小学自然科学教学论文 让前概念成为学生生成科学概念的起点

1、让前概念成为学生生成科学概念的起点【摘要】：科学前概念是学生在接受科学教育之前对事物和现象的所有认识与观念，它在一定程度上影响着学生科学概念的形成。本文通过分析科学前概念对学生建构科学概念的意义，从教学实践中遇到的问题出发，利用绘图、表格、访谈、实验等方法对学生的科学前概念进行了初步的研究。【关键词】：前概念 科学探究 科学概念 一、问题的提出 新课程实施以来，以科学探究活动为中心的教学方式已逐渐被掌握和熟悉，教师精心设计科学探究活动，让学生们在探究活动中“玩”、“学”，通过动手实践和操作，掌握科学研究的方式方法，形成准确具体的科学概念，逐渐地提高自身的科学素养。然而，为了让学生能够通过探究活

2、动掌握科学概念，虽然老师绞尽脑汁，效果却总不能如意。究其原因，除了自身教学能力与水平的问题，更重要的是我们不了解学生原有的科学认知水平。到底什么样的问题才符合学生的发展需要？符合课堂教学引导的需要？学生的原有认知水平对他们科学概念的形成有什么影响？让我们先来看一则案例：教学片段：教科版科学教材六下微小世界单元放大镜一课的教学。教师出示一块放大镜，问：大家都用过放大镜吗？生（齐）：用过。师：放大镜有哪些用处呢？你们曾经拿它观察过哪些物体呢？请你用肉眼和放大镜分别观察周围的事物，比较两种观察方法有什么不同？师：大家可以选择任何你感兴趣的事物进行观察。组长拿材料，分发器材。场景一：有3个小组拿着放大

3、镜看小组的人。场景二：有4个小组对着书本看书上的字。场景三：有2个小组坐在位置上，拿放大镜互相照着对方眼睛取闹。场景四：还有3个小组拿着放大镜随便看了一会,就不去理放大镜了。学生的反应出乎教师的意料，多数学生都在拿放大镜“玩”，并没有选择性的去认真观察身边的物质，他们对利用放大镜进行观察探究似乎早已没有了往日的激情和兴趣。事实上，自学习科学课至今，多数学生早在三年级开始植物单元中,就已经使用过放大镜观察各种物体，同时四、五年级期间，放大镜都是作为重要的观察仪器在使用，甚至在制作太阳能热水器活动中，学生已经懂得调整角度，利用放大镜聚光，对放大镜的使用方法和功能早已了如指掌，如果到了六年级，还让学

4、生停留在三、四年级的观察水平上，怎么会让他们有兴趣和耐心去观察和探究呢？通过这个简单的事例以及观摩众多展示课、教研课后，我们发现，科学探究活动要求低于学生原有的认知水平，学生的科学探究兴趣难以被激发，即使是经历了这样的探究过程，学生知识和能力水平的发展也是原地踏步。同时，如果探究活动及内容要求过高于学生原有的认知水平，学生不知道如何开展探究活动，科学探究活动会受到限制，从而制约学生的能力发展，降低学生自主探究的欲望和信心。正如维果茨基曾说“教儿童不能学的东西和教他已经能独立地做的东西对发展都同样徒劳无益。”二、科学前概念的具体涵义 科学前概念也称为“迷思概念”或“另有概念”，苏联心理学家维果茨

5、基称为“自发概念”，是指学生在学习科学之前由长期的日常经验形成的对事物、现象的看法和观念。按照认知心理学的观点，这种前概念的存在是必然的。因为个体从出生就开始了探索环境、顺应环境的活动，在活动中构建出了特定的认知模式（图式），学前概念就是这种图式的反映。它们中许多只是一种对科学事物和现象的非本质认知，而且由于科学概念揭示的是复杂纷繁的自然现象的本质，具有一定的抽象性和复杂性。因此，表现在科学学习过程中的学生的科学前概念大多是肤浅的，甚至有些是与科学概念相悖的，容易对学生形成准确科学概念构成障碍。但同时，科学新概念的形成往往建立在它的前概念基础之上，当科学概念和前概念比较一致时，学生头脑中的原有

