《小蘇打和白醋的變化》

小學科學“多輪認知”概念教學模式的實踐嘉興市南湖國際實驗學校 徐文良【內(nèi)容摘要】概念教學，是當下小學科學教學研究的一個方向。學生的科學概念形成，需要一個概念的暴露、重組、深化和鞏固的構建過程。在教學實踐中，往往因缺少有效的構建途徑而導致科學概念無法合理達成。本文力圖以一個課例為藍本，通過“多輪認知”概念教學的行動研究，來探索科學概念有效構建的策略和方法，以踐行科學概念教學的實踐模式?！娟P鍵詞】小學科學概念教學多輪認知模式實踐關注科學概念是當前發(fā)達國家小學科學教育的一大特點，其研究已取得豐碩的成果。隨著國際交流和合作的不斷擴大，國內(nèi)對科學概念教學的研究也不斷興起。力圖通過研究和實踐，來深化科學概念教學的理論，豐富科學概念教學的手段，提升科學概念教學的實效。這樣的探索，既是國內(nèi)小學科學教學改革的需要，也是小學科學教育自身發(fā)展的需要。一、對小學科學“多輪認知”概念教學模式的定位與思考小學科學“多輪認知”概念教學模式的提出，源于筆者對于國內(nèi)外“概念教學”理論及實踐的學習、吸收和研究，結合小學科學新課程標準（討論稿）的解讀，并在小學科學教學實踐中不斷嘗試、探索和思考的結果。試圖理解和解釋前概念如何轉變?yōu)榭茖W概念的理論，就是“概念轉變學習”理論（美國科學教育研究者波斯納，1982年）。除此之外，波斯納等四位教授又聯(lián)合提出了“科學概念的順應”理論。他們認為，實現(xiàn)順應需要滿足四個條件：首先，學習者對原有概念產(chǎn)生不滿；其次，新概念具有可理解性，學習者對新概念形成統(tǒng)一和諧的內(nèi)部表征；再者，新概念具有合理性，學習者的其他知識或信念與新概念一致；最后，新概念具有有效性，意味著學習者把它看作是解釋某問題的更好的途徑。對于學習者錯誤的前概念，美國學者修森提出了為轉變概念而教的指導原則：學生和教師的觀念要明確成為課堂話語的一部分，即要讓學生在課堂上有表達自己觀點的機會；降低或提高概念的地位。國內(nèi)從事小學科學教育研究的部分學者，在敏銳捕捉國外先進理念的基礎上，通過大膽引進和嘗試，更多的從實踐層面來闡釋研究觀點和尋找策略。溫州研究學者陳素平認為，“科學概念”的教學實踐可以從四個方面著手實施：一是構建概念體系，明確概念層次；二是思考學習過程，確定“此岸”和“彼岸”的關系；三是挖掘活動內(nèi)涵，安排“踏腳石”予以鋪墊；四是推敲教學策略，促進有效教學的進行。依據(jù)國際科學教育改革的趨勢，以及我國基礎教育課程改革的要求和科學課程的現(xiàn)狀，新一輪小學科學課程標準（討論稿）對科學概念有明確的注解。在設計思路中，提出了從物質科學、生命科學、地球科學等領域選取多個核心概念作為學習的科學知識，采用核心概念螺旋建構的方式，由簡單到復雜分級設計，即將每一個核心概念分解成若干具體概念，并對具體概念進行分級。由此可以看出，科學概念教學將是今后國內(nèi)小學科學教學實踐和研究的一個重要方向。正是基于上述理論和實踐的學習，再輔以對小學生年齡、心理等特點的研究，提出和嘗試在小學科學教學中實施“多輪認知”概念教學的模式。小學科學“多輪認知”概念教學模式是指在教學過程中，根據(jù)學生學習狀況的變動情況，采用多種跟進策略，引導學生主動學習科學概念的定義，理解概念的內(nèi)涵與外延，建構新的概念體系，并通過多輪認知深化訓練達到靈活運用，從一般到特殊的科學概念教學模式。二、小學科學“多輪認知”概念教學的實踐模式“多輪認知”概念教學模式是以學生前概念為前提，以小組合作學習為基本組織形式，以科學探究為基本方式，以促進概念重建為根本目的的多輪認知不斷深化型學習過程。