在实验过程中领悟概念形成的教学策略*—以《溶解》一课为例

文 张 敏 陆志红

围绕主要科学概念组织教学不仅可以让学生从自己身边的事物出发，逐步建构概念，亲历概念形成的过程，有效地组织和记忆知识，而且有助于他们学会探究的方法，培养探究的能力，促进科学思维的发展。但是在现实的自然课堂中，教师缺乏对于教学内容(科学概念)内涵的把握，无法有效落实过程与方法目标的现象较为普遍。2009年5月，我们针对自然学科教师进行了关于有效落实过程与方法目标的问卷调查。问卷借助情境展开，所列举的正是三年级《溶解》的教学内容。通过调查我们形成了一些初步的观点：把动动手当做落实过程与方法目标，难以把握知识之间的内在联系以及处理知识与能力间的关系，小组学习变成了形式化、走过场，没有成为必要的学习方式，难以正确指导学生运用科学方法。

基于此，2009年9月，我们着手开展课例研究，解决一个个现实问题。课例《溶解》(小学自然上海牛津版三年级)所关注的正是概念形成的有效体验，阐述如何找准起点，设置铺垫，有层次推进学生的概念形成过程。本次课例采用的是“三实践、两反思”的行动研究方式，执教者是职初教师沈老师。参与课例研究的是上海市青浦区自然学科教研员张老师，以及来自基层学校的20多名教师。本文着重阐述的是概念形成的策略，同时也追踪青年教师在实践中的体验和感悟，剖析课例研究对于教师专业发展的促进作用。

一、初步设计：提醒我们必须重新认识概念的内涵

1.深入访谈，理清概念包含的具体内容

在课堂观察前我们收到了这样一份教学设计，流程大致如下：

(1)导入环节，引出溶解概念

第一步：学生尝浸在食盐溶液中的菠萝，引出盐化在水里。

第二步：食盐溶解在水里，食盐水是一种溶液，给溶解、溶液下定义。

(2)新授环节，研究固体的溶解现象

①制作食盐溶液

第一步：制作食盐溶液，取少量食盐放入水中，用搅拌棒沿着一个方向均匀搅拌直至食盐完全溶解。

第二步：观察与交流，不断添加食盐，有什么发现？

第三步：设计实验，小组交流，怎样让没有溶解的食盐完全溶解呢？(加热、加水搅拌)

②观察、比较发现有的固体能够溶解在水中，有的则不能

第一步：观察木屑、糖、沙子等物质在水中的情况。

第二步：交流各自的发现。

第三步：归纳有些固体容易溶解在水中，有些固体不易溶解在水中。

第四步：列举生活中其他易溶于水和不易溶于水的固体。

(3)研究气体和液体在水中的溶解现象

①溶解于水中的气体

第一步：学生观察金鱼在水中的呼吸现象。

第二步：教师演示加热试管中的水，学生观察。

第三步：归纳，水中有溶解的空气，气体在水中也能溶解。

②溶解于水中的液体

第一步：教师演示滴一小滴红墨水，学生观察红墨水在水中溶解的现象。

第二步：归纳，液体在水中能溶解。

(4)归纳总结

……

从文本看，教学步骤比较清晰。通过教学设计与教材的比较，我们感到教师的教学设计基本遵循了教材上的内容安排，实验活动量充足，既有教师的演示实验3次，也有学生的分组实验4次，但是在这些活动的背后到底要丰富学生哪些新的关于溶解的概念呢？我们明显感到教师对于内容的把握存在问题。看来从教学内容出发，帮助新教师正确进行教学设计显得很有必要。我们决定对教师进行一次深入访谈，试图探寻执教者对于溶解这一概念的认识，以及设计这样的教学活动的意图。

张：你怎么理解溶解现象？

沈：物质变成小分子扩散到液体中变为溶液。

张：你觉得学生能理解吗？

沈：不太能理解吧。

张：那怎样可以让学生理解？

沈：观看溶解视频，食盐溶于水的视频。

……

显然职初教师有对溶解内容的认识，但对于三年级学生将要学习到的概念具体到什么程度还不清楚。我们认为有必要引导她从内容的分析入手，思考怎样把溶解的概念细化、剥离出来。于是有了随后的深入研讨，研讨的结果也帮助教师理清了关于溶解概念应该包含的具体内容：“物质变成肉眼看不见的极小极小的微粒，均匀地分布在水中，用沉淀或过滤的方法不能分离出来。”

