差异认知：基于前概念的科学探究策略

严佳杰

在科学学科教学中，科学概念是基础知识，是学生对于科学知识、科学现象、科学原理的连接点。科学概念的形成有助于学生对科学知识的正确理解和实践，有助于学生科学知识体系的构建。在小学科学教学中，学生之间会存在前概念的差异认知，教师需准确了解学生科学前概念的整体情况，以采取有针对性的教学措施，帮助其掌握正确的科学概念，提高课堂教学效率及学生的科学素养。

一、结合教学内容了解学生有无前概念

学生针对各种科学问题，会基于自己的生活、学习经验，产生初步的认知和理解，这种认知和理解就是前概念，其有些是被动获得的，有些是主动获得的。前概念在学生的学科学习中有着重要影响，学生所具备的前概念与事实性的科学概念相符，就会快速掌握课堂学习内容，提高学习效率。如果学生的前概念与事实性的科学概念不相符，则不易为学生所理解，给其学习带来一定困扰。而学生在进入科学课堂之前，头脑中并不是一片空白的，他们主动或被动地加工着来自生活中的各种信息，并通过长期的积累而形成了对事物表面的、非本质的认识，我们把它称之为科学前概念。

前概念在科学概念教学中扮演着重要的角色，科学前概念是科学概念学习的基础，若离开前概念谈概念教学，势必如同空中建楼阁，学生无法建立正确的科学概念。学生关于前概念的形成体现其最初的科学认知水平，学生个体由于在学习方式、教育环境、学习态度、思维习惯等方面所具有的差异性，决定了其科学前概念也存在一定的差异性。表现在其科学前概念有相同的地方，也有不同的地方，有的表现很明显，有的则较为隐蔽，学生在一般情况下并不容易显现出其真实的前概念能力，需要教师采取科学、有针对性的策略来检测学生前概念情况，以准确判断学生真实的科学知识素养，把握学生间前概念的差异，设计相应的教学活动，使学生在活动中进行科学理论探究，并表露出其科学前概念情况。

（一）借助画图法以体现学生前概念情况

画图法就是借助图画的方式，以直观、思维清晰的方式观察、了解学生对某一概念、某一科学现象的认知，通过可视化的方式掌握学生的前概念情况。

教学中为了使学生真实画出所需要的图，教师可针对某科学知识采取引导式教学，启发学生基于自己既有的理解和认知，以画图的方式将这种理解、认知表达出来。对于小学生来说，由于其思维、语言表达能力还不够成熟，难以用准确、条理清晰的语言来表达自己的观点和认知，但通过画图的方式，就要直观、具象化地呈现思维过程。如在《我们的身体》一课教学中，教师可要求学生基于自己对身体的了解，画一幅身体结构组成及各部分的功能图。学生大部分会画出身体的头部及四肢，对身体内部各器官则画不完全，有的画出了心脏、胃等，有的画出肝脏、主动脉等，或虽然画出，但位置有误差。由此可见，学生对于人体构成的知识是零散不完整的，或是模糊不正确的。通过画图的方式，教师可引导学生思考：正确的人体结构和大家图画中所表现出的结构是否一样？并借助多媒体，为学生播放人体结构的动画展示图，逐一讲解各结构所发挥的功能，增强学生的详细认知。并要求学生对照教材中的图片，或利用网络查找人体结构图，探究人体结构及各部位的功能，使其找到自己前概念的认知错误，并对人体结构形成正确的把握及清晰的认知，通过对错误前概念的一一纠正，使课堂教学取得良好的效果，充分发挥了前概念对于促进教学效率提高的教学辅助价值。

（二）借助情境观察展现学生前概念情况

情境观察包括创设教学相关情境或利用自然情境，对学生的状态、表情、动作以及语言等进行观察、分析、记录、判断，以把握学生的差异化前概念、前概念正确或错误的一种有效教学方法。

