旨在促进科学概念建构的可见教学实践

□章荣华

引领学生经历完整的概念建构过程是培育学生核心素养的重要路径，但在现实教学中，概念常以抽象的词语呈现，容易造成学生理解上的困难，束缚学生科学思维、科学探究能力等的发展。事实上，概念建构是一个基于主体“已有认识”和“客观事实”不断博弈，并充分运用“分析、比较、抽象、概括、综合”等思维方法厘清要素关系的溯本过程。这对以形象认知为主的学生来说并不容易。因此，教师需要强化“例证”及其过程的“可见”特性，通过多种可见教学策略助推学生的思维发展，帮助学生实现概念理解。

一、精准分析，把握认识起点

概念建构过程是学生对已知内容进行加工升华的过程。在皮亚杰看来，基于已知的学习是可见的，学生总是习惯基于原有的心理图式对外界信息做出同化、顺应和平衡等反应。在科学学习中，“前概念”是学生已知的重要内容之一，它是学生思维的产物，是个体基于经验对客观事实做出的假设，也是学生理解科学概念的基础。因此，充分尊重学生的“前概念”，并将其作为科学概念建构的初始资源是教学的前提。当然，要发挥“前概念”在概念理解中的起点作用，执教者不仅要准确把握“概念前身”，还需要精准分析“前概念”和“科学概念”之间的内生关系。

有时，“前概念”和“科学概念”具有冲突关系，如学生总是把“小水珠”当成“水蒸气”，教学的重点是引导他们认清两者的本质。有时，“前概念”和“科学概念”保持着深化关系，如对于“风的形成”原因，学生的朴素认识是“空气流动形成风”，但对于“冷热空气相互作用形成风”的认识往往存在空白。因此，教学的重点应放到“感知冷热空气，看清冷热空气的流动方向”上来，以弥补学生的认识缺陷。“前概念”和“科学概念”之间还存在着确证关系，如对于“通电导线造成磁针偏转”现象的解释，学生往往会产生分歧：一种声音认为是通电导线产生了磁性而使磁针发生偏转；另一种声音认为是通电导线中的铁与磁针相互吸引而使磁针发生偏转。此时教学的重点应是寻找证据来推翻“铁引发磁针偏转”的观点，证实“通电导线产生了磁性”的事实。

事实上，如果教师能精妙把握两者关系，那么设计的学习路径一定是充满悬疑、重点突出、指向明晰的。例如，对于“怎样才能使小车行驶得更远”这一问题，学生的已有认识是“气球大，喷嘴小”可让小车行驶得远。许多教师不能把握学生认识上的片面性特点，通常会在学生猜想的基础上，提供一套小车、一套大小不同的喷嘴完成验证。这样的课堂平铺直叙，很难引发学生的深度学习。教师可基于“小车行驶的远近是受综合因素影响的”这一概念来设计教学，在学生提出片面认识的基础上，让学生基于“喷嘴大小”和“喷嘴弯直”不同的结构性材料进行开放式探究。学生发现用弯喷嘴推小车时，喷嘴小的推得远，而用直喷嘴推小车时，喷嘴大的推得远。这一实验结果颠覆了学生的原有认知，学生认识到影响小车行驶远近的因素众多：喷嘴大小、喷嘴形状、小车本身的轻重和形状……正是这份冲突与分歧，为概念理解注入了前行的动力。

二、具身参与，丰厚事实表象

概念是基于大量事实的概括性结果。事实的丰富性、现象的多元性影响个体对概念的建构。观察、实验等探究活动的落实是帮助学生获取丰富事实的必然路径。因此，现行教材基于儿童立场设计教学活动，尽可能增强科学探究的实践性、趣味性。然而，学科逻辑常囿于“假设—验证”的科学家思维，与儿童的生活逻辑融合不足。因此，从表面看来，学生整体的课堂参与面较广，但个体的参与深度远远不够，这就会制约学生对于概念事实的捕获和发掘。

