基于“四环节”教学模式在科学概念教学中的实践研究

盛韡玉

摘 要：目前初中科学概念教学中存在“三重三轻”的现象，不利于学生对科学概念的建立，更不利于学生科学思维的培养。经过笔者课堂教学实践的证明：采用“感知”“探究”“剖析”“应用”四个环节的概念教学模式，可以使学生“形成”“建立”“理解”“应用”科学概念的有效模式。

关键词：感知；探究；剖析；应用

皮亚杰多年一直在寻找一个哲学问题的答案：“我们是怎么知道自己知道什么的？”他认为，知识是不能完完全全地由一个人传给另一个人，人们必须拥有自己的知识和自己对知识的理解。学习不是简单地把已有知识或教科书传给学生的大脑，相反，学生们应把已有知识与新知识结合起来，形成自己的理解。这样，新知识才能为每个学生所拥有。

这是对世上万物概念本质的理解，与能够运用书本知识解题而掌握的“概念”是完全不同的两个过程。科学课堂要传授的是哪种“概念”呢？这是每个科学老师都应思考的问题。

一、目前科学概念教学过程中存在的问题

由于受应试教育的影响，科学概念教学存在着“三重三轻”的现象，即重教轻学、重知识轻能力、重结果轻过程。采用“短、平、快”的战术，即缩短认知过程、削平思维坡度、加快教学进度。形成了讲概念、背概念、考概念三步走的教学模式。不仅削弱了概念教学本身，妨碍了学生能力的培养，也影响着科学教学知识的落实，对学生的可持续发展极为不利。概念教学中出现了一些违反学生认知规律，忽略学生心理、思维发展特点的教学方法。具体表现如下：

1.“节约”时间，以讲代建

在平时教学的过程中，我们常常忽视概念的建构过程，采取以直接讲授式方法进行的概念教学方式。往往重视概念语义分析、定义记忆和例题辨析，唯独缺乏建构过程而形成概念。这不但会使学生对概念的本质缺乏深入的理解，学习流于片面与肤浅，更重要的是误导了学生掌握科学研究的方法。

例如，对结晶水合物概念的教学。浙教版科学（2013版）八年级上册第35页指出：有些物质的晶体里没有结晶水，如食盐、硝酸钾和硫酸钡。而很多物质都能生成结晶水合物，如胆矾、石膏，它们都是常见的结晶水合物。

由于和学生一起制作晶体的过程耗时长且不易成功，所以就直接照本宣科，拿出硫酸铜粉末和硫酸铜晶体，告诉学生为什么一个是白色的，一个是蓝色的，是因为它们中一个有结晶水，一个没有。呈蓝色的是硫酸铜晶体，又叫五水硫酸铜，一个五水硫酸铜分子由五个水分子和一个硫酸铜分子结合在一起。结晶水合物概念的教学，变成了对概念文字的释义及分析，学生的理解停留在高度概括的文字层面上。由于缺乏制作硫酸铜晶体的过程，学生无法从晶体产生过程中理解晶体和粉末的不同之处，从而对于接下来理解“结晶水合物在干燥的空气里失去部分或全部结晶水”的风化现象是化学变化产生了障碍。

2.目标功利，以“应用”代“形成”

以往对“密度”的教学，采取的方法：先把质量和体积的概念回顾一下，然后直接提出质量和体积的比值物理学上用密度来表示，再用一些典型例题来加以巩固。

这样的教学，是典型的以“应用”代“形成”的教学设计。这种在概念教学活动中忽视概念的引入和形成过程，常常直接讲授科学概念，讲授理解、运用概念需要注意的问题，再辅以大量的練习，通过练习纠正学生对概念的错误理解。尽管教师对概念的文字表述或数学表达式讲得很清楚，但对学生来说，表面联系和内在联系、感性认识和理性认识、生活概念和科学概念仍处于分离状态。这种方法对应试或许有用，短期观察，学生能够学会密度公式的应用以及解决密度有关的题目。这样的教学，学生没有感知、没有体验、没有方法，纯粹被动地掌握知识，为了考试而学，很难调动学生的积极性，更不利于学生思维能力的培养和实践能力的提高。

