(tǒng)的知識(shí)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(shí)對(duì)課上的設(shè)問和學(xué)生回答有預(yù)設(shè)，在教學(xué)中進(jìn)行“線性”設(shè)問并依據(jù)實(shí)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(duì)性地搭建“腳手架”，助推學(xué)生概念的轉(zhuǎn)變。

（四）強(qiáng)化論證能力，完善認(rèn)知路徑

科學(xué)論證是經(jīng)過思考和推理提出觀點(diǎn)、通過解釋和說明澄清彼此的想法，使自己的觀點(diǎn)更能讓對(duì)方認(rèn)同的過程。在概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)過程中，學(xué)習(xí)者會(huì)產(chǎn)生觀點(diǎn)，通過分析每個(gè)觀點(diǎn)及其背后的支持論據(jù)或反駁論據(jù)，對(duì)科學(xué)現(xiàn)象做出理性判斷?；诳茖W(xué)實(shí)踐的論證關(guān)注學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，強(qiáng)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(shí)（數(shù)據(jù)、資料、現(xiàn)象等）不符引發(fā)認(rèn)知沖突時(shí)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、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(duì)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(yùn)用這一策略時(shí)，教師要有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)有效地表達(dá)和交流，當(dāng)學(xué)生能用完整規(guī)范的語言進(jìn)行符合邏輯的推理，向他人做出詳細(xì)的、令人信服的描述時(shí)，這一過程本身就是對(duì)學(xué)生認(rèn)知中零散名詞和概念的歸納梳理，也為實(shí)現(xiàn)更深層次的認(rèn)知做了準(zhǔn)備。

（五）形成性評(píng)測(cè)，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變

在幫助學(xué)生建立及轉(zhuǎn)變概念的活動(dòng)中，教師要不斷地評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)程，即進(jìn)行形成性評(píng)測(cè)。形成性評(píng)測(cè)可以將有關(guān)學(xué)生想法和技能的信息即時(shí)提供給教學(xué)過程，促使學(xué)生更加主動(dòng)地參與概念轉(zhuǎn)變過程。課堂上的科學(xué)記錄單是進(jìn)行形成性評(píng)測(cè)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(shí)可讀，便于回顧，全面反映全體學(xué)習(xí)者的真實(shí)學(xué)習(xí)情況，是學(xué)習(xí)者概念轉(zhuǎn)變過程的實(shí)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(píng)測(cè)這些實(shí)證，而實(shí)證對(duì)學(xué)生科學(xué)概念的發(fā)展極其重要。

三、概念形成，遷移認(rèn)知方法

經(jīng)過認(rèn)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(shí)、遷移認(rèn)知方法，即發(fā)展探究能力。學(xué)生在教師的精心設(shè)計(jì)下，完成科學(xué)概念的建構(gòu)。在這個(gè)過程中，學(xué)生經(jīng)常是無意識(shí)的，因此在接近某科學(xué)概念形成的尾聲時(shí)，可能會(huì)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(jìn)行學(xué)后反思，主動(dòng)、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(shí)的引導(dǎo)下，可以適當(dāng)延伸學(xué)習(xí)的廣度或深度，對(duì)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(shí)體系，同時(shí)可以提高元認(rèn)知水平，提升學(xué)習(xí)能力。學(xué)生在學(xué)會(huì)后，反思自己是怎么學(xué)會(huì)的、在小組合作中有哪些貢獻(xiàn)、別人對(duì)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(duì)自己認(rèn)知策略的梳理。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(shí)踐證明，概念轉(zhuǎn)變策略是從學(xué)習(xí)機(jī)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(duì)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變進(jìn)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(píng)估教學(xué)效果。