裘敏

摘 要：科學(xué)概念是學(xué)生形成科學(xué)知識體系的基本單位，是科學(xué)知識結(jié)構(gòu)體系形成的基石。本文根據(jù)建構(gòu)主義理論，運(yùn)用現(xiàn)代新課程理念，從“引發(fā)認(rèn)知沖突”、“創(chuàng)設(shè)問題情境”、“運(yùn)用邏輯推理”三個方面闡述了科學(xué)概念建構(gòu)的方法和過程，達(dá)成學(xué)生真正理解與掌握概念本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)概念；建構(gòu)過程

科學(xué)概念（Scientific Concepts）是指組織起來構(gòu)成的、系統(tǒng)的科學(xué)知識。是學(xué)生形成科學(xué)知識體系的基本單位，是科學(xué)知識結(jié)構(gòu)體系形成的基石。當(dāng)代建構(gòu)主義認(rèn)為，知識不是被動吸收的，而是由學(xué)生主動建構(gòu)的?？茖W(xué)概念的形成與自主建構(gòu)，必須由學(xué)生主動參與整個學(xué)習(xí)過程，重建知識結(jié)構(gòu)。強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗，注重以學(xué)習(xí)者為中心，因此在科學(xué)教學(xué)過程中如何幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念是每一位科學(xué)教學(xué)工作者必須思考的問題。筆者撰寫本文，談?wù)剛€人對科學(xué)概念建構(gòu)的一些看法和建議，希望能為其他科學(xué)教師帶來一些參考，以此改進(jìn)教學(xué)行為和方法，使學(xué)生達(dá)到更有效建構(gòu)科學(xué)概念的目的。

1目前科學(xué)概念教學(xué)中存在的不足

科學(xué)概念的重要性是毋庸置疑的，因此教師在平常的教學(xué)過程中無不將科學(xué)概念的教學(xué)放在重點(diǎn)位置，但是由于教學(xué)理念的不同造成在概念課的教學(xué)過程中側(cè)重點(diǎn)有很大的不同。比如有些教師在教學(xué)過程中側(cè)重于概念的記憶和機(jī)械訓(xùn)練，輕視概念形成與建構(gòu)的過程，以致讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)科學(xué)概念枯燥乏味，同時建立的科學(xué)概念也比較薄弱，容易隨時間、情境的改變，對概念的理解發(fā)生偏差。有些教師在引入新概念時沒有給學(xué)生足夠的鋪墊，即對引入該概念的必要性沒有足夠的感性認(rèn)識，導(dǎo)致一部分學(xué)生只能靠死記概念的內(nèi)容或者公式，拿到題目時只能靠生搬硬套，若題目稍有改變時就無從下手。

例如：在一次教研活動中一位教師的公開課《能量轉(zhuǎn)化的量度》（九年級上第三章第二節(jié)），筆者認(rèn)為在“功”概念的引入、“什么是做功情形”、“做功公式”三個環(huán)節(jié)沒有從學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念的角度去設(shè)計，導(dǎo)致整堂課看起來熱熱鬧鬧，但學(xué)生對功這個概念的建構(gòu)效果卻不盡人意。下面就是這堂課的兩個片斷：

片斷1：什么是做功的情形

視頻展示：國慶60周年天安門閱兵式

師：剛才的視頻中同學(xué)們看到的“團(tuán)結(jié)柱”吊裝和“核導(dǎo)彈車”駛過有何共同點(diǎn)？它們都受到什么力作用，向哪個方向運(yùn)動？