二、基于“四环节”教学模式的理论依据

人的认识是一个从现象到本质、从初级的本质到比较深刻的本质的逐渐深化的过程。在学习的过程中，学生的认识也是这样，一个完整的科学概念的形成和一条规律的掌握也需要有一个过程。中学生学习科学概念、掌握科学规律的心理过程，一般可分为以下三个阶段：

1.认识领会阶段

这个阶段的任务是让学生初步形成概念，理解规律。首先，要求学生知道这些知识本身是什么，记住并能够说出知识的要点、大意，在有关情况下能识别它们。其次，要求学生明确这些知识的物理意义，知道他们的来龙去脉，并能回答出为什么。例如，要理解科学术语的含义，了解科学概念的引入原因和方式，理解科学规律的由来和适用范围，理解图像的科学意义，能对科学规律的文字叙述、数学公式和图像这三种表达式进行简单的换算。再次，还要求学生能对知识进行简单的直接应用。

这一阶段通常又由以下几个环节构成：

（1）动机激发。从信息论的角度看，学习过程也就是知识信息的输入过程。大脑只有在高度兴奋的状态下才能接纳信息，进行交换、储存、组合。学习动机是推动学生学习的心理动因，激发动机就是通过教师创设的情境，激发学生的求知欲，让学生的意向心理处于活跃状态。

（2）全面感知。既然感性认识是形成概念、掌握规律的基础，在学生学习概念和规律的时候，就要首先让他们通过全面的感知，做好从感性认识到理性认识过渡的充分准备。

人们认识事物一般都是从观念开始的，要尽量利用学生头脑中已有的正确观念，使其认识到概念与规律的客观性和必要性。例如，讲解速度概念的时候，可以利用学生头脑中早已具备的诸如汽车跑得快、马车跑得慢等观念，使他们感受到有必要建立速度的概念，以描述运动的快慢。

值得注意的是，有些概念和规律在学生的头脑中尚未形成观念，如电磁感应、自感、互感等，因而概念和规律的建立就很困难。为了利于学生形成正确的观念，以便为建立正确的概念做好准备，在科学实验中一定要突出本质现象，以给思维提供正确的依据。因此，在概念和规律的教学中需不需要做实验，以及做多少实验，其客观标准就是看学生是否具备了足够转化为明确概念的清晰观念。

（3）科学思维。输入大脑的信息要长期储存下来，必须经过登记、分类，必须将新旧信息加以调整，组成新的认知结构，以便进行检索。为此，就要在学生已有正确观念的基础上，引导他们进行科学的思维，即运用比较、分析、综合、判断、推理、想象等方法，抓住事物的本质特征以及事物间的联系和制约关系，并排除那些非本质的东西。在这个过程中，常要使用科学理想化模型、理想化过程以及等效的方法，使认识达到理性的飞跃。

（4）归纳概括。当学生完成了上述的思维过程，就可以通过归纳和概括，用文字或数学形式将概念和规律加以表述，得出概念的意义和定律的数学表达式。这时，很重要的一点就是对概念或定律中的关键字句给予特别的重视，最好能联系实际问题予以阐述。例如，速度、密度、伏安法测电阻等公式，不能纯粹用数学公式来理解为正比例或反比例关系，一定要注意问题的情境，给出正确的判断。

2.完善巩固阶段

学生一般比较重视概念的定义。定义无疑要弄清和记住的，但定义往往是仅从某个主要方面来揭示概念的内涵和外延的，除此之外，概念还有其他侧面的表现。所以，只有掌握了概念的各个主要侧面，对概念和规律的认识才比较完善，才可能做到概念和规律的灵活运用。而这个完善过程又必须在应用概念和规律去解决具体物理问题的时间中去完成。

