例析基于学生前概念的有效科学探究教学策略

张亮

[摘 要]针对科学探究教学中存在的“重过程轻动机”“重形式轻思维”“重模式轻体验”“重主导轻自主”的“四重四轻”误区，提出“有效前测，探查前概念”“有效提问，巧设问题链”设置冲突，改进演示实验”三个教学策略，在很大程度上实现了科学探究有效教学。

[关键词]科学探究教学；前概念；误区；有效前测；问题链；实验改进

[中图分类号] G633.98 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）26-0076-04

一、当前科学探究教学的主要误区

随着新课程改革的深入推进，“学为中心”的科学探究教学备受推崇，但在实施过程中 “伪探究”的现象普遍存在。笔者通过研究总结发现，当前科学探究教学存在着“四重四轻”误区。

（一）重过程轻动机

“探究动机”是推动学生进行科学探究的内因和动力，它反映出学生是出于什么原因和目的去探究问题的。许多科学教师在实施探究教学时过于看重探究过程本身，而忽视了对学生探究动机的激发，导致学生毫无探究的欲望，为了探究而探究，不会自主去探究。

（二）重形式轻思维

教学的有效是在学生的思维活动中发生的，失去学生思维的探究活动将只剩下一个形式的空壳。教师一味追求完成探究形式，以书本知识代替学生思维，以教师逻辑压制学生思维，以学科的教条约束学生的思维。久而久之，学生便习惯了不质疑、不提问、不反驳、不思考。

（三）重模式轻体验

在很多教师看来，提出问题、建立假设、设计实验方案、收集事实证据、检验假设、交流与讨论这几个环节的总和就是探究。如缺少其一探究就不完整。因此，在探究课上总是快节奏地安排教学环节，以至于学生还没有真正进入状态就已经结束，根本没有深层次的探究体验。

（四）重主导轻自主

为了确保探究任务能够顺利圆满地完成，教师对课堂掌控的力度越来越大，主导作用越来越强。学生只能在教师的背后拼命地跟，探究的自主性荡然无存，从而也使探究失去了“探”与“究”的应有价值，与新课程改革的初衷相违背。

二、有效科学探究教学的策略

针对以上误区，笔者结合自身教学实践，提出了以下教学设计策略，并通过实例谈谈对有效科学探究教学的思考。

（一）有效前测，探查前概念

1.“知识前测”搭桥“已知”与“未知”

在科学探究教学前，教师应合理设置“前测”，探查学生的“前概念”，发现学生的学习“盲区”和“易错点”，并引导学生对比分析“已知”与“未知”，从而让学生的“学”有方向、有目标、有价值地进行。

【案例1】 《空气的存在》的“前测”内容。

学生已有“空气是真实存在的”这一生活经验和知识基础，通过这个表格的设计能让学生学会对比。通过“已知”和“未知”的对比，学生更直观地认识了空气的存在。从能力层面来讲，这样的教学设计更注重学生对知识的体验，促进学生主动获取知识，能有效训练学生举一反三、推理、质疑、类比等能力。

2.“方法前测”体验“动手”与“动脑”

对于科学教材上可利用生活物品来做的实验，还有课堂上由于时间、空间有限而无法进行的实验等，教师都可以将它们设置成家庭小实验的形式并通过“方法前测”引导学生进行学习。

【案例2】《压强》的“前测”内容。

学生的“前概念”各有不同，学习能力、解决问題能力的层次也不同，因此设计前3个问题较简单，所有学生只要参与，动动手和动动脑就能完成。而第4个问题是在理解概念的基础上联系生活实际来回答，如果能回答出来，说明学生经过了思考并且理解了概念，满足了对优秀学生思维的培养需求。这比以前学生思维直接跟着实验走，把科学实验当成走形式的教法，对学生的思维锻炼要好很多。

3.“评价前测”促进“思考”与“质疑”

传统备课中，教师也是会考虑学生的“已知”和“未知”基础的，只不过这种“知”与“未知”大都凭借教师的经验或臆断，于是教师个人的“文本解读能力”和“课堂生成能力”往往极大地影响着课堂教学的效果。当教师这两项能力均偏弱时，就会出现“教与不教一个样”的情况。为此，应设置“评价前测”，引导学生思考与质疑。

