例析學(xué)科思維在初中科學(xué)概念教學(xué)中的滲透

葉秀強(qiáng)

[摘 要]科學(xué)概念是科學(xué)學(xué)科的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)科思維的基礎(chǔ)。文章結(jié)合實(shí)例探討比較、分析、測量、歸納、假設(shè)、推理等學(xué)科思維在初中科學(xué)概念教學(xué)中的滲透。

[關(guān)鍵詞]學(xué)科思維;概念教學(xué);初中科學(xué)

[中圖分類號]? ? G633.98? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）26-0082-04

概念是思維的工具，是知識結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)的核心[1]。部分科學(xué)教師重知識、輕思維，導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)概念的建構(gòu)僅停留在機(jī)械記憶層面，難以深化與遷移。學(xué)生是教學(xué)活動的積極參與者和知識的建構(gòu)者，要促使學(xué)生主動、自覺地學(xué)習(xí)各種新的科學(xué)概念[2]，開展?jié)B透學(xué)科思維的概念教學(xué)尤為重要。科學(xué)概念教學(xué)中不僅要滲透學(xué)科思維，更要有意識地培養(yǎng)和提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

一、學(xué)科思維及科學(xué)概念內(nèi)涵

學(xué)科思維指基于不同學(xué)科特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)并不斷實(shí)踐、體驗(yàn)、內(nèi)化知識的過程中需要運(yùn)用的思考、解決問題的思維方式或方法。 初中科學(xué)的學(xué)科思維主要體現(xiàn)為比較、分析、歸納、測量、分類、預(yù)測、推理、假設(shè)、控制變量等，《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中要求“科學(xué)課程的教學(xué)應(yīng)有一定的靈活性”，尤其指出在某個(gè)概念或原理的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的理解上的困難，可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)的預(yù)設(shè)方案，以幫助學(xué)生理解[3]。上述這些學(xué)科思維對教學(xué)預(yù)案的調(diào)整，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)、學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)質(zhì)量具有重要作用。

科學(xué)概念指高度凝練的科學(xué)知識，是人們通過抽象化的方式對所感知的事物的共同本質(zhì)屬性的概括。教師應(yīng)立足學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在概念學(xué)習(xí)過程中滲透學(xué)科思維。林崇德教授認(rèn)為，培養(yǎng)思維品質(zhì)是發(fā)展智能的突破口。心理學(xué)研究也表明，思維及其品質(zhì)是可以通過訓(xùn)練得到培養(yǎng)和發(fā)展的[4]。在科學(xué)概念教學(xué)中滲透學(xué)科思維，可以培養(yǎng)、提升學(xué)生的思維品質(zhì)，讓學(xué)生更自主、更積極地建構(gòu)科學(xué)概念。

二、初中科學(xué)概念教學(xué)中滲透學(xué)科思維例析

1.比較、分析在概念教學(xué)中的滲透

比較法教學(xué)，是指按照事物的對立統(tǒng)一規(guī)律和人的認(rèn)識規(guī)律，將復(fù)雜多樣的事物現(xiàn)象和本質(zhì)進(jìn)行分析鑒別和綜合比較的教學(xué)方法[5]。華師大版初中科學(xué)教材中，通過比較特征事物差異，分析建構(gòu)科學(xué)概念的案例有很多。通過比較，能培養(yǎng)和提高學(xué)生的觀察能力，在比較的基礎(chǔ)上進(jìn)一步運(yùn)用分析思維，可促進(jìn)學(xué)生深入理解和建構(gòu)科學(xué)概念。

[案例1]華師大版初中科學(xué)教材八年級上冊《根的形態(tài)與結(jié)構(gòu)》一課中“根尖結(jié)構(gòu)”概念的建構(gòu)。學(xué)生在日常生活中很少關(guān)注根尖結(jié)構(gòu)，尤其是根毛部位。教學(xué)中，教師也往往容易忽略或直接告知根尖結(jié)構(gòu)及其相關(guān)內(nèi)容。

對此，教師可先通過回顧根的相關(guān)知識，呈現(xiàn)六種常見植物的根的宏觀實(shí)物讓學(xué)生進(jìn)行觀察、比較、分類，再指導(dǎo)學(xué)生使用放大鏡觀察根的微觀結(jié)構(gòu)。學(xué)生4人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用放大鏡觀察吊蘭、豆芽、蟹爪蘭等植物的根毛部位，將觀察到的不同植物的根毛進(jìn)行圖片呈現(xiàn)（如圖1），并從中觀察根毛部位的相對位置，找一找它們的共同點(diǎn)。

