柯巧敏

摘要：在小學(xué)科學(xué)課堂中，我們時(shí)常發(fā)現(xiàn)教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)不能有效的同化學(xué)生的前概念。究其原因，是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，教師沒(méi)有考慮到學(xué)生獲取的前概念有的零散片面、有的抽象易錯(cuò)、還有的學(xué)生已有知識(shí)基礎(chǔ)不同。因此教師要根據(jù)學(xué)生獲取的前概念是否完整、難易的程度;不同年級(jí)，不同班級(jí)的基礎(chǔ)知識(shí)差異。采用設(shè)計(jì)體驗(yàn)活動(dòng)、優(yōu)化模擬實(shí)驗(yàn)、利用圖形建模、改變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難度等方式優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，達(dá)到探究目的。

關(guān)鍵詞：前概念;認(rèn)知變化;優(yōu)化;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

曾聽(tīng)過(guò)一位教師執(zhí)教《空氣的熱脹冷縮》，當(dāng)時(shí)這位教師在教學(xué)中先出示一個(gè)帶蓋的錐形瓶，然后在錐形瓶中放熱水，瓶蓋被頂開(kāi)，引發(fā)學(xué)生思維，導(dǎo)入課題。然后教師就直接要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)能證明空氣熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)果學(xué)生的設(shè)計(jì)五花八門(mén)，有的學(xué)生提出氣球充滿氣，加熱，氣球會(huì)上升，降溫，氣球下降;有的說(shuō)把氣球放在熱水中觀察，再放在冷水中;有的說(shuō)在有蓋子的瓶中裝上熱水、冷水，看蓋子會(huì)不會(huì)動(dòng)。對(duì)于學(xué)生的設(shè)計(jì)，教師也沒(méi)引導(dǎo)，直接出示一些材料，再讓學(xué)生根據(jù)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果效果并不盡人意，學(xué)生的設(shè)計(jì)依舊很粗糙，甚至偏離方向，與獨(dú)立設(shè)計(jì)沒(méi)有太大的區(qū)別。

仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因有：

（1）教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有考慮學(xué)生的前概念。該班級(jí)的學(xué)生還沒(méi)學(xué)過(guò)液體的熱脹冷縮，對(duì)于空氣的熱脹冷縮更不知道。學(xué)生沒(méi)有熱脹冷縮的概念，也沒(méi)有這方面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法借鑒，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)無(wú)效。

（2）空氣的熱脹冷縮比較抽象，學(xué)生對(duì)氣體受熱為什么會(huì)膨脹并不清楚。

（3）教師卻對(duì)學(xué)生的能力預(yù)計(jì)不足。教師上課的班級(jí)科學(xué)基礎(chǔ)并不好，因此教師讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)降低難度。

（4）教師沒(méi)有對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)行引導(dǎo)。材料出示雖然降低了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難度，但卻與前一個(gè)環(huán)節(jié)脫節(jié)，學(xué)生的認(rèn)知與教師的設(shè)計(jì)完全無(wú)關(guān)。

以上種種問(wèn)題的產(chǎn)生，主要是教師沒(méi)有充分考慮學(xué)生的前概念。因此，基于學(xué)生前概念優(yōu)化小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是非常有必要的。

1 基于零散片面的前概念，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 以學(xué)生片面的知識(shí)為基點(diǎn)，設(shè)計(jì)體驗(yàn)活動(dòng)

在科學(xué)教學(xué)中，我們有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的前概念是片面且根深蒂固的，而這些前概念的獲取往往來(lái)自生活中的某些體驗(yàn)。

如教學(xué)《杠桿的科學(xué)》，學(xué)生普遍都認(rèn)為杠桿是省力，比如剪刀剪東西、撬棍撬東西都比較省力。而像筷子夾東西，雖然每天都在體驗(yàn)，但由于前概念的影響，學(xué)生都會(huì)下意識(shí)的認(rèn)為也是省力的。那么要改變學(xué)生的前概念，我們?nèi)绻苯硬捎酶軛U進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然也能發(fā)現(xiàn)杠桿費(fèi)力和不省力也不費(fèi)力的情況，但往往許多學(xué)生依舊不會(huì)解析為什么筷子要費(fèi)力的。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前我們可以再設(shè)計(jì)一個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，比如用二種不同的火鉗，一種支點(diǎn)離阻力點(diǎn)近點(diǎn)，一種支點(diǎn)離阻力點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)。然后讓學(xué)生體驗(yàn)用這兩種火鉗夾石頭，學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn)支點(diǎn)離阻力點(diǎn)近點(diǎn)，雖然用的力少了，但卻不容易夾取東西，而支點(diǎn)離阻力點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)雖然所用的力多點(diǎn)，但卻很容易把石頭夾起來(lái)。從而改變學(xué)生認(rèn)為杠桿都是省力的初步影響。然后教師再設(shè)計(jì)杠桿實(shí)驗(yàn)，學(xué)生比較容易的發(fā)現(xiàn)杠桿是否省力是與三個(gè)點(diǎn)的位置有關(guān);生活中有許多杠桿雖然是費(fèi)力的，卻可以讓我們做事情比較方便，從而建立新的知識(shí)體系。