生：團(tuán)結(jié)柱是豎直向上運(yùn)動的，受到拉力和重力作用。核導(dǎo)彈車是向前運(yùn)動的，受到重力支持力摩擦

力和牽引力的作用。

師：是什么力使團(tuán)結(jié)柱向上運(yùn)動的？運(yùn)動方向呢？

生：拉力方向向上，運(yùn)動方向也向上。

師：核導(dǎo)彈車呢？

生：牽引力向前，運(yùn)動方向也向前。

師：我們說這種情形就是做功了。

片斷2：功公式的得出

師：剛才同學(xué)們已經(jīng)知道做功的兩個必要因素了，那么你知道功的大小和哪些因素有關(guān)呢？

生：應(yīng)該是跟力的大小和運(yùn)動距離大小有關(guān)。

師：你覺得功的大小跟力和距離是什么關(guān)系？

生：應(yīng)該是成正比關(guān)系。

師：非常好！完全正確！所以科學(xué)上規(guī)定：功=力×距離。

該教師在得到“功”、“做功的情形”以及“功的公式”時都是直接得出的，沒有進(jìn)行過概念的建構(gòu)過程，這就是傳統(tǒng)概念教學(xué)中存在的弊端：重“知識”輕“過程”。采用這種教學(xué)方式后只能運(yùn)用“題海戰(zhàn)術(shù)”通過大量做題來彌補(bǔ)對概念理解的缺失，此種做法費(fèi)時費(fèi)力且學(xué)生的思維能力沒有得到任何培養(yǎng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不能可持續(xù)發(fā)展。那么科學(xué)概念應(yīng)該怎樣來建構(gòu)呢？

2科學(xué)概念建構(gòu)的方法

2.1引發(fā)認(rèn)知沖突，開啟概念建構(gòu)之門

認(rèn)知沖突是指人在原有的觀念與新經(jīng)驗之間出現(xiàn)對立性矛盾。一旦引發(fā)這種認(rèn)知沖突，就會引起學(xué)生認(rèn)知心理的不平衡，就能激起學(xué)生的求知欲和好奇心。因此，教師在科學(xué)概念的教學(xué)過程中就要設(shè)計一系列的問題和實驗，來引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，并以此為契機(jī)實現(xiàn)科學(xué)概念的建構(gòu)。

例如：在一次教研時筆者聽到《物質(zhì)在水中的溶解》（八年級上第一章第七節(jié)）一課是這樣設(shè)計的：

本課就是圍繞建構(gòu)“飽和溶液”概念這條主線，通過活動1引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突（兩支試管中硝酸鉀晶體溶解速度為什么不同？），然后通過討論使認(rèn)知重新建立平衡（原來A組本來就是飽和溶液），從而初步建構(gòu)了飽和溶液的概念。通過活動2認(rèn)知平衡又被打破，又引發(fā)了學(xué)生新的認(rèn)知沖突，剛剛建構(gòu)的飽和溶液概念顯然不夠完善，于是在實驗和討論中再一次建構(gòu)了飽和溶液概念。在教師的追問和少數(shù)學(xué)生的發(fā)言中，又一次引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，通過活動3最后建構(gòu)了飽和溶液的概念。因此在概念課的教學(xué)中，教師可以通過問題和實驗來引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，學(xué)生就會迫不及待地想重新建立認(rèn)知平衡，從而實現(xiàn)了科學(xué)概念的建構(gòu)。

引發(fā)認(rèn)知沖突的方法適合于這樣一類概念，即學(xué)生對此有一定的前概念，譬如：在學(xué)“電磁感應(yīng)”前教師可以這樣說：前面我們已經(jīng)知道電可以生磁，那磁能生電嗎？就引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，從而開始建構(gòu)電磁感應(yīng)的概念。

2.2創(chuàng)設(shè)問題情境，提供概念建構(gòu)載體

若要使學(xué)生主動建構(gòu)科學(xué)概念，就要使學(xué)生處在一個問題情境中，以問題為載體，在解決一個個問題中逐漸建構(gòu)科學(xué)概念。同時，解決問題的過程中又是運(yùn)用科學(xué)概念的過程，不但可以檢驗科學(xué)概念掌握情況還可以加深對科學(xué)概念的理解。因為，只有通過運(yùn)用，學(xué)生才能掌握科學(xué)概念；同時，在運(yùn)用過程中對科學(xué)概念理解上的缺陷才能暴露出來，以便進(jìn)一步加深學(xué)生對科學(xué)概念的理解。在建構(gòu)比較復(fù)雜的概念時教師的引導(dǎo)特別重要，要以“問題鏈”的形式將相關(guān)內(nèi)容有機(jī)地串聯(lián)在一起，將大難點(diǎn)化成一系列有內(nèi)置聯(lián)系的小問題，然后引導(dǎo)學(xué)生積極參與。