教学过程中教师可基于教学相关的自然情境，或创设有针对性的情境，通过激发学生认知冲突，促使学生进行深度思考和探究，进一步深化其思维活动，把握其前概念情况。如在关于《钟摆制作》一课的教学中，在了解钟摆工作原理的基础上，教师可要求学生自主准备所需要的材料，包括铁架台、摆线、标志、摆球，并在桌子侧面做好记号。制作过程中有的学生对于摆线材质的选择过硬过粗，影响其正常摆动；有的学生对标志物形状、材质的选择不符合制作要求，或难以体现标志物对钟摆摆动速度的影响；或在制作过程中忽视了支架固定时的平衡，影响了摆线、摆球的正常使用等，这些现象都体现了学生关于钟摆制作的前概念。关于摆长对摆动次数的影响，教师可创设相关情境，当在摆线下方增加固定物时，摆动的快慢是否有变化？有的学生认为不会产生变化，因为摆长还是原有长度；有的学生认为会产生变化，认为摆锤发生了变化等，体现了学生间的前概念情况及其相互间的差异。针对这种现象，教师可与学生共同进行几组对比试验，并要求学生对试验的结果进行分析、评价，激发学生的探究积极性，使其展开思维活动，并由传统课堂被动学习方式转变为主动学习方式。

（三）借助概念图清晰呈现前概念的框架

学生在到校接受教育时早已通过各种途径对这个世界形成了主观认识，这就是学生的前概念。受到自身认知水平的限制，这些前概念大多与事实不符，而且具有顽固性、稳定性的特点，因而会直接影响教学效果。概念图是可以针对儿童自主获得的认知、抽象概念等进行检测的一种方法，主要基于某主题，将其相关的概念置于划定的图形中，以线将概念及命题进行连接。

一是韦恩概念图，能够借助图表型图式，将两种及以上的科学现象进行比较、对照的方式。自然课中常用来寻找事物之间的区别或联系。如在《电能和磁能》一课的教学中，为了清晰呈现两者的差异，教师可设计一幅韦恩图，在两个圆圈中进行分别记录。通过图来检测学生对于电能和磁能的学习情况，掌握学生错误前概念、空白前概念以及模糊前概念的情况，从而进行有针对性教学，帮助学生实现错误前概念到科学前概念的有效转化，并弥补其知识空白点，强化其对知识的清晰掌握。

二是蜘蛛概念图，主要用以对概念及相关支撑内容、体现主题以及描述等相互间的内在联系进行描述和呈现。这种概念图不适合用以反映呈现层级关系。如《各种形式的能量》一课的教学中，需要通过教学使学生掌握声光电热磁等各种能量形式，以及各种能量形式下所常见的应用等。教师可在课前提供能量形式蜘蛛图供学生填写，以检测学生在生活中对于各种能量的了解掌握情况，并基于其填写情况，找出其知识的错误和空白点，实施有针对性教学，巩固学生对本课内容的掌握，提高其实践应用能力。课后要求学生针对教学对能力蜘蛛图作进一步完善，帮助其重新梳理各种能量形式，实现学生对前概念的内化，强化学生的知识掌握程度。

概念图对于科学教学有积极作用，能够有效检测、解释学生关于知识的潜在理解及错误、模糊、空白的知识结构，体现其前概念框架情况，使教师清晰掌握学生对科学概念、理念知识的掌握能力。

二、借助教学互动把握前概念正误情况

学生接受正规的科学教育前，在生活和学习中认识自然、探索未知、获取信息，并根据其主观理解对信息进行加工和处理，形成对自然事物及现象非本质的见解与观点，构成认知系统中最基本的概念体系。师生教学互动是教师了解学生前概念的有效方法，教师可基于学生与教学相关的生活经验，设计问题，引导学生回答并不断借助提问，深化学生的思考，从中判断学生是否形成前概念？所形成前概念的程度以及前概念是否正确，为后续科学教学奠定良好的基础。