該模式突出對科學本質的理解，以學生在學習活動中的主體參與為目標，不斷優(yōu)化和改進教師的設計能力?？赏ㄟ^如下圖標來闡釋：接下以六年級下冊“小蘇打和白醋的變化”一課為例，闡釋該模式實施的過程、策略和方法。1．首輪認知：暴露概念——在定向參與中質疑沖突定向參與是概念重建教學過程的啟動階段。它的主旨是創(chuàng)設積極的富于驅動性的教學情景，幫助和促使學生形成明確并有價值的問題，使學生參與到學習任務中來。學生根據(jù)已有經(jīng)驗，做出預測或猜想，并討論和交流他們的預測與解釋，旨在暴露學生的另類概念，引發(fā)學生的認知沖突。教學《小蘇打和白醋的變化》一課，目的是引領學生通過對混合現(xiàn)象的研究，構建兩種物質混合的變化是化學變化的科學概念。小蘇打和白醋，學生對這兩種物質有所認識，但基本是基于外在特征層面的了解。對于兩種物質混合后會產(chǎn)生哪些變化，是屬于什么變化，還不具有準確的科學概念。學習本課之前，學生對于兩種物質混合的前概念一般限于：食鹽和水混合，白糖和水混合等，這些物質的混合，沒有明顯的現(xiàn)象變化，也沒有產(chǎn)生新物質。所以，在教學中，要設計和實施暴露學生前概念的環(huán)節(jié)，達到：喚醒學生前概念的數(shù)量及種類——了解學生對于前概念的認知水平——明確有探究價值的問題——引發(fā)與新概念的認知沖突。這符合“科學概念的順應”理論中的第一個條件，學習者對原有概念產(chǎn)生不滿。環(huán)節(jié)設計可如下：出示：小蘇打和白醋，學生觀察小蘇打和白醋的特點，記錄和交流例舉：生活中的固體物質和液體物質混合現(xiàn)象交流：這些物質混合后的顯著變化或現(xiàn)象預測：小蘇打和白醋混合可能的變化或現(xiàn)象2．二輪認知：重組概念——在架橋策略中深化探究在此階段，學生多以小組合作的方式，對問題作出猜想和預測，設計并制訂探究方案，進行實驗或實施調查，觀察記錄實驗現(xiàn)象，收集處理數(shù)據(jù)資料，思考證據(jù)與結果的關系，進行初步分析和解釋，在小組內(nèi)交流和討論。在首輪認知中，學生已經(jīng)預測小蘇打和白醋混合會發(fā)生變化，可能會冒氣泡，但大多僅此而已，至于會產(chǎn)生沉淀物、混合會吸收熱量等現(xiàn)象，學生是沒有概念基礎的。所以，在此階段，對于學生的概念需要重組，由于概念重組需要思維參與，學生個體的思維水平層次不一，這些特點決定了需要搭建一定的橋架，幫助學生深化探究，提高探究的質量，提升學生的思維參與力。搭建橋架，一般可以從兩個維度思考：一是材料的結構性，幫助學生更加直觀觀察或感受到現(xiàn)象；二是思維的螺旋性，幫助學生進行思維點對點的鏈接，從而串成一根思維線。同時，需要思考清楚一個問題，就是哪些學生群體更需要搭建橋架，以便更有針對性的幫助其深化探究。筆者認為，后20%學生和中間部分學生才是真正需要搭建橋架幫助提升的主體。理清這些問題，方可以進行環(huán)節(jié)的設計與實施。這符合“科學概念的順應”理論中新概念具有可理解性的條件。在探究小蘇打和白醋混合后變化中，冒氣泡與產(chǎn)生氣體，這對于前20%學生來講，很容易構建起相關性。但是，對于后20%學生和中間部分學生來講，不一定能立馬聯(lián)系起來，需要更加顯性的鋪上跳板搭一把才能構建。因此，筆者對教材中使用的實驗材料玻璃杯進行了調整，設計嘗試用塑料袋來替代玻璃杯進行實驗，發(fā)揮材料的直觀功能。當小蘇打和白醋混合后，漸漸鼓起的袋子，加之里面猛烈的氣泡，兩者混合后會產(chǎn)生氣體，相信對于每一個學生來講都是那么的直觀。