用来完善和巩固对概念和规律认识的物理问题（包括实验），必须有计划、有目的地认真选择，否则达不到预期的目的。因此，选择问题必须典型和灵活。

3.深化扩展阶段

在科学教学中既要让学生掌握科学知识，又要注意培养学生的能力。前面讲的两个阶段都属于概念和规律的基础教学阶段，而概念和规律的深化扩展阶段则是培养学生能力的极好时机，同时也是学生活化和巩固知识的过程。

概念和规律的深化与扩展又有以下两种情况：

（1）对于概念的形成和规律的掌握，按照教材本身的安排是分阶段完成的。（2）随着学生知识的增加和能力的提高，把先学习的概念、规律与后学习的知识结合起来，通过有一定难度的综合性练习来进行。

通过对初中生认知过程的分析，我尝试了“四环节”教学模式在概念教学中的应用策略。

三、基于“四环节”教学模式的操作应用

学生建立科学概念的过程虽然不需要和科学家创立科学概念经历的过程一样艰辛复杂，但都是认识客观世界的过程，都得遵循相同的认知规律：从感性（感觉、直觉、表象）通过分析、综合、抽象、概括到理性（形成概念），从低级（隐概念、前概念、初概念）到高级（逻辑数学概念、科学物理概念）。所以，通过感知、探究、剖析、應用四个教学环节完成概念的引入、形成、理解和运用四个过程的“四环节”教学模式就应运而生。

该模式的提出是以现代思维科学为理论基础的。思维是理性认识的过程，是人脑对客观事物能动的、间接的、概括的反映。思维是在社会实践基础上进行的，它的工具是语言，形式是概念、判断、推理，方法是抽象、归纳、演绎、分析和综合，科学作为承载着培养学生思维任务的主要学科，其课堂教学更应该以思维为主线。

教为主导、学为主体，追求教学过程中各个要素的协调、和谐，强调师生通过心灵的对接、意见的沟通、思维的碰撞，实现课堂教学的“和谐高效思维对话”也是这一模式的理论基础。

“感知——探究——剖析——应用”四环节教学模式的基本流程为（以浙教版七年级上册第四章第六节《汽化和液化》为例）：

（1）激趣感知，引入概念。首先，创设问题情境，唤起求知欲望，使学生以饱满的热情投入到学习中。其次，通过教师的引导使学生对要研究的科学现象、科学事实及待学习的科学概念，形成一个大概的知识轮廓和初步的感性认识，并在此基础上提出研究的问题，明确本节的学习目标。具体操作时，教师可以选择一些简单而又能说明问题的实验进行演示，还可以运用版画、图片、幻灯、电影、电视、计算机等手段去展示一些相关的科学实验和现象，为形成概念积累一些必要的感性认识。以《汽化和液化》的第一课时教学为例：烧汤圆时，利用水蒸气遇到冷的眼镜液化的现象，并以班里戴眼镜学生的照片引入课题，激起学生的兴趣，同时让学生明白我们身边处处是科学。照片上的学生，智力比一般孩子稍微弱一些，平时也很少有回答问题的机会，我先找他聊，问他愿不愿意做老师的模特，他非常高兴，因为这事，他高兴了整整一周。通过这件事，我认识到每个孩子都有表现欲望，而我们教师一定要想办法给他们创造平台。

（2）合作探究，形成概念。研究科学的根本方法是观察和实验，因此该过程也是一节课的关键，教师应诱导学生根据要解决的问题和要达到的目的进行有序的科学研究。本环节要体现学生的主体作用和小组的合作精神，让他们自己通过分析、综合、抽象、概括，去发现现象和过程的本质属性。教师的作用是组织、诱导，不能操之过急，更不可包办代替。对于一些不宜进行实验操作的章节，教师应该抓住有意义的题目和感性材料，引导学生讨论、思考，鼓励学生用通俗的语言将事物的本质特征表达出来，形成概念。本环节通过学生合作探究得出影响蒸发快慢的因素。通过“提出问题——建立假设——设计实验方案——学生实验——合作交流——得出结论”的流程完成整个学习过程，利用身边熟悉的事物，如硬币、自己的手等实验，使学生的情绪一直处于高昂的状态，一直都在快乐地学习。

