在科学实验探究中构建科学概念

湖北省武汉市武汉小学(430070) 万金宝

2017版《义务教育小学科学课程标准》提出：科学教学要倡导探究式学习方式，引导学生在科学探究过程中发展思维能力、建构知识、形成求真的科学品质。新课程的实施，使科学课堂教学发生了巨大的变化，课堂的关注点已由原来的“知识传授”为主转变为“探究活动”为主，“科学探究”成为小学科学教学活动的核心要素。在小学科学教学中提出并实践“围绕核心概念的构建，设计并开展科学探究活动”，是对科学的深化与发展。

所谓科学概念，通俗讲就是将科学数据和现象等科学事实抽象概括为一句能解释科学事实的表达，它反映了事物的本质特征，是具有较好的迁移价值和解释力的。科学学习过程中的探究实验只有和科学知识实现对接，才可能将科学探究引向深度，真正实现科学探究的目的和价值，同时让学生的情感态度价值观在科学探究知识的过程中得以形成和发展。在科学实验探究活动教学中，可以从以下几点来构建科学概念。

1 重视学生的体验

学习体验是学生直接经验的来源，也是感受、形成科学精神、科学态度与责任的前提。只有引导学生充分经历科学学习体验，才能让学生感受学习的成就与自信、体验质疑与创新、经历挫折与坚韧，进而实现科学探究、科学概念与科学态度与责任的协调发展，也就实现了学生科学素养的形成。总之，学生只有亲身经历科学探究才能真正建构起科学概念，才能真正形成科学的态度与责任感。

因此，学生科学概念的建立必须与探究活动密切结合。

在执教“运动与摩擦力”一课时，笔者分别安排了5次学生体验活动：体验摩擦、体验摩擦力、测量摩擦力大小、验证摩擦力的大小与接触面光滑程度有关和验证摩擦力的大小与物体重量有关。5年级的学生对运动和力并不陌生，他们有着自己的感性经验，为本节课的开展提供了很好的学习基础。根据学生原有的认知水平，在教学导入时，以学生观察鞋底花纹作为切入口，从生活中的新旧鞋底引出摩擦现象，从摩擦现象到引出摩擦力。从感受生活中的摩擦力到测量摩擦力的大小，从测出的摩擦力大小不同引出摩擦力大小与物体重量和接触面光滑程度有关。可以说在教学中学生的体验是充分的，是扎实的，可以促进科学概念的建立。

2 重视对比实验

对比实验是指控制单一变量进行实验，它是小学科学探究实验设计的关键环节，是学生收集科学证据的重要方法，也是学生进行科学推理的前提条件。对比实验的目的是收集受单一变量影响下的科学实验现象及数据。因此，对比实验的开展会受到正确的实验操作步骤及科学的观察方法的影响。在对比实验教学过程中，教师要引导学生明确对比什么，怎样去对比，对比的结果与实验结论的得出之间的关系如何。只有这样，教师才能充分激发学生的科学探究兴趣，将科学探究与科学知识的关系明确化。因此，教师组织学生开展对比实验学习，需要充分调动学生的感官去观察收集证据，激发学生的科学思维活动，将科学探究的目的与科学概念的形成对接。

以“电磁铁的磁力”一课中研究电磁铁磁力大小与线圈圈数多少有关的实验为例，先让小组讨论实验计划，明确哪些实验条件是保持不变的，如铁芯的粗细、电池数量、铁芯长短、电线粗细、铁芯形状、小号大头针等，然后再让学生思考如何改变线圈圈数，线圈数变化要尽可能的拉开差距，比如20圈、60圈、100圈，让实验现象更加明显。学生在观察比较吸起大头针的个数中，很容易就发现电磁铁磁力大小与线圈圈数的关系：线圈圈数越多，电磁铁磁力越大；线圈圈数越小，电磁铁的磁力越小。经历了这样一个对比实验后，接下来学生再去研究电磁铁的磁力大小与使用的电池数量、铁芯粗细长短等有关的实验时，通过实验方案的设计，具体数据的对比，很轻松就能得出结论。这样的一些对比实验，化繁为简，找出实验中的变化条件，层层推进，学生就容易发现出事物变化的一般规律，对学生构建科学概念有很大的帮助。

3 强化数据意识

实验数据是科学探究过程中收集的常见证据，是学生观察结果的直接表达，也是科学概念得出的重要基础。一个单一的数据是证据，它能证明事物在一点上变化的结果，但不能代表其他；一组数据是证据，它能证明事物在一个变化周期里的结果，不能代表普遍现象；多组重复实验的数据是证据，能证明事物在一定条件下，具有相同的变化结果，具有普遍性。在科学探究活动中利用各种方法得到的大量数据，还需要通过整理和分析，才能发现彼此之间的联系，发现其中的规律。有时数据可能不可靠，还需要不断的进行重复研究，以期得到可靠的、具有一定信度的数据，不断提升数据的价值。可见，学生的科学探究过程除了要重视数据的收集，还需要引导学生用适当的方式整理和分析(尤其是引导学生用图表的方式直观呈现数据)。好的数据呈现有利于实验结果的分析，也有利于科学规律的发现，即形成科学概念。

在执教“摆的研究”一课时，笔者发现这节课是培养学生数据意识的好机会。在实验中，有一个小组的记录如下(见表1、2)。

表1 摆的快慢与摆锤重量关系实验

表2 摆的快慢与摆绳长度关系实验

在汇报交流的环节，几个小组汇报了实验数据和结果分析，学生相互讨论。一位学生说：“我们组第一个实验的结果是摆锤原来的重量和两倍的重量摆得次数是一样的，而他们这组有微小的差别，应该再做几次。”笔者没有让这组学生立刻重做实验，而是让他们分析其中原因。有的学生说数据有问题、有的学生说时间有问题、有的学生说操作配合不默契等。经过热烈地讨论，发现该小组在增加摆锤重量时忘了实验前的温馨提示，将摆锤上下连接，导致实验数据的不准确。此时笔者要求该组学生在课下再次通过实验进行验证。这节课让学生感受测量、数据的价值，意识到实验数据的记录、整理与分析是实验结论得出的关键点。注重数据的记录、整理和分析，不仅发展了学生运用数据解释和推理的能力，还促进了学生科学概念的建立。

总之，在科学的探究过程中教师要采用多种教学策略，带领学生亲身体验每一个科学探究过程，在探究中要了解学生已有的概念水平，引导学生进行实验探究，从实验数据中发现最合理的观点，把学生引向新的科学概念道路上。同时，引导学生形成以概念为框架，整合科学事实与核心概念的科学知识结构，并将科学知识用于科学问题的解决。