转化难点:合理运用“前概念”教学的关键点

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学生在科学概念的学习过程中并不是一张白纸，他们在先前的学习和日常生活中按照自己的习惯、经验、思维方式而获得的一些感性印象，积累的一些缺乏概括性和科学性的经验，即所谓的前科学概念。“前概念又称为日常概念、模糊概念、迷思概念、相异构想等，是指未经过专门教学，人们在日常生活中逐步形成的概念。”

由于学生的前概念大多建立在自身的直接经验或片面的间接经验的基础上的，因此，并不全面，甚至彼此相互冲突。而这些学生前概念中的片面的、模糊的、错误的原有认知与科学概念之间的差异恰恰就是教师的教学难点，也是学生转变前概念、建构科学概念的“转化难点”。

因此，教师找到学生的“转化难点”，并有效运用各种实验教学的策略，如利用相对教材更加贴近学生的自制教学用具的演示和分组实验，通过直观模拟、数据采集、实证分析，帮助学生逐渐化解“转化难点”，是促进学生建构完善科学概念的重要环节。笔者结合日常教学活动，总结了一些行之有效的方法，一般可以从以下几个方面入手。

一、从前概念入手，找准“转化难点”

教师作为学生的科学启蒙者和探究指导者，应该针对某个年龄段学生对某个概念普遍存在的直接经验有所了解，更需要知道不同班级不同学生在原有认知水平上的差异。这些信息可以通过个别访谈、调查问卷等具有目的性和指向性的研究方法进行收集，并整理和分析出它们与科学概念之间的差异，从而才能找准“转化难点”。例如：小学科学苏教版六年级上册第二单元第3课《地球的内部》，介绍科学家利用地震波推测地球内部的结构。通过课前的调查访谈对学生的前概念进行前测。其实许多学生通过课外阅读已经知道了地球的内部分为三层结构，有些学生甚至可以说出各层的名称：地壳、地幔、地核，但大多会读不会写。学生通过日常的生活经验，也知道地震时会产生强烈的震感，并且距离很远的地方也能感觉得到，但大多并不清楚这些现象是由地震波传播引起的。此外，六年级的学生大多熟悉手机的使用，知道手机的振动在不同的情况下感觉是不同的。这些都是学生上课前已经普遍具有的前概念。

但是距离本课的科学概念：科学家利用地震波在不同硬度的物质中传播效果不同，推测地球内部存在两个界面，分成三个不同的圈层――地壳、地幔、地核，还有较大的差距。许多学生只是知其然并不知其所以然。学生对于“科学家为什么会利用地震波推测？”“手机的振动与地震之间有什么相似的地方？”“地震波在地球内部如何传播？”“地震波遇到不同硬度的物质传播效果到底有什么不同？”这些问题并不清楚，或者理解有误。比如：许多学生会认为地震波只是沿着地球表面某些方向传播，距离也不会太远；地震波在较软的岩石中传播更快；等等。因为这些现象距离学生的实际生活较远，学生也无法从日常类似的现象（手机的振动）中主动找到相应的规律并有效地迁移。而这些问题又是理解概念的核心、教学的难点，学生形成相关科学概念的关键。

因此，地震波在地球内部的传播方式：由中心向四周传播，传播变化的情况：在坚硬的岩石中传播较快，在较软的岩石中传播较慢。这些就是学生前概念的“转化难点”。

二、从教学用具入手，简化“转化难点”

教师在明确了学生前概念的“转化难点”以后，可以利用自制教学用具的优越性，将实际生活中的有关现象以模拟、对比实验等方式展现在学生面前，或从学生熟悉的物品入手，给学生创设一种真实、有趣、贴近生活的情景，从中提出问题、解决问题。这样做，既给学生补充了实际经验和感性认识，为解决问题、开展探究和建构概念奠定了基础；也使学生体验到科学研究的现实意义和实用价值，亲身经历分析和解决问题的过程，有利于知识的迁移和实际应用。

1.自制教具 具象模拟

直观教具可以使概念具体化、形象化，为学生感知和理解概念创造了条件。直观能促使学生的已有经验与抽象思维相结合，减少学生前概念转化的困难，帮助其逐渐建构合理的科学概念，同时也可以提高学生学习科学的兴趣。例如，自制教具“水波发生器”。虽然教材设计了暗盒实验，其用意是想让学生通过探究暗盒内部的物体和结构，从而理解地球的内部就类似一个巨大的暗盒，只能通过一些间接的方法，进行合理的推测。但是科学家到底为什么用地震波进行探测、地震波在地球内部如何传播等问题并没有介绍，也没有合适的实验帮助学生将生活中的水波与地震波传播现象建立联系。因此，让学生直观地看到类似地震波的传播方式，降低学生理解概念的难度。

在中学物理中使用的水波衍射仪虽然演示振动波的现象清晰，但是价格昂贵，并且小学阶段也不需要涉及更多关于振动波的知识。在一个偶然的机会中，笔者观察到了学生在课间玩耍的一种玩具――机械斗虫，它可以持续地产生明显的振动。受其启发，通过简单的改造，设计出了一种自制教具――“水波发生器”： 用胶带将5毫米宽、15厘米长的硬质塑料包装带捆绑固定在机械斗虫的一端，打开电源，斗虫产生的振动就会通过硬质塑料包装带的捆绑端传递到另一端，将另一端插入水槽，水面就会产生明显的水波涟漪，由中间向四周扩散。再通过实物投影仪投影到大屏幕上，效果更加清晰明显。学生通过观察，很容易迁移总结出地震波传播的方式和效果。

