科學(xué)概念的構(gòu)建要關(guān)注知識的本源
——談《密度》一課的教學(xué)

□ 浙江省寧波市鄞州區(qū)古林鎮(zhèn)中學(xué) 樊 勇

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科學(xué)概念的構(gòu)建要關(guān)注知識的本源
——談《密度》一課的教學(xué)

□ 浙江省寧波市鄞州區(qū)古林鎮(zhèn)中學(xué) 樊 勇

知識的最初表現(xiàn)形式是經(jīng)驗(yàn)，是感性認(rèn)識，而后在生產(chǎn)生活中加以驗(yàn)證和提升，從而形成理論，以更好地指導(dǎo)生產(chǎn)和生活，這便是知識的本源。初中科學(xué)教材中，有較多概念的教學(xué)，這些科學(xué)概念的形成，都經(jīng)歷了較復(fù)雜的演化過程，而這一過程正反映了知識的本源。初中科學(xué)概念的教學(xué)，教師不僅僅要講清楚概念的涵義和運(yùn)用，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生在一定的情境下構(gòu)建概念，通過學(xué)生自己的探究一步一步逼近概念的本質(zhì)。這就體現(xiàn)了“概念是學(xué)生自主構(gòu)建出來的，而不是老師講出來的”這一新課程理念。

初中《密度》一課的核心是密度概念，這一概念的初始表象必然有具體的指向性意義，絕不會(huì)一開始就是抽象的邏輯理論。因而，這堂課成功的關(guān)鍵不是對密度概念的講解，而是創(chuàng)設(shè)密度知識的最初原型，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深，逐步構(gòu)建密度概念的過程。如下密度概念的構(gòu)建采用躍進(jìn)式探究，共四個(gè)環(huán)節(jié)——

環(huán)節(jié)一：尋找生活原型，調(diào)動(dòng)學(xué)生知識儲(chǔ)備。

桌上有兩個(gè)大小均為1立方厘米的小正方體，其中一個(gè)是鋁塊，一個(gè)是鐵塊，你能想出哪些方法鑒別它們？

環(huán)節(jié)二：定性到定量，反映密度的原始模型。

桌上有兩個(gè)外觀相同(均涂黑)，大小均為1立方厘米鋁塊和鐵塊，現(xiàn)給你一架托盤天平，你能用什么方法區(qū)分開來？

1.如果沒有砝碼，只有一架天平，如何區(qū)分兩者呢？

2.如果有砝碼，利用天平，測出它們的質(zhì)量，分析數(shù)據(jù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？

環(huán)節(jié)三：深入地定量分析，自主建構(gòu)密度概念。

桌上有兩個(gè)外觀相似，質(zhì)量和體積均不相同的鋁塊和鐵塊，現(xiàn)給你一架托盤天平，你能用什么方法區(qū)分開來？

思考：（1）要想?yún)^(qū)分甲和乙哪個(gè)是鋁塊，哪個(gè)是鐵塊，結(jié)合活動(dòng)二的結(jié)論，你覺得應(yīng)該補(bǔ)充什么數(shù)據(jù)？（2）補(bǔ)充的數(shù)據(jù)有什么意義呢？是如何算出來的？

環(huán)節(jié)四：定量到抽象，理解密度概念的本質(zhì)涵義。

桌上有六個(gè)物塊，三個(gè)是鐵塊，三個(gè)是鋁塊，請稱量出它們的質(zhì)量與體積，并算出各自質(zhì)量與體積的比值。

思考：（1）分析甲乙丙三個(gè)鋁塊的質(zhì)量和體積，根據(jù)兩者的比值，你有什么發(fā)現(xiàn)？（2）分析ABC三個(gè)鐵塊的質(zhì)量和體積，根據(jù)兩者的比值，你有什么發(fā)現(xiàn)？（3）對比鋁塊和鐵塊質(zhì)量與體積比值，你覺得質(zhì)量與體積的比值反映了物質(zhì)的什么涵義？

上述教學(xué)設(shè)計(jì)，四個(gè)環(huán)節(jié)由淺入深，層層深入，從生活運(yùn)用入手，由定性到定量，由定量到抽象，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建了密度這一概念。

