概念在教學中有非常重要的作用，教師抓住概念就不會在授課當中陷入零散的基本事實和基本現(xiàn)象當中，教師就會更多地關(guān)注普通知識背后規(guī)律性的知識，更容易在教學過程中向?qū)W生滲透學科本質(zhì)，進而促進學生的發(fā)展。本文以小學科學的“簡單機械”這一主題為例羅列了基本事實和基本現(xiàn)象，歸納出概念，梳理了從基本事實和現(xiàn)象到概念以及到科學主題的邏輯鏈條。

一、科學主題與科學概念

科學知識領(lǐng)域分為物質(zhì)科學、生命科學、地球與空間科學等學科。但是我們知道這是人類為了某種方便而化分的，不同學科之間有著密切的聯(lián)系，我們可以借助一些共性的主題將它們統(tǒng)攝起來。美國加州的科學“框架”提煉了六個科學主題，分別是能量、演化、變化的形式、尺度與結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、系統(tǒng)與相互作用。[1]

科學主題是科學中具有統(tǒng)攝性思想的內(nèi)容，而小學科學課程涉及的知識大多為科學現(xiàn)象和對這些現(xiàn)象的歸納解釋。這些現(xiàn)象是基本事實，而對這些事實的歸納解釋有一些是表層的，是表象性概念，教師在授課的時候不應該陷入瑣碎的基本事實和表象性概念當中，因為對學生來說重要的不是記住這些事實，而是學習這些事實背后蘊含的共性的、有代表性的知識。[2]這些知識具有一定的擴展性和可遷移性，它在地位上低于科學主題，能進一步深化，逐步上升到科學主題，最終上升到哲學層面，影響我們的世界觀、情感態(tài)度、價值觀。這些比一般事實和概念更具有代表性的知識也就是我們說的科學概念。它們之間的上下位關(guān)系可以用下圖表示。

通過這樣逐層的學習，學生獲得了一種觀念，提升了一種能力?；蛘哒f，學生獲得的是具有生命力的知識，這種知識不是記憶的，而是能廣泛應用的。

二、實例

現(xiàn)以北京版科學教材五年級第五冊第三課“簡單機械”這一單元為例來分析科學概念。

簡單機械這一單元，內(nèi)容包括杠桿、滑輪、輪軸、斜面、齒輪、簡單機械組合。目的是讓學生接觸簡單機械，了解簡單機械的作用、原理和特點。

1.事實與表象性概念

事實如下：

（1)杠桿：動力臂大于阻力臂時省力，費距離；動力臂小于阻力臂時費力，省距離。力臂相等時力相等。

（2)滑輪：滑輪是杠桿的變形，定滑輪相當于等臂杠桿，不省力，能改變力的方向。動滑輪相當于動力臂是阻力臂的兩倍，可省一半力，距離增加一倍。動滑輪不能改變力的方向。

（3)輪軸：杠桿的變形，輪的半徑相當于動力臂、軸的半徑相當于阻力臂。輪的半徑相對于軸半徑越大，越省力，越費距離。

（4)斜面：斜面高度相同的情況下，斜面越長越省力。

（5)齒輪傳動：轉(zhuǎn)速越大，扭矩越小；轉(zhuǎn)速越小，扭矩越大。

（6)自行車上的簡單機械。自行車變速。

表象性概念：省力杠桿、費力杠桿、杠桿的分類。

2. 本單元的知識上下位關(guān)系

（1）能量守恒

本單元一條重要的上下位線索是力與距離的關(guān)系。從簡單機械是否省力、是否省距離這些基本事實，可以得出簡單機械不可能既省力又省距離的結(jié)論。這就是功的原理，使用任何機械都不省功。功的原理適用任何機械，無論是杠桿還是斜面或是齒輪。在物理學中，功是力對空間的累積作用。因而不可能既省力又省距離，或者說使用任何機械都不省功。功是能量轉(zhuǎn)化的量度，不省功是能量守恒的表現(xiàn)。因此，科學概念是功的原理，深化為能量守恒，對應科學主題是能量。

（2）轉(zhuǎn)動平衡

從杠桿和杠桿的變形（如滑輪和輪軸）等具體事實可以得出動力和動力臂的乘積等于阻力和阻力臂的乘積這一認識，即杠桿原理或杠桿平衡條件。杠桿平衡是一種轉(zhuǎn)動平衡，也叫力矩平衡。杠桿是定點轉(zhuǎn)動，通常是定軸轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動平衡要求力矩矢量和為零，在這里就是杠桿平衡條件。因此，科學概念是杠桿原理，深化為轉(zhuǎn)動平衡，對應科學主題是穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)用途來選擇使用工具

簡單機械可以省力費距離，可以省距離費力，也可以不省力不省距離改變方向。這都有具體實例。簡單機械沒有好與不好之分，關(guān)鍵要看我們用來做什么。即簡單機械的目的是滿足我們的用途。因此，科學概念是根據(jù)用途來選擇使用工具。這是從技術(shù)方面來理解知識。其上位觀念是技術(shù)源于人類的需求和愿望。

三、總結(jié)

掌握了功的原理這一科學概念，學生在遇到未知機械，如自行車變速、液壓機、汽車換擋變速等情況時就比較容易理解了。掌握了杠桿原理這一科學概念就容易知道，杠桿省力或費力要看力臂，而找力臂關(guān)鍵是找支點。而學生學習了根據(jù)用途來選擇使用工具這一科學概念就會對技術(shù)有更深刻的認識。

教學過程中有一些概念對小學生來說比較難理解，要到初中、高中才學到，比如功的概念、力矩的概念。這時教師不需要急于把這個概念塞給學生，可以用一些方法略作滲透。比如講功的原理時不能講功的概念，這就要多強調(diào)機械不可能既省力又省距離。再比如講杠桿原理時，可以轉(zhuǎn)化為使杠桿順時針旋轉(zhuǎn)的效果與使杠桿逆時針旋轉(zhuǎn)的效果抵消了，杠桿平衡了，這樣既可以回避力矩的概念，又聯(lián)系到了力矩的本質(zhì)。

如何將科學概念滲透給學生，如何將抽象化為具體，這需要教師創(chuàng)造性的勞動，也是教師價值得以體現(xiàn)之處。

參考文獻：

[1]California State Board of Education.Science Framework for California Public Schools: Kindergarten Through Grade Twelve[M]. Development and Supplemental Materials Commission，1990:39.

[2]胡玉華.對生物學核心概念及其內(nèi)涵的研究[J]. 生物學通報，2011(10)：33-36.

（作者單位：北京教育學院教師教育數(shù)理學院）

（責任編輯：林靜）