例如：在學(xué)習(xí)《光合作用》（八年級下第二章第五節(jié)）一課中，要驗證光合作用的條件是“光照”，產(chǎn)物是“淀粉”，教師可以設(shè)計如下“問題鏈”（右側(cè)為學(xué)生討論后得出的解決方案）：

在完成問題二后，教師就讓學(xué)生先總結(jié)出一個初步的方案：①遮光；②光照；③碘液染色。

讓學(xué)生來對這個方案進(jìn)行評價，馬上有學(xué)生提出：葉片上原來有淀粉怎么辦？于是又依次引出后面三個問題，在解決后面三個問題后，再次總結(jié)得出實驗方案：①暗處理；②遮光；③光照；④脫色；⑤漂洗；⑥碘液染色。最后，根據(jù)實驗方案利用所需的器材完成實驗。

在驗證光合作用需要二氧化碳、水，產(chǎn)物是氧氣的實驗方案設(shè)計過程中，教師可以讓學(xué)生模仿上述實驗的設(shè)計過程，通過改變其中某個變量的控制實現(xiàn)整個實驗方案的設(shè)計。

本課是以問題情境為載體，以設(shè)計實驗的形式達(dá)到建構(gòu)“光合作用”概念的目的，學(xué)生在解決一個個問題的過程中，一步步地建構(gòu)起概念，并且運(yùn)用剛剛建構(gòu)的概念去解決問題達(dá)到鞏固概念之目的。在學(xué)習(xí)“浮力”知識時，也可以運(yùn)用上述方法實現(xiàn)概念的建構(gòu)。

2.3運(yùn)用邏輯推理，突出概念建構(gòu)過程

有些科學(xué)概念比較抽象，無法通過創(chuàng)設(shè)一個情境或設(shè)計幾個探究實驗就能建構(gòu)起來的，必須通過嚴(yán)密的邏輯推理，在推理的過程中讓學(xué)生逐漸感知：新概念引入的必要性；概念建構(gòu)的過程；概念的內(nèi)涵和外延。

例如：在聽了上述那位老師的《能量轉(zhuǎn)化的量度》后，本人進(jìn)行了反思并對該課的教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)，在一次接待課中，筆者是這樣設(shè)計的：

片斷1：新課的引入

師：同學(xué)們，我們來做一個游戲“聲東擊西”，就是你們用手托著書，我說向上，你們就向下托書，我說向下，你們就向上托書，向左、向右以此類推。（師生游戲）

師：剛才同學(xué)們向上托起書，消耗了什么能量？

生：化學(xué)能。

師：書的能量怎么變？

生：書的勢能增加了。

師：能量怎么轉(zhuǎn)化？

生：化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能（勢能）。

師：到底有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能？我們有什么方法來量度能量的轉(zhuǎn)化多少？

生：不知道。

師：為此科學(xué)上引入“功”這個概念來量度能量轉(zhuǎn)化的多少，如果知道做功的多少就能知道有多少能量轉(zhuǎn)化過去。

片斷2：什么是做功的情形

師：要想知道做功多少，就必須先知道什么情況下做了功。讓我們先來看這幾個動作（如下表），完成這張表格，請一位同學(xué)上臺表演各個動作，由臺下同學(xué)分析完成表格內(nèi)容。（學(xué)生上臺表演動作，臺下學(xué)生分析并填表格）

師：我們發(fā)現(xiàn)1、2兩次椅子的能量增加了，說明人的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了椅子的機(jī)械能，轉(zhuǎn)化了多少能量可以用功來量度，因此我們就說1、2兩次，人對椅子做了功，3、4兩次人沒有對椅子做功。

