基于核心素养下的初中科学概念教学探究

倪世民

【摘  要】 初中《科学》课程是一门以科学本质知识为基础、提高学生科学素养为宗旨的综合性课程，它对于帮助学生认识科学，提升科学素养有着积极的意义。基于中学生发展的核心素养，本文针对初中科学教学中的概念教学做出研究，采用理论结合教学设计的方式，从学科角度做简要分析。

【关键词】 核心素养  科学思维素养  概念  建构  教学  实验

初中科学的教学中，通过让学生认识、了解和学习自然界中的科学概念，提高解决实际问题的能力，在这一过程中，学生的个人素养也在不断提高。毋庸置疑，这门综合性的课程对学生的“学”与“用”都有着极高价值和重要意义。

一、基于科学思维素养下的概念教学原则

1. 突出概念的建构过程

直接进行科学概念的传授是无意义的，也是没有效果的，虽然看似是在模仿知识，但站在学生的角度上看仍然是一篇空白。因此，教师在实际教学过程中不应只用空洞的言辞和督促学生一味地单一背诵这种方式来进行概念教学，由传统的“重视理论和结论”向“重视过程与方法”的教学观念转变，更倾向于学生在思想上、思维上的动态生成，强调学生在教学活动中的主体地位。“授之以鱼不如授之以渔”，教师重要的是传授给学生学习方法，由学会科学知识过渡到会学科学知识，从根本上提高学生的学习效率。经分析发现，学生在课堂教学中仅进行单一的听讲，学习效率达不到20%，而进行小组合作探究学习是40%，结合教师引导进行实践探究的学习效率则是80%。由此可见，最为理想的教学方式就是充分发挥教师在课堂教学中的引导作用，让学生通过亲身体验，来让学生通过自己的所见所感去体会和感悟知识的组成和内涵，促进学生对未知事物的主动建构，使课堂教学更加灵动，也更具实效性。例如，在密度的教学中，教师出示实物，五个由小到大排列的正方体，提出问题：如图所示，已知五个正方体均由两种物质构成，五个正方体中V1最小，此外，4 V1=2V2=2V3=V4=V5，那么如何才能够将五个正方体分作两类？在五个正方体中，将2和3进行对比，2比3轻;将4和5进行对比，4比5轻，但1却无法比较。教师让学生进行分组探究，并进行思考：3和5或2和4是否可能是同一类物质，它们的体积关系与质量关系是怎样的，是成正比增大还是相反的？经由实际体验、触摸和掂份量等方式，总结得出：2和4的质量与体积之比是成正比增大的，所以它们应该是一种物质;3和5的质量与体积之比也是成正比增长，故也应该是同一类物质，因此，同种物质的质量与体积的比应是一个定值。教师进行追问：正方体金属块不好比较，那我们是否可以对其进行质量和体积的测量……经过多个小组的测量结果显示，正方体金属块1的质量是5的1/4，已知的体积也是1/4，所以，1和5的质量与体积比值相同。在引导学生亲身探究实验的过程中，感知“密度”这一概念，得出：物质的质量与单位体积的比值就是物质的密度。

2. 注重概念建构的合作探究过程

一个人的思维和能力毕竟是有限的，而且，科学学科也具有丰富多样的实验探究这一特点，通过实验验证理论。因此，教师在教学活动中更要组织多个学生共同进行学习，提高学生的合作探究意识，提升团队协作能力，同时提高学习效率。在合作探究的过程中，不仅有几率产生思维上的碰撞，产生对问题的新看法和解决问题的新方法，还能够有效地带动小组内的学习兴致消极的学生，改进其学习观念，实现生生互补，切实提高学生利用科学知识和科学思维解决实际问题的能力，营造和谐充实的科学课堂教学。例如，在变阻器的使用中，教师仍可以通过问题进行教学导入：改变导体电阻的最简单方法是什么？学生结合所学知识可能会得出改变导体材料;改变导体横截面积;改变导体长度……等等回答，紧接着教师就可以拿出直线式滑动变阻器来引导学生进行观察，当鳄鱼夹在镍铬合金丝上进行左右移动时，以改变电阻丝接入电路长度的方式，使灯泡的亮度发生明显变化。引导学生通过小组讨论探究，说一说直线式滑动变阻器的优、缺点，结合教材分析，其优点是构造简单，制作简便;缺点则是体积过大，不便于携带和操作。那么如何才能够使变阻器在不减少电阻变化范围的前提下，体积变得小巧，操作也更简便呢？师生共同探究，通过改变导体长度，以及变换状态，如螺旋状等，使其变得更加精简方便。同样的，想创新就要面临问题，在绕圈后相邻两圈的电阻丝会不会因为碰到而发生短路？学生就可以结合所学电学常识将滑片和电阻丝连接处的外衣刮掉，使金属滑片在电阻丝绝缘的情况下与其导通，通过合作互动探究以及教师用问题加以引导的方式，认识并分析变阻器的各个组成部分，有效的帮助学生在探究过程中相互启发，改进不足，自然地将变阻器的结构及原理内化于心。

