基于前概念的科学教学研究

王盛

摘要：在日常学习中，学生形成了大量的教学前概念，对一些科学问题和科学现象都有自己的看法、理解，而这些已有理解往往与概念的科学含义不一致，甚至是“冲突”的，在对新问题的科学解释成为最大的障碍，从而影响新概念的学习，并且可能成为新的错误概念产生的原因。笔者以《指南针为什么能指方向》课例研究为载体，对基于前概念的教学进行了探索。在探索过程中，笔者的教学从原生态的无体验、混沌体验到有形体验，再到有效体验，一步步深入，最终充分调动了学生学习的主动性，激发了学生的学习热情。

关键词：前概念；教学策略；教师；学生

中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2015）11-0085

科学课程根本宗旨是培养学生的科学素养，目的是让学生具备自主学习和终身学习的能力。科学课来源于生活，许多知识都是学生在生活当中看到过、听到过，都是有感知的，特别是初中科学。经过小学的几年学习，学生对于一些知识有了一定的认识，于是在初中科学课教学中，鉴于学生进入课堂前或多或少、或正确或错误的具有一定的科学知识（前科学知识、非科学知识）这一事实，我们不得不思考如何基于学生的前概念来进行科学教学，笔者在现实教学中也进行了一些探索。

一、最初的教学设计

《指南针为什么能指方向》是八年级下册第四章第一节的教学内容，教材预期的目标为：1. 知道磁体及其性质；2. 知道磁极间的相互作用；3. 了解什么是磁化；4. 通过实验观察，提高分析、归纳能力以及培养抽象与概括能力；5. 激发和培养爱国情操和科学素养、科学精神。在起初的教学中，笔者并没有重点关注学生的前概念，教学效果并不是非常理想，下面就是笔者最初的教学设计：

1. 导入

（1）观看“司南”视频，激发学生学习兴趣

（这里的教学设计主要是引入话题，对培养学生爱国精神，激发学生学习兴趣）

（2）设问指南针为什么能指方向？因为磁铁，引入课题

2. 新课教学

实验一：让学生将磁铁与铁块、木头、塑料、铝块和铜块接近，观察能被吸引的物质有哪些？将铁屑平铺在纸上，用条形磁铁平放在铁屑上，拿起来观察，有什么结果？让学生观察静止的小磁针两端的指向。

（通过实验活动让学生通过自己动手操作，观察现象后得到磁性和磁极的概念）

实验二：让学生将磁铁的一极靠近小磁针的一端，观察出现什么现象，然后将磁铁换一极靠近小磁针的同一端，又观察到什么现象？通过现象让学生思考能得到什么结论？

（通过实验活动让学生体验磁极之间的相互作用，使学生对该规律有一个直观的认识）

活动一：如果磁体被分割成两段（或n段后），每一小段磁体上是否都有N极和S极？

学生预测——设计实验——实验——得出结论

（通过本活动巩固磁性、磁极、磁体间相互作用的概念）

实验三：在铁屑盒的上方固定一根软铁棒，把一根条形磁铁靠近软铁棒上方，可以观察到什么现象，把条形磁铁拿开，又发现什么现象？

学生实验——发现问题——交流讨论——得出结论

（通过实验引导学生发现磁化现象）

活动二：磁化后的铁棒有几个磁极且S极、N极的分布是怎么样的？

学生预测——设计实验——实验——得出结论

（通过本活动巩固磁极间相互作用规律）

3. 小结

说说通过本节课你了解了有关磁的哪些概念及性质，生活中有哪些用处。

（巩固本课学习，为下节课学习奠定基础）

《指南针为什么能指方向》教学实录片段

为了仔细研究自己的教学，笔者就《指南针为什么能指方向》的教学设计开展了教学实践，并请备课组内教师进行了课堂录像，以下是教学的一个片段：

师：让磁铁分别去接近铁块、木头、塑料、铝块和铜块，能被吸引的物质是什么？

生：（学生动手活动）

师：哪些物质能被吸引？

生：铁块。

师：将铁屑平铺在白纸上，将条形磁铁平放在铁屑上，然后拿起来观察有什么发现？

生：（积极地进行操作）

生：两端吸引的铁屑多，中间几乎没有

师：这说明了磁铁有什么性质？

生：能吸引铁

生：两端吸引力大

师：物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性，具有磁性的物体叫磁体，磁体的两端磁性最强叫磁极。

