大概念视角下科学课程实施策略研究

查莉琳

【摘 要】我们把有组织的科学知识和模型结构称为科学大概念。本文以教科版科学四年级上册“声音”单元的第六课《声音的高与低》为例，立足科学大概念，力求找到帮助学生建构完整科学概念的有效课程实施途径。

【关键词】大概念教学 科学大概念 声音 课程实施策略

教科版科学四年级上册“声音”单元的第六课是《声音的高与低》，本课在学生学习了第五课研究声音的强弱等内容后，继续研究声音的另一个重要属性——音高。教学内容主要有以下两个方面：第一，通过敲击钢片琴发出高低不同的声音、观察口琴簧片并吹奏口琴，猜测并验证音高可能跟物体的长短、薄厚有关。第二，改变钢尺的长度，拨弹钢尺让它发出不同的高低声音，通过观察音高与振动快慢的关系，逐步发现声音高低的秘密。因为学生在前面五节课里已經知道了声音是怎样产生的，如何传播的，声音的强弱与振动幅度大小有什么关系等科学知识，所以这节课是在前面几课的基础上开展的深入研究。这节课有以下三个难点：第一，声音的高低与强弱的区别; 第二，拨动钢尺力度不好统一控制;第三，物体振动的快慢难以用肉眼辨识。为了给学生搭建自主探究平台，使教学目标有效达成，笔者认为做关联化概念演进、选择合适有结构的材料，借助信息化科技手段，建立可视化思维方式，创设有效的科学实践活动，可以逐步帮助学生建构一个全面完整的科学大概念。

一、做关联化学习演进概念

大概念是指适用于一定范围内物体和现象的概念，与此相对应，观察和实验为一个特定的概念，被称为小概念。专家学者在大量测量实验数据的基础上提出了学生的认知思维发展过程具有“进阶”的特点，大概念教学顺应了学生的这一认知发展特点，以核心概念为主线，在教学内容之间逐渐演进，最终实现概念构建的模式。《义务教育科学课程标准（2017年版）》将小学阶段的课程内容分为物质科学、生命科学、地球与宇宙科学和技术与工程四个领域，在四个不同的领域中都分别整理了 18 个大概念，又将 18个大概念分成了若干个下位概念。大概念的提出就是为了避免在科学教育中传授给学生支离破碎、脱离生活的抽象理论。因此教师应该用恰当、生动的教育方法将零散的概念整合起来，系统化地帮助学生掌握科学知识，建立一个完整的科学概念体系，使学生初步形成科学态度，掌握科学方法，不断提高思考、创新和探究能力。

《声音的高与低》是在“机械能、声、光、热、电、磁是能量的不同表现形式”的这一大概念背景下展开的。教师可以通过分析由“大概念”到“基本”的分级来整理本节课的概念体系，由大到小逐渐深入，帮助学生掌握本单元的核心概念“声音因物体振动而产生，通过物质传播”。这一概念是学生学习本课基本概念“声音的高低与物体振动的关系”的一个主前奏。通过概念体系的明确，教师能够更加清晰地掌握授课的方向，学生也对声音产生和变化的本质原因更为明确。在理清了本课的概念体系之后，根据其与大概念的关系，明确本节课需要解决的基本问题，帮助学生找到本节课思考的重点：声音的高低变化是什么？声音的高低变化与发声物体的结构有关系吗？声音在高低变化时，发声物体的振动也有相关变化吗？通过这些思考点形成倾向大概念的、连续相关联的、有思想的学习过程。

在具体的实施过程中，如在导入环节中，教师用铝片琴演奏或用尤克里里弹奏歌曲唤醒学生对声音的概念化记忆，使学生懂得声音是由振动产生的，能通过空气传播。教师通过用不同的力量连续敲击同一个铝片或弹奏同一根琴弦，能生动的将声音的强弱变化体现出来，而一些乐感比较强的学生还会发现当敲打在不同的铝片上或当老师的手在琴弦上移动时声音就有了“哆、来、咪、发、唆”的变化，教师既可以告知学生这其实就是音的高低变化，帮助学生区分了声音的强弱和高低的区别，使学生建立了音高的概念。

