促进小学生科学概念转变的策略探索

促进小学生科学概念转变的策略探索

                                                       新昌实验小学  孙常龙 黄国忠 俞玉燕 石海珍

一、研究问题的提出

1、教师对前概念缺乏认识。

概念的正确与否，这对于科学教师来说是一清而楚的。然而他们对学生中存在的前概念以及在学习过程中形成的相异概念却模糊不清，甚至是不知道有这么回事。现在科学教学较多地进行传统的学习模式，教学是以知识为中心，强调死记硬背。学生不厌其烦地重复大运动量的应试操练，无从说起学习者的主动性、能动性和创造性。学生的学习环境封闭、落后、严重脱离社会生活实际，学生并不能真正掌握科学概念，面对现实中的实际问题时，仍然对其前概念和异类概念“执迷不误”。事实上，科学概念是经过漫长的探索才发展成熟的，我们不可能期望学生通过一、两堂课的听讲就彻底理解、明白也不可能通过记忆程序，如“科学方法的步骤”等等来掌握科学概念，领悟科学精神。

2、学生存在的问题。

当前小学生在概念学习中存在概念不清、概念模糊等现象，这些问题主要来自于对科学概念内涵的掌握不妥。在我们的实际教学往往会发现这样一些问题。一是学生掌握概念内涵不全。小学生在实际运用概念中，往往顾此失彼。如溶解在小学科学概念描述中有三个因素：①物质颗粒变成肉眼看不见的微粒；②微粒均匀分布在水中；③如果水分不减少，颗粒不会自行沉淀下来。那么我们在实际运用中就要根据这三个因素去理解判断。而学生在实际学习却是容易掌握前两个内涵因素，而忽视后一个内涵因素。正因为这样，所以，学生对面粉在水中是否溶解会作出一个错误的判断。这个问题的产生在于学生没有全面运用概念的内涵，而因为缺乏其中一个因素产生了错误的判断。概念包含了诸个因素的内涵，只有正确理解概念中的内涵，才能掌握概念。二是转换概念内涵。学生在概念形成中有一个突出的错误现象是概念中的内涵转换。例如鸟类在小学科学中的描述是身体上长有羽的动物是鸟类。而学生的鸟类概念却是在空中会飞的动物是鸟类，如此，就把蝙蝠当鸟类，而鸡鸭就不是鸟类了。内涵转换的结果是混淆了概念。三是学生缺乏事实的积累。我们往往认为，只要记住了概念，科学概念的学习就万事大吉。

概念教学中存在诸如此类的问题比较突出，它们妨碍着学生科学素养的形成，妨碍着学生的发展。

二、科学概念转变的界定

由于概念转变本身的复杂性，概念的转变可以发生在许多水平上，因而对概念转变的界定比较困难。从已有研究看，研究者对概念转变的分析主要表现为两类：一种是指不稳定的知识重构、同化或者概念获得；一种则是指激进的知识重构、顺应或者是概念的替换。也有研究者认为知识的增长并不意味着概念的转变，而有些研究者则认为知识的增长是概念转变的另一种水平。对概念转变的内涵的不同理解，导致人们常常认为概念的转变就是科学概念对教学前概念的简单换。根据近年来对概念转变诸多问题的关注，本课题将科学概念转变理解为：为了理解新概念，小学生的教学前概念结构发生根本性的重构过程。也就是科学概念的获得过程。小学生科学概念的转变意味着学生要经历从教学前概念向科学概念的一个连续的学习过程。衡量学生概念转变的标准应该是学生科学概念的获得以及学生对科学概念的理解。对科学概念转变的认识不仅是探讨学生概念转变问题的起点，对这个问题的认识也是进一步探讨概念转变过程以及促进概念转变方法等的基础。

三、文献综述

1、科学概念研究的状况

纵观国际科学教育发展的历史,近三十年来,对学生的科学概念以及学生在科学学习中所扮演角色的研究是科学教育的心理学研究中最重要的领域之一[1]。科学概念的学习能够使学生更加深刻地认识事物和现象,促进科学知识的系统化和结构化;有助于发展学生的逻辑推理能力,实现提升学生科学素养的科学教育目标。但是,从当前的情况来看,促进科学概念教学的实践效果并不理想,即使是在科学教育发展较早的美国,大量的研究结果也表明学生对科学概念的掌握并不理想:在过去两个世纪,一个最令人不安的事实是,我们的学生不能牢固掌握科学中的关键性概念,即使经过详细的传授,学生也只是一知半解 。而在我国,由于教学中往往强调对科学概念的机械记忆,学生对科学概念不能真正认识和理解,因此,“科学概念教学不能让学生实现科学概念的建构”,且“科学概念教学的效果并不理想” 。

2、科学新课程指导思想的转变

现行的课标和教材均为实验版。通过前一轮的实验，已积累了一定的经验和教训，于2007年对教材进行修订，实施新教版科学教材。教材修订突出科学课程本身的特点。例如通过观察、实验等获得科学知识，体现科学的实证意识、逻辑思维和质疑精神。凸现科学教学的任务——理解重要的科学概念，而不仅仅是事实。体现科学概念和科学探究发展的双螺旋结构协调发展，建立两者之间的联系。因而在教学指导思想上作了调整，原教材是在“过程与结果”的关系处理上，可能太过于偏重“过程”。因此，许多教师在组织学生开展探究活动的过程中，重形式，走过场，有的为了活动而活动，导致学生对重要科学概念的理解不到位，从而影响了学生科学素养的发展。因而，修订版教材注重科学概念和科学探究协调发展，强调对重要科学概念的理解。