（3）剖析比较，理解概念。比较是科学教学中较为常用的一种思维方法，在引导学生概括出科学概念后，应从不同的角度对概念进行再认识，包括对概念的科学意义的理解，对概念表达准确性、完整性的理解，以及对相近概念的联系和区别的理解等。本环节可以灵活处理，因不同的科学概念有不同的形式特点和不同的抽象程度，也就应该有不同的处理方法。

通过以上四个探究活动，学生自然轻松得出蒸发的有关信息。学生得出的概念归纳在下面的幻灯片上：

（4）当堂训练，应用概念。巩固概念不单是指记忆概念的定义，单纯的记忆是没有意义的，应当引导学生将概念用于分析和解决实际问题中，这是认识的第二次飞跃，是更加重要的环节。本环节可以通过提问、举例或概念辨析等练习手段，也可以利用教材中的例题、课后习题等资源，了解学生对概念的理解情况，强化正确认识，矫正错误理解。教师要采用师生、生生多途径的矫正方法，调动学生间的互教互学；要善于诱导学生提出疑难问题，获取真实的反馈信息，以便有的放矢地进行矫正。教师设计的训练题要具有启发性和灵活性，避免死记硬背，要激起学生的思维碰撞。另外，教师要抓住知识点之间的内在联系，对知识进行系统小结，帮助学生将新形成的物理概念纳入整个知识体系中去，形成结构性的知识网络，并能引导学生畅谈过程与方法的体验和情感、态度、价值观的提升。为了巩固概念，我设计了以下几个情境：利用生活中熟悉的吹风机、干手机、晾衣服、夏季扇电风扇、保鲜膜、易挥发的液体密封等，还有学生不太熟悉的如喷灌、滴灌等农业上常用的灌溉方式，使学生了解生活，拓展知识面。

让学生分析这些生活现象是利用什么方法达到加快蒸发或减缓蒸发的目的的，不仅检查了学生掌握概念的情况，还拓展了学生的知识面。让学生深刻地意识到我们的生活离不开科学，身边处处是科学，学好科学是多么重要。

蒸发现象，是生活中最常见的物态变化现象之一，也是两种汽化现象中的一种。本节课通过展示现象、提出问题、设计实验方案、学生实验、分析比较、概括归纳、应用解释的教学流程来展现。学生非常感兴趣。兴趣是唤起学生的求知欲望、调动学生主动参与认知过程的开端，学生一旦对科学产生兴趣，就会充分发挥学习的积极性和主动性。

又如，“密度”教学片段。

（1）创设情境，激情感知。通过提问和演示让同学们知道，无色的水和酒精可用气味不同来区别；包在黑色塑料袋中的砖和豆腐，可用手感觉软硬（硬度）来区别；棕红色的铜和银白色的铝壳可以通过观察颜色来区别……

进而总结出气味、硬度、颜色、导电性等是物质的一种本质属性，不同的物质其本质属性一般都是不同的。因此，可以通过比较本质属性的不同来区别物质。然后教师提出问题：体积相同，外表涂有颜色的铜、铝圆柱体，如何区别？大多数学生思维受阻，思维平衡被破坏，产生了一种强烈的求知欲，便积极主动地去思考。

（2）观察实验，合作探究。通过小组讨论，提出用天平测量质量的方法。教师追问：为什么比较它们的质量？多数同学从生活体验中知道铜制品的质量比较大。教师又提出问题：刚才是体积相同的铜和铝，现在出示6个颜色相同但体积不同的圆柱体，其中三个是铜，三个是铝，如何区分？有的学生对测量质量的前提条件是体积相同没有掌握好，就说用天平测质量。这时，教师取一个大的银白色的铝圆柱和一个小的棕红色的铜圆柱放在天平上比较，结果铝的质量大，这就对学生提出的用天平测量质量的方法给予了否定。在几乎所有的学生都感到无从下手时，个别学生说：用质量除以体积来比较。但当教师问为什么时，学生回答是书上写的，不知道为什么。教师提示：我们再研究问题时往往要用控制变量法。这样学生结合体积相同的式子就会想到体积相同时比较质量。然后教师继续提示：在体积不同时如何使“体积相同”呢？若学生思维依旧受阻，则教师还可以进一步提示：我们在比较运动快慢时，往往用路程和时间的比值来比较……像这样，在思维上顺其自然、合乎逻辑地引入比值法来解决问题，可以避免教材中唐突地出现比值方法的無奈。在此基础上再通过实验探究质量与体积之比是物质的一种本质属性，让学生在经历不同物质的分类过程中体会密度概念的本质。

