为概念转变而教以浮力的教学为例苍南县第一实验小学 张延银内容摘要 本文以儿童学习科学概念的研究背景出发，基于浮力的课堂教学，剖析了课例背景与教学流程，探讨了小学科学教学中通过选择和组织有效的教学策略，去“促进学生概念的发展或转变”，帮助学生从事实体验到概念构建的教学问题。关 键 词 概念转变 事实体验 概念构建 浮力一、课例背景的分析“近二十多年来,研究者们对于儿童在科学学习中的概念化理解开展了大量研究。这些研究所关注的共同主题是认识儿童关于自然现象的原有概念的重要性，研究者把科学学习看作儿童关于自然现象的原有概念的发展或转变，而不是新信息的点滴累积过程。”那么，在科学课中学生学习科学概念的过程又是怎样的呢？本文基于浮力的课堂教学过程去探讨促进学生概念的转变或发展的策略选择和组织的问题。浮力一课是义务教育课程标准实验教材教科版（修订版）五年级下册沉与浮单元的第5课。这个单元从物体的沉浮的现象开始，探寻物体沉浮的规律，继而研究影响沉浮的变量（体积大小、重量、液体的密度），最后形成适合小学生年龄特点的有关沉浮现象的本质解释。沉与浮单元的第1课到第4课，学生通过探究了解构成物体的重量、体积大小对物体沉浮的影响，实际上学生在探索的过程中，已经感受到了浮力的存在。从浮力这课开始，学生将把注意力放在浮力上，来研究物体沉浮的秘密，试从另一个角度，即浮力和重力之间的关系，解释物体沉浮的原因。本文所探讨的浮力一课为教科版2008年“小学科学教育研讨暨教材培训会”现场研讨课 该课例由浙江省温州市苍南县第三实验小学的林昱老师于2008年在湖南长沙举行的“小学科学教育研讨暨教材培训会”上执教。本次活动主题旨在探讨“用科学探究活动帮助儿童构建科学概念”的具体途径和方法，体现教科版教材在修订上的主要特点，即“围绕核心概念的构建，设计和展开有结构的科学探究活动。”二、教学流程的剖析结合课例的教学框架和对教学流程的观察，对学生学习浮力概念的发展和转变过程分析如下：1、从已有的初始想法（前概念）开始对于“浮力”，儿童的已有认识是什么？在执教老师的教学设计稿里，读到这样的学情调查：“学生在学习本节内容之前，已经研究过影响物体的沉浮的因素，在五上运动和力单元的学习的基础上，对于重力、拉力等“力” 有了一定的认识，学生对“浮力”有一定的生活经验。但是，五年级的学生往往认为，浮在水面上的物体，重力等于0，也无法理解该如何测量浮力的大小。学生已有的经验不能解释为什么物体在水里会上浮。 参考自林昱浮力教学设计，新思考网，http:/xxkx.cersp.com/YXKT/200803/4123.html”也就是说对“浮力”概念的学习起点，儿童的认识事实大多是一个熟悉的“力”，一个没有观念和方法的认识而已。在课堂中，教师将“浮力”置于“运动和力”的语境下让学生进行重新思考，请学生和老师一起拔河，引导孩子从对拨河中“力”的感受开始，唤醒学生的生活经验，将“浮力”学习引退到学生们已有的经验开始，而不要跑到他们经验的前面。当拨河两边静止不动时，通过分析探讨，学生就产生了两边的拉力是相等的事实认识。接着让学生分析用手拉起塑料瓶并静止空中时，“拉力重力”的迁移。这样的情景创设，不但暴露学生与“力”相关的前科学概念，也为接下来的静止状态的“浮力重力”作了很好的迁移。这样，也为学生对“浮力”的概念构建做了很好的过渡。2、围绕概念的构建，设计和展开有结构的科学探究活动。在浮力这一课里，把握了“浮力”的初始概念，再进一步需要明晰的就是围绕“浮力”这一概念而组织起来的相关概念内涵，不断地获取和呈现证据，让学生对“浮力”概念的建构与重力等其他概念进行事实联系，并通过在操作中亲身体验并逐步内化，在描述和推测中逐步修正并最终将自己的体验转化成科学概念。探究活动一：感受浮力教师首先安排了测量塑料瓶静止在水中的重力。