3、前科学概念与科学概念

儿童的前概念是指学习者在接受正式的科学教育之前，在现实生活中通过长期的经验积累与辨别式学习而获得的一些感性印象、积累的一些缺乏概括性和科学性的经验，是一些与科学知识相悖或不尽一致的观念和规则[[1]]。

概念是组织起来的经验，是基于事实、事件、特性、感知信息进行分类、推理和抽象出来的知识，它使我们能有效地认知、交流、发展我们对世界的认识。

 科学概念是指组织起来构成的、系统的科学知识。它来自科学家共同体对世界的认识，同时也帮助科学家组织对世界的观察和发现，它包含的内容是开放的、动态变化的。[[2]]

5、指导课题研究的理论基础

A、建构主义学习理论

当代建构主义者主张，世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予意义却是由每个人自己决定的。我们是以自己的经验为基础来建构现实，或者至少说是在解释现实，每个人的经验世界是用我们自己的头脑创建的，由于我们的经验以及对经验的信念不同，于是我们对外部世界的理解便也迥异。所以，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的。

　　学习过程同时包含两方面的建构：一方面是对新信息的意义的建构，同时又包含对原有经验的改造和重组。这与皮亚杰关于通过同化与顺应而实现的双向建构的过程是一致的。只是建构主义者更重视后一种建构，强调学习者在学习过程种并不是发展起供日后提取出来以指导活动的图式或命题网络，相反，他们形成的对概念的理解是丰富的、有着经验背景的，从而在面临新的情境时，能够灵活地建构起用于指导活动的图式。 [[3] ]

A、复合空间理论

复合空间理论是认知语言学中的一个重要理论，它是在心理空间(mental space)理论基础之上发展而来的。所谓心理空间就是语言使用者建立语言理解的心理表征结构。通过这种心理结构的激活，人们能够构建对某些语言成分的理解。复合空间理论主要涉及4个心理空间：类属空间 、输入空间Ｉ 、输入空间Ⅱ 和复合空间。不同的心理空间可以衍生出不同的子空间，并且还可以建立起一系列的概念，如时间、信念、愿望、可能性、位置、现实等。Fauconnier(1997)认为，复合空间是在两个输入心理空间的基础之上建构产生的第三个空间。它从两个输入空间中提取部分结构，并形成层创结构 。当输入空间1与2部分地投射到复合空间后，通过“组合”“完善”和“扩展”三个彼此关联的心理认知过程的相互作用，层创结构就产生了。层创结构的产生过程就是意义的建构与产生过程。正因为如此，整个空间复合模式是一个动态的模式。换言之，复合空间并不是两个输入空间之内容的简单相加，而是通过推断等认知活动产生一个新的概念化结构的过程。  [[4]]

四、研究过程

（一）课题研究的内容与预期目标：

1、课题研究的内容

⑴正确利用小学生的前概念来建立新的科学概念。我们研究学生的前概念对科学概念形成的作用和影响。在认知冲突中，我们采取有效的策略实现前概念的迁移，构建科学概念。

 ⑵改变传统的死记硬背的学习模式，开展探究活动，采取有效的措施让学生积累事实经验，实现事实性目标，为学生的概念转变奠定基础。

⑶有效地把科学概念与实际生活联系起来。

2、课题研究的预期目标

①我们把科学学习看作儿童关于自然现象的原有概念的发展或转变，期待前概念对学生概念转变的作用有更深刻的认识，从而采取相应的对策来教学。

②教师能营造一个能够支持概念转变的学习环境。包括设计合理的科学探究活动，为学生提供一个能够互相讨论，思考不同观点的机会等等。

③教师能有效选择教学策略，实现学生的概念转变。我们把教学策略看作指导特定主题教学顺序的整体方案。以学生的概念学习任务为基点，使方案合理、有效。

（二）课题研究的条件分析及具体分工

1、师资条件

 课题组成员是专职的科学教师，多年从事一线科学教学，均为小学高级教师。他们积累了丰富的科学教学经验，撰写的教学论文在省、市、县获奖。

2、研究保障

A、学校配有一类的科学实验室和仪器室。

B、学校领导重视，王永锋老师专门负责指导本课题的研究。

3、人员分工：

人员

内容

备注

孙常龙

总负责

黄国忠

事实性目标的建立如何转化为学生的科学概念。

俞玉燕

正确利用小学生的前概念来建立新的科学概念。

石海珍

能有效地把科学概念与实际生活联系起来

（三）课题研究的步骤

    ⑴准备阶段（2010、8——9）

 A、制订课题方案----《促进小学生科学概念转变的策略探索》

B、收集与课题相关的资料，并了解学生在解决问题方面的情况。

C、思考出与课题相关的研究问题，以便于对学生进行实验研究。

    ⑵实施阶段（2010、9——2011、12）具体开展课题工作

A、 本团队教师积极的投入到课题的实验研究中去。

 运用调查法、行动研究法和案例分析法等，采取点面结合，个别与一般相结合，对学生科学概念的形成进行了各个方面的研究。

B、本团队教师结合课题实验情况，写出了相关的案例分析。

⑶总结阶段（2012、1——2012、3）

A、  对实验班和对比班进行实验后的问卷调查。

 B、撰写、完成课题研究报告。
    C、成果展示：论文、教学设计、公开研究课课例。

                                                    2010、9

[1]《前科学概念》［EB/OL］百科http://baike.baidu.com/view/2663617.htm

[2]韦钰《概念与科学概念》［EB/OL］http://blog.handsbrain.com/weiyu/entry/390

[3]人民教育出版社小学数学室《建构主义学习理论》［EB/OL］北京百度百科吧2009［2009-12-26］http://baike.baidu.com/view/630921.htm?fr=ala0_1

[4]张翔升《儿童建构科学概念的机制及因素分析》[A]黄冈师范学院学报2009-12、61页