以《认识棱镜》教学为例谈科学概念的深度学习与运用

许萍萍

科学概念学习作为科学教育的重要目标，需要教师在课堂上通过引导学生在对事物或现象充分观察的基础上，利用分析、比较、推理、综合等思维活动，概括事物本质特征，通过系列的探究实践，从而不断趋向单元的核心概念，促进学生对概念的深度学习。同时，教师在教学中应注重为学生搭建联系实际生活的桥梁，促进学生将习得的概念与生活情境相链接，提升学生解决实际问题的能力，从而提升学生的科学核心素养。

教科版科学五年级上册的第一单元“光”，是以研究光的傳播规律为载体，引导学生认识光这种能量的表现形式，知道光遇到不同的物质时，传播方向会发生改变，了解光与自然现象及人类生产生活的联系。

学生对光的传播有一定的生活观察经验，但基本没有见过三棱镜，也不知道三棱镜的作用，不清楚太阳光包含不同颜色的光，或者没有深入思考。基于学生概念前测，结合儿童认知特点和科学概念的学习规律，教师通过精心设计教学环节，组织学生进行观察实验、开展科学论证、引导学生对所学知识进行迁移应用等，深入地帮助学生理解和建构科学概念，促进学生进行深度学习。

一、复习引入，迅速聚焦主题

在本单元的学习中，学生以“光”为主题开展一系列的探索。本课是“光”单元的第5课，学生在前几课的学习中，已经对光的传播特点积累了一定的感性认识，尤其通过第4课的学习，知道了光在传播过程中遇到透明物体时，能穿过物体继续传播，并且传播路线会发生变化。本课是在第4课的基础上，继续组织学生通过观察白光通过透明物体——三棱镜后发生的变化，进一步引导学生对光的折射概念进行深层次理解。

上课伊始，教师组织学生对上节课学习的内容进行简要的复习回顾，在承上启下的同时，引导学生认识上一课学习的光由空气斜射入水中时，光的路线会发生变化，这种现象叫作光的折射现象，为折射做了界定，并引出本课要研究的内容——探究白光透过三棱镜后发生的变化。通过简短的复习导入，不仅能让学生迅速进入本课的学习，同时也保证了整个单元概念学习的连贯性，体现了对光的折射这个概念的进阶学习。

二、实验探究，丰富感性认识

科学探究是学生获取科学知识的主要途径，小学生以形象思维为主，这就决定了他们构建科学概念必须从显性的现象入手，通过不断观察与体验，获得了必要的感性经验后，再理性分析，逐步构建科学概念，实现科学探究与科学概念双螺旋结构式推进和协调发展。在本节课中，学生通过观察并记录光透过三棱镜后的现象，搜集证据，处理信息，丰富感性认识，启发科学思维，培养实事求是的科学态度。

（一）观察材料，提供思维支点

观察是科学研究中搜索事实的主要途径。学生对三棱镜并不熟悉，因此，要利用三棱镜开展对光的研究的前提，是他们要先对三棱镜的特点进行充分的观察认识。在观察实验前，教师先组织学生观察三棱镜，说说棱镜的特点，并运用板书图解的方式，让学生明确三棱镜是具有三条棱、横切面是三角形的立体的透明物体，为接下来进一步利用三棱镜开展实验提供思维支点。

（二）思维外化，暴露前概念

根据儿童的认知特点，画图是学生一种重要的思维工具。在实验前，教师组织学生猜测白光透过棱镜后可能会观察到什么现象，并用画图的方法呈现自己的猜测。目的在于学生运用上节课所学的知识先进行独立思考的同时，暴露前概念。

在展示交流学生猜测图的环节中，我们发现学生的猜测较为不同：多数学生认为光进入棱镜时会发生偏折，从棱镜出来的时候也会发生偏折;有的学生认为光进入棱镜时不会发生偏折，从棱镜射出后会发生偏折;只有少部分学生根据日常生活观察到的现象，推测光从棱镜的第二个面射出来时看到的会是一束彩色的光。运用画图直观地展示学生的不同猜想，启发学生积极思维，激发主动探究的愿望。

实验前猜测：

（三）设计实验，制订计划

五年级的学生已经掌握了一定的科学探究本领，如何知道猜测是否正确呢？教师应放手让学生自主思考如何设计实验方案。本课的实验方案设计并不困难，教师可以呈现实验中除三棱镜外必需的实验用品，如手电筒、白纸、彩笔等，让学生思考如何借助材料设计实验搜集证据，使学生逐步具备实验设计的能力，突出学生的主体地位，培养学生科学探究的能力。学生通过交流，互相完善实验方案，教师适当提醒学生注意调整光源、棱镜和白纸三者的距离，从而确保实验观察的有效性。

（四）动手实验，搜集证据

科学概念的形成需要丰富的科学事实和充分的证据做基础。学生通过分工合作、动手实践、观察记录，在实践中检验自己的猜想，搜集证据，并运用画图等方式呈现证据。

通过对比自己的猜测图和实测图，学生产生了认知冲突，为下一步思考现象背后隐藏的原因提供了探究动机。

三、科学论证，建构科学概念

兰本达认为，儿童建立概念的基础应该是“儿童用自己的语言来表达自己的想法”。在研讨环节，教师引导学生结合自己实验中记录的图进行汇报，使学生的思维显现化，在交流中实现思维碰撞。在各组通过实验积累感性认识后，教师通过组织全班通过“生生交流”“师生归纳”“促生深思”三个环节进行充分的集体论证，使学生对光经过三棱镜后的现象达成共识，从而建构科学概念。