1.2 以學(xué)生零散的知識(shí)為基點(diǎn)，設(shè)計(jì)有層次的實(shí)驗(yàn)

學(xué)生前概念的獲得往往來(lái)源于生活體驗(yàn)，因此這些知識(shí)的獲得很多時(shí)候是零散的，不全面的。教師只有充分的了解學(xué)生的前概念，才能有計(jì)劃、針對(duì)性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，將學(xué)生已有的知識(shí)整合、系統(tǒng)化。

教學(xué)《衣服能產(chǎn)生熱量嗎》一課，通過(guò)提問(wèn)的形式調(diào)查發(fā)現(xiàn)：學(xué)生都知道多穿衣服會(huì)熱，但是為什么會(huì)熱卻并不是很清楚。深入調(diào)查還會(huì)發(fā)現(xiàn)：有的學(xué)生認(rèn)為衣服能生熱;有的認(rèn)為衣服不會(huì)生熱;也有的認(rèn)為衣服可以保溫。那么如何將這些零散的前概念轉(zhuǎn)化為完整的、系統(tǒng)的知識(shí)體系呢？教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知，順勢(shì)引導(dǎo)。比如衣服本身能否生熱這個(gè)前概念，教師可以讓學(xué)生直接測(cè)量衣服的溫度，解決衣服本身是不會(huì)生熱的問(wèn)題。但衣服什么作用？有些學(xué)生已經(jīng)意識(shí)到衣服可以保溫，但怎樣保溫卻不清楚。因此我們可以利用熱水來(lái)模擬人體，先測(cè)量熱水在自然狀態(tài)下的溫度變化。再測(cè)量用衣服包裹著的水溫變化。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生通過(guò)比較三組數(shù)據(jù)，會(huì)比較直觀的發(fā)現(xiàn)，衣服本身是不會(huì)生熱的，它可以減緩溫度下降的速度，起到保溫的作用，而且衣服穿得越多保溫效果越好。

教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)順應(yīng)學(xué)生認(rèn)知的變化，使學(xué)生更快的接受新知，潤(rùn)雨無(wú)聲中構(gòu)建了系統(tǒng)的科學(xué)概念，達(dá)到探究的效果。

2 基于抽象易錯(cuò)的前概念，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 利用模擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

宇宙對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是神秘的、不可觸摸的，學(xué)生無(wú)法直觀的認(rèn)識(shí)、體會(huì)，只能從生活中如電視、電腦、雜志中獲取一些片面的、零散的信息，因此為了讓學(xué)生親身體驗(yàn)、直觀感受宇宙知識(shí)的奧秘，我們往往采用模擬實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，讓學(xué)生形象、直觀認(rèn)識(shí)宇宙，了解相關(guān)知識(shí)。

教學(xué)《晝夜交替現(xiàn)象》一課時(shí)，通過(guò)讓學(xué)生畫(huà)圖的形式，我們就能了解學(xué)生對(duì)晝夜交替現(xiàn)象產(chǎn)生原因的前概念。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的想法很多，對(duì)于太陽(yáng)、地球的運(yùn)動(dòng)方向卻是模糊的。這就需要模擬實(shí)驗(yàn)，一般情況下教師都會(huì)利用小燈泡模擬太陽(yáng)，乒乓球模擬地球。而在實(shí)驗(yàn)前往往會(huì)針對(duì)學(xué)生可能存在的問(wèn)題進(jìn)行討論，比如“太陽(yáng)不動(dòng)，地球繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)”的模擬實(shí)驗(yàn)，討論地球是怎么繞？地球朝哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？但實(shí)際上學(xué)生在活動(dòng)中，依舊會(huì)出現(xiàn)一邊繞一邊自轉(zhuǎn)或有的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、有的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。而產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因是因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有親身體驗(yàn)。我們可以在實(shí)驗(yàn)前再設(shè)計(jì)一個(gè)模擬活動(dòng)，讓一位學(xué)生當(dāng)太陽(yáng)，一位當(dāng)?shù)厍?，然后模擬地球分別按順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较蚶@太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厍蚰鏁r(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)看到太陽(yáng)的東升西落。地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有地球上的人始終朝一個(gè)方向才不會(huì)出現(xiàn)地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)并自轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。通過(guò)親身模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在利用器材進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題，教師也不需要著重強(qiáng)調(diào)了，實(shí)驗(yàn)的效果也會(huì)更好。