6、认知将会被同化或顺应，学生就容易理解新概念，从而迅速地转变原有科学概念。三、了解学生科学前概念的意义重大1科学前概念是学生开展探究性学习活动的基础建构主义学习论认为，学习是个体主动建构知识的过程，学习者并不是单纯的刺激接受者，而是对外部信息进行主动的加工、选择和批判。新知的学习是基于已有的知识经验的主动建构，是在原有基础上形成、拓展、验证和修改这样一个紧密联系、新旧连接、动态进步的持续过程。学习者利用自己原有认知和经验系统对新的信息进行编码，建构自己对知识的理解，从而使原有认知和经验系统有所增长（同化）或发生调整和改变（顺应）。学生对科学前概念的认知正是他们学习科学知识的原动力，是学生开展探究

7、性活动的基石。2学生前概念水平是教师探究活动设计与开展的出发点 科学探究活动的设计和开展始终围绕着学生展开，学生对于事物的解释常常与成人差别巨大。获取学生的科学前概念认知水平，在教材编写和教学设计活动中，我们才能始终围绕学生的实际水平，从学生身边的、感兴趣的问题着手，遵循从具体到抽象、从简单到复杂的教学规律，逐步地使学生能够实现准确掌握科学概念的目标。3了解学生原有科学探究水平符合儿童的认知规律原苏联心理学家维果茨基提出的“最近发展区”理论认为教学必须符合儿童的年龄特征，必须以儿童一定的成熟为基础，这是久经验证的无可争辩的事实；但是当我们试图确定发展过程与教学的可能性的实际关系时，至少要确定儿

8、童的两种发展水平：第一种水平指儿童到今天为止已经达到的发展水平，即儿童在独立活动中所达到的解决问题的水平；第二种水平指现在仍处于形成状态的、刚刚在发展的过程，即儿童在有指导的情况下借助成人的帮助所达到的解决问题的水平。学习迁移理论也认为儿童学习是原有知识进行各种方式的迁移，主要有同化迁移、顺应迁移和重组性迁移。通过各种方式的迁移，完成新旧知识的相互作用，从而建构新的知识和理解，并应用于新的情境。四、科学前概念研究的几点对策随着科学教育与研究的不断深入，我们不断地在思考，什么样的活动才适合学生探究？问题该如何设计才符合学生的原有认知水平，又能有效的激发学生积极探索思考？是否需要对学生的科学前概念

9、水平进行较为详细的调查，以弄清学生科学前概念的现状，并进行分类与分析，以便于提供相应的对策。 维果斯基提出的“最近发展区”理论也许能够给我们一些启示，他认为教学处在儿童心理发展的最低水平和最高水平之间，教学才会有成效，同时这段时期也是教学的最佳时期。要了解学生的最近发展区，这就要求我们在科学教学过程中首先要了解学生原有的科学探究水平，从学生原有认知能力水平出发，设置恰当的问题，促进学生在原有科学认知水平基础上有新的发展。 由于小学生在正式学习科学课程以前，他们接受正规的学校教育和实践活动经验已经相当丰富，其科学前概念水平已经初步完善，甚至能够利用这些经验，试图去解释生活当中的各种现象。同时，由

10、于学生科学前概念认识比较隐蔽，通常情况下学生不容易暴露出他们的前概念水平，发现这些原有认知经验比较困难。在教学实践中，我尝试利用了多种方法和策略，试图来揭示小学生对相关科学概念的点滴看法。一、绘制图形法心理学理论认为：对于人类特别是孩子而言，图画和颜色的吸引力远远大于文字。绘画是多数学生喜爱的表达方式，特别对于低年级的孩子，语言组织与表达能力还不够完善，绘画能较好的反映出学生科学记录水平和观察事物的能力水平发展，许多标准心理学测试就是让被试通过绘画或涂鸦来表达自己内心的原始想法。让学生在课的初始阶段，先对即将要观察的对象画一画，了解观察对象在儿童世界中的原型，也就是对该事物的原有发展水平。再从

