《熱在水中的傳遞》“四步”教學(xué)策略幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變

◇李 ?。ㄖ貞c：重慶高新區(qū)教育事務(wù)中心）

《熱在水中的傳遞》是五年級教科版科學(xué)教材“熱”單元中的一課，是學(xué)生在建立熱傳導(dǎo)概念后向建立熱對流概念轉(zhuǎn)變的學(xué)習(xí)。概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)觀（conceptual change learning）認(rèn)為，學(xué)習(xí)就是學(xué)生原有概念的改變、發(fā)展和重建過程，就是學(xué)生的前科學(xué)概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)化過程。本課教學(xué)以概念模型建構(gòu)的教學(xué)環(huán)理論模型（如下圖）為指導(dǎo)，通過多次實(shí)踐反思，探索出促進(jìn)學(xué)生熱傳遞相關(guān)科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的實(shí)踐策略，優(yōu)化了教學(xué)效果。

基于模型建構(gòu)的教學(xué)環(huán)

一、找準(zhǔn)認(rèn)知起點(diǎn)，明確原有概念模型

概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)，就是將學(xué)生的前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念的過程。在這個轉(zhuǎn)變的過程中，學(xué)生已有的關(guān)于熱傳遞的認(rèn)知是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。雖然課標(biāo)要求：“知道熱從溫度高的物體傳向溫度低的物體，從物體溫度高的部分傳向溫度低的部分。”包括熱在金屬與液體中的傳遞，但是熱傳導(dǎo)與熱對流是明顯不同的傳遞方式，學(xué)生之前獲得的關(guān)于熱在金屬中傳遞的認(rèn)知，相對于熱在水中傳遞的認(rèn)知來說，就是“樸素模型”中的“錯誤概念”，需要修正完善。教學(xué)通過回顧熱在金屬中的傳遞，幫助學(xué)生明確熱在金屬中“沿物體”傳遞的特征，明確自己當(dāng)前關(guān)于熱傳遞的概念模型。同時(shí)，探究活動初始，通過引導(dǎo)學(xué)生推測加熱U型試管后兩邊溫度計(jì)的變化及理由，將當(dāng)前概念模型遷移運(yùn)用到實(shí)際場景中。課堂實(shí)錄如下：

學(xué)生4：我認(rèn)為它們的溫度應(yīng)該是相等的，因?yàn)橐惶枩囟扔?jì)雖然離得近一點(diǎn)，但是它們兩個的傳播路程應(yīng)該是相同的，所以說傳播的時(shí)間是相同的，熱量應(yīng)該也是相同的。

學(xué)生4：我認(rèn)為熱會從這個位置，分別向兩邊進(jìn)行傳遞。（學(xué)生上臺畫出自己的想法）

學(xué)生5：我覺得一號溫度計(jì)可能會更快地接收到火源帶來的熱量，二號溫度計(jì)會過一段時(shí)間后接收到。

學(xué)生5：到一號溫度計(jì)，如果從這里加熱的話，因?yàn)橹本€距離是最短的，到二號溫度計(jì)有一個彎，這樣過來需要多一點(diǎn)時(shí)間。（學(xué)生上臺畫出自己的想法）

學(xué)生6：我覺得二號可能要高一些，因?yàn)殡m然說直線距離最短，但是加熱的這個點(diǎn)到二號直線距離比一號還要短一些，所以我覺得二號可能要高一點(diǎn)。（板書：2大于1）。

學(xué)生推測溫度變化結(jié)果不同，理由是：學(xué)生4目測是相同遠(yuǎn)近；學(xué)生4認(rèn)為，形狀導(dǎo)致一號溫度計(jì)近；學(xué)生6目測二號溫度計(jì)近。他們的猜測不同，意見分歧，但是這三位學(xué)生的猜測都是基于熱在金屬中傳遞的概念模型做出的類比遷移，認(rèn)為熱會向兩邊傳遞到溫度計(jì)，只是在具體的情境中又有所不同。教學(xué)采用圖示方法，呈現(xiàn)學(xué)生對熱在水中傳遞的概念模型，找準(zhǔn)學(xué)生熱傳遞的認(rèn)知起點(diǎn)，為下一步引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突鋪墊。

