小学科学（心得）之前概念对小学科学教学的启示

小学科学（心得）之前概念对小学科学教学的启示

小学科学论文之前概念对小学科学教学的启示 ‎ 普通教育研究室  徐春建 【摘  要】 学生前概念的存在是不容回避的事实，教师应当把学生的前概念作为教学的始发点和生成点，并运用有效的教学策略和方法来暴露、修正、替代学生的前概念，引导学生将前概念转化为科学概念。【关键词】 小学科学   前概念   启示 大量的科学研究表明，学生在学习科学课之前，头脑里并非一片空白，他们在日常生活里早已积累了对客观世界中各种事物和现象的看法，并逐渐形成自己了独特的思维方式。这种学生在学前由长期的日常经验形成的对事物、现象的看法和思维方式，有别于其日后将接受的正规科学教育中的科学概念，一般称之为前科学概念，简称前概念。    按照认知心理学的观点，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的活动，在活动中构建了特定的认知模式，前概念就是认知模式的具体反映。但学生的认知模式往往是非本质的，因此，他们的前概念大多是肤浅的、与科学概念相悖的，对形成科学概念构成了障碍。当然，学生的认知模式未必都是错误的，也有不少的前概念对教学是有益的，有些甚至是完全正确的。所以，我们可以这样说，前概念是建立科学概念的基础，当前概念与科学概念基本一致时，学生就容易理解，教师的教学相对顺利；反之，学生不容易理解，教师的教学会充满险阻。由此可见，研究学生的前概念问题对于小学科学教学是有着现实意义的。‎ ‎    一、从教学的角度来看，学生的前概念一般有以下特点：    1、直观性。由于前概念是学生在日常生活中凭借感官对事物和现象的直观解释，这些解释往往停留在感性认识的水平上，缺乏严格的推理和实验验证，所以小学生的前概念大多停留在感觉、知觉等表象阶段，即具有鲜明的直观性。例如很多学生在用手摸过冬天时的木材和铁材后，都形成了一个共识“铁比木头冷”。事实上，这种感觉是由于铁的导热性比木材好，手中的热量被铁迅速地传导走了。但学生在没有学习热传导科学概念之前，“铁比木头冷”这个直观体验将会以前概念的形式牢牢地扎根于学生的头脑中。    2、不连贯性。教师经常会发现，对于同一类现象（至少在教师看来是完全等同的情况），同一个学生会使用不同的论据作出不同甚至相反的解释，还会在两种或几种解释之间换来换去。例如，学生在气温低的时候用手摸木材和铁材，认为“铁比木头冷”；但当他在摸经过阳光暴晒的木材和铁材时，又会认为“铁比木头热”。为什么学生会对同一事物出现自相矛盾的解释呢？这是因为学生没有单一的、通用的认知模型（科学概念）来解释教师认为是等价的现象，这就表现为学生自身前概念的不连贯性，也被称为前概念的“不守恒性”。   ‎ ‎ 3、个体差异性。在日常教学中，教师经常发现对于同一个实验，不同的学生往往会有不同的解释。这实际上是每个学生在运用自己的前概念系统来观察解释实验现象，也表明了学生的前概念系统是各不相同甚至是千差万别的。其原因也很好理解，毕竟每个学生的成长过程和个体素质都是各不相同的，他们对日常事物、现象的体验和看法当然也就千差万别。其实，这种前概念的差异性不仅表现在小学生身上，成人也同样存在，“一千个读者心中有着一千个哈姆雷特”就体现了认知的个体差异性。正是前概念的个体差异性，既体现了概念教学的艰巨，也指出了概念教学的捷径：当教师知道自己面对且需转化的前概念数量繁多、差异明显时，心中会顿生艰巨之感；同时，前概念的个体差异性不也是概念教学的生成性资源吗？    4、稳定性。由于前概念是学生大脑中早已形成的思维模式,且在长期的生活经验累积中又加以强化，加之儿童的思维又具有自我中心性，因此学生头脑中的前概念是极其稳定甚至是顽固的。教师经常会发现，不管自己如何竭尽全力提供诸多的事实证据来挑战学生的观点，学生并没有真正改变自己的想法。