3. 深化概念教学的设计探究过程

深化科学课堂教学，就要切实保证教学设计依托于学生科学素养的提升这一目标，在教学过程中加大提高科学实践探究的比重，促进学生科学思维的形成与提升，以实践检验真理，通过设计探究认识科学知识的本质，在此基础上，形成内化不变的技能，提高学生的科学核心素养。例如，在“牛顿第一定律”的教学中，这一节知识是在学习了力的相关基础知识后所进行的更深入的学习，因此本课的主要探究可以设定为探究力与运动之间的关系。通过将车轮朝上的小车倒放在桌面上，来引导学生观察用力推动后和停止用力后的小车运动情况，并让学生尝试进行概括：物体的运动需要力的维持，力是维持物体运动的原因。接着，教师将小车的车轮朝下，再用力推动，现象是小车不会立即停下，从而引出教学主题：力对物体运动的作用究竟是怎样的，二者之间的关系是什么？教师在教学中要能够将问题转化为一定的啟发性讲述，这也是便于学生科学思维素养形成的关键。在分解这两个问题的过程中，可以让学生通过观察静止的小车，得出结论：静止的物体不受力的作用会永远保持静止状态。那么原本在运动的物体不受力时，会怎样？研究物体所受阻力逐渐减小，可以推断出该物体运动的变化，进而分析它在不受力时会做什么运动。就此提出两个问题引导学生展开实验探究：①如何改变阻力大小。②如何反映阻力对物体运动的影响。学生通过更换水平面，和给予小车同样初速度的方式，来比较小车在不同水平面上的运动距离，分别可以用毛巾、木板或者棉布来进行。结论：表面越光滑，阻力越小，移动距离越远;总结得出力是改变物体运动状态的原因，进而引申出“牛顿第一定律”，完成概念的建构。

二、基于核心素养下的概念教学策略

1. 加强对易混淆概念的深化，引导学生理解概念本质

初中阶段的学生已经具备了一定的抽象逻辑思维和对问题的主观认识、分析能力，但仍存在过于浅显和表面的现象，缺乏对问题更深入和综合性的思考，此外，初中科学中有着很多字义相近但本质大不相同的概念，容易使学生造成混淆，也会对学生解决实际问题产生影响。因此，教师需要立足概念本质，强调对概念形成过程的建立，引导学生在从开始到结束的过程中，分析每一个组成部分，从而深化知识间的区别与联系。例如，在能量的守恒与转化中涉及到“功与功率”的概念，学生常会将功与电功的功率知识相混淆，教师在进行 “电路探秘”单元的概念教学时，应明确细化各个概念，对于额定功率，是指电器铭牌上所表示的电功率，也就是电器正常工作时所消耗的电功率;实际功率指的则是用电设备在实际用电过程中的单位时间内所消耗的能量。用电设备两端的电压可能与额定电压相等，但也可能不相等，只有实际电压与额定电压相等时，额定功率才能与实际功率相等。从而使学生明确：用电设备的实际功率数值有无数个，但额定功率数值只有一个，通过对比区分概念本质，掌握概念内涵。