在探究中，学生观察到测力计的示数为“0”，“为什么？是重力消失了吗？”认知冲突的产生，有效地激发了学生的思考，接着让学生参与一个体验活动：用手把塑料瓶压入水中，注意体验手的感觉，实现浮力的第一层概念的构建，既浮力可以借助重力被感知，也可以用手去感知。通过探究，浮力被感受到了，活动的双重作用的结构性也被凸显出来。学生也初步形成了“像塑料瓶这样浮在水面上的物体，会受到一种向上的力，这种力就是水的浮力。”的认识，并在活动中被发展为“当物体静止浮在水面上时，浮力的大小等于重力。”对“浮力”的概念认识又往前走了一步，概念的迁移在认知冲突下得到推进。探究活动二：物体浸没在水中所受到的浮力“用手将塑料瓶往下压，塑料瓶在水里处于静止状态时，塑料瓶受到向下的力有哪些？向上的力是什么？”又一个体验事实的探究活动开始介入。静止状态时，向下力是重力和压力，向上的只有浮力，学生很快从塑料瓶的受力事实里形成推理。“此时（塑料瓶在水里处于静止状态时），它受到的浮力等于什么呢？”联系拔河时一个老师对两学生，分析出浮力重力压力，思维推理应运而生，浮力的概念构建又前进一步。探究活动三：测量塑料瓶在水里受到的浮力让学生通过用手感受到浮力的存在，结合他们推理出的公式，浮力的大小似乎可以计算，属于一个顺理成章的推断。但，压力是多少？怎么测？却是一个学生无法逾越的思维障碍。在学生没有学习过定滑轮知识的基础上，采用通过阅读课本知识的方式，让学生掌握用弹簧秤测量出拉力大小。基于实验器材的组装和操作对学生都存在着难度，这里老师给学生搭个梯子，即安排了教师的演示示范，以保证学生的思考力。让学生充分体验，收据数据事实后，再由教师告知“此时弹簧秤测量出拉力大小等于压力大小”，避免学生在这个事实的认识上陷入泥潭，提高课堂教学效率。“浮力重力拉力”在这样的有效告知和探究体验后，实现思维迁移。探究活动四：塑料瓶浸入水里的体积和浮力的关系对于“浮力”概念的构建，学生的思维发展还需要进一步引导学生思考证据，使学生注意到原有的不完全理解、错误观念和天真解释，完善自己的认识。课堂教学中，教材安排了让孩子们用系统的调查来解释和检验自己的观念，从而缩短孩子自己的观念和科学的观念之间的距离，即测量不同大小泡沫塑料块的浮力探究活动。让学生分组用实验验证：将塑料瓶（替代泡沫塑料块）以“小部分”、“大部分”和“全部”的状态分三次浸入水中，分别测量出每次，塑料瓶所受到的浮力大小，还要把不同状态下的塑料瓶排开水的量及时记录在报告单上。这一探究活动，与前面的“测量塑料瓶在水里受到的浮力”是一个有机的结构，体现了思维的递进。“仔细观察数据，比较浮力的大小与排开的水量，有什么发现？”再让学生通过对不同数据的观察与思考，产生任务驱动，变被动为主动。通过各组对数据的汇报，进行证据评价。课堂学习在引导学生观察数据、分析数据，从数据中得出结论，达成对“浮力的大小与物体进入水中的体积（排开的水量）有关”这一具体概念的构建。探究活动五：大小不同的塑料瓶浸入水里受到的浮力探究还在延伸，在一个又一个事实的体验中，把学生的思维深度参与，概念的构建如何评价与监控？需要在新的情景中，让学生学会应用。在课的最后，教师出示三个不同大小的塑料瓶,分别浸入水里,让学生推测他们受到的浮力哪个大、哪个小?我们看到了学生围绕测量数据的事实，完成了推测后的验证，而“浮力”的概念构建过程，则进入了学生把外在概念内化为自我建构，也引领学生在浮力的概念链之间建立联系。三、教学策略的探析对浮力一课的教学过程的观察与思考中，我们看到了该课核心概念在哪里？有效的探究活动是哪些？围绕核心概念的具体概念是什么及相互关系？学生思维支点有哪些等问题都在促进学生概念转变的策略的选择得到有机解决。那么，促进学生从事实体验到概念构建的教学策略要如何选择和组织呢？