概念迁移 实验创新 过程演绎

顾美丽

摘要：以初中科学“机械运动与力”这一主题为切入点，分析并梳理华师大版科学教材中相关部分的知识，筛选并提炼出该主题下的核心概念，结合教学实例探讨“机械运动与力”主题下一系列核心概念的教学策略。

关键词：机械运动与力；核心概念；教学策略

从自然课堂到科学课堂，有一个重要的变革，那就是更注重学生科学探究能力的培养。分层教学，让不同层次的学生都得到发展；以学定教，让学生的学习基础与经验作为教学内容和教学方式的依据；学为中心，让学生的探究活动成为整个课堂教学过程的中心。然而，教师仍存在着这样一个误区：科学实验+小组合作=科学探究，纯粹的知识记忆的浅层次教学现象、大量习题的重复训练的应试教学现象在教学实践中仍普遍存在。

2011年7月，美国国家研究理事会颁布了《K-12科学教育框架：实践、跨科学概念和核心概念》，该框架认为科学教给学生的应该是核心概念，而不是零碎的、分散的知识。科学核心概念提供了知识的组织构架，它有助于学生建立系统的科学概念体系，有助于学生进行知识的链接和拓展，发展连贯性的知识体系，为深度学习奠定基础。笔者以初中科学“机械运动与力”这一主题为切入点，在认真研读《初中科学课程标准（2011年版）》的基础上，分析并梳理华师大版科学教材中相关部分的知识，筛选并提炼出该主题下的核心概念，结合教学实例探讨“机械运动与力”主题下一系列核心概念的教学策略。

1核心概念的界定

周光召先生在为《科学教育的原则和大概念》一书作序时写道：“科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而是应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当、生动的方法，帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解，初步形成科学态度，掌握科学方法，了解科学精神，构建一个人健康协调发展的基础。”其中“重要的科学观念”所指的即是核心概念。那么，究竟什么是核心概念？

核心概念最早是西方科学教育者提出来的，不同学者有不同的表述方式，如“关键概念”、“大概念”、“基本概念”等等。2013年4月正式颁布的《美国新一代科学教育标准》筛选核心概念的标准为：

（1）在多个学科或工程学科中意义显著，或是组织某个学科的关键概念；

（2）为理解或研究某些复杂想法和解决问题提供了关键工具；

（3）能与学生的兴趣和生活经历相关联，或能与社会及个人关注焦点所需要的科学技术知识相关联；

（4）可在多个年级段教学，随着年级段递增，可逐步复杂，逐渐深入。

综上，笔者认为初中科学的核心概念是指对学生发展最有价值最有意义的科学核心知识，它处于初中科学知识领域的中心，教师通过围绕核心概念组织教学内容，达成对以往科学教育课程中零散概念的整合，在此基础上组织科学实践活动，使学生的“学”与“做”融为一体，在实践中理解和建构科学概念。

2“机械运动与力”主题核心概念的梳理

初中科学课程是以对科学本质的认识为基础、以提高学生科学素养为宗旨的综合课程。笔者以《初中科学课程标准（2011年版）》为基准，以“机械运动与力”这一主题为切入点，分析并梳理了华师大版初中科学教材中的相关知识，筛选并提炼出该主题下的核心概念。

2.1“机械运动”部分核心概念梳理

“机械运动”相关内容主要分布在华师大版科学八年级上册第一章第一节。在描述物体机械运动时，需要选取另外一个物体作为标准，这一作为标准的物体称为参照物。参照物不同，对同一物体运动状态的描述不同，进而理解运动与静止的相对性。对物体运动状态的描述，包括运动的快慢和方向，引入速度概念以比较物体运动的快慢，利用公式计算匀速直线运动的速度及变速直线运动的平均速度。

