例谈初中科学概念的解构与转化策略
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摘 要：科学概念是人们对事物本质的认识，是逻辑思维的最基本的单元和形式。它的种类繁多、抽象，定义方法多样，造成学生对概念理解不透彻，产生许多的疑难概念。同时，不少教师头脑中也有错误或模糊、不完整的前概念。本文从一个中考试题出发，分析生活中的原问题。并通过一个成功的教学案例，阐述概念的解构和转化策略。符合学生的认知能力，对不同的前概念采取不同的措施，如举反例和归谬法，发挥主体性，努力培养学生的学习力。
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）3-0045-4
1 问题研究的缘由
科学概念是人们对事物本质的认识，是逻辑思维的最基本的单元和形式。因此，形成和发展概念是科学认识的重要成果。它的种类繁多、抽象，定义方法多样，特别是科学概念学习中的“现象―概念―符号”三重表征形成的认知跨度，会造成思维障碍。学生往往是“一听讲觉得懂，一看书觉得会，一做题就会错”，究其原因还是对概念理解不透彻，不能在新旧知识的联系与区别中重构认知。这对准确学习科学概念有重大影响，从而产生许多的疑难概念。
然而，不少教师头脑中也有错误或模糊、不完整的前概念。尤其是许多青年教师或非本专业的教师在某些科学概念、方法的把握上本身存在困难。而相关的教学参考书也没有充分解释，教师的课前准备有一定的困难。教学过程中，教师往往通过一个事例来说明概念，随后即要求学生强记，或通过反复练习来强化。但往往是事与愿违，最终影响学生的身心发展。
例1 （2014年・嘉兴卷13）图1所示为一倾斜的平面镜。当你走向平面镜时，下列描述符合事实的是（ B ）
A.镜中的像变大
B.通过平面镜观察到的视野变大
C.镜中的像将远离你
D.像与你的连线与镜面不垂直
试题分析：这是一个生活中的原始问题，与课本中平面镜成像实验情景完全不同，考查学生利用所学知识解释生活现象的能力。多数学生认为镜中的像变大，这让命题老师都很诧异。
学生错误缘由分析：“老师教得苦，学生学得累，最后学生还是不清楚。”是科学概念教学的困惑。而概念是思维的细胞，是学科知识体系中的基石和核心。回到此问题上，老师都会做平面镜成像实验，也进行相关课外强化练习，但多数学生看到生活中真实情景中的“原始问题”时，还是“一见如故”地将自己看到的镜中的像变大，认为镜中的像也变大（如图2）。
在这里老师虽然按照课本要求做了实验。例如课前，教师设问：当人逐渐向平面镜靠拢的过程中，人在镜中的像怎么变化？学生们会异口同声地回答：越来越大。通过实验研究平面镜成像特点后，少数学生回答：大小不变。但很多学生心理还是不理解。因为在日常生活中，他们看到的是“近大远小”，生活中类似的经历确有无数次。
可见，我们要纠正学生错误的前概念：“视觉感觉的像的大小”的朴素认识与“真实的像的大小”的科学概念，而学生还没有学习凸透镜成像规律以及二次成像等知识，仅仅通过一个“依葫芦画瓢”的课本实验来纠正是不行的。另外，单纯依靠大量的做题来弥补对概念理解的不足，造成学习效率不高，老师和学生都很疲劳，这也是一个得不偿失的过程。
2 理论支撑下的初中科学概念教学
案例：“近大远小”还是“大小不变”
――同一物体靠近或远离平面镜时，像的大小变化问题。
教师让学生探究平面镜成像的特点：像和物的大小相等，像和物到镜面的距离相等。最后，纠正错误的前概念，区别“视觉感觉的像的大小”的朴素认识与“真实的像的大小”的科学概念。
师：当人逐渐向平面镜靠拢的过程中，人在镜中的像怎么变化？
学生1回答：根据平面镜成像的特点，像和物大小总是相等的。无论物体与平面镜的距离如何变化，它在平面镜中所成的像的大小始终不变，与物体的大小总一样。
学生2回答：人们在观察物体时都有“近大远小”的感觉。当人走向平面镜时，视觉确实觉得像在“变大”。