2.自制学具 实证对比

由于每个学生的生活经验不尽相同，因此他们的前概念的认知水平、表述方式等都会因人而异。因此教材编者眼中自以为是的学生生活可能并不是此时此刻真正的学生生活，教材中呈现的经典案例或实验装置，对于学生来说，也可能并不与生活贴得那么近。所以，教师一定要走进学生的生活，其中包括他们玩耍嬉戏的娱乐生活，从中也能发现不少有用的教学资源。真正做到“三贴近”，即贴近生活、贴近学生、贴近实际，“三贴近”原则也是新课改的基本理念之一。例如自制学具“振动传播比较器”。学生对于地震波遇到不同软硬的岩石会发生什么变化并不清楚，教材也没有提供实验活动，让学生观察实验现象。针对学生的前概念水平和生活现状，笔者还是利用学生的玩具――机械斗虫，制作了一个学具，进行对比实验：用塑料杯倒扣作为固定支架，将一只斗虫用胶带固定在杯底中央，再将同样粗细长短的铁丝和棉线各一根，分别捆绑固定在斗虫的两端，最后打开电源，观察斗虫两端的铁丝和棉线振动效果的区别。

通过这个自制学具“转化难点”：将地震波在地球内部传播变化的情况，转化为具体形象、贴近学生、生动有趣的对比实验，通过眼见为实的实验现象验证学生的猜测、挑战学生的前概念，就可以大大降低概念转化的难度，使学生乐于接受、易于理解。

三、从实验过程入手，化解“转化难点”

学生一旦对某些现象形成了前概念，要想加以转变是极其困难的，尤其是那些在人类科学认识史上经历曲折历程的前科学概念。在教学中，教师不能认为只需要“正面”传授知识，学生就能接受，只要多讲多练、反复强化，就能达到目的。实践证明，这是过于简单化和理想化的做法。如果他们的前概念没有发生真正的转化，过一段时间后，学生往往又会用前概念的经验去解释这个现象。事实上众多先入为主的前概念是学生“屡教不改”的根源之一。

实验教学过程归纳起来主要有以下几个步骤：通过师生对话显示出学生的前概念；创设各种问题情景引发学生的认知冲突；以实验验证、概念重释、比较鉴别等方式纠正前概念中的错误成分；深刻讲授，特别是让学生对于科学概念形成全面的理解。

（一）实验教学设计片断

利用学具：“振动传播比较器”，知道地震波在不同软硬的物质传播效果的不同。理解科学家利用地震波在不同硬度的物质中传播效果不同，推测地球内部存在两个界面，分成三个不同的圈层。（分组实验材料：固定支架一个、斗虫一只、同样粗细长短的铁丝和棉线各一根分别固定在斗虫两端、胶带，每组一套。）

1.师生对话。

（1）教师提问：地球的内部结构还能打开看个究竟呀？暗盒实验对你有什么启发吗？

（生：可以通过地震来探测地球的内部。）

（2）师生交流：地震时会产生什么现象？人们会有什么感觉？

（板书：地震――地震波）

2.创设情景。

（1）学生尝试应用，教师提问：如果你是地质学家，你会如何利用“地震波”来探究地球的内部结构？

（2）小组讨论，大胆猜测。

（3）师生交流，联系生活中手机振动的现象并提问。

夏天手机放在贴身衣服口袋里振动能感觉到吗？冬天手机放在厚厚的衣服口袋里振动能感觉到吗？手机放在枕头里面和外面振动的感觉一样吗？

（4）师生交流，讨论利用“振动传播比较器”进行模拟实验验证。

比较实验，在不同的物质中，振动的传播也会发生相应的变化。

（不做具体的实验设计，明确变量控制的前提下，只观察现象的不同。）

3.对比验证。

（1）教师提问：同样的振动，同样粗细长短的铁丝和棉线，传递的情况相同吗？

（2）进一步提问：有什么不同？

（生：振动在铁丝上传递的速度快且明显，在棉线上传递的速度慢且不明显。）

（3）提问引发学生迁移： 地震波遇到不同质地的岩石会发生什么情况呢？

（生：在坚硬的岩石中传播较快，在较软的岩石中传播较慢。）

（化解“转化难点”）

4.应用解释。

师生交流：科学家可以借助地震波在地球内部的变化（出示科学家的测试数据），从而推测地球内部的物质和结构。你能用看到的现象解释吗？（板书：地震波――变化――岩层软硬不同――两个分界面――三层结构：地壳、地幔、地核。）

（二）教师在实验过程中应注意以下几点

1.强调以学习者为中心。传统的老师“说”学生“听”的学习方式是无效的。本节课的实验过程主要通过教师提问、猜测交流、实验探究、反思总结，帮助学生逐渐地分层地建构相应的科学概念，使学生亲身经历新概念建构的整个过程，学生拥有充分的话语权、自主的探究权，教师只是一个引导者、指导者的角色。

2.重视新旧认知的冲突。认知冲突的解决会引起学生对原有认知结构的改变。实验前充分的小组交流和猜测过程，暴露了大部分学生的前概念，然后在此基础上进行的实证研究，具象的实验现象、充分的实验数据才能有效引起学生对前概念的反思和改变。

3.尊重学生的“前概念”。每个学生个体暴露出来的前概念中片面的、错误的认知，都具有其一定的意义和价值，反映了学生现实生活中的一些普遍现象和认知规律，教师应当尊重和理解学生的前概念，在平等的关系下讨论交流相关科学现象，只有这样，师生之间、生生之间才能达成互相认可的公识。

4.注重合作的学习方式。科学的学习必须在学习共同体之间通过对话、沟通的方式进行，可以是师生的对话，可以是组内的交流，也可以是组际之间的激烈争论。在交互辩论的过程中，以各种不同的方法解决问题，澄清所产生的各种疑虑，并且逐渐形成能够被学生认同和接纳的正式的科学知识，促使学生不断更新已有概念，转化错误认知，形成全面完善的科学概念。