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基于学生前概念的“概念丰富”教学
作者：王继伟
来源：《湖北教育·科学课》2017年第03期
科学概念是科学知识的基本元素，是科学知识结构的基础，形成科学概念是深刻认识自然现象本质特征的标志，所以，科学概念的教学是科学课教学的关键。前苏联教育学家维果斯基指出，科学概念的直接教授是不可能的，而且也是没有效果的。建构主义学习理论认为，知识的发展是我们过去的经验（前概念）与现有概念间发生冲突和矛盾所造成的结果，由于有矛盾和冲突的缘故，我们的认知结构便不断地同化、顺应、统整和改变，以融合新的概念和扩展旧的知识结构，形成一个更大的概念。因此，所谓的概念学习，其本质是一种概念转变的过程。 关于概念转变，泰森等学者在考察同时代人研究成果的基础上，提出了按概念转变水平不同，将概念转变分为两种：丰富和重建。“丰富”是指在现存的概念结构中概念的增加和删除，“重建”意味着创造新结构，这种新结构的建构或者为了解释旧的信息，或者为了说明新信息。针对不同的教学内容、不同的学情，教师需要选择不同的概念转变方式。本文以引导学生认识光的传播路径为例，浅析学生前概念对科学教学的意义，以及如何实践“概念丰富”式的科学教学。
一、寻找教学的起点与方向
光是一种从光源发出的物质实体，它在均匀的空间中沿直线传播，在传播途中碰到物体时会发生作用，产生各种可观察到的效应。对小学五年级学生来说，他们对光的传播已经有怎样的认识呢？
1.通过前概念探查发现教学的起点
以往的教学，我们习惯把教学重点放在光的直线传播上，即通过三个实验分别引导学生认识光在空气、水、透明的固体中都是沿直线传播的。这样安排是基于这样一种认识：光的直线传播对学生来说是一种新知识，学生需要通过学习来获得。这种教学的本质是把学生当作白纸一张！但事实是，学生对光的直线传播并非一无所知，恰恰相反，通过对学生关于“光”的前概念的探查，我们发现：在上课之前，绝大多数学生已有了“光是直线行进”的认识。可见，我们原来所设定的教学重点对学生的认知发展并没有多大的意义，因为，这一教学重点恰恰是许多学生学习的事实起点。
2.通过前概念探查调整教学的重点
我们又该如何确定本课教学的重点呢？通过对学生关于“光”的前概念的探查，我们发现：学生只知道光是直线传播的，但并不知道光的直线传播需要的条件，即光在均匀的空间才会沿
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直线传播。在让他们猜想光的行进路线图时，无论光要穿过几种透明物质，许多学生都是用一条直线表示光的行进（如图1）。因此，我们认为，可以把光直线传播的条件作为本课教学的重点，即通过教学，引导学生认识“在同一种透明物质中，光是直线传播的”。这种选择，尊重了学生已有的观念，是以学定教。 二、设计教学的路径与方法
学生“光直线传播”前概念并非完全错误，只是他们的认识还存在着一定的局限性。因此，本课教学中，学生需要的是概念“丰富”，而非概念“重建”。教师面对的挑战是：如何设计问题、实验以及示范，引导学生重新思考他们的想法。为使教学能针对学生的学习需求，以及他们特有的前概念，我们按“概念引入→概念唤醒→概念挑战→概念丰富→概念拓展”的流程设计了教学方案。
1.概念引入——学习“三棱镜”，使平淡的话题趣味化
三棱镜的特点是能把平淡无奇的一束白光变成迷人的七色光。我们认为，概念引入阶段的教学发挥三棱镜般的魔力，能把普通的研究主题变成生动有趣的教学情境，从而对学生产生巨大的吸引力。 教学活动1
教师播放动画《凿壁偷光》，引出问题：西汉时，有个叫匡衡的人酷爱学习，但因为家贫，他白天要干活，没有读书的时间，晚上又没有钱买灯油，看不了书，他该怎么办呢？因为大多学生都知道《凿壁偷光》的故事，所以马上给出答案——通过墙上的小孔，借邻居家的光。于是，本课的研究对象“光”自然出现在了学生眼前。借古老的成语故事引入，原本普通的话题变得有趣而生动，使科学课堂多了些人文气息。这样的导入，自然能吸引学生对研究对象的关注，也使他们对后续学习充满了期待。
2.概念唤醒——认识“平面镜”，真实展现学生前概念