认知、身体和环境是一个有机的系统。只有三者合一，个体才能对客观事实形成深度体验，从而观察到更多不易察觉的现象，发掘更多的事实细节。这就需要执教者立足学生的学习逻辑，重构教材，设计挑战性任务，唤醒学生的心灵，架构可触时空，让学生充分参与，在反复试错中获得成长。

在《用橡皮筋驱动小车》这一课中有一个“橡皮筋在车轴上转3圈、6圈、9圈，比较小车运动远近”的实验。通常，教师会在实验前讲解实验注意事项，强化数据记录要求，然后让学生三五成群开展实验，采集数据，得出结论。可想而知，这样的实验设计难以实现认知、身体和环境的完美融合。对此，教师用“让橡皮筋小车精准到站”的实践活动替换“用橡皮筋驱动小车”的实验，“基于生活逻辑推进学科逻辑的主体化和血肉化”［1］，架构了一个需要个体反复尝试、修正才能解答的真实问题——橡皮筋在车轴上转几圈才能精准到站？

当个体处于这种具身、有质感的探究情境时，就会自觉地做出相应的行为，产生相应的感受、态度，从而发现、获得、认同与此相关的、丰厚的概念表象。

三、数形融合，厘清要素关系

对事实、现象做出加工是概念建构的重要过程。学生需要读懂每一个事实意义，挖掘事实之间的区别与联系，明晰哪些事实确证了自己的朴素主张，哪些事实与自己的朴素主张背道而驰，实现“由表及里，去伪存真，连珠成串”的思辨过程。对于学生来说，“思维加工是对已有信息的反思再造，恒久的信息在线，能为抽象的思维运转提供具象的支撑，架起思维的桥梁，缓解思维的焦虑”。因此，在学生梳理事实关系时，将信息、事实呈现出来，让他们“一边看一边想”，能帮助他们架构起可见的思维地图。要实现这一目标，必须充分发挥“形”之魅力。

运用图示法可以使无形化为有形，隐性变为显性，如引导学生用画图的方法将“溶解”“声音”等看不见的概念转变为“看得见”的内容，能够助力学生实现对知识的理解。教师也可用一些柱状统计图、维恩图、网状图（包括气泡图）记录、表现科学实验中的数据，用“形”呈现抽象数据中蕴含的科学规律。甚至还可以基于学生的认知处在半具象半抽象的特点，创新“数形融合”的信息呈现方法，实现“数”与“形”的一一对应，为学生的信息加工提供更直观的支架。

《呼吸与健康生活》一课的教学中，为帮助学生认识“运动对呼吸次数有影响”这一事实，教师安排了体验式的“呼吸实验”，并用表格记录“安静状态、慢走1分钟、跳动1分钟”后每分钟的呼吸次数，引导学生从大数据的变化中得出“活动与呼吸的关系”。然而，由于学生个体差异性较大，且计数过程容易出现偏差，实验数据存在较大差异。加上阅读、提取信息能力有限，学生面对密密麻麻的数据，不易看出数据间的联系。对此，教师将表格记录转换成“数形对应”的记录，在黑板上呈现了“不同状态下1分钟呼吸次数统计条”（如图1），让学生将写有呼吸次数的小圆片贴在对应的位置上。这种矩阵式记录能够帮助学生明晰“运动后，人的呼吸次数会增加；运动量越大，每分钟的呼吸次数越多”的规律。

图1

小学生的思维处于从直观向抽象过渡的阶段，通过数形之间的对应转化，抽象的要素关系变得直观，抽象的概念变得具体，复杂的问题变得简单。

四、加强对比，追寻意义本质

追寻意义本质是概念建构的核心。在科学探究中，对概念本质进行探索和表现的方式是多元的。包括：对概念定义做出描述，如用科学的语言描述什么是通路；汲取概念的特征，如分析并联电路、串联电路有哪些相同点和不同点；对不易理解的概念进行深度解析，如建立“同体积的热空气比冷空气轻”的认识；厘清概念间的关系，如用精简的语言说出“放大镜的放大倍数与镜片凸度、视野范围之间的关系”；等等。在达成目标的过程中，学习者常会遭遇“思维迷茫、认识断层、找不准词汇”等障碍。

