让“概念”为“探究”掌舵 ——对“科学概念教学”的认识与实践

【摘要】

教科版科学教材主编郁波老师在云南昆明全国培训会议上作的“关注科学概念”专题报告引起了广大科学教育工作者对“科学概念教学”的新思考。本文通过明确“科学概念”涵义，反思当前探究教学的问题所在，探索探究教学中建构科学概念实践要点来显现在对“科学概念教学”的认识与实践过程中教师理念与教学行为的转变。

【关键词】

科学概念  事实性知识  原理性概念  建构概念

【正文】

在2006年昆明全国教科版教材培训会议上,郁波老师作了《关注科学概念》的专题报告，强调要用原理性的科学概念引领着科学探究活动的发展，建议将如何在科学探究中帮助学生形成科学概念作为下一步研究的主要方向。本次培训引发了广大科学教育工作者对“科学概念教学”的关注。笔者作为小学科学一线教师，也开始重新去理解、消化并参与到“科学概念”的教学实践中去。

一、科学概念更多地体现着一种观念和思想

在过去很长一段时间内，我们所理解的“科学概念”就是“事实性知识（科学知识）”，但郁波老师指出的“对科学概念的关注和研究是当代科学教育的一个特点”中的“科学概念”内涵远比“事实性知识”要丰富、深刻。

1.科学概念构建的基础是一般的科学事实性知识：

 儿童在认识世界的过程中，他们直接接触的是某一个（或某一种）事实现象。比如关于“植物”，他们通过对多种植物的观察，认识到“植物由根、茎、叶、花、果实、种子等六大器官组成及每一部分的作用”。对这些事实现象的认识、理解，形成“事实性知识”仅仅是一种初级层次的思维活动，是他们更深层次的科学概念构建的基础。

2.科学概念还包括科学的观念和对科学的看法：

《辞海》中对“观念”的解释是：①思想意识②客观事物在大脑里留下的概括形象。与“概念”相比，观念属于更抽象、更高层次的思维水平，是一种组织性的观念与心理图示，具有永恒性、普遍性、抽象性和概念性。以一般的科学事实和概念为中心的学习活动属于较低水平的认知，超越所给的事实信息进行思维，获得重要的、可迁移的观念，形成解释，用正确的科学观念去看待自然，这才是科学课的最终目标。比如学生在认识到关于植物的事实信息后，经过思维提炼形成“植物由不同的部分组成，这些部分在植物的生长过程中发挥不同的功能”的认识。这就是一种原理性的科学概念，即使在今后的学习、生活中，学生不能一一说出各部分的具体功能，但“这些部分在植物生长过程中发挥不同的功能”却是永不磨灭的留在他们头脑中可以用来解释自然界中植物特征的观念。这远比他们掌握大量事实性知识要重要。

由此可见，科学概念是由许多科学事实构筑而成的聚合体，它是一种超越事实的观念和思想。 我们现在要关注“科学概念”的教学，就是指教师要注重引导学生在大量事实性知识的基础上进行提炼、升华，形成原理性的科学概念（见图示），这也是我们目前的科学教学所缺乏的内容。（现在科学教学所缺乏的原理性科学概念，是今后研究的方向） （现在科学课堂呈现的事实性知识）

二、当前探究教学缺乏科学概念的引领

 课程标准强调“科学学习要以探究为核心”，再由于课标与教材都没有清晰的关于科学概念的表述与要求，许多教师在实施探究教学时过于注重对过程与方法的训练，而缺少一个可以引领探究活动的核心的科学概念，导致探究教学经常出现“风过无痕”的现象。比如一位教师在教学四年级科学《动物的卵》一课时，把教学的重点放在指导学生的观察方法上，用“你们准备从哪些方面去研究鸡蛋？结构怎么观察？先观察里面还是外面？外形怎么观察？里面的结构怎么观察？局部观察还是整个打开？用镊子敲个小孔，要注意什么？鸡蛋煮熟后内部结构有什么变化？”等问题引导学生对鸡蛋作深入的、全方位的观察研究。当学生通过观察发现鸡蛋的结构特点及气室等信息时，教师没有引导学生把这些信息与“繁殖”联系起来，教师的反馈如“你观察得真仔细！这个方法好，能防止蛋清流出来”等也更多地关注学生的方法是否科学，是否亲历了整个观察过程。