2.了解学生的起点，确定探究概念的落脚点

如果说第一步有了对于概念的解读，那么第二步我们针对的就是提高青年教师对于学生起点的认识。对于学生的了解，本次主要采用的是前测问卷的方式。问卷的内容来自生活情景，考虑到学生的年龄特点，在学生答题时，我们鼓励他们采用图画和文字相结合的形式展开。

前测题1：

妈妈煮汤时会往汤里放入一些食盐，食盐放进水里最后会有什么变化？请你试着把变化的过程一步步描述出来。(可以用图画表示)

图1 前测题1统计结果

我们看到较多的学生用图画呈现了盐会慢慢在水中变小的过程，他们写出盐在水里“溶化”“融化”“溶解”“变小了”等简要表达。虽然，他们的用词不是很规范，比如“融化”和“溶化”。近一半的孩子用到了“溶解”这个词语，看来溶解在生活中的现象学生还是比较熟悉的。但是也有超过半数以上的孩子还不能把溶解的整个变化过程描述出来。那么我们继续思考对于“溶解”的本质，学生到底了解了多少？我们设置了新的情景题。

前测题2：

小红说：“看，我把面粉放进了清水里，现在清水变白了，这是因为面粉在水里溶解了？”

60%的孩子都认为面粉在水中溶解了，也有15%的孩子流露出不确定的想法。这进一步告诉我们，孩子们对于溶解概念的理解还停留在“化了，变白了，变小了”这样的初步认识上。那么，这里应该就是我们需要花力气探究的认知冲突点。

于是有了我们再一次的深入交流：

张：你再来看原来的设计，你把51～52页所有的内容都点到了，学生是不是对于溶解的概念真的理解了呢？

沈：我知道了，一定要从51～54页整体上去分析，要加入对于溶解这个概念理解的铺垫，一步步引导学生理解溶解这个词。

张：对的，不同阶段，通过设计有效的活动来实现。

沈：我懂了，这个不同阶段对应不同的活动，就是一个个的铺垫。

……

看来青年教师也逐渐悟出了活动(铺垫)是为了帮助学生形成概念。

二、再次设计：“铺垫”在概念形成中发挥作用

图2

1.仔细地观察与比较，确认正确的概念

学生的第一个活动“观察沙、糖、盐”，到第二个活动“把这些材料放入水中观察它们的变化”，对事物变化前后的观察与比较是认识变化的一个重要方法，这不仅有助于学生应用和巩固已习得的对比观察方法，也有利于加深对“微粒”的理解。变化前，盐、糖等物质呈晶体状颗粒，是可见的；变化后，这些物质的颗粒均不能用肉眼观察到。这其实是揭示“溶解”的第一层含义“有的物质在水中变得我们肉眼看不见了”，通过放入水之前和放入水之后颗粒变化的纵向比较，以及不同物质之间变化不同的横向比较，从学生的记录单、学生的回答，都能显示出这部分设计是到位的。

2.调用味觉帮助理解，丰富不够完整的概念

为了解决“溶解”的第二层含义“均匀分散水中”，教师巧妙引出“尝”的方法。教师搅拌整杯盐水，请个别学生上来尝。为了突出“均匀”，教师故意取整杯水的不同位置，不停地问“什么味道”。可能由于味蕾的关系，可能由于教师不停地提问，学生的回答竟然是“咸的，有点咸，更咸，没有味道……”反而没能突出“均匀”。我们思考能不能换一种有颜色的颗粒，比如红糖和高锰酸钾等，这样学生对于溶解的概念是不是可以从味觉感受扩展到视觉冲击。