學(xué)生通過觀察、對比、分析發(fā)現(xiàn)根的頂端到長有根毛的一側(cè)有空白。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行總結(jié)：我們把根的頂端到長有根毛的部分稱為根尖。通過尋找大量客觀事物的共性得出“根尖結(jié)構(gòu)”這一概念，有助于學(xué)生觀察、比較等思維在概念建構(gòu)中的運(yùn)用。

[案例2]華師大版初中科學(xué)教材七年級上冊《細(xì)胞》一課的教學(xué)中，為實(shí)現(xiàn)“識別動物和植物細(xì)胞”這一教學(xué)目標(biāo)，部分教師直接呈現(xiàn)洋蔥表皮細(xì)胞和人口腔上皮細(xì)胞圖片并結(jié)合相關(guān)圖片講解細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使這一重要概念區(qū)分變?yōu)闄C(jī)械記憶，缺少學(xué)科思維的滲透，教學(xué)效果并不理想。

對此，教師可在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，先通過電子顯微鏡呈現(xiàn)6種常見植物的細(xì)胞玻片圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察、對比、交流觀察到的現(xiàn)象，再進(jìn)一步總結(jié)科學(xué)家對成千上萬種植物進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)植物都是由細(xì)胞構(gòu)成的。教師提問：“由‘植物都是由細(xì)胞構(gòu)成的’這一結(jié)論你有何啟發(fā)？”然后給學(xué)生呈現(xiàn)人口腔上皮細(xì)胞、人體肌肉、蛙卵等圖片，學(xué)生通過觀察、比較、分析，得出“動物也是由細(xì)胞構(gòu)成的”這一結(jié)論。最后，同時(shí)呈現(xiàn)動物細(xì)胞和植物細(xì)胞的圖片，引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞層面思考導(dǎo)致動物和植物形態(tài)結(jié)構(gòu)存在極大差異的原因，進(jìn)而引出細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)及功能。

學(xué)生通過觀察、比較、分析初步得出結(jié)論，再通過質(zhì)疑、多次觀察和比較，運(yùn)用歸納方法認(rèn)同“所有動植物都是由細(xì)胞構(gòu)成的”;再根據(jù)動植物細(xì)胞的異同點(diǎn)觀察、比較，更深入地理解動物細(xì)胞和植物細(xì)胞的區(qū)別，從而較好地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。

以上兩個(gè)教學(xué)案例均運(yùn)用觀察、比較的方法將兩個(gè)或兩個(gè)以上事物的幾個(gè)方面一一進(jìn)行求同求異，加深思維的深度，學(xué)生從辨析中獲得有效信息，自主分析歸納，尋找共性，這也符合建構(gòu)概念的規(guī)律。比較作為基礎(chǔ)思維，是理解和解決問題的重要方法。教師要積極挖掘隱含在教材中的比較資源，在平時(shí)教學(xué)中不斷進(jìn)行比較思維訓(xùn)練，以達(dá)到深化學(xué)生概念理解，提升學(xué)生邏輯思維能力，提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的目的。

2.測量、歸納在概念教學(xué)中的滲透

歸納思維強(qiáng)調(diào)的是能夠在錯(cuò)綜復(fù)雜或者千頭萬緒中將關(guān)鍵內(nèi)容抓出來，將具有類似特征的內(nèi)容放置在一起，以結(jié)束混亂龐雜、交錯(cuò)相織的思維局面，它強(qiáng)調(diào)的是對共性的理解[6]。 科學(xué)是一門實(shí)證性的學(xué)科，測量是歸納的基礎(chǔ)，初中科學(xué)概念教學(xué)中滲透測量、歸納思維，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)事求是精神和創(chuàng)新思維。

[案例3]華師大版初中科學(xué)教材八年級上冊《密度》一課，通過探究不同物體質(zhì)量與體積的關(guān)系逐步建構(gòu)密度概念是本節(jié)課的重點(diǎn)。部分教師采用播放視頻或直接演示實(shí)驗(yàn)的方式得出密度概念，密度概念的模糊理解和建構(gòu)直接影響到其他物理概念的建構(gòu)與生成。

建議采用對大量真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量、匯總、歸納的方式引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)概念。其中的難點(diǎn)在于從大量真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納出密度的概念。突破難點(diǎn)的關(guān)鍵在于測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，為此待測物體的體積不能有明顯的倍數(shù)關(guān)系，若給學(xué)生準(zhǔn)備的是完全相同的物體，可用膠帶捆綁測出2個(gè)、3個(gè)物體的質(zhì)量和體積，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可能會直接乘以2或3得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這樣所謂的測量就毫無意義，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、分析和歸納就顯得多余。