（一）“生生交流”——充分交流现象

由于各组学生观察能力不同，有的组只关注到了光的传播路线的偏折方向;而有的组还观察到了从三棱镜射出后的光是彩色的，这束彩色光束是和彩虹一样有着红橙黄绿蓝靛紫七种颜色，细心的学生还补充道：在这七种颜色里，红、绿、蓝三种颜色更明显些。他们在交流中互相补充、层层深入，促使学生更全面地认识实验现象。

（二）“师生归纳”——总结实验发现

在学生充分交流观察到的现象的基础上，教师结合多媒体课件、板书等图文并茂的方式，引导学生归纳、总结，得出白光射入三棱镜的一个面时，光的传播路线会发生偏折，从三棱镜的第二个面射出时，光的传播路线会再次发生偏折，并且被分解成七种颜色的光，从而知道了三棱镜可以改变光的传播路线，并且可以将白光分解为七色光的光学元件。

教师通过展现光透过三棱镜后形成的光谱的实拍照片，肯定学生的实验发现，帮助学生树立科学信心，抓住时机培养学生勇于探究、实事求是的科学态度。

（三）“促生深思”——促进深度思考

交流现象只是研讨的第一步，那么为什么白光经过棱镜后会出现七种颜色的光呢？这时，教师组织学生对观察到的实验现象进行深度思考，旨在引导学生用上一节课学习的光的折射概念来解释本节课观察到的现象，提高学生运用科学概念的能力。通过讨论，学生意识到原来白光本来就包括七种颜色，只是因为白光经过三棱镜后发生折射，不同颜色的光折射的程度不一样，所以当白光从三棱镜中射出時，就会出现红橙黄绿蓝靛紫七种不同颜色的光。这部分的学习对学生来说有点难度，教师可补充一个微课，运用视频解说的形式，帮助学生充分理解。

四、迁移运用，深化概念理解

学生核心素养的评价和培养应以知识为基础，以能力为核心，以应用为导向，重视在真实情境中的学习与应用，从而培养学生的科学观念与应用的科学核心素养。因此，要让学生建立概念与真实生活的联系，产生知识链接，从而促进概念的深度学习。

（一）创设情境，提升学生问题解决的能力

在课堂拓展环节，可以为学生创设真实的问题情境，检验学生对概念的理解，同时提高学生解决实际问题的能力。在本课教学中，教师可以组织学生试着解释大自然中彩虹的形成原因。学生对彩虹很喜爱，同时对彩虹为何呈现七种颜色也非常好奇。

通过这节课的学习，学生就能理解彩虹的形成与光经过三棱镜后产生七色光的现象类似，是由于光线穿过悬挂在大气中的小水滴时，光线被折射及反射，当太阳光以一定角度射入小水滴时，不同颜色的光发生偏折的角度不同，从而白光被分解，在天空中形成红橙黄绿蓝靛紫七种颜色的光带。通过创设适宜的、真实的生活情境，使学生运用所建构的概念解释周围世界，从而实现对概念的应用和巩固，促进学生向最近发展区发展。

（二）逆向思考，促进学生高阶思维的发展

既然白光经过棱镜可以分解为七色光，那么如果我们将七种颜色混合起来，能否看到白光呢？在教学中，我们也可以“反其道而行之”，让学生的思维向对立面的方向发展，从问题的相反面深入地进行探索，培养学生的逆向思维。在学生进行独立的逆向思考后，可以让学生进行猜测并说明自己猜测的理由，并让学生亲眼看到彩色陀螺快速转动起来，七种颜色混合在一起形成白光。让学生再次巩固了“白光就是由七种颜色的光构成的”这一科学概念，同时也让他们感受到光世界的奇妙！

（三）课后延伸，深化学生对概念的运用

课堂的结束并不意味着探究的终止，教师还可以布置学生课后继续寻找更多生活中看到光的色散现象，并上传到人人通、班级优化等网络中，与大家一起分享，突破时空限制，继续探究生活中的科学。有的学生发现了喷水池上的七色光;有的学生分享去自助洗车的时候坐在车里面看到的水幕里出现的彩虹;有的学生还用小实验的方法，利用一盆水、小镜子等，让阳光反射到白纸上，看到七色光……他们在课外探究中，发现原来科学知识蕴含在生活中，生活中处处有科学，在自主的观察中不断深化对概念的运用。

总之，科学概念的形成要通过学生的积极探究自主建构，明确与科学概念相关的自然现象和过程，用科学术语对自然现象进行描述和解释，知道科学概念之间的联系。同时，科学概念的学习应设计在一定的情境中，而不是在“真空”中，让科学概念在现实世界中得以实践。因此，我们还应提供真实情境提升学生解决问题的能力，从而实现深度学习，让学生在科学实践中体验和积累认知世界的经验，培养学生的科学核心素养。

【本文为福建省教育科学“十四五”规划2021年立项课题“小学科学‘主题探究式’学习策略的研究”阶段性成果，课题编号：FJJKZX21-350。】