2. 探寻概念本质，明确建构意义

掌握概念可以分为两种形式，一是通过了解概念的形成掌握概念;二是通过同化的方式掌握概念。科学学科中的许多概念都以同化的形式建立，而这种唤醒学生脑中记忆的方式，也更有利于学生探寻概念的本质核心，将新知与学生原有认知结构中的已有概念进行类比，不仅能够找出二者的本质区别，还能够实现概念建构的真正意义。例如，在“光的反射和折射”中，在进行利用光具座研究凸透镜成像的规律这一实验时，三个元件移动到同一水平高度，光屏上出现清晰成像，教师就此提出问题：①光屏所成像的性质是（）;②如果使蜡烛和凸透镜的位置保持不变，撤去光屏后，是否依然成像？在该实验过程中，学生对于实像和虚像的理解仅停留在表层，对成像原理缺乏深入探究，教师需要抓住“实像”与“虚像”两个核心概念，让学生通过调整焦距来感受概念，从而明确二者的区别：实像是实际光线的汇聚点;虚像是实际光线反向延长线的交点，故而得出问题答案，使学生建立对“像”的概念的认知，抓住概念的本质内涵。

3. 关注学生前概念对其学习的影响

所谓前概念，指的是自身通过生活经验和常识对科学现象做出的解释，不具备科学性和专业性。前概念在一定程度上会对科学概念的学习产生一定的干扰，对新概念的建构有一定的阻碍作用。教师在教学中需要在课前导入过程中充分了解学生已有的前概念，通过问题来引导学生在学习新知的过程中，改变、重新组合已有认知，纠正错误观念，从而构建正确的科学概念。例如，在“密度”的概念教学中，教师可以提出问题：“铁和木头哪个更重？”学生可能会不假思索地回答铁比木头重，但事实真的是这样吗，教师进而引导学生，在不确定实际重量的情况下，不应凭借常识来判断问题，例如一颗钉子和一块木桩，就此引发学生的认知冲突，打破常规观念，得出结论：体积相同的情况下，铁的质量会比木头要大，进而引出：体积相同的不同物体，质量并不相等。自然地进入到“物体每单位体积内的质量”这一概念的教学中。先通过提问的方式暴露学生错误的前概念，同时引发其认知冲突，使其在思考中纠正错误观点，再在教师的引导下重新建构正确的科学概念。前概念是难以避免的，它是人生活经验和普遍认知所导致的，教师应对其加以利用，而不是回避，使其成为促成新概念形成的转化工具。

4. 展示概念建构思维过程，体现概念之间的联系

概念图的优势就在于，能够清晰地罗列出多个概念之间的结构、区别以及内在联系，教师应多采用概念图的形式来帮助学生明确各概念之间的区别与联系，将多个概念整合成为一个知识结构，在这个网络中能够快速准确地找到任何具体概念，使学生系统地掌握所学知识。例如，在右图中，就清晰地展示出了物态变化中所涉及到的相关概念之间的联系以及能量的转化。在概念教学中不仅要让学生通过概念图来记住概念之间的联系和区别，还要逐渐地学会和掌握建构概念图的方法，从而应用到其他知识的学习当中，形成学习能力。教师在教学中也要强调学生参与制图的过程，而不是直接将图传递给学生，在一步一步地建构、修改和反思中，逐渐完善知识结构，完善思维，形成科学的学习方法。例如，在学习“种群”“生物群落”以及“生态系统”这三个概念时，仅是表达关系的话，学生都可以做到，但在解决实际问题时却总会出现错误的判断。教师需要做的是将三者进行归类，然后引导学生建立概念图，在清晰的关系结构中掌握每个概念的本质。

