例談初中科學概念的解構與轉化策略

陳懋

摘 要：科學概念是人們對事物本質的認識，是邏輯思維的最基本的單元和形式。它的種類繁多、抽象，定義方法多樣，造成學生對概念理解不透徹，產生許多的疑難概念。同時，不少教師頭腦中也有錯誤或模糊、不完整的前概念。本文從一個中考試題出發(fā)，分析生活中的原問題。并通過一個成功的教學案例，闡述概念的解構和轉化策略。符合學生的認知能力，對不同的前概念采取不同的措施，如舉反例和歸謬法，發(fā)揮主體性，努力培養(yǎng)學生的學習力。

關鍵詞：初中科學；科學概念；前概念；解構與轉化

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）3-0045-4

1 問題研究的緣由

科學概念是人們對事物本質的認識，是邏輯思維的最基本的單元和形式。因此，形成和發(fā)展概念是科學認識的重要成果。它的種類繁多、抽象，定義方法多樣，特別是科學概念學習中的“現象—概念—符號”三重表征形成的認知跨度，會造成思維障礙。學生往往是“一聽講覺得懂，一看書覺得會，一做題就會錯”，究其原因還是對概念理解不透徹，不能在新舊知識的聯系與區(qū)別中重構認知。這對準確學習科學概念有重大影響，從而產生許多的疑難概念。

然而，不少教師頭腦中也有錯誤或模糊、不完整的前概念。尤其是許多青年教師或非本專業(yè)的教師在某些科學概念、方法的把握上本身存在困難。而相關的教學參考書也沒有充分解釋，教師的課前準備有一定的困難。教學過程中，教師往往通過一個事例來說明概念，隨后即要求學生強記，或通過反復練習來強化。但往往是事與愿違，最終影響學生的身心發(fā)展。

例1 （2014年·嘉興卷13）圖1所示為一傾斜的平面鏡。當你走向平面鏡時，下列描述符合事實的是（ B ）

A.鏡中的像變大

B.通過平面鏡觀察到的視野變大

C.鏡中的像將遠離你

D.像與你的連線與鏡面不垂直

試題分析：這是一個生活中的原始問題，與課本中平面鏡成像實驗情景完全不同，考查學生利用所學知識解釋生活現象的能力。多數學生認為鏡中的像變大，這讓命題老師都很詫異。

學生錯誤緣由分析：“老師教得苦，學生學得累，最后學生還是不清楚。”是科學概念教學的困惑。而概念是思維的細胞，是學科知識體系中的基石和核心。回到此問題上，老師都會做平面鏡成像實驗，也進行相關課外強化練習，但多數學生看到生活中真實情景中的“原始問題”時，還是“一見如故”地將自己看到的鏡中的像變大，認為鏡中的像也變大（如圖2）。

在這里老師雖然按照課本要求做了實驗。例如課前，教師設問：當人逐漸向平面鏡靠攏的過程中，人在鏡中的像怎么變化？學生們會異口同聲地回答：越來越大。通過實驗研究平面鏡成像特點后，少數學生回答：大小不變。但很多學生心理還是不理解。因為在日常生活中，他們看到的是“近大遠小”，生活中類似的經歷確有無數次。

可見，我們要糾正學生錯誤的前概念：“視覺感覺的像的大小”的樸素認識與“真實的像的大小”的科學概念，而學生還沒有學習凸透鏡成像規(guī)律以及二次成像等知識，僅僅通過一個“依葫蘆畫瓢”的課本實驗來糾正是不行的。另外，單純依靠大量的做題來彌補對概念理解的不足，造成學習效率不高，老師和學生都很疲勞，這也是一個得不償失的過程。

2 理論支撐下的初中科學概念教學

案例：“近大遠小”還是“大小不變”

——同一物體靠近或遠離平面鏡時，像的大小變化問題。

教師讓學生探究平面鏡成像的特點：像和物的大小相等，像和物到鏡面的距離相等。最后，糾正錯誤的前概念，區(qū)別“視覺感覺的像的大小”的樸素認識與“真實的像的大小”的科學概念。

師：當人逐漸向平面鏡靠攏的過程中，人在鏡中的像怎么變化？

學生1回答：根據平面鏡成像的特點，像和物大小總是相等的。無論物體與平面鏡的距離如何變化，它在平面鏡中所成的像的大小始終不變，與物體的大小總一樣。

學生2回答：人們在觀察物體時都有“近大遠小”的感覺。當人走向平面鏡時，視覺確實覺得像在“變大”。

教師組織學生分組討論，這兩種說法哪種正確呢？此時，他們彼此都不能說服對方，課堂很是熱鬧。……

活動1：通過光路作圖探討平面鏡成像規(guī)律。如圖3，你從這里發(fā)現了什么？物和像的大小關系怎樣？

學生：平面鏡成像的物和像是關于鏡面對稱；物和像大小相等。

活動2：從人眼向被觀察物體的兩端分別引一條直線，這兩條直線的夾角即為“視角”，如圖4。如果視角大，人就會認為物體大；視角小，人就會認為物體小。從這里你們又發(fā)現了什么？