平面镜的特点是能真实地反映它周围的世界。概念唤醒阶段的教学，可以运用平面镜的功能，通过有效的教学活动，展现学生对研究对象的真实观念。 教学活动2
首先通过画图初步展示学生前概念：邻居家的烛光照射到匡衡家，能让整个屋子都亮起来吗？请你把照过来的光线画一画。我们看到，学生总是将灯与小洞连起来，画出一条直线（如图2）。问为什么画直线，学生会举出大量生活中的例子：晚上手电筒的光柱是直的；车灯的
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光线是直的；舞台上是光是直的……这说明学生对光的传播路径已有“光是直线行进的”这一前概念。
接着通过实验进一步暴露学生前概念：咱们看到的这些光都是在空气中行进的，可是我们身边并不是只有空气，看看这些材料（水、透明皂、木块），光能在其中行进吗？学生猜测和动手实践的结果是：光在水中、透明皂中是直线行进的，在木块中光不能行进。通过实验，学生修改了原有观点，得出“光在透明物质中直线行进”的结论。 3.概念挑战——认识“哈哈镜”，以奇特现象引出问题
我们在哈哈镜中能看到自己失真变形的样子，它带给我们许多欢乐，更让我们对这种现象产生强烈的探究欲望。概念挑战阶段的教学，如果能运用哈哈镜的功能，呈现奇特的现象，能对学生原有概念形成一种挑战，激发他们强烈的探究欲望。 教学活动3
师：（出示实验装置演示，如图3），在这盒子中也有一个透明物体，奇怪，光在这儿怎么拐弯了？这个透明物体会是什么呢？ 生：水、玻璃、透明皂…… 师：怎么就不是空气呢？
生：光在空气中不会拐弯，不会是空气，所以应该是其他的透明物质。
这一环节的教学，教师通过一个暗盒，呈现与学生原有观念“光是直线传播的”相矛盾的现象，使他们的前概念受到了挑战，同时在解暗盒的讨论中，让学生隐隐意识到：光行进在两种以上透明物质中可能会发生弯折现象。
4.概念丰富——认识“显微镜”，在细致的观察中发现
通过显微镜能发现许多平常观察不到的现象。光的折射现象平时容易被忽略，需要学生细致的观察才能被发现。 教学活动4
师：同学们猜想光拐弯的原因是“光行进过程中遇到了两种透明物质”，是不是这样呢？让我们一起观察光遇到两种不同透明物质时的行进路线。可是观察遇到了困难，空气中的光线不容易观察，怎么判断它的走向呢？
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生：可以让激光笔贴着桌面照射，让光线在桌面上显形。 生：可以借助参照物，用直尺比划出空气中的光线。
生：找到空气中光的起点和终点，就能画出一条直线，这就是光在空气中的行进路线。 师：如果光出现弯折，可能会在什么位置？ 生：可能在两种物质的交界处。
因为有了明确的观察目的、有效的观察方法，加上细致与耐心，在后续的活动中，学生发现“光从一种透明物质进入另一种透明物质时，在交界处有时会发生行进方向的变化”。于是，学生的前概念得到了丰富，由“光在透明物质中沿直线行进”发展成“光在同一种透明物质中沿直线行进”。
5.概念拓展——认识“望远镜”，突破时空局限
望远镜的特点是看得远，作为科学教师，应有望远镜一样的眼光，努力把目光放远一些。 教学活动5
谈话：回到《凿壁偷光》的故事，邻居家的灯跟我们实验用的激光笔可不一样，它的光传向四面八方，而不仅仅只有一束光，匡衡借到的光是什么样子的？
学生分组做小孔成像实验，发现了纸屏上倒立的火焰（像），并做出解释：火焰顶端的光直线穿过小孔来到了下方，火焰底部的光直线穿过小孔来到了上方。
教师介绍墨子对小孔成像的研究。之后，教师通过视频播放两个有趣的现象：光在不均匀蔗糖溶液中“曲线”行进；光在有波浪的水流中行进。
本环节的两个教学活动，从不同方向突破了时空的局限：一是穿越时空，引导学生体验中国古代经典实验的魅力，渗透了科学史的教育；二是通过视频呈现两个奇特有趣的现象，再次对学生概念形成挑战，促使他们带着问题走出课堂，体现了“下课铃声不应是学生学习的句号，而应是省略号”的教学理念。
（本文系江苏省教科院“十二五”规划重点课题《基于科学前概念的教学设计与操作策略的研究》阶段性研究成果之一） 江苏省常州市武进区教育局教研室
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江苏省常州市武进区星河小学（213100）
