基于科学本质建构科学概念的策略研究

乔庆华

摘 要 科学概念的建构对科学核心概念的建立有着重要作用，教师在教学过程中要想凸显出科学核心概念的教育价值，科学概念的建构是第一步的扎实基础。教师可以基于科学本质，通过以科学探究为载体，紧抓科学概念的源头；以思维导图为抓手，促进科学概念的形成；以生活情景为背景，强化科学概念的迁移等教学手段，促进核心概念的建构，进而培养学生的科学素养。

关键词 科学本质 科学概念 建构策略

1科学本质

科学本质的内涵丰富，它指出自然界是有规律的，这种规律是可以被认识的。科学知识的形成是一个不断修正、不断深入，以逐步逼近客观存在的过程。而科学是以多样统一的自然界为研究对象的科学探究活动。它是一个相对开放的系统，科学知识具有相对的稳定性并不断发展和进步，只在一定范围内适用。科学能促进社会进步，且受到科学道德和社会道德的双重约束。科学教育的总目的就是让所有的学生获得以科学方式处理事物的整体能力，就是“科学素养”这一术语的含义。

2科学概念的内涵及特征

科学概念是在科学发展的过程中建立起来的，是对科学现象和科学本质的概括化和抽象化的思维形式，它可以反应同类事物产生的规律和本质属性。是人类认知过程中形成的概念体系中的基本单元，虽然不同于科学教育中的大概念，但正是由于这些一般概念彼此联系，彼此依托，才促成了科学核心概念的完善，才使得科学大概念的视角越来越清晰，越来越形象具体。从而帮助人们对科学大概念的理解和认同，更本质地提升一个人的核心素养。美国课程专家埃里克森是这样对核心概念作出解释的：“核心概念具有超越课堂之外的齿距价值和迁移应用价值的概念性知识、原理和方法，它们是居于学科中心的。教学的中心应该从记忆事实转移到深层理解核心概念和学科的知识结构，进而促进学生思维的发展”。位于一线教师的我们知道，唯有脚踏实地基于科学本质地落实好每一个一般的科学概念，才能真正促成科学思维的改变。就想高楼大厦的建立都离不开切切实实的砖和瓦。

科学概念具有以下特征：（1）统领性。所谓统领性，就是基于科学事实能够统领概括出该现象所具有的共同属性，从而总结得到相应的规律。当然科学概念的得出最终将为科学核心概念的阐述贡献力量，进而帮助学生理解科学教育中的大概念。（2）迁移性。科学概念作为对众多事实和现象的高度概括总结，其本身就具有强大的解释力，包括了相关现象的解释和对应学科的相关知识。这使得科学概念的习得过程可以转化为一种概念学习的工具，可以为其他问题的解决提供思路和方法。

3基于科学本质促进科学核心概念建构的教学策略

3.1以科学探究为载体，紧抓科学概念的提炼

从知识结构图科学事实-科学一般概念—科学核心概念—科学主题这一线索中，我们可以发现核心概念位于一般概念的“上层”，处于核心的地位。在教育教学中，教师第一步要做的就是基于科学本质，引导学生经历科学探究的过程，从而帮助学生科学地建构一般的科学概念，在此基础上逐步提炼，寻找本质属性，得到核心概念，从而理解科学主题。

案例1：力臂的教学。

力臂是学生学习杠杆时接触的一个概念，这一概念的成功建构有助于学生对杠杆平衡这一状态的理解，可以帮助学生更好的理解力和运动这一科学核心概念。但实际教学过程中，不少教师采用直接对力臂下定义的方法—所谓力臂就是杠杆的支点到力的作用线的距离。这样的教学根本谈不上对概念的建构和理解，力臂概念是强加给学生的。为此，我们可以尝试着基于科学本质，以科学探究为载体进行力臂概念的建构过程。

用如图1所示的杠杆，杠杆后衬一张硬纸板，硬纸板上画一组等距同心圆，圆心恰在杠杆的支点。开始是，杠杆的左边与支架之间连接一条橡皮筋，杠杆右端翘起。

教师：用弹簧测力计对着杠杆右边某点竖直下拉，使杠杆在水平位置平衡（如图1甲），读出现在弹簧测力计对杠杆的拉力是多少？

教师：将弹簧测力计的拉力的作用点向外移一格，仍竖直下拉，并使杠杆仍在水平位置平衡，即保持弹簧测力计拉力的作用效果不变，如图1乙所示，此时弹簧测力计的示数有什么变化？你能解释这一现象么？

