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
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