师：将小磁针静止放在离磁体较远的地方，观察静止时的两极指向

生：迅速活动、热情很高

生：红的指北，白的指南

师：科学上把指北的一极命名为北极（N极）（通常涂成红色），把指南的一极命名为南极（S极）（通常涂成白色）

师：将磁铁的一极靠近小磁针的一端，观察出现什么现象，然后将磁铁换一极靠近小磁针的同一端，又观察到什么现象？通过现象让学生思考能得到什么结论？

生：参与热情很高，纷纷动手尝试

生：同种颜色相互排斥，不同种颜色相互吸引

师：同种颜色表示什么？不同种颜色？我们的结论是否可以修改一下？

生：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引

师：如果磁体不小心摔成了两段，是否仍然有两个磁极，请大家展开想象，并设计实验证实。

生：（大多数学生都沉默了，完全没有刚才实验时候的热情，有些学生看着教师，等待教师给他们介绍方法）

（让学生动手时，显得很热闹，一旦真正让学生自己利用刚才所学知识解决一些问题，就不知从何下手，课堂上表面显得很热闹，实际效果并没有表象那么好。）

课后，笔者一直在思考：为什么从整个过程来看，学生参与的积极性都较高，动手实验都得到了教清晰的实验现象和结果，通过实验得到了磁性、磁极、磁体间相互作用的规律，学生对这些概念的了解还算可以，没有太大的出入，于是笔者就更加不知道为什么学生不能在课堂学习的基础上，利用已学概念进一步解决问题，于是笔者找了几个学生问了一下，有学生说老师你讲得很清楚，我们都能听懂，可是要我们自己利用这些知识时我们不知道怎么入手，这时笔者才恍然大悟，原来在整个教学过程当中貌似学生在不断地活动，但这些活动都是由笔者设计的，是笔者拉着学生在“跑”，而且在设计的时候笔者只是从自己的设想出发，没有考虑学生关于磁性的前概念在影响着他们学习新的科学知识，没有把握好节奏，看来，在没有了解学生前概念的前提下进行教学设计是不科学的。通过反思，笔者对教学设计进行了设计。

二、修改后的教学设计

1. 引课

（1）观看“司南”视频，激发学生学习兴趣。（这里的教学设计主要是引入话题，对培养学生爱国精神，激发学生学习兴趣）

（2）设问指南针为什么能指方向？因为磁铁，引入课题。

2. 新授

（1）“玩”中发现磁体的基本性质。①让学生带着思考玩条形磁铁等物体，看哪个小组得到的科学发现最多，并记录在学习记录单上。②学生观察的现象整理：学生投影呈现、交流、补充。能吸引锯条、铁块，不能吸引木块、铜块等。条形磁铁的两端吸引铁屑最多，中间较少。相同颜色的两端（同名磁极）相互排斥，不同颜色两端相互吸引。

……

（充分暴露学生的前概念）

③学生、教师整理，得出磁性、磁体、磁极等基本概念以及磁体的指向性和磁极间的相互作用等基本性质。

（引导学生发现将学生的前概念转化为科学概念，在学生原有基础上引导学生使学生形成自己的认识，有利于学生解决问题）

（2）探究磁化现象。①从学生发现的现象中引出磁化概念，设疑：怎样让没有磁性的铁片变得有磁性。②教师演示：铁块不与磁体接触会被磁化。③学生体验，交流经验。

（3）学以致用——探究磁体未知磁极的方法

①没有磁性的物体被磁化后也成为了一个磁体，那么我们如何判断它的南极和北极呢？②学生交流，提出自己的想法并进行实验设计；③学生实验：判定未知磁极，并从中找到规律。

（4）探究：磁体折成两断后，每一小段剩下一个磁极了吗？①学生提出自己的猜想并设计出实验方案；②师生共同努力创造条件开展实验；③交流经验，得出结论。

（5）生活应用：信用卡、磁带、磁浮列车等

3. 知识小结：磁性、磁体、磁极（南极和北极）；磁极间同名相斥，异名相吸；磁化现象

三、修改后的课堂教学实录片段

师：今天我们就要来学习有关磁的内容，现在每小组桌上都有一个实验包，大家将里面的材料里面的材料拿出来。请大家带着思考玩条形磁铁等物体，看哪个小组的科学发现最多，并记录在学校任务单上。

生：（学生积极性很高地玩了起来，在玩的过程中不断地讨论、记录）（8分钟）。

师：大家都很认真，我想大家一定有不少的发现吧，现在就请大家来汇报一下吧，请汇报的小组边汇报边演示，其他小组注意认真听、看，如果有什么不同的发现，等这一小组的同学汇报完后，进行补充。