3.纠正已有的错误概念，帮助学生重建新的概念

教师设计的精妙还在于加入了第三个活动，即学生认知有冲突的“面粉”。从前测中反映学生对于面粉是否溶解的正确率仅为40%，不排除学生的盲目猜测。那么在教学中安排这样一个活动让学生去预测“面粉能溶解于水吗”的问题，显得非常必要。我们听到的是学生齐答“不能”，这或许是学生的生活经验使然。但当学生把生粉倒入水中观察后，回答变成了“能溶解”。学生正确的前概念在这里却由于自己观察到的现象被否认了，该怎样来修正这个错误的推断呢？教师让学生思考有什么办法证明有没有溶解？于是学生想到了用过滤的办法。当教师引导学生最后比较实验前后面粉水的变化的时候，学生在目睹了杯底的白色沉淀物的时候，对于沉淀的认识也浮出水面，解决了溶解的第三层含义，即“没有沉淀、不能被过滤”。这里不仅是“溶解”概念本质的剖析，更是教师在传授一种判断溶解的方法和手段，这才是学生日后引以借用的方法。

整节课，从小组观察到的信息来看，学生在原有的认知基础上对“溶解”的本质有了一定的了解，小组成员在观察记录的过程中是一种积极主动参与的态度，成员之间的分工也很明确，有一定的合作精神和协作能力。因此，教师要抓住科学概念的本质属性，选择有结构的活动和材料，使活动以及活动结构更紧密地围绕学生科学概念的形成。

那么怎样推进学生的思维层层深入，我们仍在思考。教师们提出必须去除一些无关的活动，把溶解概念与生活经验紧密联系，建议是不是可以设计一个大的主题活动，引发学生主动思考，于是就有了沈老师的第三次设计与教学。

三、第三次设计：有层次推进，形成概念获得的初步策略

图3

1.抓住溶解本质巧妙导入

一个不起眼的小布袋，悄无声息地躲在一个装满水的水槽里。它既没有名贵的质地，又没有彩色的花纹，里面装的不是金银，也不是珠宝，而是唾手可得、信手拈来的黄沙、蔗糖、味精、盐、木屑。就是这个不起眼的小布袋抓住了全班50多双眼球。“浸入水中的布袋里究竟还剩下什么呢？”学生们议论着，思考着，交谈着……这就是“布袋老师”小沈老师第三次课的导入。

沈老师利用学生的好奇心，以神奇的魔术为突破口，把要学的概念、要做的实验改编为小魔术，让学生在课堂上自己找到答案，有意识地引导学生深入探究其中的科学知识。这样，可以扣住学生的心弦，引发学生的学习兴趣，激发他们的求知欲，使学生乐在其中、学在其中。

教学由此拉开了序幕。学生们以小组为单位，小心翼翼地将以上物品一一放入水中，饶有兴趣地搅拌着，聚精会神地观察着，仔仔细细地记录着……

“糖的颗粒变小了，不见了。”

“木屑浮起来了。”

“黄沙沉下去了。”

……

“老师，我发现糖、味精、盐在水中颗粒会变小，最后不见了。”

“老师，我发现木屑在水中颗粒没有变化，会浮起来；黄沙的颗粒也没有变化，会沉下去。”

……

“我们小组把糖、味精、盐分为一类，属于易溶解物质；把木屑、黄沙分为一类，属于不易溶解物质。”

浸入水中的布袋里究竟还剩下什么呢？答案找到了。

“水中颗粒会变小，最后不见了。”这不就是溶解的本质吗？

2.把溶解的过程呈现出来

本次设计中加入了实物投影仪展示的高锰酸钾溶解过程的演示实验，由于紫色的高锰酸钾颗粒较小，在溶解过程中没有其他杂质产生(红糖也是不错的介质，只是由于红糖在加工中容易产生一些杂质，需要对学生进行解释)，可以清晰地呈现其颗粒由大变小，逐渐向四周均匀扩散，最后成了一杯颜色均匀的浅紫色溶液的溶解过程，建立起一种有效的图式。