一、知識因用而生，追溯密度概念的本源

1.淺入深出，還原密度本源。密度概念的形成源于日常生活中常見的自然現(xiàn)象和生活體驗(yàn)，如“鐵比棉花重”、“油浮在水面上，而石頭沉入水中”等。在教材中，本節(jié)內(nèi)容安排在《浮力知識》的前一節(jié)，也正是因?yàn)樯钪小坝透≡谒嫔希^沉入水中”這一生活體驗(yàn)與密度和浮力直接相關(guān)。但密度概念通過比值法進(jìn)行定義，難度較大，主要是因?yàn)閷W(xué)生對于“體積”有一定感知，而對質(zhì)量的定義卻很難理解，那么質(zhì)量與體積的比值的含義就更難了。原教材中密度的定義是“單位體積的某種物質(zhì)的質(zhì)量叫密度”，此定義雖有利于理解密度的涵義，但“單位體積”的指向性不明，即不清楚是一立方厘米還是一立方米，還是如同數(shù)學(xué)中的單位1，任意體積都可以？雖然“單位體積的某種物質(zhì)的質(zhì)量叫密度”這一定義不嚴(yán)謹(jǐn)，但密度概念的本源一定始于此，這對引入密度的教學(xué)有很好的指導(dǎo)作用。上述的活動(dòng)一和活動(dòng)二中，將鐵塊和鋁塊的體積均設(shè)置為1立方厘米，此為“淺入”，降低了學(xué)生的入門難度，為“單位體積”的理解做好鋪墊，有助于學(xué)生理解密度的涵義。

2.任務(wù)引導(dǎo)，知識因用而生。知識源于生活，因?yàn)橐谏a(chǎn)勞動(dòng)中的運(yùn)用而產(chǎn)生和發(fā)展，并進(jìn)一步地指導(dǎo)社會(huì)實(shí)踐。由于密度概念抽象難解，如果采用教材中直入主題式的探究會(huì)讓學(xué)生失失興趣，索然無味。而本節(jié)課采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，設(shè)計(jì)了四個(gè)活動(dòng)。如活動(dòng)一“兩個(gè)體積均為1立方厘米的鐵塊和鋁塊，你有哪些方法可以辨別”這一活動(dòng)設(shè)計(jì)，學(xué)生會(huì)調(diào)動(dòng)各種生活體驗(yàn)和生活常識，從顏色、磁性、硬度、輕重等角度設(shè)計(jì)方案。這一過程很好地發(fā)散學(xué)生思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的前概念，也有助于教師對學(xué)情的了解，為教學(xué)的進(jìn)一步開展做好了鋪墊。同時(shí)，通過這一活動(dòng)，學(xué)生會(huì)體會(huì)到“解決問題的途徑不只有一條，方法是多維的，知識是多方面的，是彼此聯(lián)系的”這一特征?；顒?dòng)二“兩個(gè)外觀相同，大小均為1立方厘米鋁塊和鐵塊，現(xiàn)給你一架托盤天平，你能用什么方法區(qū)分開來”，這一環(huán)節(jié)任務(wù)相對簡單易行，增強(qiáng)了趣味性，能刺激學(xué)生的動(dòng)手欲望，學(xué)生也容易得出“同樣是一立方厘米的體積，鐵塊質(zhì)量比鋁塊大”的結(jié)論。

二、創(chuàng)設(shè)最近發(fā)展區(qū)，還原知識構(gòu)建過程的本源

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出：概念教學(xué)要返璞歸真，努力揭示概念的發(fā)生發(fā)展過程及其本質(zhì)。因此，學(xué)生親身經(jīng)歷概念的自然形成過程是概念教學(xué)的必由之路。激進(jìn)的建構(gòu)主義觀認(rèn)為：“知識是個(gè)人的建構(gòu)，不存在共同的知識。”著名的物理教育學(xué)者吳家澍老師指出：“真正的知識是什么？知識就是多年以后，當(dāng)老師教給你的‘知識’都已經(jīng)忘卻，而你腦海中仍然殘留的課堂記憶。”那么課堂記憶是什么呢？筆者認(rèn)為：一是解決問題的方法，二是對待事物的態(tài)度。從三維目標(biāo)來說，就是過程和方法目標(biāo)及情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)，就是學(xué)生在探究和體驗(yàn)過程中建構(gòu)知識，這一建構(gòu)過程需要情感態(tài)度價(jià)值觀的維系。

1.融知于境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。教學(xué)設(shè)計(jì)的核心是將知識化為問題，將問題融合于情境，而學(xué)生則在情境中思考問題，在思考問題的過程中掌握知識。所以從根本上來說，教學(xué)設(shè)計(jì)的核心就是問題設(shè)計(jì)，一堂好課，就是由一連串的有效問題組成的。