11、其原有的认知水平出发，引导学生发现问题是科学探究行之有效的方法。如三上蚂蚁的教学。在蚂蚁一课教学前，教师准备一张白纸，要求学生将自己生活中看到的蚂蚁画在纸上。师：同学们，蚂蚁我们都见过吧。生：见过。师：好，下面请大家把你所见过的蚂蚁认真地画在这张白纸上。于是，学生非常专注地画蚂蚁，10分钟后开始交流汇报，学生把自己画的蚂蚁放在投影仪上，展示的蚂蚁原型五花八门：有的蚂蚁睁着两只大眼睛，有的蚂蚁笑眯眯的，有的蚂蚁还露出两个凶残的大牙齿，有的蚂蚁两手*腰站立起来了由此可见，学生画的蚂蚁多数都不是现实生命世界之中的活体，而是基于蚂蚁真实形象的虚拟模型，类似卡通的造型说明学生对于真实的蚂蚁身体结构及其比

12、例并不完全了解。学生看到各自的作品后都笑了。生：蚂蚁怎么会笑呢？生：蚂蚁的牙齿怎么比老虎的都锋利啊？生：蚂蚁的眼睛没那么大吧？师：那蚂蚁到底是怎样的呢？让我们认真地来观察它们吧在这节课的教学中，教师通过事先让学生画蚂蚁的形象，暴露了孩子们对于蚂蚁身体结构的认识，然后让他们自己寻找并观察真实的蚂蚁，观察比较蚂蚁的身体结构，找出自己认识上的差距，即激发了孩子观察小动物的积极性，也让孩子们认识到科学观察需要仔细认真，注重细节。绘制图形的方法比较合适低年级的观察课中，教师在选择绘画方式测试学生先前认知时需要根据不同年龄阶段和教材内容来选择。同样，绘制图形的方法在了解学生认识液态水变成水蒸气的过程以及热

13、如何的传递的过程也具有明显的效果。二、概念图法概念图最早是在20世纪60年代由美国康奈儿大学诺瓦克（Joseph DNovak）教授等人提出，概念图在诞生之初就被应用于研究儿童科学知识的掌握上，诺瓦克就是用它来检测儿童的原有认知和抽象概念。作为一种评价工具，概念图能够检测出学习者的知识结构及对知识间相互关系的理解。目前我们常常使用的主要有维恩图、气泡图、网状图和树形图四种。(1)维恩图寻找事物之间的联系与区别维恩图是表示事物之间区别和联系的图形，也叫文式图。它在选择、分类和比较信息时用处非常明显。使用维恩图时，学生能够记录他们观察的结果，在两个圆中呈现不同的信息。如在学习六年级上册生物多样性单

14、元给植物分类时，可以事先让学生将草本和木本或者水生和陆生植物的各自特点先分别记录在两个圆中，而将它们的共同特征记录在交*的部分。通过利用维恩图对学生原有植物认识的了解，我们就能在教学时有效利用学生的这些前概念信息，重点比较观察两者的联系与区别，对植物进行准确的分类。同时，让学生利用维恩图将所学知识内容进行归纳整理也是一个有效方法。(2)气泡图和网状图运用联想拓宽思维水平气泡图和网状图类型比较相似，主要让学生围绕某一观点和内容产生联想，并把其联想到的内容填入相应的位置中，最后用图解的形式呈现学生对于中心词和相关内容之间的联系的理解。气泡图是一种相对简单的网状图，因此气泡图适用于解决相互关系比较简