我们来听一听学生在这个环节的描述(本段文字引自青浦区颜安小学蔡金第老师的课例观察随笔《布袋记》)：

师：谁来描述一下，高锰酸钾在水中分散的过程？

生：像烟雾升起来了。

生：像火山爆发一样。

生：像油一样，慢慢散开来的。

生：整杯水慢慢变成红色了。

师：刚才的红糖还有食盐，就像高锰酸钾这样，它们也都均匀分散到水中去了。

师：像盐、味精放到水中以后不见了，而且会均匀分散到水中，这样的现象我们就把它叫做溶解。

师：同学们在生活当中有没有见过这样的溶解现象，举举例子，有没有见过？

生：奶奶在烧鱼的时候放了很多味精，拿出来的时候味精都没了。

生：以前我想在家里弄一下糖水，然后我把一些糖放到热水里，过一会搅拌一下就没了。

生：烧豆浆，我妈烧豆浆，往豆浆里放一块很大的冰糖，然后使劲搅拌，过一段时间冰糖就没了。

生：我以前嘴里发炎了，就是嘴里面倒点盐，然后搅、搅、搅，就很咸了。

师：嗯，对，后来用来怎么？消炎，对吗？生活中有许许多多这样的例子。

师：现在你们会判断溶解了吗？

生(齐)：会！

3.有层次推进概念形成的教学策略

这节课就是让学生通过对比观察活动了解物质在水中溶解时所具有的现象及特征，从而建立“溶解”的概念。

(1)猜测布袋中还会留下什么？—预判学生的已有概念。

(2)盐、糖、味精与木屑、沙比较，得出溶解的标准是“消失”(在布上有没有留下痕迹，即隐含是否被过滤，是不是所有的物质都能溶解的内涵)—试测学生的反应。

(3)观察高锰酸钾扩散现象之后，增加“均匀分散”— 对已有的正确概念进行丰富。

(4)面粉实验，增加了“沉在水底，没有沉淀”—针对学生的错误概念设计活动，针对纠正的概念准备器材。

(5)盐水饱和实验后，进一步理解“沉在水底，没有沉淀”— 在令人信服的基础上丰富新的概念，学生通过证据信服新的概念。

这就是溶解概念如何层层推进的过程，体现了概念的形成过程就是一个不断同化、顺应，不断地打破平衡，又不断地建立新的平衡的过程，并且在这个过程中，学生的认知水平不断提高，认知得到发展。

总结起来，物质在水中的溶解标准是什么？自然学生的心中已有一杆秤了。

四、思考与观点

1.确定潜在距离，制定适切目标

在奥苏贝尔看来，学习的心理机制是同化，即学习者新旧知识之间相互作用产生联系，原有认知结构中的知识吸收并固定新知识的过程。这一理论给我们的启示之一是，科学课堂上学生建立的科学概念，要和学生原有的真实想法相互作用并建立起联系。这是一种有意义的活动教学。在“溶解”概念的形成过程中，教师对学生的前概念(此岸)要了然于胸，并基于此岸设计一系列的铺垫，引领学生从此岸通向彼岸。基于对科学是解释的科学本质的认识，对于溶解所要发展的新概念(彼岸)不仅指向事实性知识——“变成用肉眼看不见的微粒，不能被过滤，没有沉淀，而且是均匀分布”等主要特征，更进一步指向深层次的具体概念：有些物质能溶解在水中，有些物质则不行。

2.设计铺垫(有结构的活动)，推进科学概念的形成

图4

实际上，科学概念的形成过程就是由学生层面的科学概念朝着科学家层面的科学概念不断迈进的过程。从“像盐、糖这样，在水中慢慢看不见、消失、慢慢溶化的现象”到“物质变成肉眼看不见的极小极小的微粒，均匀地分布在水中，没有沉淀、不能被过滤，有些物质能溶解在水中，有些物质则不行”，学生们对“溶解”概念的理解经历了从表象而非本质到抓住事物本质属性的过程。而这个过程是学生通过不断观察比较和概念修正，阶梯状、有限度地发展的。

五、结束语

正像执教者沈老师在她的三次反思中写到的那样：开始时知道自己不知道，过程中不知道自己知道，反思后知道自己知道。通过课例研究，不仅执教者体验了概念形成的有效策略，课例组的教师们也同样体验到了教什么比怎么教更为重要的道理，也体会到了把握学生起点，设置教学铺垫，有层次推进教学，对于学生形成科学概念的意义与价值。此次课例研究画上了一个句号，我们希望这样一种研究的方式伴随教师们在今后的课堂中不断探索变式教学的真谛。