“三个一”前概念转变的科学教学在课堂中的应用

科学的概念教学从传统的添加记忆转向概念转变的教学方式，其行为更加符合学生的认知和理解，让学生对前概念引发认知冲突[1]，构建科学概念是概念转变的核心。很多研究表明，学生前概念存在着对现象非本质的认识，甚至对概念的误解。而学生的认知结构、思维方式和对原有事物的看法是学生学习的前提和条件。因此，如果忽视学生原有的知识经验、认知水平的教学是低效甚至是无效的。因此，本文采用“三个一”概念转变的科学教学方法在实际课堂中的应用进行研究。“三个一”分别指的是：前概念的暴露；引起认知冲突；建构科学概念。后续对概念转变[1]和传统教学方式两者进行比较以及有效教学的研究。

一、“三个一”——“前概念的暴露”

前概念[2]的暴露书面语应该是认知结构的探测，指综合多方面搜集的资料以便对学生的认知结构有更深的了解，并以合适的方式呈现学生的认知结构。可以选择二段式测验或者访问等。本文介绍的是二段式测验以及对问卷后答案的分析。二段式测验不仅能检测出问题的主要概念，根据追问还可以看出背后的因素。

以《电流的测量》为例：讨论电流是怎样到达小灯泡的？

此题检测的是电流形成的条件和断路的问题。学生日常生活的经验是断开开关后，灯泡不亮，没有电流，因此两个班65%的学生都认为没有电流。他们也是根据生活中的认识得出的结论。但仍有26.9%的学生认为断开开关后，开关前面仍然有电流，后面没有。他们认为“小学里学过，电流像水流，当断开开关后，水龙头到开关是仍有水的，而之后是没有水的”。该案例给笔者的启示是，我们在选择用类比的方式的时候要选择合适的对象。

二、“三个一”——“引起认知冲突”

虽然认知冲突不一定会促使学生发生概念的转变，但是认知冲突可以被看成概念转变过程的一个起点。为了促使学生实现概念转变，教师需要创设一定的情境，以引发学生的认知冲突。可以通过实验、演示让学生感到原有理解相反的事实。通过实验探究，来呈现日常生活中不能经历的或者意想不到的新现象，引起认知冲突，推进学生的概念转变。以电流的测量为例，进行实验探究引起学生的认知冲突。

1.提问：前概念电流流到开关处停下来，像水流一样被切断，前面有电流，后面没有电流，设计实验。

第一步：让学生小组讨论，当开关断开后，A、B两处是否有电。第二步：介绍电流表的作用和使用方法，让学生测量小灯泡两端的电流大小。第三步：根据实验现象讨论，得出结论，帮助学生修改原先错误的认识。

2.电流的方向，很多学生认为电流是电源正极到负极，也有很多学生认为是负极到正极，甚至也有学生认为是正极到用电器，负极到用电器。

设计实验。第一步：在电路中正极到灯泡加入电流表偏转方向。第二步：将电流表接入到灯泡到电源负极的中间，观察电流表的偏转方向。第三步：根据实验现象讨论，得出结论，帮助学生修改原先错误的认识。

我们发现在很多用语言不知道怎么去描述的时候，实验是一个很有说服力的证据。我们可以根据电流表的指针是否偏转、偏转的方向解决电流的方向、以及与电流断开之后电流的情况。科学的课堂实验是增强学生学习兴趣、培养学生学习思维的很好的方法，在转变概念中起到很重要的作用。当我们用可以说话的实验事实作为证据，与学生已有的认知引发冲突，这也是实验所具有的独特魅力。为了使学习者产生有意义的认知冲突，教学必须使学生产生兴趣，加强教师与学生、学生与学生之间的合作与交流，在合作学习中擦出智慧的火花。

三、“三个一”——“选择合适的方法构建科学概念”

1.类比[3]。在进行“电流”的教学时，可以引入水流的类比概念，用学生熟悉的概念来类比学习抽象的概念。但类比也有其局限性，正因为类比的两种事物不可能完全相同，因此很容易导致一些错误概念。

2.模型法。一个科学的模型，就是明确表达的一种理论。它能够解释并且使属于一个特定自然现象的所有已知信息融为一体。在科学概念转变教学中，模型的方法在科学教学中非常重要。不同的人从不同的视觉研究或运用不同的手段研究得到许多不同的方法。假说，比如，我们的原子模型，从汤姆森到卢瑟福再到波尔的模型，都是对一个假说不断地改进。再如，唯想模型，电磁场的磁感线模型；类比模型；理想模型如光滑水平面、牛顿定律等。这些方法要根据不同的科学概念的性质和特点进行合适的选择。

3.实验法。科学实验不仅是科学研究的方法，也是学习科学的重要方式。在科学教学中，准确、恰当地运用实验能够激发学生的学习兴趣，形成一定的实验技能，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，从而提高学生的科学素养。实验是获得事实证据的一个有效途径。因此，要设计好解决概念问题的教学片段，通过实验的方法将次难点破解。比如溶解性概念的知识，学生对于“难容”这个知识点难以理解，但通过实验法就能很容易解决。我们只要完成两组氢氧化钙和食盐与水的溶解性实验即可。实验的好处在于简单易懂、现象明显。学生分组实验是在教师的组织和指导下，由学生进行分组实验从而完成学习任务的一种形式。通过实验以及正确地进行观察、测量、读数和记录，学生初步学会分析和处理数据的能力，并得出结论，了解了相关的概念并学会简单的误差分析。

总之，采用“三个一”前概念转变的教学方法，能够有效地使问题暴露出来，并解决好学生认知上的迷失概念，掌握这一方法可以帮助学生快速、有效地学习。