【案例3】《生物的进化》的“前测”内容。

学生疑问：

（1）生物的变异完全需要多长时间？

（2）生物存在变异的原因是什么？

（3）是不是只要是不适应环境的物种就会消失？

（4）为什么仍有适应能力较差的生物存在？

（5）还有什么证据能证明达尔文的进化学说？

（6）生物在进化，为什么现在还有低等的生物存在？

（7）如何用达尔文的进化论去解释生物现象？

……

从上述问题可以发现，以学生在 “前测”中呈现的知识技能“盲点”或有价值的“疑点”、学生学习的“兴趣点”作为课堂教学的“出发点”，以点带面展开教学；或以学生学习的“已知点”点化学生的“未知点”，可发展学生的思维能力，提高学生运用知识解决问题的能力，使学生通过学习不断受到启发，能力得到不断提升。

（二）有效提问，巧设问题链

对于这一观点的提炼灵感源于一次教学比赛，比赛教学内容是随机抽取的，在设计教学时发现，学生对学习电磁感应所需要的“电”“磁”等相关知识基础不扎实，对“电路”“电表”“磁场”“磁感线”等概念更是一无所知。基于此，笔者将该课设计成“探究课”，具体如下。

1.基于兴趣巧设“情境问题链”，激发学生的探究欲望

为了更好地激发学生探究电磁感应的兴趣，本节课上课之前笔者特意设置了一个特殊情境，事先将教室里的音箱的电源插头拔去，并给全班学生播放音乐，结果音箱没有发出声音。接着笔者抛出以下“问题链”。

此情境中音箱在没有接电源的情况下发声，这与学生的原有认知“音箱没有电不能发声”产生冲突，通过这组“问题链”，可有效激发学生的好奇心和求知欲。

2.基于思维巧设“引导问题链”，有效助推学生的探究进程

为了使学生真正“卷入”探究过程，突出学生的主体地位，且成为知识的“探索者”，教师应设置“引导问题链”。“引导问题链”中的每个问题都应依据学生的思维而设计，使每个问题对接下来学生的思维变化产生影响。例如，“实验中产生电需要什么条件？”的问题，对学生来说难度过大，无法有效解答，对此教师可将这一大问题转化为如下系列问题。

此问题链中，每一个问题的设置都源于对学生思维的分析，而每一个问题的提出又对学生的思维产生了影响。若问题难度已经超出了学生的能力范围，教师便进行问题转换，以降低难度；若学生回答不完整，则可以追问，引导学生自我质疑；若学生有疑问，可以将问题反抛给学生，共同研究。总之，问题链的问题由学生的思维决定，而学生的思维活动又受问题链的引导，问题与思维相互作用，共同助推探究的进程。