對(duì)于小學(xué)階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，抽象的、不可觸摸的知識(shí)是難以理解的，而對(duì)于一些能夠直接觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生會(huì)更容易接受、理解。因此在教學(xué)中，教師要根據(jù)實(shí)際情況，采用各種模擬的方法，讓學(xué)生親自體驗(yàn)活動(dòng)比說(shuō)教更容易改變學(xué)生的前概念。

2.2 利用圖形建模

在教學(xué)中，我們很容易被教材的內(nèi)容迷惑，覺(jué)得教材的內(nèi)容總是對(duì)的，但我們仔細(xì)留心就會(huì)發(fā)現(xiàn)教材中的一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并不是很科學(xué)，甚至?xí)璧K我們建立正確的知識(shí)體系。因此我們要根據(jù)實(shí)際情況，利用學(xué)生已知的知識(shí)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變思路，設(shè)計(jì)針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，突破難關(guān)，這也是科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的一個(gè)必不可少的內(nèi)容——實(shí)證意識(shí)。

比如《太陽(yáng)系》一課，學(xué)生對(duì)于太陽(yáng)系的認(rèn)知都是來(lái)源于電視、電腦或資料，大都數(shù)學(xué)生知道金星、水星、木星、土星， 但地球是屬于八大行星之一卻并不清楚，還有學(xué)生對(duì)八大行星的認(rèn)識(shí)是不全面的，也沒(méi)有關(guān)于行星間的距離和大小的知識(shí)。在教學(xué)中，我們一般都會(huì)采用實(shí)物建模。先縮小大小，再縮小距離，然而距離與大小縮小的比例必然不會(huì)相同，不然我們無(wú)法在課堂內(nèi)完成，而這樣必然會(huì)給學(xué)生造成錯(cuò)誤的印象：行星間的距離和大小相差不大，且太陽(yáng)系看上去也不大，從而阻礙了學(xué)生對(duì)整個(gè)宇宙的認(rèn)識(shí)。基于傳統(tǒng)模式對(duì)學(xué)生認(rèn)知的影響，一位鄭姓老師沒(méi)有采取傳統(tǒng)的實(shí)物建模，而是進(jìn)行畫(huà)圖建模，先讓學(xué)生畫(huà)出腦中的行星排列圖，這個(gè)環(huán)節(jié)能比較清晰的了解學(xué)生對(duì)八大行星排列前概念。從而激發(fā)學(xué)生對(duì)八大行星正確排列循序的興趣，在學(xué)生有強(qiáng)烈的求知欲中，教師出示科學(xué)學(xué)家們的發(fā)現(xiàn)，再讓學(xué)生再次排列，這樣的教學(xué)安排水到渠成。然而教學(xué)并沒(méi)有到此結(jié)束，鄭老師又提出：“你們認(rèn)為這些模型科學(xué)了嗎？接近真實(shí)的太陽(yáng)系嗎？”’學(xué)生想到行星間的距離和大小可能不同，從而引出第三次距離建模，學(xué)生在建模中認(rèn)識(shí)到前面四顆行星距離太陽(yáng)較近，而后面四顆離太陽(yáng)很遠(yuǎn)等科學(xué)知識(shí)。大小建模中通過(guò)與距離的數(shù)據(jù)比較，學(xué)生發(fā)現(xiàn)按同樣的比例縮小，行星小到連肉眼都看不出來(lái)，根本無(wú)法在紙上畫(huà)出。從而學(xué)生意識(shí)到行星間的距離相距非常遠(yuǎn)，課本中的行星圖片是有問(wèn)題的。

教師沒(méi)有被傳統(tǒng)的教學(xué)形式限制，而是利用畫(huà)圖的形式建模，學(xué)生通過(guò)獲得的知識(shí)一次次的修改自己的模型，建立了正確的模型，這種具有梯度的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式順應(yīng)學(xué)生認(rèn)知變化過(guò)程，容易被學(xué)生接受的才能達(dá)到意想不到的效果。

3 基于學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 根據(jù)不同年級(jí)，改變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難度

目前的小學(xué)科學(xué)的教學(xué)對(duì)象主要針對(duì)三-六年級(jí)學(xué)生，不同年級(jí)的學(xué)生的思維方式、認(rèn)知水平、求知欲、接受能力等都存在差異。三年級(jí)學(xué)生以形象思維為主，有一定的抽象思維，愛(ài)表現(xiàn)，科學(xué)知識(shí)比較薄弱，處于剛起步階段。四年級(jí)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有所涉及，抽象思維能力相對(duì)還較弱，五年級(jí)學(xué)生能進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，能獨(dú)立設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。六年級(jí)的學(xué)生抽象思維能力已經(jīng)比較好了，在前面幾年的科學(xué)學(xué)習(xí)中，已經(jīng)能獨(dú)立設(shè)計(jì)比較復(fù)雜、抽象實(shí)驗(yàn)。而我們的教師除了日常的常規(guī)教學(xué)以外，還經(jīng)常參加各種教學(xué)比賽，比如優(yōu)質(zhì)課、教壇新秀、研修活動(dòng)等等，很多時(shí)候，我們所選的課不一定會(huì)在相應(yīng)的年段執(zhí)教，因此同樣的課在不同年級(jí)教學(xué)時(shí)，更要考慮學(xué)生已有的知識(shí)層面和年齡特點(diǎn)。

