科学教学中概念建构的方法及策略
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作者: 沈涵予
科学概念是对客体本质属性的抽象与概括,它既是科学知识结构的基础,也是进一步探究科学规律、建构科学理论的基石,在学科知识体系中占据了极为重要的地位。科学概念的建构是学生学习、理解、掌握科学知识和规律的关键。著名物理学家李政道在回答怎样才能学好物理时就曾强调:学习物理的首要问题是要弄清物理学中的基本概念。科学概念的教学是科学规律及理论教学的基础,也是进行科学探究的前提。概念的教学直接关系到学生对知识的认知程度,进而影响到学生整体知识网络的构建和拓展。在科学教学中,如何进行概念的教学,如何帮助学生科学有效地建构概念,是每位科学教师值得深思的问题。
传统概念的教学中忽视了学生的认知心理特点,只重结论不重过程,只重定义不重现象。学生对概念的学习不能落到实处,似是而非,影响了对科学规律的学习。同时,这样的教学枯燥乏味,很难激起学生的学习兴趣和信心。
一、情境引入,创设思维冲突,获取概念形成的感性认识
1.情景的创设
在概念教学中,引入概念可以采用设问引入、故事引入、现象引入、实验引入等方法,通过这些方法设置一定的情境。让学生体验情境,获得感性材料,这是建构科学概念的第一步。教师引导学生把概念放到相应的情境中去理解,从而使学生头脑中的概念不再是孤立的,而是与相应情境相联系的。
2.“前概念”的迁移
奥苏贝尔的同化理论认为,学生能否建立新的概念,很大程度上取决于他们的认知结构中的“前概念”,学习通过它们的相互作用,从而导致新旧概念的同化。把学生已有的概念作为“抛锚点”,使新知识成为认知结构中高度稳定的比较精确的观点。因此,教师在引导学生建立概念之前,应善于提供丰富的感性材料,创设一个感知活动的场景,把新概念与学生已有的知识有机结合起来。
引入概念的过程中,创设的情境要有针对性,要与即将建立的科学概念有密切的联系;呈现事物应是学生常见的,且要特征突出,现象明显,呈现有序,从而逐步引入概念。
二、实验探究,体验动态生成,归纳概念定义的本质属性
建构主义学习理论认为学习应是认知主题的内部心理过程,学生是信息加工的主体。初中科学新课标提出了“过程与方法”这一教学目标维度,要求学生学习从“重知识”向“重过程”转变。
当感性材料积累到相当的程度时,就要及时引导学生实现从感性认识到理性认识的飞跃。中学生思维发展的特点决定了他们往往不能自觉地归纳和抽象,而习惯于单一现象和结果间的因果式思维。因此,教师要有目的地将概念建立的过程暴露给学生,让学生充当概念建立的主角,这样能使学生积极主动,提高逻辑思维能力和概括能力,达到事半功倍的效果。科学概念是对客体本质属性的抽象与概括,本身就是在科学探究活动中生成和发展的,与科学探究有着“天生而必然”的联系。
1.联系生活,感受现象,了解物质的本质属性
教师出示三组物品:水和酒精;木块和铁块;冰块和豆腐,提问:你是通过什么方法将它们区别出来的?通过讨论得出:气味、导电性、颜色、硬度等都是物质的一种本质属性,不同物质的本质属性一般不同,我们可以通过比较本质属性的不同来区别物质。
2.启发铺垫,启动思维,由“预设性”向“生成性”转变
教师又出示涂成相同颜色、体积相同的铜、铝圆柱体,设疑:你能用刚才的方法区分出哪个是铜、哪个是铝吗?学生根据已有的生活经验通过讨论得出用天平称质量的方法可做出判断。教师随即又出示颜色相同但体积、形状各不同的四个物体,要求区分它们。当有的同学又准备根据天平称质量的方法得出结论时,马上就有其他学生提出了质疑,并予以否定。教师适时启发,前面我们可用天平称量的方法得到结论的前提是什么?那现在体积不相同的情况下,我们可以怎么控制变量呢?此时教师可做进一步的引导:我们在比较运动快慢时,就通常用路程和时间的比值来比较……通过教师一步步的启发,逐步启动学生的思维,并且利用了学生已有的前概念(速度、质量等)知识结构作为新知识的“生长点”,将所要学习的知识“生长”到学生已有的认识上,不仅实现了显性知识的迁移,也生成了隐性的知识――思维。
3.自主探究,获取规律,概括本质属性、定义概念
在上述分析讨论中引入用比值法来区别出物质的方法后,在通过实验进一步探究质量与体积之比是物质的一种本质属性,体会密度概念的本质。先引导学生设计实验:如何测出四个不同物体的质量和体积?怎样设计实验记录表格?学生很快就动手完成实验并得到了规律:同种物质的质量与体积的比值是一个常数,这个常数体现了物质的本质属性――密度。顺水推舟地就得出了密度的概念――单位体积的某种物质的质量叫密度。
在本案例中,将密度概念的建构与规律融为一体。所创设的探究情境更加贴近真实的科学探究活动,“仿真度”更高,这是因为在现实的科学探究中,概念的确立和规律的发现往往是交集在一起,相互制约、相互促进的。这样的探究活动更有利于学生综合能力的提高。
三、运用概念,建构体系,拓展概念的内涵与外延
概念的运用最常见的方法就是通过解答习题考查学生对概念的理解情况。此外,还可以运用概念解释现象,如利用惯性解释踩到香蕉皮滑倒和被石头绊倒有何不同。在科学中,有些概念的定义方法、表达形式等都非常相似,教师应引导学生加强概念的辨析比较、求同质异,如作用力、反作用力与平衡力的差异性和同一性的比较;种群、群落、生态系统三者间的联系和区别。
科学家和教育家雷树人先生曾指出:“要重视培养学生把所学的知识运用到不熟悉的地方去的能力。”若选择一些概念性强、灵活性大的典型问题对学生进行思维训练,不仅能使学生真正地领会概念,而且还可以使学生开阔眼界,活跃思想,培养学生思维的敏捷性。
学生对概念的认识总是从简单到复杂,从特殊到一般,由浅入深,由表及里地进行,是螺旋式地上升的。譬如七年级下册中先讲力是物体对物体的作用,再在牛顿第一定律中将力和物体的运动状态联系起来,指出力是改变物体运动状态的原因,再讲力的几种类型,如重力、摩擦力等。可见,力的概念在不断地完善。在教学过程中,注意各个阶段的联系,通过对概念的运用、反馈,纠正错误的认识,逐步深化概念,完善概念,可培养学生思维的广阔性。
综上所述,在新课程理念下,科学教学中概念的建构要抓住学生的认知心理特点,注重概念形成的过程,抓好引入、定义、应用三个重要环节,明白概念建构的目的和背景,知道概念的本质。在建构科学概念的同时,形成初步的科学能力,培养良好的思维品质和正确的科学观,并真正地学会学习。
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