對此，教師可先出示PPT（如圖2），讓學(xué)生在猜測和說理中建立對密度的模糊概念，初步設(shè)想密度可能和質(zhì)量與體積的比值有關(guān)。接著將全班學(xué)生分成3個(gè)大組（分別分鐵塊、鋁塊、水），9個(gè)小組，先讓他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表格設(shè)計(jì)，表格中預(yù)留空白列（如表1），以便對表中數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理時(shí)使用，然后分別對鋁、鐵、水等物質(zhì)進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)。小組實(shí)驗(yàn)后會呈現(xiàn)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師可讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)歸納分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行討論：（1）所取鋁塊的體積由小到大，相應(yīng)鋁塊的質(zhì)量有怎樣的變化規(guī)律？（2）每次測量的鋁塊的質(zhì)量與體積之比是否很接近？比值大約是多少？鐵塊與水是否有類似的性質(zhì)？說明了什么？

學(xué)生先通過2種金屬的大致判斷，得出模糊概念，再分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：3個(gè)小組取大小不同的立方體鋁塊3個(gè)，分別用電子秤測出它們的質(zhì)量，用直尺測出邊長后計(jì)算它們的體積，將測量結(jié)果填到表中。3個(gè)小組取大小不同的立方體鐵塊3個(gè)，用與上述相同的方法進(jìn)行測量并將結(jié)果填到表1中;最后3個(gè)小組則進(jìn)行水的質(zhì)量與體積的測量，將所測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填到表1中。通過對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納分析，學(xué)生得出：鋁塊、鐵塊、水的質(zhì)量與體積的比值是一個(gè)定值，由此類推其他各種物質(zhì)，不論是固體、液體還是氣體，其質(zhì)量和體積的比值相同，進(jìn)而得到物質(zhì)的密度概念。

密度概念建構(gòu)的關(guān)鍵在于學(xué)生能自主理解為什么要用已知的物理量表示新的物理量。案例中先通過猜一猜活動促進(jìn)學(xué)生建立密度的模糊概念，再通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量，使學(xué)生理解引入“密度”概念的真正意圖。最后將所有小組的成果匯總呈現(xiàn)，從中尋找共性、歸納總結(jié)，促進(jìn)學(xué)生主動獲取新知識，并運(yùn)用學(xué)科思維體驗(yàn)新概念的形成過程，最終將學(xué)科思維遷移至其他概念的有效建構(gòu)中。

3.假設(shè)、推理在概念教學(xué)中的滲透

巧用假設(shè)、推理滲透學(xué)科概念，先創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，嘗試用實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)常識思考論證問題情境，在因果解釋過程中進(jìn)行說理，通過推理、質(zhì)疑提出新的假設(shè)，在新假設(shè)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新的問題情境，其模式如圖3所示。

[案例4]華師大版初中科學(xué)教材八年級上冊《構(gòu)成物質(zhì)的微?！芬徽n的教學(xué)，對“原子結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)”這一環(huán)節(jié)，可按照上述假設(shè)、推理模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

①創(chuàng)設(shè)問題情境。教師呈現(xiàn)道爾頓原子實(shí)心球模型資料，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)心球模型是否存在漏洞。

②實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)常識回顧。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行筆桿吸取小紙屑實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)感知可能是筆桿與頭皮摩擦產(chǎn)生了電子，從而對道爾頓實(shí)心球模型提出疑問，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)閱讀材料（湯姆生發(fā)現(xiàn)電子）。

③因果解釋，對經(jīng)驗(yàn)（資料）、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出科學(xué)解釋。由湯姆生發(fā)現(xiàn)電子以及原子自身不顯電性這一客觀事實(shí)，發(fā)現(xiàn)無法用道爾頓實(shí)心球模型進(jìn)行科學(xué)解釋。

④ 基于事實(shí)提出新的假設(shè)。學(xué)生閱讀材料，猜測內(nèi)部存在帶正電荷的物質(zhì)。在猜想的基礎(chǔ)上，分小組進(jìn)行討論、分析，生成關(guān)于原子內(nèi)部正負(fù)電荷的分布情況的新假設(shè)并進(jìn)行說理（如圖4）。

①創(chuàng)設(shè)新的問題情境。教師過渡：湯姆生建立了西瓜模型假說，原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否真如湯姆生所設(shè)想的呢？如果你是湯姆生，你接下來該怎么做？通過搭建“支架”引導(dǎo)，教師出示暗箱，學(xué)生討論如何獲知暗箱中是否有物體，如果在不打開它的前提下又如何探知。展示如圖5所示PPT，介紹盧瑟福模擬實(shí)驗(yàn)裝置，展示α粒子特點(diǎn)，用類似的方法去轟擊金箔，如果湯姆生的模型是正確的，我們可以猜測可能的α粒子的運(yùn)動路徑是怎樣的？