科学课程标准对于这部分内容的要求表1：

参照科学课程标准，分析并梳理教材中所呈现的相关知识，对“机械运动”这一部分核心概念进行如下筛选和提炼，见图2：

2.2“力”部分核心概念梳理

“力”相关内容集中分布在华师大版科学八年级上册的前三章。作为力学部分内容的开篇，教材通过一系列的活动体驗，通过对各实例的观察和分析引出力的定义，归纳总结出力的作用效果：（1）使物体改变运动状态，为进一步学习“运动与力”奠定知识基础；（2）使物体发生形变，这是学习力的测量的理论基础。从力的三要素角度出发，引导学生认识生活中常见的力（重力、摩擦力、弹力、压力、浮力），通过实验探究影响重力、摩擦力、浮力大小及压力作用效果的影响因素。在此基础上，引导学生辨析作用力反作用力与平衡力间的异同。在理解压强概念的基础上，探究液体压强（对容器底部、侧壁及内部）的特点，通过活动亲身感受流体（液体、气体）压强与流速的定性关系。在认识浮力的基础上，通过实验认识阿基米德原理和浮沉条件，并解释生活和生产中常见现象。

科学课程标准对于这部分内容的要求如表2

参照科学课程标准，分析并梳理教材中所呈现的相关知识，对“力”这一部分核心概念进行如下筛选和提炼，见图3：

2.3“机械运动与力”部分核心概念梳理

“机械运动与力”这一内容分布在华师大版科学八年级上册第一章第四节。运动和力是初中科学的核心内容。早在两千多年前，人们就开始研究运动和力的关系。亚里士多德认为，力是维持物体运动状态的原因。直到伽利略和牛顿时代，才形成运动和力关系的正确认识。牛顿第一定律指出了运动和力的关系，即力不是维持运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

课标对于这部分内容的目标和活动建议如表3：

参照课标，结合教材中所呈现的相关知识，对“机械运动与力”这一部分核心概念进行如下整理，见图4：

3“机械运动与力”主题核心概念的教学策略

3.1概念迁移，理清前概念对核心概念学习的影响endprint

3.1.1促进正确前概念的“正迁移”

正确的前概念是科学学习的良好基础和铺垫，它的正迁移作用可成为科学核心概念学习的资源和新的生长点。力是物体对物体的作用，这个概念看上去非常简单，却是一个十分抽象的科学概念。力是真实存在的，力的概念和学生的日常生活有着非常密切的联系。因此，力这一核心概念的教学可以立足于学生已有的对力的认识展开。

教学片断1：力的概念及其作用效果

环节一：感受“力”，挖掘前概念

演示实验如图5：①手压金属片，此时金属片受到力的作用吗？

②手松开金属片，小木板被弹飞，此时小木板受到力的作用吗？

用文字进行描述，并记录在黑板磁贴上：

通过教师的两次实验演示，引导学生判断在这一过程中是否存在力，思考判断力存在的理由，统一描述的句式，为后续的教学做铺垫。

小组合作：利用实验盒中的物品：海绵、橡皮筋、铁球、磁铁、小车，产生力，并采用之前的描述方式将过程记录在黑板磁贴上，见图6。

小组合作利用实验盒中的物品产生力，并将过程记录在黑板磁贴上，通过这一探究活动，充分挖掘学生已有的关于“力”的前概念，形成后续的教学资源。

环节二：定义“力”，建构新概念

对部分小组的描述进行分析，通过教师的反问，生生之间的互动使同学们认识到没有生命的物体也能产生力，引导学生通过对力产生过程的分析，归纳产生力的条件，自然地引出力的定义：力是物体对物体的作用。

环节三：探究“力”，拓展新概念

借助上一探究活动生成的教学资源，引出力的作用效果这一概念，课堂教学由力的定义过渡到下一环节。学生以力的作用效果作为依据，对几个过程进行分类，在分类中发现力能改变物体的形状，同时关注力对小车的改变，拍摄各小组活动的过程，通过再一次的分类，归纳小车的变化包括运动快慢和运动方向的改变，引出运动状态的概念。教师反问小车运动状态发生改变的原因，总结力能改变物体的运动状态如图7。

3.1.2消除不正确前概念的“负影响”