即使学生在口头和书面上同意了教师的科学概念，但当其置身于真实情境中，那些错误的前概念又会顽固而稳定地“冒”出来。例如学生在了解“水蒸气是无色无味透明的气体”这一科学概念后，能正确背诵，也能正确书面填空，但仍有很大比例的学生固执地认为“烧开水时冒出的白气就是水蒸气”。前概念具有稳定性的这一特征，决定了教师和学生在科学概念教学的道路上必然要经历曲折与艰辛，单一的实验或者研讨根本无法转化学生的前概念，其转化之路必须要建立在众多的、且有逻辑结构的探究活动之上。    ‎ ‎5、隐蔽性。受自身年龄特点和思维能力的限制，学生头脑中的前概念通常处于一种模糊状态，甚至只是头脑深处的一种朦胧意识，往往难于用自己的语言表达清楚。虽然如此，但前概念作为学生对客观事物和现象的自我认知却是实质存在的，只是需要一定的情境才能很好地回忆与表达。所以，教师在实际教学中只是以问答形式引导学生表述对某种现象的解释，很多学生往往无从回答；而当教师引导学生进入一定的问题情境（图片、视频、实验等），学生就会有话可说。语言是思维的外壳，学生在某个具体的问题情境中有话可说，就意味着头脑中的前概念由隐蔽转向了开放，师生双方才能找到教学的起点。前概念的隐蔽性提高了科学概念教学的难度，教师一定要利用多种教学方法来暴露学生的前概念。    二、前概念对小学科学教学的几点启示：    1、科学教学要从学生的前概念出发，才能找准教学的始发点。新课程的核心理念就是“以生为本”，我们的一切教学活动都应该紧紧围绕着学生的发展而设计。换而言之，只有使学生真正得到发展的教学，才是有效且有价值的教学。如果明确这一点的话，教学的始发点应该是学生已有的学习基础。就科学教学来说，科学概念是学生的学习重点。那么，明确学生的前科学概念就意味着找准了科学教学的始发点。笔者曾于2003年参加省优质课赛课并获一等奖，执教的是三年级《比较水的多少》一课。在课前的多次试教中，笔者发现随着“探寻比较三只瓶内水多水少的方法”这一环节教学时间的不断延长，学生找到的比较方法也越来越多。而这些源于学生前概念的比较方法的增多，能更好地指向“用同一标准才能比较水量”‎ 这一科学概念的学习。反思这堂课的成功，就在于笔者通过探究活动明确了学生的前概念，找准了教学的始发点，后续的教学才能真正地促进学生建构科学概念。小学自然教学的前辈刘默耕先生曾有教学中存在着“此岸”与“彼岸”一说：“彼岸”是课堂教学的教学目标，而“此岸”则是学生的学习基础。在科学教学中，教师要引领学生到达科学概念的“彼岸”，必然要从科学概念的“此岸”出发。而这个“此岸”，就是学生的前概念。如果我们的教学忽视了学生的前概念，就失去了教学的始发点。人们常说“良好的开始是成功的一半”，如果没有良好的开端，一切教学都不会成功。2、教师要运用合理的教学方法把学生的前概念充分地暴露出来。由于前概念具有很强的隐蔽性，教师只采用简单问答的形式往往无法将学生的前概念充分地暴露出来。教师应该先创设一个宽松的学习氛围，让学生敢于、勇于发表自己的见解，不能让学生因担心回答正确与否而闭口不言；其次，教师一定要设置一定的教学情境，运用生动活泼、形式多样的教学方法，围绕着核心问题，鼓励并激发学生对新问题进行猜想和解释，有时还要引导学生互相之间进行质疑和辩论，以求充分暴露学生的前概念。暴露前概念的具体教学方法有设问法、谈话法、实验操作法、模拟演示法、画图法、问卷法等。设问法、谈话法较为常用，并且经常与其它的方法结合起来使用。需要注意的是，设问法、谈话法的重点并不在于学生回答的正确与否，而是为了暴露学生对某个问题的看法和观点。所以，在应用设问法、谈话法时，让学生多说、‎ 多议是非常必要的，教师不要干扰学生的正常表述。实验操作法、模拟演示法具有直观形象、信息丰富的特点，其情境性尤为突出，非常适宜在科学课堂中使用，暴露前概念的效果比较好。