以前概念为基础促进科学概念的建构
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【摘 要】学生的前概念直接影响着科学概念的形成。本文从教师对学生科学前概念的调查了解入手，借助典型的探究活动，选取有结构的材料等措施，在给学生制造认知冲突以及师生的互动交流和总结归纳中，帮助学生掌握科学概念，使科学探究教学更具有实效性。
【关 键 词】 前概念；搭桥；认知冲突
【作者简介】 黄福裕，中学高级教师，福建省厦门市科学骨干教师，厦门市学科带头人，厦门市专家型教师。
【基金项目】 本文系福建省“十二五”教育科学规划课题“以前概念为基础促学生科学概念转化的研究”（课题立项批准号FJJKXB13-168）的课题研究成果。
学生在学习科学概念之前，往往带着各种关于自然事物或现象的见解，或者是对某些事物有些看法，这些朴素的见解或看法就是科学前概念。由于小学生的知识经验少、思维发展还不成熟，容易被表面现象所迷惑，常常形成一些与科学概念相悖的前概念，影响着科学概念的建构。科学课教学如果能以学生的前概念为基础，触动孩子的内心世界，就能使课堂教学有的放矢，更有实效性。本文在分析学生前概念特点的基础上，结合教学实践提出促进学生建构科学概念的几个教学策略。
一、为学生搭建前概念通往科学概念之桥
搭建通往科学概念之桥，精心设计能矫正不合理前概念的探究活动，有利于学生重组、建构自己的知识结构，能使教学有的放矢，提高教学实效。
在《简单电路》一课的教学中，一次性给学生提供多种电路元件，让他们搭建小灯泡亮起来的电路，虽然小灯泡亮起来了，但孩子们仅停留在让小灯泡亮起来的兴奋中，他们对小灯泡如何亮起来仍然迷茫，不明白小灯泡的内部结构，更难以理解简单电路是一个闭合的回路。笔者在执教该课时，从调查孩子的前概念入手，让孩子画出认为能让小灯泡亮起来的电路图，孩子们画出了以下几种图：
1.用1根导线连接灯泡底部和电池的正极或负极（认为电流像流水一样，流过小灯泡就发光）；
2.用2根导线连接灯泡底部到电池正极和负极（不清楚灯泡的内部结构）；
3.用2根导线分别连接小灯泡的底部到电池正极或负极（认为电池两端分别流出电流撞击使小灯泡发亮）。
从以上调查了解到，学生认为“电池能供电，电流通过导线传到灯泡就会亮”，以为这是电的单向传导和消耗的过程。这样的误会源于他们的生活经验，因为他们看到的用电器都是由“一根”电线插在插座上的，所以误以为一根导线接上电源，小灯泡就会亮起来。在这样的情况下，笔者接下来让学生严格按照所画的图进行试验，结果发现小灯泡并不能亮起来。这就触动了他们的思维，促使他们去探究小灯泡和电池的内部构造，逐渐理解电池两端的导线只有连接到小灯泡的底部和侧面，小灯泡才能亮起来，认识到“只有形成电流回路小灯泡才能亮起来”的科学道理。
这种让学生带着疑问和悬念进行实验探究的教学，其探究目的性较强，探究活动是在纠错和解疑中开展的，避免了盲目性操作，节省了时间，同时也调动了学生在动手之前先动脑的积极性。通过 “搭桥”活动，学生容易理解电池、导线和灯泡只有形成一个电流回路才能亮起来的概念。这样，简单电路的概念最终在孩子的大脑中构建，教学的重难点得以突破。
二、利用有结构的材料帮助学生理解科学概念
布鲁纳认为：新知识是以已有知识和经验为基础，在不断完善中形成的，获得新知识的过程是一种主动、积极的认知过程。学生的前概念往往存在以偏概全的现象，我们的教学设计要从学生的前概念出发，给学生提供有结构的材料，帮助学生层层递进地修正前概念，进而理解科学概念。
如《认识固体》一课，孩子的前概念认为固体是坚硬的、有固定形状的，对于一些特殊的物体则产生疑惑，如线、丝绸等软的物品，以及烟、尘、沙等微细的颗粒。教学中，笔者以生、熟鸡蛋的对比导入，借助已学过的液体会流动、没有固定形状的特征，引导学生类比得出固体的特征；再借助木块、石块、铁块、骨头、玻璃、塑料等典型的固体，帮助孩子初步形成固体是有固定的形状和一定的体积的；在此基础上再出示一些较软的物体如弹簧、海绵、橡皮泥、细线、丝绸、纸张，这时学生将对固体的前概念“大而坚硬”做出修正，不断把小的、软的有固定形状的物体也归结为固体，学生对固体的认识就更进一步。但此时还有学生认为沙子会“流动”，怀疑沙子不是固体，笔者用一盆小石子往下倒，学生发现小石子也会往下“流动”，但是没有人认为小石子是液体，这时笔者借助幻灯片让学生看到放大几十倍的沙粒就是一个个的小石子，他们不再认为能“流动”的沙子是液体了。最后笔者向同学们提出更有挑战性的问题――和好的面属于哪种类型？学生又陷入争议之中，通过动手和面，孩子们不断搅拌，直到搅不动，终于理解和水的面既不是固体也不是液体，是固体和液体的混合，进一步地对固体的认识提升到新的水平。