1、确定核心概念，把握概念转变和发展的方向。随着小学科学教学改革的深入，“用科学探究活动帮助儿童构建科学概念”的具体途径和方法的探讨不断深入，“围绕核心概念的构建，设计和展开有结构的科学探究活动”的思想也在教材的修订中逐步体现。而学生学习科学概念的发展或转变过程中，核心概念的确立是至关重要的，只有确立了核心概念，才能有效地把握住具体概念的组织教学。如在浮力一课中，教学要围绕的核心概念是什么？这就是沉与浮的整个单元的核心概念，即：密度是物质固有特性之一，它会影响物体的沉浮情况。核心概念又在整个单元的教学活动分化出若干个具体概念，每一个具体概念的教与学又都是围绕这个核心概念进行的。浮力一课的教学，就是在不断发现的事实中为“物体在水中会受到浮力的作用，浮力的大小与浸入水中的体积大小有关”这一具体概念寻求意义的支撑，为核心概念的构建服务。所以，围绕住核心概念，就是把握了整个概念学习过程的“舵”。没有核心概念的确立，学生科学概念的学习就会成了无“舵”之舟。2、构建有效的探究活动，将具体概念连接起来。核心概念的确立后，回到某一个具体概念的教学时，我们就要去分析出相关具体概念在教学活动中的内涵结构。如在浮力一课中，可以整理出如下的“探究活动与活动承载的具体概念”的关系:探究活动活动承载的具体概念活动一：用手把塑料瓶压入水中，注意体验手的感觉。浮力可以借助重力被感知，也可以用手去感受存在水对物体有一种向上的推力，叫浮力当物体静止浮在水面上时，浮力的大小等于重力。当用手（线）将物体往下压（拉）时，浮力等于重力加上压力（力）。浮力的大小与物体进入水中的体积（排开的水量）有关。浮力大于重力时，物体会上浮。活动二：测量塑料瓶静止在水中时受到的重力活动三：测量塑料瓶在水里受到的浮力活动四：探究塑料瓶在水里受到的浮力与浸入水里的体积的关系活动五：探究体积不同的塑料瓶浸入水里受到的浮力“浮力”一课中探究活动与活动承载的具体概念关系图示对教学中的探究活动与活动承载的概念内涵进行分析，可以看到了每一层的前后是充满着联系。那么，如实现活动的连接呢？在活动流程中，可以看到教学可以通过5个有结构的探究活动让学生去发现事实，不断引领学生探究体验，建立起关于“浮力”相关具体概念及其相互关系。我们看到每一个活动都有特定的关于“浮力”的概念内涵承载，每后一个活动所承载的概念内涵又是丰富前一个活动所获得的概念，又是包含前一活动的概念内涵、覆盖前一活动的概念内涵的，探究活动支持了学生与“浮力”相关的具体概念的意义建构。形象地说，课堂教学中的“科学探究”这艘“船”上装载着一个个具体概念的内涵，学生在学习中正是沿着一个个活动承载的概念内涵指向的箭头，从事实体验的“此岸”通向概念构建的“彼岸”。3、提供思维支架,帮助概念的认识与思维发展同步.“核心概念和大概念的构建无法通过讲授和记忆得到，主要依靠于科学探究的过程。而科学探究的过程要素必须同科学思维相联系，才有可能转变成真正的、有意义的科学探究能力，情感态度价值观则正是在这一过程中获得发展的。”如在浮力一课的探究活动中，对“浮力”的探究学习过程和“浮力”的思维发展紧密联系在一起的。课堂教学是建立在学生现有观念基础上，在随后的教学中使学生的现有观念向科学认识发展和拓宽。这种在“以学生的认知结构为基础进行扩展的教学策略”，重点不在于学习者的主动调适，而是侧重于教师的适当干预，为学生的学习科学的思维提供“支架”，以有效的“思维支架”支持学生的认知冲突引发及其解决的过程。在浮力一课中，我们就可以在教学中实施这样一些促进学生概念发展的思维“支架”：直觉：设计教学情景（如师生拨河），让学生置于“运动和力”的语境下，即从生活经验感受“力”开始科学学习，符合学生直觉认识。类比：教师要求学生在例子（“拔河”的静止情景）和目标事件（塑料瓶在空中的静止情况）之间作出明确的对比，让学