要指出的是，由于实验和模拟活动中包含的信息量较大，学生往往不能抓住观察的重点，从而影响相关前概念的暴露程度。所以，教师在运用实验操作法、模拟演示法之前一定要引导学生明确观察的重点，以便学生能围绕着核心问题充分地暴露相关前概念。画图法、问卷法是暴露前概念的书面形式，可以在课堂中进行，也可以在上课前进行。相对而言，画图法比问卷法更适宜在小学科学教学中应用。因为学生受其年龄特点的限制，语言表达能力较弱，其书面表达力更差，所以问卷法暴露前概念的效果往往一般。而图画法具有直观形象的特点，学生便于理解和表达，特别适宜中段学生的表述。例如右图是2011年杭州某区教研活动中，教师让三年级学生在学习《蚂蚁》一课前画的蚂蚁形态图。图中的蚂蚁不具备头、胸、腹等昆虫的特征，实际上就是人的躯体加上一对触角而已。虽然蚂蚁是学生的常见生物，但从这张图上可以暴露出学生对蚂蚁形态前概念的真实状况，指明了“引导学生对蚂蚁形态进行精细化观察”是本课学习的重点。   ‎ ‎ 3、教师要采取合理的教学策略来转化学生的前概念。要转化学生的前概念是比较困难的，这需要相应的教学策略来支撑。前概念转化的教学策略有三种类型，日常的小学科学教学中都能有效运用。第一类是建立在认知冲突和解决冲突基础上的教学策略，其立论基础是：学生拥有的前概念与科学概念是相互冲突的。为了转化前概念为科学概念，教师必须使学生的认知发生冲突、动摇其前概念，从而建立起新的科学概念。此类前概念转化策略的实质就是新旧经验的顺应。诸如纳斯伯姆和诺威克提出的教学策略——“矛盾事件”，就是先让学生尝试解释一事物，引起概念冲突，发现矛盾；然后鼓励和引导学生认知调整，建立与科学概念相一致的新概念模型。例如在杭州邵锋星老师执教的三下《水和水蒸气》（2009年省优质课一等奖）一课中，教师让学生观察并思考“水烧开时冒出的白气是什么？”，使学生的前概念“白气是水蒸气”与科学概念“水蒸气是无色无味透明的气体”互相冲突，通过“矛盾事件”这一教学策略引导学生建构起正确的科学概念。第二类是以学生的前概念为基础，利用类比的方法将其扩展到新的领域，其立论基础是：学生的前概念与科学概念并不相悖，只是不完整、与科学概念相割裂而已，需要将外在信息纳入前概念，使其内涵丰富和加强，即可转变为科学概念。此类前概念转化策略的实质就是新旧经验的同化。例如在执教《马铃薯在水中是沉还是浮》一课中，那些对死海具有强大浮力有所了解的学生，在头脑中通过类比，就能很好地理解“使马铃薯上浮的方法就是往清水中加入大量的盐”‎ ‎。事实上，这类教学策略和上一类策略就是皮亚杰认知理论中概念建构的同化和顺应过程。第三类是关于学生元认知方面的前概念转化策略，即自我监督和控制学习的策略。这类元认知策略关注的是学生学习科学概念的过程和方法，致力于教会学生如何从前概念出发，去学习正确的科学概念。例如许多科学课中都要求学生制定实验计划、反思实验过程，就是在发展学生科学实验的元认知；而以单元为框架，让学生填写概念脉络图表（维恩图、气泡图等），则是从概念逻辑结构的层面发展了学生的元认知。4、教师在前概念转化过程中一定要组织起有效的研讨。在日常教学中，有不少教师很关注实验操作的设计与实施，学生的动手欲望得到了充分满足，课堂气氛通常很活跃，但一到研讨环节，师生双方都是草草了事，直接推出概念。这种只关注实验操作的教学不是真正的科学探究，这样的“探究”‎ 只是停留在嬉玩层次，常常是热闹有余，思维不足，特别是在科学概念建构上将始终处于浅表层面。真正的科学探究一定要强化研讨环节，做到动手与动脑相结合。所以，教师在科学教学中一定要组织起有效的研讨，促进学生从前概念到科学概念的顺利转化。