教师组织学生分组讨论，这两种说法哪种正确呢？此时，他们彼此都不能说服对方，课堂很是热闹。……
活动1：通过光路作图探讨平面镜成像规律。如图3，你从这里发现了什么？物和像的大小关系怎样？
学生：平面镜成像的物和像是关于镜面对称；物和像大小相等。
活动2：从人眼向被观察物体的两端分别引一条直线，这两条直线的夹角即为“视角”，如图4。如果视角大，人就会认为物体大；视角小，人就会认为物体小。从这里你们又发现了什么？
师生互动得出：人眼观察到的物体的大小，不仅与物体的真实大小有关，而且还与“视角”密切相关。视角大，人会认为物体大；视角小，人会认为物体小。
师：那么，日常生活中我们“视觉感觉的像的大小”与什么有关？看下面这三张图（如图5），学生纷纷开始用手比划，顿时教室有点骚动。
学生：大黄鸭自身大小不变，但视觉上“近大远小”，由于视角大小不同造成的。
活动3：现在我们重新实验，调整蜡烛到镜面的距离，观察像的大小变化？（如图6）
学生：平面镜中像的大小始终不变，与距离大小无关。
师：如何解释日常生活中“近大远小”和平面镜中“大小不变”？分组讨论。“视觉感觉的像的大小”与“真实的像的大小”有什么区别？
学生小结：当人向平面镜走近时，像与人的距离小了，人观察物体的视角也就增大了。因此，我们所看到的像也就感觉变大了，这就是人眼看物体“近大远小”的原因，这是“视觉感觉的像的大小”，但实际上像与人的大小始终是相等的。人逐渐靠近镜面，像也一定逐渐靠近镜面，人的感觉是“近大远小”，这是一种视觉效果。而平面镜成像的物和像是关于镜面对称，换句话说，其实“真实的像的大小”是“大小不变”。
活动小结：物体在平面镜中成的是正立的虚像，像与物体大小相等，即像的大小与物体的大小有关，与物体距平面镜的远近、平面镜的大小等因素无关。
例2 某同学从远处走向一面穿衣镜，他在镜中像的大小及像和人之间距离的变化情况正确的是（ ）
A.像大小不变，像和人之间的距离变小
B.像变大，像和人之间的距离变大
C.像变大，像和人之间的距离变小
D.像大小不变，像和人之间的距离不变
解析 像的大小与物体到平面镜的距离无关，我们平常说的所谓远小近大，只是人的视觉造成的错觉。根据平面镜成像的特点可以知道，像和物大小相等，像和物到镜面的距离相等。因为该同学的大小没有变化，所以像大小不变；而该同学到平面镜的距离在变小，所以像到平面镜的距离也在变小，从而像和人之间的距离在变小。 答案：A。
在本案例中，许多学生常会把“视觉感觉的像的大小”的朴素认识与“真实的像的大小”的科学概念混为一谈。为了给“迷思概念”搭建“脚手架”，可让学生动手作图，将观察到的现象与先入为主的经验进行讨论分析，进而引发认知冲突，暴露学生在概念理解上的缺陷。再在实验修正中形成正确的概念。人逐渐靠近镜面，像也一定逐渐靠近镜面，人的感觉是“近大远小”，这是一种视觉效果。物体在平面镜中成的是正立的虚像，像与物体大小相等，即像的大小与物体的大小有关，与物体距平面镜的远近、平面镜的大小等因素无关。
3 初中科学概念解构与转化的思考
3.1 听懂和会做是两码事，培养学习力是关键
日常教学中，常听到一些老师抱怨：“我已经告诉他多少遍了，可是他就是听不进去，一错再错，真是不可救药。”在一次又一次地“告诉”不见效果后，有的老师干脆放弃了对“这些一错再错的学生”的辅导与帮助。也有老师说：“每次上完课后，我都要问这些学生听懂没有，他们都说听懂了。可是一做练习题，他们就束手无策。哎，我真没办法教他们了。”看看说这些话的老师，个个都辛苦得很。教初三毕业班的责任重，压力大。他们整天在忙着批改作业，精心备课，忙着如何把知识讲清楚，精选习题出考卷，忙得不可开交。说这些老师不负责，真是冤枉他们。既然如此，为什么还会有“听懂而不会做”，“说了一遍又一遍，仍然一错再错”的现象出现呢？
其实，这些老师给学生的是知识的精华──“高营养”的知识。然而，学生没有吸收这些营养的“根”──学习的能力。因此，教师就必须在促使学生“根”的发育与生长上做文章，即研究如何培养学生的学习能力。
