基于理解的科学概念教学

张宏

科学探究是小学科学教学的主要方式之一。科学探究强调了对科学概念的理解，具体到教学活动中就是让学生亲历探究的学习过程，通过亲历探究过程，学生充分感知科学事实，理解科学现象，建构有效的科学认知结构，从而为他们的继续学习和终身发展打好基础。

然而，在实际的科学概念教学中，有些探究活动形式多样，十分热闹，却忽略了学生对事实的感知和对概念的正确表述。科学概念的建构往往未能有效地融入认知体系，形成的概念以碎片化的机械式记忆为主，语言表述含糊不清，从而制约了学生的探究能力的进一步发展，影响了高效课堂的形成。那么，怎样才能让学生真正理解科学概念呢？笔者以《空气占据空间吗》一课为例，从规范语言、思维冲突、辩证理解、联系实際等方面，来谈谈基于理解的科学概念教学。

规范语言，理解物体占据空间的概念

科学概念的形成，需要语言、文字的帮助。语言、文字是思维的工具，当概念以简练、确切的语言表达时，就达成了较为缜密的思维工具，有利于促进学生深入的学习。由于小学生的语言文字基础还处于较为稚嫩、薄弱的阶段，概念表述往往不准确、不全面，需要教师的启发、引导和帮助。仔细分析“物体占据空间”这个概念，就能发现学生对“空间”“物体占据空间”这些词汇，缺乏科学、正确的理解。鉴于此，笔者采用从学生生活经验入手，从身边的物体感受做起，让学生真正理解这些概念。

教学案例1

教师出示粉笔盒，问：“这是什么？有什么用？”学生说：“这是粉笔盒，能装粉笔。”

教师接着追问：“为什么里面能放下粉笔？”学生根据自己的生活经验，能够回答里面是空的、有地方、有空的地方等。这就是学生对空间的表述，但是不够规范。教师顺势转化学生的表述：“里面有空间。”这样就把学生的表述规范化了。从模糊的“空的”“有地方”“有空的地方”到比较规范的“空间”，是在基于学生的认知基础上，初步建立了一个学生能理解的空间概念。

然后，教师打开粉笔盒，问：“里面还能放橡皮吗？”学生都摇头说不能放了。

“为什么不能？”

学生：“都放满了，没有空间了。”教师追问：“空间到哪儿去了？”学生：“都被粉笔占了。”

此时，教师再次转化学生的表述：“空间被粉笔占据了，也可以说粉笔占据了空间，没有多余的空间被橡皮占用了。”

教师继续追问：“如果要放橡皮进去，有什么办法？”学生说：“拿一些粉笔出来。”

“为什么拿一些粉笔出来就能放入了呢？”学生回答：“因为拿出粉笔就有空间了，橡皮就能放进去了。”教师总结：“也就是说当空间被一个物体占据了以后，别的物体就放不进去了。”

通过反复的讨论，在可见实物的基础上，学生进一步理解了空间的概念，并初步建立了物体占据空间的概念。

教师把粉笔盒放在讲台上问：“粉笔、橡皮这些东西都占据空间，那这个盒子呢，它占据空间吗？为什么？”学生会说也占据空间。

教师问：“那这个空间还能放东西吗？要放东西怎么办？”“要把盒子拿掉才能放东西。”至此学生已基本构建了物体占据空间的概念。

《空气占据空间吗》一课教学，采用问题形式，聚焦“空间”概念。在教学的第一环节——从初步感知固体、液体占据空间入手，抓住学生对“空间”概念的模糊认识，通过教师的转述，将学生对“空间”不规范、不清晰的认知，逐渐规范、清晰起来，为探究“空气占据空间”做好充分的准备。

思维冲突，初步理解空气占据空间的概念

科学概念的形成，需要有丰富的事实和表象做支撑，需要教师引导学生分析、综合、抽象、概括。只有相关的事例越丰富，才有可能抽象、概括，形成理性的解释和表述，建立初步的科学概念。学生理解了物体占据空间的概念，但是对于空气是否占据空间，还是很模糊和持怀疑态度的。因为他们感觉空气摸不着、看不见，不像粉笔、水是实体，可视、可观。为了帮助学生构建自己能理解的空气占据空间概念，笔者又采取了如下的教学方案。

教学案例2

首先，教师出示一个瓶口带漏斗并被橡皮泥密封的瓶子（如图1）。提问：“瓶子里有什么？”学生都知道里面有空气。教师问：“往里面装水能装进去吗？”

少数学生说不能，认为空气也是物质，也要占据空间，而通过刚才的学习已经知道，空间被物体占据了，别的东西就放不进去了，当然水也不能放进去了。大部分学生则说能，觉得水没有形状，所以能放进去。这样就产生了思维的碰撞，激发了学生探究的浓厚兴趣。