对比教学是促进思维发展的催化剂，个体观念的明朗和概念语词的明确都是对比的产物。教学中，教师要善于将一些“有联系和区别的内容进行重组，引导学生找出其中的区别和联系，从而在心智博弈中突破局限，实现思维的飞跃，自主理解和掌握概念意义”。一般认为，振幅是指振动的最大位移处于平衡位置的距离。但受视觉的欺骗，多数学生认为振幅是物体持续做往返运动的整个过程，振幅大小表示的是振动从开始到结束的整个历程的长短。要帮助学生认清“振幅”的本质，教师可以在课堂上开展大量对比教学。首先，教师可让学生画出钢尺上小黑点振动一次的运动轨迹，认识到两把钢尺上下运动一次的距离是不一样的（如图2）。其次，教师引入橡皮筋振动的图片，让学生标明振动一次的运动轨迹，在对比中认识到不管物体往返运动的方向如何变化，振幅都指摆动时的最大距离。最后，教师出示振幅大小不同的钢尺、橡皮筋的图片，让学生比画、比较振幅大小。经历了这样的教学，学生明确并巩固了振幅这一概念，不再含糊其辞。

图2

当然，要进行课堂对比，必须把握三点要求。一是善于引导学生寻找学习资源的差异，包括学习前后的差异、同伴间观点的差异等。二是充分利用学习时空，构筑一个充满浓郁对比氛围的学习场，如利用磁力贴、小黑板等工具直观呈现实验模型，用信息技术呈现实验图像，使各类资源得到充分使用。三是遵循从直观到抽象的原则展开教学，鼓励学生先找区别，再找联系；先基于实物对比，再落实图片对比；先关注个别对比，再走向一般对比。

五、融错化错，夯实概念要义

“当概念与概念之间缺乏比较和关联，概念与现实生活、科技前沿联系不大时，学生就无法真正掌握概念的要义。”［2］教学中，教师可运用“融错化错”的策略引导学生以错题为原型，围绕一组并列或递进的题组展开概念学习，帮助学生进一步认清概念的内涵和外延，明晰概念间的联系与区别。

这类题组具备“题量小、综合性强、可操作体验”等特性，有三种常见的形式。一是“孪生对比型”题组，如学生经常会把“热对流”和“热辐射”混为一谈。为此，教师可在运用环节让学生点燃蜡烛，把手放在蜡烛烛焰的上方和侧方，比较在同样距离的前提下，手在不同位置感到的热量大小，由此体会两者的区别。二是“母子依附型”题组，如为了认清“红旗飘、树枝弯、纸吹走”的方向与风向标尾翼所指的方向即风吹去的方向一致，教师可从“风向标的箭头所指的是风吹来的方向，尾翼所指的是风吹去的方向”这一概念出发，用生活实例设计拓展性练习。三是“亲缘鉴别型”题组，受感官欺骗，学生经常会在运用中将“物体的沉浮状态”与“物体受到的浮力大小”联系起来。为了让学生鉴别清楚，教师在学生已经建立了“物体沉浮与它受到的浮力和重力大小有关”“物体受到的浮力大小与物体排开的水量多少有关”等概念的基础上，立足学生的易错点，设计“同样大小的塑料球和铁球放入水中，谁受到的浮力大”这一问题，让学生进行讨论，明确“物体受到的浮力大小与它排开的水量有关，与沉浮状态无关”。

概念建构包括习得和掌握两个重要阶段。教学中，运用题组练习帮助学生掌握概念的要义是非常重要的一环。教师可充分利用不同时段布局题组，帮助学生疏通障碍，掌握概念。

可见教学强调学习痕迹的呈现和再造，关注图景元素的表达与对比。该教学重构了身体、认知与环境的整体关系，为思维架构了一个相互交织、相互作用的直观学习场。它的落实能帮助学生扫清认识上的迷茫，链接思维上的断层，生成概念描述的语言，使学生经历有深度体验感的学习过程，习得丰富的概念，获得核心素养的发展。