生：1. 磁铁能吸引铁。2. 磁铁能让小磁针转动。3. 磁铁两端吸引的铁屑多，中间几乎没有。

生：4. 磁铁不能吸引铝、木头、铜。5. 小磁针静止时红的一端指向北方。6. 磁铁与小磁针颜色相同两端靠近小磁针会逃开，不同颜色一端会靠近。

生：7. 用磁铁的中间去靠近小磁针，小磁针几乎不动。

（教师在学生汇报时将学生的结论呈现在黑板上，这些是学生学习的前概念）

师：下面我们将大家的发现分析一下看有什么发现？

师：磁铁能吸引铁，大家认同吗？

生：认同。

生：磁铁不能吸引铝、木头、铜与这个结论是一样的。

师：很好，大家发现了一个很重要的科学概念——磁性。物体能吸引铁、钴、镍的性质叫做磁性，我们把具有磁性的物体叫做磁体。

师：刚才×××同学发现1、4两条性质是一样的，那么大家看一看还有哪几条性质是相同的。

生：3和7。

生：2和6。

师：请认为3和7相同的同学来解释一下你的理由。

生：磁铁两端吸引的铁屑多，说明磁铁对铁屑的吸引力大，中间几乎没有说明吸引力很小，而用磁铁中间去靠近小磁针，小磁针几乎不动，也是因为磁铁中间的吸引力很小。

师：很好，因为磁铁的两端磁性最强，我们把它称为磁极。

师：一个磁体有几个磁极。

生：两个。

生：一个指南，一个指北（发现5）。

师：非常好，我们把指南的一极称为南极（S极）（通常涂成白色），指北的一极称为北极（N极）（通常涂成红色）。

师：请认为2和6相同的同学来解释一下你的理由。

生：小磁针转动，相同颜色逃开，不同颜色靠近都是受到力的作用，说明磁体间有力的作用。

师：很好，那么为什么有时靠近，有时逃开呢？

生：力的方向不一样。

生：逃开是排斥，靠近是吸引。

师：为什么有不同颜色呢？

生：同种颜色是同名磁极，不同颜色是异名磁极。

师：那么我们可以得到什么结论呢？

生：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引

……

四、修改后教学分析

修改后，笔者改变了由教师制定实验方案，学生跟着教师的思维节奏的教学设计，而是让学生充分的自主活动。让学生从玩中学，学中思，思后会表达，通过学生的活动，充分将学生的前概念暴露出来，从学生暴露出来的前概念当中我们可以了解学生的学习情况，而且可以对自己进行及时的修正，对课堂知识的教学节奏进行有效的调整，对学生掌握已经比较好的地方可以少讲、甚至不讲，对学生前概念会产生负面影响的地方，分析仔细一点，引导学生概念的转化，形成科学的概念。通过暴露学生的前概念，将学生的前概念有机的结合到实际教学当中，使得课堂教学效率有效提高，学生掌握情况也比以前要好，由于科学概念是由自己的前概念转化而来的，学生的知识应用能力也提高了。

从教学课例中可以发现，学生在学习很多的科学知识前，头脑中已经对有些知识有了的相关经验与认识。通常，我们把诸如此类学生在接触科学知识前，对现实生活现象所形成的经验型概念称为前概念。但是，实际上学生的日常生活经验对事物的认识往往是粗浅的，有些甚至是错误的，由此而产生的概念的内涵受狭隘知识范围的限制，或者没有把对象的主要特征包括进去，或者没有同不重要的东西清楚地分开。这种前概念如果在他们探索世界的过程中没有被科学地加以引导，那么他们形成的那些观念，就有可能是非科学的，并且可能妨碍到学生以后的学习。因此，教师在教学中采取一定措施进行干预，使学生获得重要的和可迁移的科学概念，这样才能适应知识膨胀和复杂的环境。

五、科学前概念转变的教学策略

通过《指南针为什么能指方向》课例分析，我们认为，在进行科学教学时，一定要以学生的前概念为基础，运用合理的概念转变教学策略，帮助学生形成合理的科学概念。为此，我们需要：

1. 教学中，要充分“暴露”学生前概念

学生的前概念是教学的出发点，但由于前概念具有隐蔽性的特点，揭示学生的前概念成为教学前或教学准备时得重要任务，而且科学前概念对科学概念建立的具有很重要的影响，所以在教学过程中，要让学生建立正确的新概念之前必须做到充分“暴露”学生前概念。在具体实施过程中，我们可以在课前进行，可以了解学生一课的前概念，也可以一次了解一个单元相关内容的前概念；还可以在课堂教学中进行，但是如果在课堂教学中进行的话课前需要教师做好充分的准备。《指南针为什么能指方向》一课的最先的教学设计就是没有做到这一点，因为不能充分“暴露”学生前概念，即使我们课前设计的教学表面上看起来充分考虑了学生的主体地位，活动也非常丰富，但学生还不能完全接受。所以，我们在教学中只有“暴露”学生的前概念才能找到教学的始发点，做到有的放失。