二、用结构性材料形成概念

材料是科学探究的基础和关键，有结构的材料能更好地帮助学生完成科学探究实验，形成科学概念。

教材中的主要实验材料有铝片琴、口琴和钢尺。敲击铝片琴和吹奏口琴实验对学生来说比较容易，但全班分小组同时做，声音很嘈杂，效果不明显。在分小组动手操作前，教师可以先让2个学生上台用扩音方式演示一遍，这样既能激发更多学生的动手操作兴趣，又使学生明确了在安静的状态下操作的基本要求。学生们通过体验敲击铝片琴和吹奏口琴，很快就发现了发声物体的长短与音高的关系。

本课的重点实验，即揭秘声音的高低与振动快慢的关系，教材安排的实验是改变钢尺伸出桌面的长度，拨动钢尺观察振动的速度和音高的关系。然而，学生在实验过程中很难控制用相同的力拨动伸出桌面不同长度的钢尺。为了保证每次施加的力相同，可以改手拨为在钢条上挂相同重量的钩码，然后快速剪断绳子，从而利用重力来拨动钢条。当然这样操作起来有点烦琐，却有效地控制了用力的大小，确保了这个实验只有长短这一个变量。通过改进实验材料，采用有结构的材料提高实验的准确性和可操作性，是学生建立正确的科学概念的重要前提。

三、借信息化手段优化概念

很多实验操作现象并不明显，只能凭借感官无法量化容易模糊概念。在本课的实际操作中也一样，学生在学习中很难观察到钢尺振动的快慢。当钢尺伸出桌面较短时，由于视觉停留效应，学生根本辨别不出拨动钢尺后振动的速度;反之，钢尺伸出桌面较长时，则拨动时振动速度就较慢，此时学生就能观察清楚。学生由此形成了“钢尺伸出桌面较长时振动得快”的错误概念认识，导致产生完全相反的实验现象。

如何将微观的振动放大，将模糊的现象清晰化呢？其实可以将钢尺改为钢条，从而使钢条伸出桌面的间隔长度增大，同时采用反光条和红外转速仪。将反光条贴在钢条的顶端，用转速仪对准反光条，拨动钢条，转速仪就能测出反光条的振动，并显示相应的数据。经这样处理后，就能用精准的数据代替了模糊的感官体验，实验更加准确，解决了物体振动快慢不易观察的难题，降低了实验教学的难度，提高了实验可操作性。学生能更便捷地整理、分析、思考实验现象和数据，能更好地认识科学本质。

同时，教师可以在课前利用手机慢节奏功能拍摄钢尺的振动。课上学生在观看完手机慢动作功能拍摄下钢尺振动的情况后，会发现快慢对比明显而清晰。学生在成功突破“物体振动的快慢难以用肉眼辨识”的难点后，对“物体振动的快慢与音高关系”的概念更为清晰。同时，学生也能体验到高科技给教学带来的直观、便捷。

四、建可视化思维完善概念

在学完《声音的高与低》一课后，学生的一些思考方法、概念的联系还是模糊孤立的，教师可以将一些零散的科学概念，通过思维导图建立理性联系，帮助学生回忆“声音的产生”“声音的传播”等概念，分析巩固“音高与振动频率的关系”“音量与振动幅度的关系”的区别（见下图）。

通过建立可视化思维导图，帮助学生整理并形成“声音变化与振动的关系”的完整知识体系，有效促进学生的学习，使学生建构清晰的知识网，加深对声音单元科学概念体系的完整认识。

学生在参与自主探究的过程中充分地对探究的现象开展深入的思考与研究，建立概念化系统联系，从根本上理解事物之间的科学原理，从而建立“大概念”学习模型，有效构建知识体系，从而真正成为一个具有创造力、乐于合作交流、深度学习的问题解决者。