学生：弹簧测力计示数变小，变为3N了。因为力的作用效果与力的作用点有关。作用点变了，产生相同的作用效果，拉力的大小也变了。

教师：现在改变弹簧测力计对杠杆拉力的方向，使杠杆仍在水平位置平衡，即弹簧测力计拉力的作用效果保持不变。弹簧测力计的示数有什么變化？你能解释这一现象么？

学生：弹簧测力计读数逐渐变大。因为力的作用效果跟力的方向有关，现在弹簧测力计拉力方向改变了，要想产生相同的作用效果，拉力的大小也会发生改变。

教师：（当弹簧测力计读数减少到4N时，如图1中丙所示，）现在弹簧测力计的示数也是4N，与图1甲情形相同。两种情况相比，弹簧测力计的拉力的作用点不同，拉力的方向也不同，但为什么拉力的大小相同呢？我们一起来寻找隐蔽的相同因素是什么？

若学生有困难，可让学生做出弹簧测力计拉力的作用线，再进行观察，寻找相同因素。

学生：甲和丙的共同点在于，拉力的作用线与同一个圆相切，拉力的大小都相同。

教师：我们通过两种情形概括出来的结论是否具有普遍性？怎么设计新的实验？

学生：如果在改变弹簧测力计拉力的作用点，并改变拉力的方向，当拉力的作用线与第三个圆相切时，弹簧测力计的读数也为4N。

教师用如图1丁所示实验验证了这个预言。

教师：请大家讨论一下，我们能否用一个量来描述这个共同的因素。你不妨通过画图寻找问题的答案。

学生作出支点到弹簧测力计拉力的作用线的垂线。

学生：过支点作拉力的作用线的垂线，支点都垂足间的距离相等。

教师：科学上把过杠杆的支点到作用在杠杆上的力的作用线的垂线，叫做杠杆的力臂。支点到动力作用线的垂线叫作动力臂，支点到阻力作用线的垂线叫作阻力臂。

该教学过程中，学生在教师的引导下，实际上经历了一个准科学探究的过程，他们透过事物表象的变化寻找隐蔽的不变因素，透过事物的表象差异去寻找隐蔽的同。在整个建构的过程中，引导学生细心地观察实验现象：当弹簧测力计拉力的作用点和方向都改变时，力的大小可以保持不变，而不同的情况下弹簧测力计的示数相同，这些情况中势必存在一个隐蔽的相同因素，通过做辅助线，学生得到了力的作用线与第三个圆周相切。从而概括出结论，只要弹簧测力计拉力的作用线与同一个圆周相切，则拉力的大小都相同。得出结论后再通过第4个实验进行验证。所有这些过程都体现了科学本质。

3.2以思维导图为抓手，促进科学概念的形成

在上述过程中，学生已经了解了力臂的概念，然而，此时学生的科学概念是零散的，概念和概念间也缺乏联系的纽带。为了突破概念教学的难题，教师要学会将不同概念进行整合，突出这一科学概念在科学核心概念中的作用和地位。例如，力臂这一概念作为杠杆的五要素，在杠杆平衡中发挥主要作用，从而可以绘制如下的思维导图，帮助学生建构完善的知识网络（见图2）。

3.3以生活情境为背景，深化科学概念的迁移

教学是促进科学学习的工具，而学习的有效性则体现在学生对科学概念的迁移能力上，我们不禁要反思科学教育中科学核心概念教学的要义：围绕核心概念，以科学事实为载体，通过分析来龙去脉、相互关联，在把握一般概念的形成的过程中，领悟核心概念的本质，形成科学的思维方法。换言之，一般科学概念的建构有利于促成核心概念的建立，核心概念统率价值、融合价值才能得到真正地落实和体现，才能进一步促成学生的科学素养的形成。具体表现在特定的情境中，学生能巩固提取认知结构中的相关知识、概念、原理等，用于解决实际情境下的具体问题。因此，强化科学概念的形成有利于促进学生对核心概念的理解和应用。当然对科学概念的理解和应用还是要渗透在实际情境中。

4总结

从概念教学走向核心概念的教学是大势所趋，自然走好第一步变成了重中之重，如何能基于科学本质建构科学概念，大大提高了科学教育的本质意义。教师在教学过程中要想凸显出科学核心概念的教育价值，科学概念的建构是第一步的扎实基础。教师可以基于科学本质，通过以科学探究为载体，紧抓科学概念的源头；以思维导图为抓手，促进科学概念的形成；以生活情景为背景，强化科学概念的迁移等教学手段，促进核心概念的建构，进而培养学生的科学素养。让学生的学习从科学事实转向可科学概念，由科学概念走向核心概念；由核心概念走向科学素养。

参考文献

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