二、制造認(rèn)知沖突，修正原有概念模型

奧蘇伯爾認(rèn)為，有意義學(xué)習(xí)的心理機(jī)制是同化，而同化理論的核心是：學(xué)生能否習(xí)得新信息，主要取決于他們認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的有關(guān)概念；有意義學(xué)習(xí)是通過新信息與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的有關(guān)概念的相互作用才得以發(fā)生的。本教學(xué)刻意設(shè)計(jì)為測試U型試管兩邊溫度計(jì)的變化這一具體任務(wù)，來制造學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)探究的動機(jī)。

當(dāng)實(shí)測觀察到一號溫度計(jì)變化很快，二號溫度計(jì)幾乎不變時(shí)，學(xué)生產(chǎn)生了下列想法：

學(xué)生10：我們小組覺得，因?yàn)榫凭珶羰怯幸稽c(diǎn)垂直的，溫度是往上面直線傳播的，而有一個彎的地方可能過不去，所以就停留在這里。

學(xué)生11：我想補(bǔ)充一下。我們覺得，在拐彎的時(shí)候熱量漸漸消散，然后就消失了，所以二號溫度計(jì)沒有升溫。

學(xué)生12：我們組認(rèn)為，火傳播是有一定范圍的，不是哪里都有熱，一號管是靠近范圍的，二號管可能是在熱的范圍以外，或者是周圍的熱比較少，所以說二號管會比一號管的溫度低很多。

從學(xué)生10～12的發(fā)言中我們可以看到，學(xué)生在為熱傳遞與自己猜測不一致尋找原因，甚至是辯解，但他們原有的概念模型出現(xiàn)了裂痕，開始動搖，認(rèn)知沖突產(chǎn)生。通過對數(shù)據(jù)的分析與推理，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，熱在水中的傳遞方式與熱在金屬中的傳遞方式可能是不同的，進(jìn)而猜測新的可能，開始修正自己的概念模型。

三、類比分析，創(chuàng)建新的概念模型

正確概念的傳授并不能自動地校正學(xué)生原有的錯誤概念，在教學(xué)之后，學(xué)生往往仍然信奉原來的觀點(diǎn)，所以，必須尋找促進(jìn)錯誤概念發(fā)生轉(zhuǎn)變的途徑。執(zhí)教教師在聽懂學(xué)生想法并做出恰當(dāng)?shù)幕貞?yīng)時(shí)并沒能處理及時(shí)，如，對學(xué)生10“彎的地方可能過不去，所以就停留在這里”、學(xué)生11“拐彎的時(shí)候熱量漸漸消散”及學(xué)生12“火傳播是有一定范圍的”等與原有經(jīng)驗(yàn)不一致的信息與想法，教師只是接納，并未采取追問等方法讓學(xué)生進(jìn)一步解釋，做出對原有概念的調(diào)整、改造，給學(xué)生提供自主建構(gòu)新概念模型的機(jī)會。盡管如此，教師還是借助熱在金屬中傳遞的特征來引導(dǎo)學(xué)生采用類比分析方法，修改并初步建立新的概念模型。

教師：假如我們把這一管水換成金屬，結(jié)果還是現(xiàn)在這樣嗎？

學(xué)生（集體回答）：不是。

教師：熱在水中的傳遞與熱在金屬中的傳遞一樣嗎？

學(xué)生（集體回答）：不一樣。

教師：我們現(xiàn)在可以得到一個非常重要的結(jié)論，即熱在水中傳遞與熱在金屬中的傳遞方式……

學(xué)生（集體回答）：不一樣。

教師（板書：不一樣）：那熱在水中是怎樣傳遞的呢？

從上述對話中我們可以看到，學(xué)生基于觀察及獲得的數(shù)據(jù)證據(jù)，類比分析了原有概念對于熱在水中傳遞的不適應(yīng)，成功否定了原有概念模型。教師以“熱在水中是怎樣傳遞的呢？”推動學(xué)生進(jìn)一步思考，嘗試建立新的概念模型。