15、单的内容，网状图适用于解决略微复杂的内容。气泡图可以帮助学生对中心词作出联想，通过思维扩展记录他们原有已了解的内容。通过气泡图可以了解学生原有认知水平。学生对中心词作出联想，把已经了解的内容记录在图中，记录的内容即为学生原有的认知水平。学生的思维水平主要体现了思维的广度，即学生能从几个不同的方面对中心词进行思维加工。能力水平分为两个层次，第一层次能否正确使用气泡图，第二层次是能否用气泡图对所学内容进行归纳整理。以上是对六年级学生所做的关于电知识的测试，从而了解学生在学习电和磁单元前，学生所处的关于电知识的认知水平，由此为教师设计电生磁、电能转换提供基础和引导依据。网状图 是更复杂的气泡图，它的

16、作用是用图解的形式记录与中心词有关的观点内容，呈现中心词和与之相关内容之间的联系。使用网状图可以帮助学生围绕中心词作尽可能多的联想，由此教师可以了解学生哪些知识是学生已经知道的。如：在学习三上水和空气单元第一课水前，利用网状图，层层展现学生的前科学概念，能够让师生在短时间内收集、整理更多的有效信息，从而使教师在教学时更加从容、有效地设置引导问题，促进学生形成准确地科学概念。(3)支线图提升概括知识的能力与水平：支线图常常应用于描述事物整体与部分的关系，利用支线图，能够清晰地反映事物整体与部分存在的关系。如六上对动物进行分类总结时，将动物按有无脊椎分成脊椎动物和无脊椎动物，脊椎动物包括鸟类、鱼类

17、、爬行类等，无脊椎动物包括节肢类、线形类、环节类等等，从而让学生更好地理清动物分类之间的关系，提升他们应用分类方法方法的能力与水平。 节肢动物 三、KLWH（know，want，learn，how）表格测试法所谓KLWH表格测试法，其实就是将know，want，learn，how四个英文字母所表达的意思分成四个层次：即学生已经知道什么、还想要了解什么、已经学会了什么、是运用何种方法学会的。利用表格的形式，在单元起始课或者过渡课中都可以利用这种形式来了解学生的科学前概念水平，同时也容易掌握学生的学习意愿和方式方法，及时总结自身学到的知识。如在教学电和磁单元前，我应用该方法对部分学生做了测试，如表

18、：KWLH关于电和磁，我们知道了哪些知识？（电能使小灯泡发光，摩擦能生电，静电能吸引轻的物质。磁铁有磁性，能吸引铁等物质，磁铁有两极。）我们想知道电和磁有没有关系？电会不会影响磁性？我们了解到玩具车发动机上有磁铁。失去磁铁，即使有电，发动机不转动。听说将磁铁通上电，磁力会变大。我们把玩具车上的发动机拆下来，不装上磁铁时，即使有电，发动机也不转动。运用该方法的好处在于，在教学过程的任何时段，我们都可以通过该测试来了解学生的最近发展区，同时暴露部分学生的学习状况和知识获得水平，从而为教师因材施教、设置有效的问题模式提供及时可靠的依据，更好地促进教学活动的开展和学生自主建构科学概念的能力。三、深入访

19、谈法访谈法是科学研究的重要方法，能够更深层次了解被调查对象对科学概念的理解，灵活性比较大。作为一线教师，必须深入课堂了解学生的学习情况，课堂教学中、课间休息都为教师提供了访谈的良好时机。一般来说，访谈方法包括：问题访谈法和情境访谈法。问题访谈法主要通过事先设计与科学概念相关的访谈内容，通过更深入的问题交流获得更详细的信息。事例晤谈不同于单纯的问题式访谈，更趋向与构建事例，探究学生描述现象时用词的意义。可以先设计一连串的情境呈现给学生，情境必须与学生用字所含科学概念的事例有关，依情境询问学生，引出学生判断的理由，了解学生原有的想法。下面以沉和浮单元为例，应用情境访谈的方法，了解学生对影响物体沉浮