教學(xué)中的有效問題，是指能夠激起學(xué)生的探究欲望，并能促使他們運(yùn)用已有知識，通過質(zhì)疑、分析或推理，去主動(dòng)構(gòu)建新知識的問題。在本堂課中，核心問題是“什么叫做物質(zhì)的密度？”但對于上新課的學(xué)生而言，顯而易見這是一個(gè)無效的問題。本教設(shè)計(jì)中，活動(dòng)一“如何區(qū)分一立方厘米的鐵塊和鋁塊？”和活動(dòng)二“如何用天平區(qū)分一立方厘米的鐵塊和鋁塊？”是建立在學(xué)生已有的生活體驗(yàn)和知識儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，是學(xué)生可以利用相關(guān)器材進(jìn)行探究的問題，是有效的具體問題，能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲望，主動(dòng)構(gòu)建知識。而在活動(dòng)二環(huán)節(jié)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出“同樣是一立方厘米體積，但鐵塊的質(zhì)量比鋁塊大”這一發(fā)現(xiàn)，為活動(dòng)三的設(shè)計(jì)做好了知識儲(chǔ)備，也為活動(dòng)三的情境設(shè)計(jì)做好了鋪墊。

2.循序漸近，概念建構(gòu)水到渠成?？茖W(xué)探究是創(chuàng)造性思維活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和邏輯推理交互作用的過程，也必然是由簡單到復(fù)雜、由定性到定量、由具體到抽象的漸近過程。

上述設(shè)計(jì)的活動(dòng)一，生活體驗(yàn)較多，涉及的方法也較簡單，思維角度廣，很好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生已有的前概念，為后繼教學(xué)做好了鋪墊。從實(shí)施的效果來看，有部分學(xué)生想到了“比較兩者的輕重來區(qū)分這兩種物質(zhì)”，并用手掂量的辦法進(jìn)行了區(qū)分，這正是密度知識的本源特征：相同體積的不同種物質(zhì)其輕重不同?；顒?dòng)二的設(shè)計(jì)中，先不給砝碼，直接讓學(xué)生利用天平比較兩者的輕重，然后給出砝碼，讓學(xué)生稱出兩者的具體質(zhì)量，從而對前面的估測進(jìn)行核實(shí)和驗(yàn)證。然后引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)得出：同樣是一立方厘米的物質(zhì)，但鐵塊的質(zhì)量比鋁塊要大，正是基于此來區(qū)分兩者的。這一過程正好符合由定性到定量進(jìn)行探究來建構(gòu)知識的本質(zhì)特征，也符合初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。

活動(dòng)三的設(shè)計(jì)中，鐵塊和鋁塊的體積不相等，質(zhì)量也不相等（鋁塊質(zhì)量比鐵塊大）。然后引導(dǎo)設(shè)問：“我們來通過比較兩者質(zhì)量的大小來區(qū)分它們是否可行？是不是哪個(gè)質(zhì)量大，哪個(gè)就是鐵塊呢？”學(xué)生很自然地回答：“不行，因?yàn)閮烧叩捏w積不相等，不能比較質(zhì)量來區(qū)分?！比缓罄^續(xù)設(shè)問：（1）要想?yún)^(qū)分兩者，除了要稱量出兩者的質(zhì)量，還要測出什么呢？（2）結(jié)合活動(dòng)二的結(jié)論，你認(rèn)為應(yīng)該補(bǔ)充一欄什么數(shù)據(jù)？（3）補(bǔ)充的這一欄數(shù)據(jù)它有什么意義呢？是如何算出來的？接下來的環(huán)節(jié)交由學(xué)生討論和設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)。因?yàn)橛辛嘶顒?dòng)二的鋪墊，學(xué)生的思維有了導(dǎo)向性，即只要求出一立方厘米的兩物塊質(zhì)量就可以區(qū)分兩者。那么如何求出一立方厘米物質(zhì)的質(zhì)量呢？這一環(huán)節(jié)就引導(dǎo)著學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思維過程和邏輯推理，進(jìn)而設(shè)計(jì)出方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。從課堂的具體情況來看，學(xué)生在補(bǔ)充一欄中大多設(shè)計(jì)為“每立方厘米多少克”，這恰好體現(xiàn)了密度的本質(zhì)涵義。

總之，初中的概念教學(xué)要求教師應(yīng)該洞悉課標(biāo)，精研教材，關(guān)注知識的本源，將知識設(shè)計(jì)成問題，將問題融入情境，讓學(xué)生在探究中體驗(yàn)，在辨析中感悟，在匹配的練習(xí)中內(nèi)化，只有這樣，學(xué)生才能在自然的、水到渠成的概念形成過程中收獲有益于一生的能力和經(jīng)驗(yàn)。