片斷3：功公式的得出

師：能量轉(zhuǎn)化了多少可以用功來量度，可是功等于什么？用什么來計算功呢？下面讓我們來進(jìn)行一下“思想實驗”。

（筆者注：此處的“思想實驗”并不是指在現(xiàn)實中無法做到的實驗，而是沒有做實驗僅是讓學(xué)生在頭腦里進(jìn)行理性的推理。）

生：我認(rèn)為第2次是第1次的3倍。

師：為什么？

生：因為1、2兩次力的大小都一樣，第2次的距離是第1次的3倍，所以磚塊獲得的能量也是3倍。

師：請用科學(xué)語言再來表述一下，磚塊獲得的能量與什么有關(guān)？成什么比例？

生：當(dāng)力的大小相同時，磚塊獲得的能量多少與距離有關(guān)而且是成正比。

師：第1次和第3次比較呢？

生：第3次也是第1次的3倍，因為距離相同，第3次的力是第1次的3倍。

師：模仿剛才那位同學(xué)的表述方法，你也來說一說。

生：當(dāng)距離相同時，磚塊獲得的能量多少與力的大小有關(guān)且成正比。

師：那么第2次和第3次比較呢？

生：一樣大。

師：為什么？

生：因為第2次的力是第3次的1/3，而距離卻是第3次的3倍，所以我認(rèn)為兩者是一樣大的。

師：天才??！你們已經(jīng)創(chuàng)造了計算功的方法了，也就是拿力和距離相乘就等于功?？茖W(xué)家也是這么想的?？茖W(xué)上規(guī)定：功=力×距離

在概念的建構(gòu)過程中，教師采用游戲和一串問題鏈，使學(xué)生在形成概念之前獲得豐富的感性材料，并讓學(xué)生認(rèn)識到引入此概念的必要性，如：“為了知道有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，我們引入‘功這個概念，用它來量度能量轉(zhuǎn)化的多少”使學(xué)生的認(rèn)識由感性上升到理性。在“什么是做功的情形”這一環(huán)節(jié)的探究中，原來的教學(xué)設(shè)計僅僅是通過對“團(tuán)結(jié)柱的吊起”、“核彈車的前進(jìn)”兩個情形的受力情況和通過的距離方向進(jìn)行比較，得出這兩種情況就是做功。而改進(jìn)后的設(shè)計，則是讓學(xué)生從“托椅子”、“推椅子”兩個動作中椅子能量變化的角度，去分析得出做功的情況，進(jìn)而得到做功的兩個必要因素。因為“功”是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以，從能量轉(zhuǎn)化角度去分析有沒有“做功”，更符合學(xué)生思維的順序和概念建構(gòu)的過程。在“功公式”得出的環(huán)節(jié)中，是通過一個“思想實驗”，讓學(xué)生在實驗當(dāng)中真切感受到功的大小確實跟力的大小和距離大小成正比，得出“功的公式”就水到渠成了。

運(yùn)用邏輯推理來建構(gòu)科學(xué)概念適合于這樣一類概念，它們的引入或建構(gòu)過程是基于嚴(yán)密的邏輯推理得出的。譬如在“呼吸運(yùn)動”中“膈肌”和“肋間外肌”的運(yùn)動情況就可以用這種方式來建構(gòu)的：吸氣←肺內(nèi)氣壓小于大氣壓←胸腔容積擴(kuò)大←肋骨和胸骨向上向外運(yùn)動←肋間外肌、膈肌收縮；呼氣則反之。這種從結(jié)果逆推出原因的方法使學(xué)生根本無需死記硬背，就建構(gòu)起了概念。因此在科學(xué)概念的教學(xué)中應(yīng)注重概念形成過程的教學(xué)，讓學(xué)生沿著前人思維活動的足跡去重演知識的產(chǎn)生與發(fā)展過程，從中發(fā)現(xiàn)、體驗、掌握形成概念的方法和學(xué)習(xí)科學(xué)思維的方法，在概念的形成過程中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)。

3總結(jié)

科學(xué)概念的教學(xué)要注重概念建構(gòu)過程的教學(xué)，教師盡量去創(chuàng)設(shè)一定的情境引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，從而開啟概念建構(gòu)之門，或者創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生在解決一個個問題中，既建構(gòu)了概念，又運(yùn)用概念去解決問題，達(dá)到鞏固概念的目的，還可以運(yùn)用推理的方法，讓學(xué)生在推理過程中自主建構(gòu)起科學(xué)概念，在活動中提升學(xué)生的思維，幫助學(xué)生真正建構(gòu)起科學(xué)概念。

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