20、原因的解释。访谈片断：将七种大小不同、轻重不同、材料不同的物体放进水里，过一会儿，它们沉浮各不相同。师：你们看到了什么？生：小石块迅速沉了下去。生：泡沫、蜡烛和空瓶浮在水面上。生；回形针和橡皮也沉下去了。师：为什么这些物体沉浮情况不完全一样呢？生：石头很重，所以它要沉下去，泡沫很轻所以会浮在水面上。生：我不同意，铁船更重，它却能浮在水面上，而且还能载许多货物，我觉得是因为石头是实心的，所以会沉下去。生：因为泡沫块比较大，所以能浮起来。生：小的泡沫块也能浮起来的，我在家曾做过这个实验。生：空瓶子能浮起来，是因为里面是空心的，我想铁船能浮起来也是因为它里面也是空的吧。生：还有船有螺旋桨，它能带着船

21、开起来，所以船才不会沉。生：回形针很轻，它怎么也沉下去了？生：可能因为它比较小吧。生：大小与物体的沉浮没有关系，大小泡沫块都能浮，石块都会沉下去。通过以上事例，我们能够初步了解学生判断物体沉浮的有关因素，同时让学生暴露出对于物体沉浮的疑问。通过更进一步的问题测验和文摘分析，我们发现，五年级的学生对于物体质量决定沉浮的认识要明显多于物体体积决定沉浮，而只有少数学生能将两者联系在一起，认为质量和体积共同决定。因此，针对这种现象，教师在教学时应该先解决学生质量决定物体沉浮这种错误观念，引导孩子通过比较同样大小、不同重量，不同大小、相同重量，不同大小、不同重量的物体沉浮情况，分析得到物体沉浮是由体积、

22、重量相互作用，共同决定。在此基础上，引入物体排水量、不同液体种类对物体沉浮的影响，从而完善学生对于浮力大小的概念认识。五、实验探究法实验是科学探究的主要活动，让学生亲自动手做是学生喜欢科学课的主要因素，同时也是学生掌握科学研究方法和科学知识的重要途径。利用实验法，我们至少可以了解学生设计实验水平、动手操作水平、观察记录实验现象能力和团队合作意识等方面的内容。例如：在物质的变化单元前测中，我发现许多学生对于铁和铁锈是否属于同种物质争辩不休。矛盾的焦点在于铁锈一般都附着于铁的表面，难以分开，很难鉴别。如果铁锈不是铁，它会是什么物质。基于这种现象，我首先应用KLWH表格测试法让学生回忆所了解的关于铁

23、和铁锈的信息。如下表 KWLH铁是灰色的，铁能导电，铁能够被磁铁吸引，铁很坚固，用榔头敲打时，会发出“铛、铛”的声音，铁是金属，铁具有柔韧性，铁需要很高的温度才会熔化。铁表面有了铁锈后，通常是黄色的，表面坑坑洼洼，而且轻轻一敲，很容易脱落。我们想鉴别铁和铁锈是不是同一种物质通过观察我们知道两者表面形状、颜色、粗糙度上有些不同，不过还不能确定它们到底是不是一样。 观察铁制品和生锈的铁等材料的表面而发现。通过建立表格，学生明确了研究的任务，确立了研究的主题。然而仅仅依靠材料本身表面上的信息还无法轻易下结论，所以让学生建立合作关系，共同讨论实验方法，来验证先前的猜想。根据学生已知信息，大家觉得既然表面特征不能说明问题，应该来比较铁和铁锈的某些比较特殊的性质来鉴别更加合适。由此，学生们通过合作讨论，确定了测试铁锈的磁性和导电性来验证的方法。由于铁锈与铁学生难以完全分离，我事先为学生准备了研究材料，其它测试工具和方法由学生自己搜集和选用。综合测试结果如下：材料颜色表面特征拿榔头敲磁性导电性铁灰白色光滑不容易破损容易被磁铁吸引检测器灯泡亮，导电性强。铁锈黄色，还有的带点红的