有效研讨的实施策略为：首先，教师在教学中要创设一个宽松、民主、和谐的研讨氛围，让每一位学生都有机会且有勇气表述自己的前概念，教师评判学生表述的标准不是其知识点的正确与否，而是学生是否清晰、准确、完整地表述了自己的前概念；其次，师生一定要围绕着一个深度适当、难度适宜、指向多源的主题开展研讨，主题的难度和深度过大，研讨将无法落实，而指向单一、难度太小的主题，也将使研讨不能深入；第三，教师要掌握组织有效研讨的教学技巧。例如教师的追问要体现教学逻辑的递进和发展、可以适当延长提问之后的等待时间、帮助学生物化所获得的信息与资料、尽量引发生生之间的研讨、师生都要学会倾听等。 例如笔者于2011年12月至苏州执教展示的《食物在体内的旅行》一课，教师引导学生围绕“食物在体内的消化过程是怎样的？”这一研讨主题，让学生在人体模型板上标出食物消化的顺序（如右图）。‎ ‎ 这个研讨主题指向多源、难度适宜，且有很强的操作性，促使学生在小组合作学习中经历了8分钟以上的研讨和操作，充分暴露了学生对于食物消化顺序的不同见解（前概念）。而模型板的使用，将学生研讨活动中的信息物化了，呈现出班级内前概念的差异性。而这些不同前概念的差异，又成为了下一次有效研讨的探究主题。5、教师要充分认识到前概念转化是一个长期而艰难的教学过程，而完成这一过程必须强调单元的整体教学。前概念转化是一个长期而艰难的教学过程，这是由前概念的稳定性所决定的。如果从认知心理学的角度来分析，教师会发现学生的众多前概念并不是孤立存在的，而是互相作用、互相支撑，并已形成了特定的前概念系统（认知模式）。这些前概念系统是学生数年生活经历中逐渐形成的，具有较强的封闭性和自我调节性，很难被影响和修正。即使一个或几个前概念被转化了，但可能对于学生已有的前概念系统来说，并没有撼动其基石。要影响和修正学生错误的前概念系统，教师需要转化的前概念往往不是一个或几个，而是多个相互联系、相互支撑的前概念。正是基于以上认识，现行的科学教材特别强调单元整体教学。教材编写者希望通过整个单元的探究活动，引导学生逐步建构起多个相互联系、相互支撑的科学概念，并形成正确的科学概念系统，以修正或替代学生的前概念系统。例如温州的王小梅和施昌魏老师在《概念调查、转化和理解的课堂实践（七）——概念教学实践分析》一文中就指出，只否定学生的“装有冰块玻璃杯杯壁上的小水珠是从杯子里面渗出来的”这一错误前概念是不够的，必须要结合下一课《水和水蒸气》的概念教学，在理解“空气中存在着水蒸气”之后，学生才能建构“杯壁上的小水珠是空气中的水蒸气遇冷形成的”这一科学概念。又如在杭州市小学科学教研共同体的前概念主题教研活动中，教师们尝试了《沉和浮》单元的整体教学，8位教师连续对1个班级学生施教，也明确地感受到了单元整体教学对于转化学生前概念的显著效果。    三、结语：    学生前概念的存在是不容回避的事实，从认知发展的角度来看，前概念体现了人类认知发展的一般规律：从简略到复杂、从片面到全面、从谬误到正确。小学科学教学不能忽视学生已有的前概念，应当把学生的前概念作为教学的始发点、生长点，引导学生从前概念转化为科学概念。前概念的转化过程实质是学生头脑中引发的一场革命，必须修正和改变原有的认知模式，建立科学的认知模式，因此必然是一个充满艰辛的过程。所以，教师需要一系列有效的教学策略和方法来暴露、修正、替代学生的前概念，才能引导学生真正建构起科学概念。 2012年9月 ‎ 史柏良.小学科学教学中的前概念及教学对策[J].教学与管理.‎ ‎ 2009年8月15日罗莎琳德等著,刘小玲译.儿童的科学前概念[M].上海：上海科技教育出版社. 2008年12月.第3页李高峰,刘恩山.前科学概念的研究进展[J].内蒙古师范大学学报. 2007年7月第36卷第4期李高峰,刘恩山.前科学概念的研究进展[J].内蒙古师范大学学报. 2007年7月第36卷第4期王小梅,施昌魏.概念调查、转化和理解的课堂实践(七)—《水珠从哪里来》概念教学实践分析[J].科学课. 2011年第9期 ‎