课后我们通过随机访谈了解到大多数学生认为自己从课堂上获取的新信息很少，在课堂上展示得更多的是原有对鸡蛋的认识而不是探究的成果。把本案例放在单元结构、学生能力发展体系中观察，我们发现通过以往的学习，学生已经具备了用科学有效的观察方法去观察一个物体的能力，而且对于“鸡蛋”的外形特征及内部结构在学生的知识结构中已有许多储备，教师再把教学重点定位在“通过不同的观察技巧去认识鸡蛋的外部形态、内部结构。”对于学生的思维来说只停留在重复练习而无更大的发展。“新的生命”单元从“花”到“果实”、“种子”再到“种子的传播”、“种子的萌发” 无不指向核心概念——“繁殖”。《动物的卵》作为本单元最后一课就是引导学生在认识植物繁殖的基础上拓展到对动物繁殖的认识。教学只有围绕“繁殖”这个核心概念，学生才会从“繁殖”这个新的视角去研究他们非常熟悉的鸡蛋，认识鸡蛋无论是形状还是内部结构都与繁殖密切相关，从而形成新的科学概念——

动物的卵是各种各样的，但都有新生命发育生长的条件。

三、在探究教学中要帮助学生建构科学概念

“科学学习以探究为核心”与“关注科学概念教学”并不矛盾，探究过程与科学概念的关系好比船与舵的关系，没有探究过程，科学概念将被架空，忽视科学概念，探究过程将失去方向。下面以三下科学《植物的一生》单元教学为例，谈谈如何在探究过程中帮助学生建构科学概念，让“探究”与“概念”和谐

围绕核心科学概念“植物生长都要经历萌发、生长、发育繁殖、死亡的生命周期，不同的植物生命周期的特点可能不同”及分散到每课的具体概念，我们开展了本单元的探究教学：

1.单元教学前组织问卷调查，暴露学生前概念

在知识建构过程中，学习者已经知道的东西（不论正确的还是错误的）极为重要。因为有效的学习“只能由个体学习者基于自己的经验背景而建构起来……意义是学习者通过新旧知识经验间反复的、双向的相互作用过程而建构成的”。这一理论给我们的启示之一是科学课上帮助学生建立的概念，要和学生原有的真实想法相互作用建立起联系。针对本单元教学内容特点，我们采取访谈与问卷结合的方式获取学生对于凤仙花生命周期的前概念（问卷附后），根据调查结果分析我们了解到60%学生对于凤仙花种子的发芽时间与生长过程有一个大概的了解，10%左右的学生表示平时种过花卉，再根据自己的经验迁移到凤仙花作出推测,其他学生则多是通过间接途径获得。学生错误率最高的是对于“在生长过程中，子叶会发生什么变化？”的回答，只有4%学生回答“脱落消失”，10%学生回答“不知道”，86%学生认为子叶会长大变成叶或茎，甚至会开花。另外，学生还提出了许多关于凤仙花的问题，比如“凤仙花怎么种？凤仙花的寿命有多长？怎样才能让凤仙花快快长大？凤仙花能长多高？什么时候开花？长大了会不会结果？”等等。由此可见，学生对于植物周期的认识比较模糊，甚至存在许多不科学的认识（推测）。

2.设计活动版块，为概念建构提供活动支架

活动是建构科学概念的载体。在科学学习过程中学生的概念不断地得到修正、得到发展，而这一切都是在一个个活动中实现的。要帮助学生在探究活动中建构科学概念，就要赋予活动以概念内涵。依据学生前概念的了解，我们认为本单元的重点活动是让学生亲历种植凤仙花的过程，并在此过程中成功建构科学概念。根据本单元是一个整体的周期性的种植观察活动的特点，我们首先设计了一张记录表（附后）把整个单元的活动串起来，让学生对凤仙花的生命周期进行跟踪观察记录，然后根据教材内容进行阶段性的交流、总结、提升。下面以《芽长成苗》一课为例具体阐述我们对探究活动的设计与安排：本课内容承载的科学概念为“处在生长期的植物遇到适当的环境会生长，主要变化特征是植株长高，叶的增加和茎的增高增粗”。围绕这个概念，我们设计了三个有梯度的蕴涵概念内涵的活动：活动一是交流前三周里凤仙花苗的生长变化，学生形成第一层次的概念——在前面三周时间里，凤仙花在不断的生长。活动二是观察现在的凤仙花，形成第二层次的概念——凤仙花还在继续生长，主要表现在高度、叶子数量、茎的变化上。活动三是预测以后几周凤仙花的生长变化，形成第三层次的概念（还仅仅是认识上的概念，有待检验）——凤仙花还将继续生长。

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