學(xué)生13：可以得出一個結(jié)論，就是熱在水中傳遞，熱量會一直向水的表面發(fā)散，不會往其他地方擴(kuò)散。

學(xué)生14：我覺得熱在水中的傳播路徑應(yīng)該是直線。

學(xué)生14：是向上的直線。

學(xué)生13、14在教師引導(dǎo)的類比分析方法基礎(chǔ)上，初步創(chuàng)建了熱在水中向上傳遞的新概念模型。

四、實(shí)踐運(yùn)用，檢測新的概念模型

科學(xué)概念不僅僅是為了理解經(jīng)驗(yàn)而形成的個體建構(gòu)，而是從科學(xué)的社會團(tuán)體中發(fā)展起來的一種“思維方式”。從這個意義上來說，它們需要通過科學(xué)文化來傳承，而不是從個體經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。因此，幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念，包含一個介紹科學(xué)文化的過程，教師在這個過程中起著重要作用。教材在學(xué)生“萌發(fā)”熱在水中向上傳遞的新概念模型時(shí)，提供了分組觀察加熱燒杯中加有茶屑的水這個實(shí)驗(yàn)。教師刻意提示學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前后進(jìn)行思考，為初步建立新概念模型提供獲取更充分證據(jù)及評價(jià)的機(jī)會。同時(shí)采取實(shí)驗(yàn)后班級論證的方式，再次篩選和改進(jìn)概念模型，試圖達(dá)成共識，整體創(chuàng)建新的概念模型。

在教學(xué)過程中，討論、考慮他人的觀點(diǎn)，將所研究的情境與其他的真實(shí)物理現(xiàn)象相聯(lián)系，對于促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變非常重要。同時(shí)，必須激勵學(xué)生增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)的動力。通過這種教學(xué)，課堂討論的質(zhì)量有所提高。在學(xué)生描述加熱有茶屑的水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納熱在水中的傳遞方式。

教師：那怎么來解釋這個現(xiàn)象呢？熱在水中到底是怎么傳遞的？

學(xué)生31：我認(rèn)為就像那個火，就像我們之前看到的暖氣灶一樣，水就相當(dāng)于冬天的空氣，然后大家都知道有一個地方熱，熱要往上升的，冷往下降。就是先通過熱量把茶葉推上去，但是上面的空氣又冷了，然后茶葉又會降下來。

教師：大家聽明白了嗎？覺得他的解釋怎么樣？

學(xué)生32：我想補(bǔ)充一下。我覺得除了中間會一直上升以外，旁邊一些熱量較低的地方，也會不斷上升，而它往下降的一部分原因是因?yàn)橛胁煌耐仙乃牧鲃?，所以說，它也有可能在水流動的擾動中往下降。

教師：大家聽明白了嗎？誰來給我們總結(jié)一下，熱在水中到底是怎么傳遞的？

學(xué)生33：熱量先從中間往上傳遞，兩邊的也要傳遞，但是要稍微慢一些，所以這個茶葉后來會往兩邊落，然后兩邊的溫度也上來了，茶葉往下落就越來越少。

教師：大家覺得他這個說法能不能把我們這個現(xiàn)象進(jìn)行解釋？

學(xué)生：可以。

教師：熱是往上的，為什么也可以往下呢？

學(xué)生34：因?yàn)楦浇臏囟葲]有中間接觸的那個點(diǎn)的溫度高。

從學(xué)生31～34的對話交流中可以看到，學(xué)生在獲得了新證據(jù)后，一方面檢測強(qiáng)化了U型試管實(shí)驗(yàn)中建立的熱向上傳遞的共識，另一方面對茶屑在水中運(yùn)動變化補(bǔ)充了熱在水中傳遞方式的新證據(jù)，讓熱對流成為學(xué)生都能理解接納的概念，從而實(shí)現(xiàn)查普尼等提出的：通過學(xué)生討論和交流觀點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對新概念模型評價(jià)的策略運(yùn)用。在教學(xué)結(jié)束后，教師還將熱對流概念模型遷移運(yùn)用到熱在空氣中傳遞的生活場景，鼓勵學(xué)生繼續(xù)檢測新的概念模型。

本課以概念建模的教學(xué)環(huán)理論模型為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)利用學(xué)生“認(rèn)知沖突”，重視課堂“對話交流”，助推學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念模型的“四步”策略，滿足了波斯納等人提出的概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的條件理論：（1）學(xué)習(xí)者對當(dāng)前的概念產(chǎn)生不滿（dis‐satisfied）;（2）學(xué)習(xí)者必須盡可能地理解（un‐derstanding）科學(xué)概念；（3）學(xué)習(xí)者必須認(rèn)為科學(xué)概念是合理的（p lausible）;（4）學(xué)習(xí)者必須認(rèn)為科學(xué)概念是有效的（fruitfu l）。根據(jù)波斯納的觀點(diǎn)，如果滿足了上述概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的四個條件，學(xué)生所持有的錯誤概念就會被科學(xué)概念所替代或改變。基于此，本課科學(xué)概念建模的“四步”策略為學(xué)生科學(xué)概念轉(zhuǎn)變提供了有效幫助，具有實(shí)踐意義。