教师是否可以反思一下自己的教学，反思一下自己的课堂教学方法，想一想在教学过程中学生是否有进行独立思考的时间与机会？教师是否在学习方法上给予了学生切实的指导？在现实中，一些老师乐于把知识灌输给学生，一切问题都先帮学生解决，不用学生动脑思考。他们习惯于让学生把板书记下来，然后叫学生去死记硬背！这好比是植物进行光合作用一样，有了二氧化碳和水这些原料（就当是老师上课讲的知识），有了叶绿体（就比作是学生的大脑）。可是，没有光（反应的条件──比作是学习的能力与学习方法），光合作用也是反应不起来啊！怎样来培育学生的学习能力？关键在于老师是否给学生“光”，也就是给学生学习的方法，培养其学习能力。
3.2 依据学生的认知能力，采取不同的教学方法
由于学生的心智还不健全，通过一个事例，要求学生强记，或反复练习来强化，都是事与愿违。适合的才是最好的，教学中可以采取举反例、归谬，重新优化实验或借助多媒体等。例如，在学习牛顿第一定律时，列举“质量不同、速度相同的两车，停下来的难易程度不同”的例子，说明质量是决定惯性大小的唯一量度。但很多学生因理解不了何为“惯性”，产生这样的疑问：两车质量相同，但速度大小不同（如：甲车速度为30 km/h，乙车速度为100 km/h），当然是乙车更难停下来，因此，应该是速度快的物体惯性大。为何惯性与速度没有关系，那么与“在高速公路上限速行驶是预防惯性危害”不是自相矛盾吗？七年级的学生没有学习动能、动量、牛顿第二定律这些知识，通过一个例子让学生记住决定惯性大小的因素是不行的。那么，应如何让学生理解惯性和决定惯性大小的因素？
笔者采用归谬法来论证它。假如以上说法成立，则“物体的速度越小，它的惯性越小；物体的速度为零，它的惯性应该为零。”显然，这个结论是荒谬的，它与“一切物体都具有惯性”是相悖的，所以，惯性大小与速度大小无关。
另外，笔者再打个比方：假设你有20元，我只有10元钱，我和你都是每天花1元（相当于惯性），我只能花10天，你可以花20天，我们花钱的速度是不是一样的？那你为什么花钱的时间比较长呢？因为你本钱比较大而已！
奥苏贝尔认为，有意义的学习就是符号代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立了非任意的和实质性的联系。显然，这个反例和归谬与奥苏贝尔的理论具有一致性，从而在教学过程中使学生明确自己在教学中的主体地位。
3.3 依据学生的前概念，采取不同的教学措施
在正式学习新知识前，学生已经有了对事物、现象的看法和观念；或者在学习过程中产生出与新的科学观念不一致的观点，这些观点从心理学角度称为“前概念”。如有些学生认为“动脉血”就是在动脉里流动的血。学生对前概念的认知来源广泛，复杂多样。前概念又具有顽固性、自发性、隐蔽性和反复性的特点，要避免和消除前概念对学习的负迁移，了解是前提，分析是基础，研究是核心，实践是保障，转化是关键。精心设计的教学方案可为学生提供“脚手架”，引导学生辨析、理解、厘清并内化概念的内涵和外延。如图7。
在本案中，学生把“视觉感觉的像的大小”的朴素认识与“真实的像的大小”的科学概念混为一谈，属于错误的前概念。借助同一位置的大黄鸭，在不同位置观察，发现鸭子的像大小不同，而鸭子本身大小不变，说明视觉感觉的像大小与真实的像大小是不同的科学概念，纠正错误概念。
总之，概念教学是初中科学教学的重要环节，学生掌握扎实的科学知识和树立良好的科学素养，离不开对科学概念的正确理解。学生对科学知识的学习始于他们在生活实践中对自然界的认识，而不是单纯对书本知识的记忆和接受。因此，教师要根据学生的知识结构和能力特点，不仅仅做题，还应适当引导学生从多环节、多维度剖析概念，抓住概念的实质，让学生准确把握概念的内涵和外延，真正建构相关的科学概念。
参考文献：
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