3.基于基础巧设“发散问题链”，有效突破探究难点

此节课中，探究活动的最大困难是学生尚不知何为“磁场”和“磁感线”，所以无法找出“如何运动才能产生电流”的真相。因此笔者将内容加以引申，设置如下问题链。

问题1：不同的运动方式，造成的结果不同，你觉得是这些器材里的哪一个起了影响作用？（引导学生关注实验中的细节）

生1：磁铁。

问题2：对于“磁”，你知道它的哪些知识呢？（了解学生的知识基础）

生2：同极相斥，异极相吸；指南针；吸引铁。

（教师演示“磁铁不接触吸引铁棒实验”）

问题3：磁铁不与铁棒接触便可以吸引铁棒，你知道这是如何做到的吗？

（学生思考，未能回答）

师：其实关于磁，还有一些知识大家尚不知道……

生3：磁场！（未等教师把话说完，生3便脱口而出）

（学生介绍磁场，教师补充说明）

师：同学们说得很好，磁铁周围确实存在着磁场，它看不见，摸不着，却真实存在。磁铁不接触而吸引铁棒就是通过磁场实现的。为了说明这一点老师带来了一个有趣的实验。

（教师演示“磁感线模拟实验”）

评析：问题的设置使得探究活动更自然地过渡到对磁场的研究。教师再演示“磁感线模拟实验”，从感性上增强学生的认可度。

问题4：你能找出磁场分布的特点吗？

生4：好像都连成一条条虚线。

师：科学上引入“磁感线”来描绘磁场的分布。（教师介绍并用PPT展示U型磁铁所形成的磁场的磁感线分布）

问题5：你能结合磁感线，分析一下三种运动方式有什么不同吗？

学生讨论并回答：左右运动时，就像镰刀一样，磁感线被割断，而上下运动和前后运动时运动方向和磁感线是平行的，无交集，所以磁感线不会被割断。

评析：引导学生结合所补充的“磁场”“磁感线”概念，分析电磁感应中磁铁与线圈的相对运动方式，继续推进探究进程。

（三）设置冲突，改进演示实验

筆者以“探究物质燃烧条件”为例，阐述如何基于学生的前概念改进实验以实现有效科学探究教学。

本节课的知识难点是通过实验探究认识物质燃烧需要的三个条件：可燃物、助燃物和可燃物达到一定的温度（着火点）。基于生活经验，学生对“燃烧需要可燃物”这一条件比较容易理解，而对后面两个条件的理解有一定难度，尤其是“可燃物达到一定的温度”这个知识点，因为在学生的认知中，物质燃烧是被火点着的，不点火就不能燃烧。

如何通过实验来修正学生错误的前概念并建构正确的科学概念，帮助学生建构物质燃烧需要满足三个条件（主要是后两个），是本节课要突破的教学难点。

实验改进一：“不用点火也能燃烧”。

教材中的实验（如图2所示）是通过“干、湿棉花在酒精灯的火焰上加热，观察干棉花能燃烧而湿棉花不能燃烧”来建构物质燃烧所需的条件，这依然没有修正学生的“燃烧必须点火”这一错误的前概念，学生很难通过这个实验来得出“物质只有在达到一定温度时才能燃烧”这个结论。甚至这个实验反而会误导学生：物质跟水接触就不会燃烧。

基于上述问题，笔者采用如图3所示的方式改进实验，转变学生的前概念。笔者利用学生生活中常见的火柴，并把它分为火柴头和火柴梗两部分，分别放在铜片上用酒精灯加热（在铜片上加热是为了打破学生一贯认为燃烧需要点火的错误前概念），同时引入探触式温度计（如图4）来测温度，把物质燃烧时的温度显性化，直观地显示了火柴头和火柴梗燃烧的温度，说明物质燃烧需要达到一定温度，至此“着火点”概念的得出顺理成章。

实验改进二：“在水中也能燃烧”。

学生对“有水就不会燃烧”这一观点深信不疑，而这会影响学生认识“只要满足燃烧的三个条件就一定会燃烧”这一新知。新版的华师大科学教材中出于安全和实验效果等原因[白磷在空气中燃烧产生大量的白烟（五氧化二磷）对教室环境造成影响，不利于教师和学生的健康；如图5中白磷燃烧现象不明显，且较易浮出水面，在水面燃烧起来引起火星和液滴的飞溅，存在一定的安全隐患]。已经删除了原教材中白磷和红磷在水中燃烧的对比实验。其实我们只要对这个实验稍作改进就可“两全其美”。改进方案如图6所示。

两个小烧杯内分别装有等量冷水和热水，放入白磷；两个烧杯内的白磷均不会燃烧，再用漏斗倒扣在白磷上方，漏斗柄连接橡皮管和玻璃管，往漏斗中吹入空气，让学生亲眼看到白磷在水中燃烧这一现象，有力地修正了学生“有水就不会燃烧”的错误前概念，同时该实验也很好地体现了科学实验探究中重要的“对照、对比”的思想（冷水→热水、有空气→无空气），也更地好证明了燃烧需要助燃物（空气）。

若把教育心理学还原成一条原理的话，影响学习最重要的因素是学习者已经知道了什么，影响教学最重要的因素是教育者是否了解学习者已经知道了什么，是否让学习者参与建构知识的过程，而非重在记住那些成果。文中笔者提出的“基于学生前概念的有效前测策略”就是把学生已知的前概念和未知的发展区连接起来的桥梁。经过对基于前概念的有效前测的探索，课题组成员发现科学课堂教学发生了巨大变革，学生的自主学习能力不断加强，初步达成了“轻负高效”的目标。

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（责任编辑 黄春香）