師生互動得出：人眼觀察到的物體的大小，不僅與物體的真實大小有關，而且還與“視角”密切相關。視角大，人會認為物體大；視角小，人會認為物體小。

師：那么，日常生活中我們“視覺感覺的像的大小”與什么有關？看下面這三張圖（如圖5），學生紛紛開始用手比劃，頓時教室有點騷動。

學生：大黃鴨自身大小不變，但視覺上“近大遠小”，由于視角大小不同造成的。

活動3：現在我們重新實驗，調整蠟燭到鏡面的距離，觀察像的大小變化？（如圖6）

學生：平面鏡中像的大小始終不變，與距離大小無關。

師：如何解釋日常生活中“近大遠小”和平面鏡中“大小不變”？分組討論。“視覺感覺的像的大小”與“真實的像的大小”有什么區(qū)別？

學生小結：當人向平面鏡走近時，像與人的距離小了，人觀察物體的視角也就增大了。因此，我們所看到的像也就感覺變大了，這就是人眼看物體“近大遠小”的原因，這是“視覺感覺的像的大小”，但實際上像與人的大小始終是相等的。人逐漸靠近鏡面，像也一定逐漸靠近鏡面，人的感覺是“近大遠小”，這是一種視覺效果。而平面鏡成像的物和像是關于鏡面對稱，換句話說，其實“真實的像的大小”是“大小不變”。

活動小結：物體在平面鏡中成的是正立的虛像，像與物體大小相等，即像的大小與物體的大小有關，與物體距平面鏡的遠近、平面鏡的大小等因素無關。

例2 某同學從遠處走向一面穿衣鏡，他在鏡中像的大小及像和人之間距離的變化情況正確的是（ ）

A.像大小不變，像和人之間的距離變小

B.像變大，像和人之間的距離變大

C.像變大，像和人之間的距離變小

D.像大小不變，像和人之間的距離不變

解析 像的大小與物體到平面鏡的距離無關，我們平常說的所謂遠小近大，只是人的視覺造成的錯覺。根據平面鏡成像的特點可以知道，像和物大小相等，像和物到鏡面的距離相等。因為該同學的大小沒有變化，所以像大小不變；而該同學到平面鏡的距離在變小，所以像到平面鏡的距離也在變小，從而像和人之間的距離在變小。 答案：A。

在本案例中，許多學生常會把“視覺感覺的像的大小”的樸素認識與“真實的像的大小”的科學概念混為一談。為了給“迷思概念”搭建“腳手架”，可讓學生動手作圖，將觀察到的現象與先入為主的經驗進行討論分析，進而引發(fā)認知沖突，暴露學生在概念理解上的缺陷。再在實驗修正中形成正確的概念。人逐漸靠近鏡面，像也一定逐漸靠近鏡面，人的感覺是“近大遠小”，這是一種視覺效果。物體在平面鏡中成的是正立的虛像，像與物體大小相等，即像的大小與物體的大小有關，與物體距平面鏡的遠近、平面鏡的大小等因素無關。

3 初中科學概念解構與轉化的思考

3.1 聽懂和會做是兩碼事，培養(yǎng)學習力是關鍵

日常教學中，常聽到一些老師抱怨：“我已經告訴他多少遍了，可是他就是聽不進去，一錯再錯，真是不可救藥?！痹谝淮斡忠淮蔚亍案嬖V”不見效果后，有的老師干脆放棄了對“這些一錯再錯的學生”的輔導與幫助。也有老師說：“每次上完課后，我都要問這些學生聽懂沒有，他們都說聽懂了?？墒且蛔鼍毩曨}，他們就束手無策。哎，我真沒辦法教他們了。”看看說這些話的老師，個個都辛苦得很。教初三畢業(yè)班的責任重，壓力大。他們整天在忙著批改作業(yè)，精心備課，忙著如何把知識講清楚，精選習題出考卷，忙得不可開交。說這些老師不負責，真是冤枉他們。既然如此，為什么還會有“聽懂而不會做”，“說了一遍又一遍，仍然一錯再錯”的現象出現呢？