类似这样通过引导学生自主建构概念图的形式，理清概念与概念之间的关系和联系，深化科学概念的本质，提升学生的逻辑思维能力。

5. 创设情境，以实验促进概念建构

趋于真实的问题情境，更利于激发学生的探究欲望和学习兴趣，在学习过程中也更易于提取重要信息，方便在后续的学习中加以应用。教师通过问题导入的方式，创设教学情境，加上实验探究的辅助，实现学习兴趣与概念建构效率的双提升。例如，在“水的浮力”教学中，这一节的知识从表面上来看，对于初中生来说很容易且能够理解，但在涉及到物体下沉时，学生却很难做出准确的判断，因此，导致对于浮力概念的理解也只能夠停留在表面，没有理解和掌握概念的核心。对于此，教师可以设计实验，让学生将乒乓球或矿泉水瓶在水中进行按压，感受浮力，进而提出问题1：为什么乒乓球和矿泉水瓶不会下沉，反而上浮？感受这种力，即浮力。接着换用钩码来重复刚才的实验，问题2：钩码有没有受到水的浮力？在探究过程中，让学生观察弹簧秤在钩码下沉过程中的读数变化，对其进行受力分析，从而抓住问题的本质。整个探究过程，关注钩码从沉入水中到离开水面时，弹簧秤的读数变化，使学生理解能够下沉的物体同样也会受到浮力作用。基于学生的认知思维特点进行教学，渗透科学核心素养，使学生从感性认知上升到理性认知，有效地发展其科学思维品质。

再如，在“为什么会降水”一节中，涉及到“湿度”的概念教学，教师可以播放专题短片《湿度和身体健康》，安排学生进行一个简单的实验，拿出两个烧杯，分别装上相同质量的冷水和热水，并在两个烧杯上面各盖上一片玻璃，教师提出问题：玻璃的下表面会出现什么现象？为什么会出现这样的现象？冷水杯和热水杯的上面的玻璃那一片水汽较多呢？如果水汽不断增多的话，会出现什么现象？进行观察和思考。分析得出：冷水杯上方尽管有水蒸气但并无明显现象，相反，热水杯上方则出现了水雾。由此可见，水蒸气是肉眼看不见的，所谓“白气”是由水蒸气液化后所形成的小液滴，温度越高，空气中的水汽含量也就越多。最终得出结论：在地面条件相近的情况下，温度越高，湿度越大。

三、基于核心素养下的科学概念教学设计

1. 教学目标

义务教育阶段的课程教学目标主要包括知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观三大方面。依据科学学科的核心素养中的三方面、六大素养将科学核心素养渗透到教学目标中，结合多个要点确定一堂课的多维教学目标。首先三方面包括文化基础、社会参与以及自主发展;六大素养包括人文底蕴、科学精神、实践创新、责任担当、学习方法、健康生活;其中所涉及到的多个要点，选取其中具有代表性的几个进行说明。①人文底蕴中的人文情怀：通过科学的方法来探究物质的相互转变，在真实体验中感受物质变迁和科学进步的发展过程。②实践创新：掌握简单的实验方法，其中包括观察、实验、采集和处理信息的基本技能。③理性思维：崇尚科学，养成科学与真理至上的思维习惯，运用科学思维认识事物，解决实际问题。④自主发展，健康生活：珍爱生命，树立与自然界和谐相处的生活态度，认识自我，健康生活，理性规划。

基于核心素养下的初中科学教学目标几乎涵盖了培养全面发展人才的基本素养，核心素养中的文化基础，社会参与及自主发展等内容，都在初中科学教学中得到了全面的体现，也能够积极促进人的全面发展。

2. 教学过程

充分借鉴建构主义的教学方法，根据教育教育教学的实际情况，其中包括支架式教学法、抛锚式教学法、随机导入教学法以及任务驱动教学法。

3. 教学评价与反思

学科核心素养下的教学评价与反思，贯穿于教学过程的始终，强调对学生兴趣的激发，对学生自主能力的尊重，引导教师能够进行科学的自我评价，激发学生多种多样的有效的学习方式，也包括对课后的学习情况的评价。

四、基于核心素养下的概念教学分析

《探索碱的本质》

教学目标：人文基础——科学精神——理性思维：①了解什么是碱;②碱的通性;③分辨氢氧化钠以及氢氧化钙。勇于探究：①以小组探究的形式展开实验教学，加强学生的团队协作能力和实践精神。社会参与——实践创新：①掌握如何正确使用氢氧化钠;②通过学习氢氧化钠和氢氧化钙的相关知识解释生活中遇到的实际问题;③通过实验探究，归纳出碱的通性。