对科学现象、过程、材料的片面或错误理解而产生的前概念，将会成为学生学习科学的障碍，这些错误的前概念如果得不到及时纠正，将影响核心概念的同化和顺应。早在两千多年前，人们就开始研究运动与力的关系。亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体便要停止运动，即力是维持物体运动的原因。没有对运动与力进行深入探索的初中学生往往也认同这样的观点。因此，在这一核心概念的教学过程中，通过情境的创设暴露错误的前概念，在引发认知冲突的同时，借助实验解构迷思概念，在实验探究的过程中建立其正确的认识以解释日常生活中的现象或解决新的问题，实现对科学概念全面的、准确的理解。

教学片断2：牛顿第一定律

环节一：创设情境，引发认知冲突

播放视频“大力士拉卡车”如图8

思考：卡车最初处于什么状态？后来卡车为什么会运动？

当大力士使尽了全身力气，大卡车又将怎样？

追问：大力士不再对卡车施加力的作用，这一过程中大卡车在水平方向上，真的没有受到力的作用？如何使大卡车真正处于亚里士多德所描述的“不受力”的状态？运动的物体不受力后真的将处于静止状态？

环节二：借助实验，解构迷思概念

撤去拉力后的小车所受到的阻力，我们无法消除，但可以嘗试着去探究水平面上不同大小阻力对水平运动速度相同的小车运动情况的影响如图9。

得出结论：水平面越光滑，小车运动时所受阻力越小，通过距离越大，速度减小越小。在实验事实的基础上，推理得到：运动的物体如果不受力，它的运动速度将保持不变，这便是伽利略所得出的结论。借助这一实验探究，修正了学生原有的认知——力是维持物体运动状态的原因。

环节三：呈现科学史，完善对核心概念的认识

笛卡尔在伽利略的基础之上对运动的方向进行了补充。而牛顿则概况了伽利略、笛卡尔等人的研究成果，对静止的物体不受外力作用时的情况进行了探讨，得出结论：一切物体在没有受到外力作用时，它们的运动状态保持不变，包括保持静止或保持匀速直线运动状态。思考：在整个大力士拉卡车的过程中，卡车由静止到运动再到静止的原因是什么？力是改变物体运动状态的原因。

3.2实验创新，创设直观情境促进核心概念的建构

教学中，通过创设概念情景，使学生获得感性认识，利用对原有实验装置的改进和创新，将一些抽象的、看不见的东西直观地呈现出来，使学生对核心概念的理解更加方便、有效。

教学片断3：重力、压力、摩擦力、浮力的方向

在重力、压力、摩擦力、浮力方向的教学过程中，发现学生常常无法分辨“竖直向下”与“垂直向下”，对于摩擦力的方向是与相对运动或相对运动趋势的方向相反这一点较难理解。这时，对于看不见、摸不着的力的方向，我们借助于水平面和重锤线帮助学生区分“竖直向下”和“垂直向下，”利用转换法借助于压力、摩擦力和浮力的作用效果“显示”出压力和摩擦力的方向。

3.3过程演绎，准确把握核心概念的内涵和外延

人的认识规律总是从简到繁，从易到难，由浅入深。一个完整的科学概念的形成和掌握需要有一个发展的过程。追求一步到位式讲深讲透的做法是不符合学生的认识规律的。学生形成、领悟、巩固核心概念先从直观表象开始，经历感觉、知觉，进而进行分析、综合、概况等思维过程。演绎核心概念的形成过程，踏着科学家的研究足迹，提出问题、建立猜想、搜集证据、得出结论，在经历完整科学探究的过程中，体会学者的睿智和科学的魅力。

教学片断4：阿基米德定律

阿基米德原理是一个是实验定律，它是在前面定性研究浮力基础上的定量研究，即要让学生知道浸在液体里的物体所受浮力的大小等于该物体排开液体所受重力的大小。那么，如何在探究影响浮力大小因素的过程中关联到G排液这一物理量呢？

4小结

通过在日常的教学实践后发现，核心概念的教学对培养学生严谨求实的科学态度，掌握科学合理的探究方法等具有较好效果，同时通过分析并处理所教章节的主要内容，尝试促进正确概念的正迁移，消除错误概念的负影响，创新优化课堂实验，演绎再现生成过程等方式，对帮助学生自主搭建知识结构框架，系统建立科学概念体系等方面都起到了积极地促进作用。endprint