對于鼓起來的袋子，學生天性激發(fā)，一定會促使其用手去觸摸，在觸摸的過程中，混合兩種物質會吸熱引起溫度變化的現(xiàn)象，也在不知不覺中直觀感受到。同時，還直觀解決了冒氣泡和產(chǎn)生氣體之間的思維銜接。另，兩種物質混合的變化，不僅僅局限在冒氣泡，還有溫度的變化，產(chǎn)生沉淀物等，擴大了學生對于兩種物質混合變化的思維外延。學生的思維力得到鍛煉，探究的深化也就水到渠成。3．三輪認知：深化概念——在建構交流中啟迪智慧這一階段是建構新的認識和初步形成解釋的過程，也是使有關概念、原理或技能變得易懂、可理解的過程。在這個過程中，充滿了學生不同的個人概念和認識之間、個人認識與事實證據(jù)之間、個人認識與科學概念原理之間的“沖突”矛盾和斗爭。學生在這樣的過程中，進一步暴露和明確自己的已有概念和認識，感受不同觀點和解釋之間的一致與差異。在二輪認知中，小蘇打和白醋混合大量冒氣泡，即產(chǎn)生了氣體，通過橋架的幫助學生很容易理解。但是，混合產(chǎn)生的是什么氣體，學生很難用自己的知識結構體系來解釋。對于氣體，學生也有自己的前概念體系，那就是學生熟悉的幾種常見的氣體，如空氣、氫氣等。若這種氣體與學生前概念中熟悉的氣體特點進行比較，對于新概念的理解和深化將起到至關重要的作用?？諝饪梢灾?，氫氣比空氣輕，可上升。認識到這些，便可以組織學生進行研討、驗證、排除等，一層層的抽絲剝繭，在思維層層遞進中，明確小蘇打和白醋混合，產(chǎn)生了二氧化碳，是一種新的物質，混合是一種化學變化。最終使概念構建變成易懂和可理解的過程，順利完成“概念轉變學習”的實施，同時符合“科學概念的順應”理論中新概念的合理性條件。筆者這樣設計教學環(huán)節(jié)：出示學生熟悉的幾種氣體和特點（氧氣、氫氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳等）——設計檢驗的方案（用點燃的木條和澆火焰）——學生實驗驗證（分組實驗）——交流確認該氣體特點（不支持燃燒、比空氣重）——排除法，排除不符合的氣體（氧氣、氫氣等）——研讀課本（科學家研究，更多證據(jù)證明）——確認氣體（二氧化碳）——歸納結果（產(chǎn)生新物質，是化學變化）。4．四輪認知：鞏固概念——在解釋拓展中激活思維這是學生用前一階段剛剛獲得的科學概念在新情境中解決問題，從而實現(xiàn)對新概念的驗證、應用、鞏固的過程。當學生獲取了新的認識后，必然需要經(jīng)歷一個解釋和精致概念的過程。通過這個階段，新舊經(jīng)驗經(jīng)相互作用與聯(lián)系得以整合，原有的認知結構經(jīng)同化與順應得到發(fā)展，新獲得的概念、過程或技能得以精致。這也恰恰符合“科學概念的順應”理論中，要實現(xiàn)順應的第四個條件：新概念具有有效性，意味著學習者把它看作是解釋某問題的更好的途徑。在日常生活中，學生對于雪碧、可樂等飲料非常熟悉，對于打開瓶蓋后冒氣泡的現(xiàn)象印象深刻，個別還有過因搖晃雪碧再打開瓶蓋大量雪碧沖出來的經(jīng)歷，在學習好本課內(nèi)容后，學生依據(jù)這種現(xiàn)象，可以推斷出雪碧、可樂等飲料中含有二氧化碳氣體的事實；根據(jù)本節(jié)課實驗結果，可以推斷出二氧化碳為什么可以作為滅火材料的原因；根據(jù)小蘇打和白醋混合后猛烈冒氣泡的事實，可以設計檢驗實驗后的液體還是不是白醋的方法；可以設計檢驗白色沉淀物還是不是小蘇打的方法。同時，也是兩種物質混合產(chǎn)生新物質的概念得以強化的鞏固過程，符合新概念具有有效性條件。筆者的設計環(huán)節(jié)為：組織學生例舉日常生活中的二氧化碳現(xiàn)象——分析使用二氧化碳滅火的原因——思考混合后的液體還是不是白醋的問題——設