（3）反思探究，深化理解。通过对实验数据的分析，可以得到正确结论：同种物质的质量与体积的比值是常数，不同物质质量与体积的比值一般不同，这个比值反映了物质的一种本质属性。之后，教师应引领学生反思整个探究过程的思维历程，比值法在探究过程是如何生成，又是如何发展为一种科学方法的。该探究历程具体表现为：为了区别不同物质（如水和酒精）——从熟悉的特性入手（嗅气味等）——铺垫陌生的情境1（区分外涂颜色的相同体积的铜和铝）——从比较思维入手区别（用天平测量质量）——铺垫陌生情境2（区分外涂颜色体积不相同的铜和铝）——思维控制变量法的引导（使铜和铝体积相同）——要实现控制变量就得采用比值得其常数（求质量与体积比值的理由）——比值定义概念的科学方法。

上面教学活动调动了学生多个感官参与学习，能让学生自己发现问题，提出问题，积极参与问题研究，事先了解教学目的。这样的教学，表面看学生只是在“动手”，而实际上学生体验深，受益大。在科学教学中，建立科学概念，学生一定要有感性认识。这种感性材料通常十分复杂，本质与非本质的因素交织在一起，学生想从这个途径建立正确的概念是比较困难的，而科学实验可以提供简化的、纯化的、经过精选的素材，便于学生对科学事实产生准确的、简明的认识。所以，创造性地使用教材，设计符合学生认知特点的教学过程，创设有趣的科学情趣，让学生观察实验，对概念的学习十分重要。

四、基于“四环节”教学模式有效性的体现

1.有利于学生问题意识的培养

首先，创设问题情境，唤起求知欲望，使学生以饱满的热情投入到学习中。其次，通过教师的引导使学生对要研究的科学现象、科学事实及待学习的科学概念，形成一个大概的知识轮廓和初步的感性认识，并在此基础上提出研究的问题，明确本节的学习目标。这样的课堂，表面上看起来做的题目少了，用的时间多了，在应试教育的目标下显得不够高效，但对学生终身科学素养的培养上，所起的重要作用不可估量。

2.有利于学生团队合作意识的培养

在“合作探究”这一环节中，充分体现了学生的团队合作能力。小组之间必须分工明确，互相帮助，才能高效地完成探究任务。培养小组成员之间交流、合作的意识，让学生明白只有小组成员的力量拧在一起，才能取得更大的成绩。不仅融洽了小组成员的感情，而且也锻炼了学生的情商。

3.激发学生兴趣，增强学生自信

“从生活走向科学，从科学走向社会”是新课程的基本理念，概念教学必须紧紧围绕课程理念，必须与社会实践及其应用结合起来。教师要根据所学概念，精选与实际生活和科技前沿相关的问题，设计组织好课内、课外的训练，并及时反馈。通过反馈的信息及时纠正错误的认识，使学生更好地理解和掌握概念。这样，不仅学生思维的流畅性和变通性得到了锻炼，而且体验到学有所得的成就感，感到科学问题非常有趣，并不难学，增强了学生学习的自信心。

最后，利用魏林明教授的一句话来结束这篇文章：“初中科学的课堂应让学生带着问题，动手、动脑学科学。”这是我今后教学设计中一直不变的教条。

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2.教育部基础教育司组织物理课程标准研制组编写.物理课程标准解读.

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7.白秀英，王较过，徐杰.初中物理有效教学模式.

8.中学物理，2016.10.

（作者单位：浙江省临安市锦城第四初级中学）