三、引发认知冲突帮助学生顿悟科学概念
皮亚杰的认知发展理论认为：概念转变是一个认知冲突形成与解决的过程。学生的前概念多源于自己的生活经验，并且有时侯这些前概念在儿童的头脑中很顽固，不易被改变。要使学生放弃前概念，教师应呈现给学生新的事实，诱发认知冲突，使学生对原有概念产生不满，才容易引导他们进一步形成新的概念。
笔者发现《认识常见的岩石》一课因远离城里孩子的生活实际，学生兴趣不高。在导入时，笔者演示浮岩块（一种火山岩）漂浮于水面上时，许多学生不相信，因为他们大脑中已经形成了各种岩石块沉于水中的前概念，他们以为是老师在玩魔术。在确认是真的岩石之后，孩子探究岩石兴致高昂，这个时候再让他们分辨混有砖块、水泥块（海边被海水冲刷过）的岩石，学生又对砖块和水泥块形成争议，教学就在学生产生认知冲突的活动中展开，岩石的概念便得以在争议中不断修正。
又如《观察蚂蚁》一课，笔者先让同学画印象中的蚂蚁（如图示）。孩子们画出来的蚂蚁身体五花八门，有的把胸部和腹部合在一起，有的是足的数量画错，有的是足的分布画错，有的是身体比例画得严重失调，甚至有同学画的是卡通的蚂蚁形象等等。经过展示，孩子们发现自己并不了解蚂蚁的身体结构，于是产生观察蚂蚁的冲动。接着他们带着纠错的目的，围绕观察蚂蚁的身体结构这一主线，经过一番详细的对照观察及记录，多数孩子能客观画出观察到的蚂蚁，也发现了很多不曾留意的信息，观察的实效性大大提升。这样蚂蚁的构造就在他们的认知冲突和观察修正活动中重新得以构建。
四、利用熟悉的情景迁移前概念
前概念多数是学生在生活的具体情境中建立起来的，教师要深挖教材，创设贴近学生情感的生活情景，有意识地引导学生分析思考，帮助他们构建新的科学概念。
如《一切都在运动中》一课，为了让学生理解运动的本质，教师常常塞给学生“参照物”的概念，可是四年级学生很难理解把运动的汽车作为“静止不动”的参照物。为此笔者借助课件创设情景：一辆载着树苗行驶在路上的汽车，请同学来分析车上的树是静止的还是运动的。学生的争议来了：树苗相对于两侧的树来说，它是运动的，而相对于运动的汽车是静止的，判断物体是运动还是静止，要选择参照物这是学生自己发现的，选择不同参照物有不同的判断结果，参照物的概念迎刃而解。教师再引导学生思考：参照物一定要选择静止不动的物体吗？经过交流碰撞，学生就容易理解参照物也可以选择运动的物体，这时的参照物是运动的，但是被假定为静止不动的，他们的理解就更深一步。通过创设合理的情景，在师生的有效交流和碰撞中，参照物的概念得以有效建构，教学难点得以有效突破。
五、引导学生在归纳总结中明晰科学概念
维果斯基认为：知识具有社会性，即通过社会群体互动和协商可以加速知识的意义建构。小学生的年龄和认知特点决定了概念的抽象、概括、形成难以一次完成，需要在教师的指导下周密讨论，深入交流，让孩子理清实验的步骤，关注材料的功能，明确实验的目的。经过多层次的比较、分析、综合与归纳，才能帮助孩子形成科学概念。
如《声音的产生》一课旨在让学生认识到“声音是由于物体的振动产生的”。教师先给学生提供塑料袋，让学生制造“声音”，再让孩子来描述声音是怎样产生的。学生汇报时常会将观察到的现象当成原理来阐述，认为声音是拍打、摩擦、敲击等原因产生的。例如：用拍打的方式让物体发出了声音，用摩擦的方式发出声音，这只是他们观察到的现象。这时，教师要协助学生梳理，引导学生提出质疑，先发现物体发出声音的方式不是唯一的，再引导学生分析几种现象的共同本质，进一步归纳出这些不同的发声现象和发声方式的共同特征――振动，学生才能明晰声音产生的本质。
帮助学生构建科学概念一直是科学教学的重中之重。影响学生概念形成的前概念是因人而异的，不同文化背景和生活经验下的学生前概念可能不同。因此，在教学中，教师要加强研究，善于判断学生的实际状况，基于学生的前概念及思维水平，设定合理、灵活的学习目标，并以此展开有意义的学习活动，这样才能有助于促进学生的前概念向科学概念的转化。