其實，這些老師給學生的是知識的精華──“高營養(yǎng)”的知識。然而，學生沒有吸收這些營養(yǎng)的“根”──學習的能力。因此，教師就必須在促使學生“根”的發(fā)育與生長上做文章，即研究如何培養(yǎng)學生的學習能力。

教師是否可以反思一下自己的教學，反思一下自己的課堂教學方法，想一想在教學過程中學生是否有進行獨立思考的時間與機會？教師是否在學習方法上給予了學生切實的指導？在現實中，一些老師樂于把知識灌輸給學生，一切問題都先幫學生解決，不用學生動腦思考。他們習慣于讓學生把板書記下來，然后叫學生去死記硬背！這好比是植物進行光合作用一樣，有了二氧化碳和水這些原料（就當是老師上課講的知識），有了葉綠體（就比作是學生的大腦）?？墒牵瑳]有光（反應的條件──比作是學習的能力與學習方法），光合作用也是反應不起來?。≡鯓觼砼嘤龑W生的學習能力？關鍵在于老師是否給學生“光”，也就是給學生學習的方法，培養(yǎng)其學習能力。

3.2 依據學生的認知能力，采取不同的教學方法

由于學生的心智還不健全，通過一個事例，要求學生強記，或反復練習來強化，都是事與愿違。適合的才是最好的，教學中可以采取舉反例、歸謬，重新優(yōu)化實驗或借助多媒體等。例如，在學習牛頓第一定律時，列舉“質量不同、速度相同的兩車，停下來的難易程度不同”的例子，說明質量是決定慣性大小的唯一量度。但很多學生因理解不了何為“慣性”，產生這樣的疑問：兩車質量相同，但速度大小不同（如：甲車速度為30 km/h，乙車速度為100 km/h），當然是乙車更難停下來，因此，應該是速度快的物體慣性大。為何慣性與速度沒有關系，那么與“在高速公路上限速行駛是預防慣性危害”不是自相矛盾嗎？七年級的學生沒有學習動能、動量、牛頓第二定律這些知識，通過一個例子讓學生記住決定慣性大小的因素是不行的。那么，應如何讓學生理解慣性和決定慣性大小的因素？

筆者采用歸謬法來論證它。假如以上說法成立，則“物體的速度越小，它的慣性越??；物體的速度為零，它的慣性應該為零?！憋@然，這個結論是荒謬的，它與“一切物體都具有慣性”是相悖的，所以，慣性大小與速度大小無關。

另外，筆者再打個比方：假設你有20元，我只有10元錢，我和你都是每天花1元（相當于慣性），我只能花10天，你可以花20天，我們花錢的速度是不是一樣的？那你為什么花錢的時間比較長呢？因為你本錢比較大而已！

奧蘇貝爾認為，有意義的學習就是符號代表的新知識與學習者認知結構中已有的適當觀念建立了非任意的和實質性的聯系。顯然，這個反例和歸謬與奧蘇貝爾的理論具有一致性，從而在教學過程中使學生明確自己在教學中的主體地位。

3.3 依據學生的前概念，采取不同的教學措施

在正式學習新知識前，學生已經有了對事物、現象的看法和觀念；或者在學習過程中產生出與新的科學觀念不一致的觀點，這些觀點從心理學角度稱為“前概念”。如有些學生認為“動脈血”就是在動脈里流動的血。學生對前概念的認知來源廣泛，復雜多樣。前概念又具有頑固性、自發(fā)性、隱蔽性和反復性的特點，要避免和消除前概念對學習的負遷移，了解是前提，分析是基礎，研究是核心，實踐是保障，轉化是關鍵。精心設計的教學方案可為學生提供“腳手架”，引導學生辨析、理解、厘清并內化概念的內涵和外延。如圖7。

在本案中，學生把“視覺感覺的像的大小”的樸素認識與“真實的像的大小”的科學概念混為一談，屬于錯誤的前概念。借助同一位置的大黃鴨，在不同位置觀察，發(fā)現鴨子的像大小不同，而鴨子本身大小不變，說明視覺感覺的像大小與真實的像大小是不同的科學概念，糾正錯誤概念。

總之，概念教學是初中科學教學的重要環(huán)節(jié)，學生掌握扎實的科學知識和樹立良好的科學素養(yǎng)，離不開對科學概念的正確理解。學生對科學知識的學習始于他們在生活實踐中對自然界的認識，而不是單純對書本知識的記憶和接受。因此，教師要根據學生的知識結構和能力特點，不僅僅做題，還應適當引導學生從多環(huán)節(jié)、多維度剖析概念，抓住概念的實質，讓學生準確把握概念的內涵和外延，真正建構相關的科學概念。

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（欄目編輯 陳 潔）