《光和影》是五年級(jí)第二單元的課，對(duì)于五年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，對(duì)于如何設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)有一定的基礎(chǔ)，因此讓他們直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難度相對(duì)來(lái)說(shuō)不是非常的大，學(xué)生基本上能很好的設(shè)計(jì)出，但對(duì)于四年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們是第一次接觸對(duì)比實(shí)驗(yàn)，要想學(xué)生通過(guò)一個(gè)、兩個(gè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就能掌握對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要領(lǐng)可能還有點(diǎn)困難。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)四年級(jí)大多數(shù)學(xué)生對(duì)于什么條件保持不變、什么條件改變描述的比較模糊，甚至不知道怎么寫(xiě)，只有個(gè)別小組能夠?qū)懗觯蠖鄬W(xué)生只關(guān)注光源、遮擋物，而很少關(guān)注到三者之間的距離變化。四年級(jí)的學(xué)生無(wú)論是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力還是抽象思維能力相對(duì)較薄弱，基于學(xué)生已有的認(rèn)知，教師在教學(xué)時(shí)可以先提供自制材料，變驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生先制造影子，發(fā)現(xiàn)影子特點(diǎn)再設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。學(xué)生對(duì)于具體的事物往往比較感興趣，在探究中更容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而解決問(wèn)題，并且記憶會(huì)更加深刻。比如，探究影子的長(zhǎng)短、方向變化。在探究中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)只有改變光源的照射角度，其它條件不變，才能制造出形狀、大小一樣、長(zhǎng)短不同的影子。同時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)光源與遮擋物的距離是不能變化的，不然影子的大小也發(fā)生變化，自然而然的設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，解決了這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，學(xué)生對(duì)于對(duì)比實(shí)驗(yàn)會(huì)有一個(gè)更深刻的印象。在第一個(gè)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生先思考：如果讓你制造2-3個(gè)形狀相同，但大小不同的影子，那么在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)是什么條件改變、什么條件不可以改變，再進(jìn)行探究。

根據(jù)學(xué)生不同年級(jí)的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)，利用具體可觸碰的材料降低實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難度，才能使實(shí)驗(yàn)探究更加有效。

3.2 根據(jù)不同班級(jí)，有針對(duì)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

在同樣一個(gè)年段的不同班級(jí)，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)有的班級(jí)教師開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究、有的班級(jí)教師只是講解一下實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生并沒(méi)有進(jìn)行探究活動(dòng);有的班級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)氣氛較好，學(xué)生涉獵的課外知識(shí)也較多;有的班級(jí)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、有的班級(jí)進(jìn)度較慢等，這些因素都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性。

教學(xué)《電和磁》這節(jié)課時(shí)，發(fā)現(xiàn)六4班的學(xué)生磁鐵的性質(zhì)、作用等方面的知識(shí)比較扎實(shí)，因此從奧斯特實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)什么？這個(gè)問(wèn)題學(xué)生比較容易理解，而另一個(gè)班的學(xué)生卻非常茫然。原來(lái)這班的學(xué)生根本沒(méi)有學(xué)過(guò)磁鐵的相關(guān)知識(shí)，所知道的知識(shí)也只是從生活中獲取的。因此，我們可以讓學(xué)生體驗(yàn)感受磁鐵相互靠近時(shí)會(huì)有怎樣的想象，再導(dǎo)入到奧斯特實(shí)驗(yàn)。

又如前面講到的《空氣的熱脹冷縮》一課，教師要考慮到學(xué)生沒(méi)有液體熱脹冷縮的知識(shí)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，如：怎樣收集空氣？用什么模擬高溫？用什么模擬低溫？通過(guò)什么變化來(lái)判斷空氣發(fā)生熱脹冷縮？通過(guò)這些問(wèn)題的設(shè)計(jì)，層層推進(jìn)，在學(xué)生頭腦中逐步形成空氣熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)的雛形。

教師在教學(xué)中，要隨時(shí)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，相應(yīng)的調(diào)整教學(xué)思路，增加或減少探究實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

總之，教師要基于學(xué)生前概念，采用不同的方式優(yōu)化探究實(shí)驗(yàn)，從而建立合理、有效的概念體系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的同化。

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（作者單位：浙江省寧波市奉化岳林中心小學(xué)）