师生互动前，教师要对教材进行认真梳理，解析各章节内容，在此基础上结合教学内容及培养目标，对互动问题进行精心设计，使互动更有针对性。如在《各种形式的能量》一课的教学前，教师可提前设计如下问题：能量有哪些形式？能量是如何产生的？各种形式的能力在生活中是怎样应用的？能量对于我们的生活有怎样的影响？通过这些问题的回答，会发现学生对于能量相关的知识已具备一定认知，但这种认知是模糊或是错误的，不解决这些错误的前概念，则不利于后续关于能量的知识学习。通过师生互动的方式了解学生对某知识点前概念的情况，比其他方式更为直观、全面和灵活，使老师在动态的对话中不断调整提问方向，使学生真实呈现自己的知识结构和前概念。

三、在生活中提高学生前概念认知能力

前概念体现着学生自主获得的对科学现象、科学知识的初步理解和认知，通常包括错误的、模糊的及空白的前概念。前概念是学生掌握科学概念的基础。前概念与事实性科学概念相符合，会增进学生对新知识的把握和理解，提高学生的知识实践应用能力。所以在生活中培养学生的前概念认知能力，对于其快速融入课堂教学活动并展开有针对性思维、探究活动有积极的促进作用。需要教师通过生活化教学等多种手段，调动其对科学知识、原理、问题的探究兴趣，并在探究过程中获得初步的概念认知，为其参与科学课堂教学奠定良好的基础。

（一）借科普读物阅读习惯激发科学兴趣

随着文化教育事业以及信息化的发展和应用普及，为学生阅读科学读物提供了便利条件，也给了学生更多的选择。培养学生在生活中良好的科普读物阅读习惯，能够激发其对科学知识的探究兴趣，拓展学生的知识视野，使其具备丰富的前概念认知能力。对于科普读物的选择可由教师基于教学内容进行推荐，如在《地球公转与四季变化》一课的教学中，教师可为学生推荐《不停旋转的地球》《太空科普读物》等书籍，使学生的阅读视野扩大，有效激发其想象力和科学探究兴趣，形成其关于地球自转与公转、四季变化等知识的初步认知。也可由学生基于兴趣，自主选择阅读书目，为学生前概念认知的丰富提供丰富的素材。

（二）组织参观各类展馆激发科学想象力

目前各地区都很重视博物馆、科技馆、天文馆以及农业展览馆等场馆的建设，这些展馆既有科学现象的描述，又有科技产品实物，是学生增长知识、提升想象力和探究能力的有效途径。教师可经常组织学生到各展馆参观，并设计一些学生感兴趣的问题，引导其在参观过程中进行思考，以拓展学生的科学视野，促进其科学前概念的发展。

（三）参与班级及科学实验培养动手能力

科学是一门应用型学科，与人们的生活有密切关系。为学生提供多种实践和体验、应用的机会，有助于学生在实践中发现科学问题，掌握科学技能，激发科学想象，形成科学认知。如教师可要求学生参与班级日常各项管理工作，包括根据科学学科教学、学生手工制作等，选择购买相应的图书、简单的桌椅维修、多媒体的维护、操作及保养、制定班级每日天气预报表、气温统计表、学生卫生健康防护知识科普、统计班级用电量、用水量及对班级垃圾进行科学分类等，在实践中丰富学生的探究领域，为其科学前概念的培养提供丰富的机会与素材。

综上所述，小学数学教学中，在学习某个概念之前，学生已对周围与之相关的事物及现象有了一定的认识和了解，同时初步形成了一些自己的观点和看法，这些看法称之为前概念。学生的前概念有些是错误的，有些是模糊的，但也有一些是正确的。新课改背景下，对学生的学科素养提出了更高要求，相应课堂教学模式也要基于学生兴趣和能力培养需求进行多元化探究。在小学科学教学中，需要教师重视学生前概念情况的把握，通过多种方式了解学生个体之间存在前概念的差异认知以及学生具体的前概念情况，以采取有效教学方法，帮助学生实现科学前概念的转化和内化，提高课堂教学效率及学生的科学素养。