接着，教师出示套在瓶内的气球（如图2），引导学生讨论：气球能吹大吗？

学生通过激烈的讨论，思维充分碰撞后归纳出：如果空气占据空间，水就进不去、气球吹不大;如果空气不占据空间，那么水就能进去、气球能吹大。

事实究竟如何？为了验证自己的猜想，学生都很认真地做实验，仔细观察思考。这两个实验的现象非常明显：瓶口被橡皮泥密封后，漏斗里的水不能流下去;套进瓶内的气球，无论学生使多大的劲，都无法将其吹大。

这些明显的现象，促使学生深入地思考阻止漏斗里的水下流，气球吹大的原因，他们恍然大悟：是空气在“作怪”，瓶子、杯子里的空间都被空气占据了。

通过思维碰撞、实验探究，学生对空气占据空间有了进一步的理解。学生亲眼所见漏斗里的水流不下去、瓶子里的气球吹不大，真正发现了“空气”的确“占据空间”，从而建构起了“空气占据空间”的科学概念。

利用反证，充分理解空气占据空间概念

任何一个科学概念都不是孤立的，科学概念依据其相互关系组成了一定的网络。在科学概念的教学中，教师要善于对学生在这一概念的已有认知上，做深化学习的引导，将学生的思维引向深入，使知识间形成有效的网络联结，从而强化对科学概念的理解。通过上面的实验所展示的直观现象，学生明白了空气能够占据空间。那么，能否再让学生对“空气占据空间”的概念理解得更加透彻呢？在教学中，教师利用反证的方法，再次让学生进一步理解空气“占据空间”。

教学案例3

在实验探究和交流汇报后，教师提问：“既然是空气占据了瓶子和杯子的空间，使得水漏不下去、气球吹不大。那么，你们能不能想个办法，使水漏下去、气球吹大？”

在学生思考过程中，教师反复引导他们反思：为什么水进不去，要进去只能怎么办？学生就能想到让空气跑出来，水就能进得去了。具体怎么做，学生能想出很多方法：把橡皮泥去掉、瓶子打洞、烧杯打洞等各种办法。

教师用一根牙签，在橡皮泥处戳一个眼，只见漏斗里的水就哗哗地流进了瓶子里。原来是空气跑出来了，于是水就漏下去了。教师演示后，每组组长领取牙签，再次实验，果然漏斗里的水能够漏下去了。

学生明白了：瓶子里的空间被空气占据了，水漏不下去，现在用牙签戳了一个洞，空气跑出来了，水就能漏下去了。

在教学中，利用反证，让学生不仅看到空气“占据了”瓶子、杯子的空间，而且还看到让空气从瓶子、杯子里“跑出来”，让出了一部分空间，就使得水能够漏下去、气球也能够吹得更大了。这些实验现象，生动地再现了空气“占据空间”的过程，学生不仅亲眼所见，而且还能够感受到空气占据空间的动态变化过程。因此，在教学中，利用反证，能够有效地力证“空气占据空间”这一探究主题。同时，也是向学生渗透辩证唯物主义思想，使得探究更加有理有据，培养了学生理性、科学的探究思维。

联系实际，深刻理解空气占据空间的概念

科学概念的真正掌握，应当体现在具体的应用中。教师应当在课堂上为学生创设更多的学习机会和條件，让学生在新情境下运用已有概念去研究新的事例，解决相关的问题，让学生能举一反三，起到巩固与加强概念的作用。

教学案例4

教师出示一个装着水的瓶子，提问：“怎么才能不破坏、不倾斜瓶子，让瓶子里的水流出来呢？”

“往瓶子里放东西啊，比如石头，乌鸦喝水的故事里就有。”学生回答。

教师追问：“为什么放石头就能让水流出来呢？”

学生答道：“因为石头占据了水的空间。”

教师又进一步追问：“那没有石头这些东西，你能不能利用空气让水流出来呢？”

这时学生的回答就会产生冲突：空气也占据空间，当然能把水赶出来;但是把空气放进瓶子，空气会先跑出来，所以空气无法把水赶出来。

教师进一步引导学生思考：“有什么办法不让空气跑出来呢？怎么让空气进去的同时让水出来呢？”通过教师的引导学生的讨论，很快学生就设计出了简单装置，利用空气占据空间把瓶子里的水给挤出来。

教师出示气压式喷壶，让学生试用一下，解释为什么压入空气水就能喷出来。

通过应用，学生进一步梳理了头脑中空气占据空间的概念，也说明学生真正理解了空气占据空间的概念，所谓理解就是能灵活应用这个概念去解决实际应用中的一些具体问题。

总之，在小学科学的概念教学中，要尊重学生的思维方式和对概念理解的认知规律，有效利用好科学探究的学习方式，充分发挥实验在教学中的作用。以科学事实为基础，建立科学的核心概念，注重学生的思维训练，有效促进学生对科学概念的理解，激发学生对科学学习的兴趣，增强知识的迁移和应用。