2. 教学中，教师要善于制造“矛盾”

认知冲突会使学生对自己已有的概念产生怀疑，这种冲突其实就是造就学生认知上的不平衡，学生就必须采取充实或重建的策略来建立新的认知图式以达到新的平衡，也就是说认知冲突能激起学生的求知欲和探索心向，促使学生进行认知结构的同化和顺应。所以，引发认知冲突是激励学生概念转变学习的契机和条件，认知冲突的引发将为后继学习提供了前提，伴随着冲突的解决，从而实现由前概念向科学概念的转变。就《指南针为什么能指方向》教学中在判断接触过磁体的铁棒是否有磁性时，有学生拿着磁铁在判断，看到被吸引立即下结论说有磁性，教师马上拿出一条没有磁性的铁棒演示发现也能被吸引。又如在判断磁化后的铁棒的磁极时，由于磁性太弱用小磁针检验时两端都出现了吸引，这些问题的教师要及时提出自己的问题，使学生对自己的认知产生认知冲突，在冲突过程中，笔者先让学生独立思考，然后小组交流，最后全班讨论。在学生交流的过程中，笔者有意放大他们每一个人的想法，然后让他们发现自己的想法其实和别人是不同的，因此产生了探究欲望。事实证明，这样对于克服学生前概念，建立新知识体系是非常有意义的。

3. 教学中，教师要根据学生的前概念及时调整教学

教学过程是一个双向交流的活动，以往的教学中教师都是在课前进行了充分的准备，设计了自认为比较好的教学过程，但是往往忽视了学生的情况，特别是学生的前概念。就《指南针为什么能指方向》一课来说，原先的教学设计准备了各种活动，而且是一环套一环，学生在课堂上活动的很热闹，但是这都是在教师的设计中展开的，其实有些知识学生早就已经掌握了，再重复就明显是浪费时间了，而有些知识学生就通过一次实验很难理解。但是，在教学中，教师充分暴露学生前概念后就可以及时调整自己的教学，该省略的就要及时缩短教学时间，该详细研究的就要详细，总之教师要根据学生的前概念调整教学。教师在教学过程中，不管是改变学生的“前概念”还是建立“新概念”，在教学中要尽可能地利用各种实物，使教学的活动更生动。尤其是在了解前概念之后，我们要有针对性地选择材料，最好可以提供一些可供学生自行研究的材料。

4. 教学中，教师要及时巩固拓展新概念

由于前概念具有顽固性特点，要形成稳定的新概念并纳入学生的认知结构，教师有必要引导学生在学习进程中自我观察、自我反思与自我评价，在学生建立新概念之后，要及时提供对新概念进行巩固和系统化的机会。因为孤立的概念具有可变性，很容易受其他因素的干扰，所以巩固拓展也显得尤为重要。如《指南针为什么能指方向》改进后的教学设计中，在学生玩了磁铁之后，对概念已经基本建立，笔者又设计了“探究铁棒是否有磁性、探究磁体未知磁极的方法、探究磁体折成两断后，每一小段剩下一个磁极了吗？”等活动，让学生充分展开思考与讨论，然后展开活动，让学生充分利用刚形成的新概念去解决问题，在这个过程当中学生加强了对新概念的理解，有利于学生通过已知概念来掌握新概念，并形成全面的、深层的理解。

学习是学生原有概念的改变、发展和重建，在教学活动中，我们要以前概念为基础，引导学生通过自主探究，转变或完善自身前概念，才能消除前概念对科学概念的消极的影响，才能有助于解决当前“帮学生建立新概念”的教学中存在的一些问题，要明确科学教学的起点应是学生前概念的探查，重点应是促进学生的前概念向科学概念的转化，即概念改变。正如奥苏伯尔所言“如果我不得不将所有的教育心理原则归结为一点的话，我就会说，影响学习的唯一的、最重要的因素就是学习者已经知道的东西”。

参考文献：

[1] 周友士.基于建构主义的数学概念转变学习[J].数学教育学报，2004（3）.

[2]袁维新.科学概念的建构性教学模式与策略探析[J].教育科学，2007（1）.

[5]杜伟宇，吴庆麟.概念改变的教学策略研究[J].课程·教材·教法，2005（2）.