②實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)常識回顧。學(xué)生完成探照燈照射暗箱實(shí)驗(yàn)，通過觀察比較照射前后的變化不同得知內(nèi)部有物體存在。學(xué)生進(jìn)行猜想和討論并得出結(jié)論：若湯姆生的模型是正確的，則α粒子全部穿過或者全部反彈。教師播放盧瑟福實(shí)驗(yàn)視頻，呈現(xiàn)盧瑟福和他的助手看到的現(xiàn)象并進(jìn)行解釋說理。

③因果解釋。對于“大部分α粒子穿過金箔”，先由學(xué)生進(jìn)行說理，若有困難，可讓學(xué)生感受設(shè)計(jì)的模擬實(shí)驗(yàn)（如圖6）;對于“極少數(shù)α粒子被反彈”，可通過乒乓球撞擊鉛球模擬實(shí)驗(yàn)獲得;而“少數(shù)α粒子運(yùn)動軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)”則說明存在障礙物并且障礙物體積很小。通過因果解釋，建立一個(gè)新的原子模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行交流討論，得出大部分α粒子穿過金箔說明原子內(nèi)部非?？諘?。若不能直接得出結(jié)論則可引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

④基于事實(shí)提出新的假設(shè)。教師再提問：原子核能否再分呢？隨著科技的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)原子核中還存在著帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子。

原子有核模型概念的建構(gòu)過程中的每一環(huán)節(jié)都滲透了假設(shè)、推理思維，例如通過α粒子撞擊金箔實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，進(jìn)行因果解釋，建立新的假設(shè)，引出新的問題，然后實(shí)驗(yàn)跟進(jìn)，不斷經(jīng)歷原子模型建構(gòu)的猜想、討論、分析、評價(jià)、修正的過程，最終建構(gòu)了盧瑟福原子有核模型，繼而采用這種方法繼續(xù)進(jìn)行探索，不斷地進(jìn)行修正。

三、初中科學(xué)概念教學(xué)中滲透學(xué)科思維的啟示

1.學(xué)科思維滲透促進(jìn)概念教學(xué)本質(zhì)深化

學(xué)科思維是理解科學(xué)概念的重要方式方法，思維的方法多種多樣，同一概念采用不同的學(xué)科思維會有不一樣的體驗(yàn)和成效。滲透學(xué)科思維，體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的科學(xué)概念教學(xué)，短期內(nèi)可能看不到明顯的改變，但從長遠(yuǎn)來看，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和質(zhì)疑精神，促進(jìn)學(xué)生更好地理解科學(xué)本質(zhì)，也有利于學(xué)生對科學(xué)概念的深度理解和解讀，為學(xué)生今后建構(gòu)類似概念時(shí)學(xué)科思維的遷移與應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

2.學(xué)科思維滲透促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)提升

低階的、機(jī)械化的科學(xué)概念學(xué)習(xí)浪費(fèi)學(xué)生的時(shí)間，降低學(xué)生的思維能力，甚至?xí)蓴_學(xué)生的理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)相同的知識，面對相同學(xué)習(xí)要求的挑戰(zhàn)時(shí)，每個(gè)人的表現(xiàn)都不相同，其原因是學(xué)生的學(xué)科思維存在差異，因此，在平時(shí)的科學(xué)概念教學(xué)中滲透學(xué)科思維，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)科思維能力的培養(yǎng)極其重要。從初中科學(xué)學(xué)科的角度來看，教師可從比較、分析、測量、歸納、假設(shè)、推理等不同的學(xué)科思維方式著手，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，從而促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的提升。

總之，建構(gòu)初中科學(xué)概念的方法多種多樣，以上僅僅是其中一部分。當(dāng)然很多科學(xué)概念的建構(gòu)過程同時(shí)包含有多種學(xué)科思維方法。例如，原子模型結(jié)構(gòu)的建構(gòu)同時(shí)包含假設(shè)、推理等，杠桿概念的建構(gòu)同時(shí)使用了測量、比較、歸納、分析等思維方法?？茖W(xué)概念是科學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，教師應(yīng)基于學(xué)情將不同的學(xué)科思維融入初中科學(xué)概念教學(xué)中，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，進(jìn)而有效提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

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（責(zé)任編輯 黃春香）