教学过程：

1. 创设问题情境，导入新课

通过上节课《探索酸的性质》我们了解到了生活中常见的酸，除此之外，大家还知道生活中有哪些碱性物质呢？通过生活常识回答教师提出的问题，“肥皂、洗衣粉、食用碱、小苏打、水泥……”那么，究竟什么是碱呢？根据碱的定义：电解质电离时所生成的负离子全部是氢氧根离子的化合物，再根据碱在水中的溶解性还可分为可溶性碱、微溶性碱和难溶性碱。在对碱进行初步认识和了解后，进行下一步的教学：设计碱+指示剂的反应实验：该反应旨在引导学生观察试管内的试剂颜色变化，从而学会读取pH试纸上的值;通过对不观察颜色的变化，掌握碱与碱溶液之间的区别。实验过程：①实验材料：NaOH、Ca（OH）2和酚酞、紫色石蕊、pH试纸。（强调：此处为什么要说明是碱溶液，而不说是碱，这是因为碱的溶解性所限制，比如氢氧化铜、氢氧化铁等不溶于水，所以它们并不能够使紫色石蕊和无色酚酞变色）。②碱+酸的反应：加入NaOH，滴入酚酞，再加入酸。结果：红色褪去，说明发生反应;试管壁温度升高，说明碱与酸发生反应。③碱+非金属氧化物=盐+水：该实验在于通过今日所学知识来进一步明白碱能够和更多的非金属氧化物产生反应。实验结束后，教师提出问题：如果要吸收或者去除二氧化碳，可以选择什么溶液？写出它的化学式。如何检验二氧化碳是否被完全吸收？其现象是怎样的？写出它的化学方程式。出示多媒体课件，展示生活实例：生产硫酸的工厂所排放出的废气里含有二氧化硫，这是一种污染环境的有害物质，如果在排放废气时将废气通过氢氧化钠溶液，则可以大大减少二氧化硫的含量，通过一个短视频帮助学生了解相关知识。④通过观察碱+盐的颜色反应，来分析实验前后的溶液颜色变化现象的原因。碱+盐=新盐+新碱：观察NaOH+CuSO4溶液的反应;观察NaOH+FeCl3溶液的反应。

在《探索碱的性质》一课中，充分地调动了学生的参与积极性，通过利用实验的方式使每个学生都参与到了课堂教学中来。例如，在“碱的通性”相关实验中，需要让学生来观察试管内的溶液颜色变化，读取出pH试纸上所对应颜色的数值，通过探究实验提高学生的学习兴趣，在活动中轻松地掌握了本课的关键知识点。此外，在实验环节中，通过自主设计、自主安排、自主操作进行实验，并得出结论，在实验过程中学生与学生之间相互协作，彼此交流，不仅能够激发思维上的碰撞，还会对一些结论和细节的正确与否进行辩论，最后得出正确结论后，产生积极的成就感与自豪感，实现了知识的内化。在这一过程中，主要体现了核心素养中的写作、交流、思维以及创造四个要素。在“氢氧化钙的性质”这一部分中，教师可以出示生石灰、熟石灰、石灰乳、石灰水等實物来让学生直观地观察和接触到化学知识，使抽象知识与生活实际得到融合，更利于学生高效的进行学习和辨析不同物质的不同性质。在整节课中，教师基于学生的原有认知结构，从生活实例出发，引导学生逐渐进入新知的探索之中，并实现了知识的链接，同时，通过化学材料的实物展示，吸引学生注意力，使其具体形象在学生的脑中加深，更方便学生记忆。在教学过程的尾声中，仍以实验来结束教学，通过解决实际问题，巩固所学知识和学习方法，切实提高教学效率。

综上所述，基于核心素养下的科学概念教学，通过大量的实验运用，以学生为主体，真正意义上体现了教学环节的开放性，整体教学过程学习气氛浓厚，学生都能够全身心地投入到教学之中;以学生为主体的科学概念教学，通过实验的方式增强学生对概念形成的过程性体验，感受知识从隐藏到被发掘的过程，最后在应用知识的过程体验成功的感觉，提升学生实践操作能力的同时，增强学生的内在理性思维，这也正是科学教学实践意义的体现，有效地培养学生的创新能力。核心素养下的科学教学不仅是对知识的传递和迁移，更是在培养学生的人文素养以及自我综合素质。

参考文献

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