基于学生前概念的概念丰富教学
基于学生前概念的概念丰富教学 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？ 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江苏省常州市武进 区星河小学