大概念視角下科學(xué)課程實施策略研究

查莉琳

【摘 要】我們把有組織的科學(xué)知識和模型結(jié)構(gòu)稱為科學(xué)大概念。本文以教科版科學(xué)四年級上冊“聲音”單元的第六課《聲音的高與低》為例，立足科學(xué)大概念，力求找到幫助學(xué)生建構(gòu)完整科學(xué)概念的有效課程實施途徑。

【關(guān)鍵詞】大概念教學(xué) 科學(xué)大概念 聲音 課程實施策略

教科版科學(xué)四年級上冊“聲音”單元的第六課是《聲音的高與低》，本課在學(xué)生學(xué)習(xí)了第五課研究聲音的強弱等內(nèi)容后，繼續(xù)研究聲音的另一個重要屬性——音高。教學(xué)內(nèi)容主要有以下兩個方面：第一，通過敲擊鋼片琴發(fā)出高低不同的聲音、觀察口琴簧片并吹奏口琴，猜測并驗證音高可能跟物體的長短、薄厚有關(guān)。第二，改變鋼尺的長度，撥彈鋼尺讓它發(fā)出不同的高低聲音，通過觀察音高與振動快慢的關(guān)系，逐步發(fā)現(xiàn)聲音高低的秘密。因為學(xué)生在前面五節(jié)課里已經(jīng)知道了聲音是怎樣產(chǎn)生的，如何傳播的，聲音的強弱與振動幅度大小有什么關(guān)系等科學(xué)知識，所以這節(jié)課是在前面幾課的基礎(chǔ)上開展的深入研究。這節(jié)課有以下三個難點：第一，聲音的高低與強弱的區(qū)別; 第二，撥動鋼尺力度不好統(tǒng)一控制;第三，物體振動的快慢難以用肉眼辨識。為了給學(xué)生搭建自主探究平臺，使教學(xué)目標有效達成，筆者認為做關(guān)聯(lián)化概念演進、選擇合適有結(jié)構(gòu)的材料，借助信息化科技手段，建立可視化思維方式，創(chuàng)設(shè)有效的科學(xué)實踐活動，可以逐步幫助學(xué)生建構(gòu)一個全面完整的科學(xué)大概念。

一、做關(guān)聯(lián)化學(xué)習(xí)演進概念

大概念是指適用于一定范圍內(nèi)物體和現(xiàn)象的概念，與此相對應(yīng)，觀察和實驗為一個特定的概念，被稱為小概念。專家學(xué)者在大量測量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出了學(xué)生的認知思維發(fā)展過程具有“進階”的特點，大概念教學(xué)順應(yīng)了學(xué)生的這一認知發(fā)展特點，以核心概念為主線，在教學(xué)內(nèi)容之間逐漸演進，最終實現(xiàn)概念構(gòu)建的模式。《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2017年版）》將小學(xué)階段的課程內(nèi)容分為物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)和技術(shù)與工程四個領(lǐng)域，在四個不同的領(lǐng)域中都分別整理了 18 個大概念，又將 18個大概念分成了若干個下位概念。大概念的提出就是為了避免在科學(xué)教育中傳授給學(xué)生支離破碎、脫離生活的抽象理論。因此教師應(yīng)該用恰當、生動的教育方法將零散的概念整合起來，系統(tǒng)化地幫助學(xué)生掌握科學(xué)知識，建立一個完整的科學(xué)概念體系，使學(xué)生初步形成科學(xué)態(tài)度，掌握科學(xué)方法，不斷提高思考、創(chuàng)新和探究能力。

《聲音的高與低》是在“機械能、聲、光、熱、電、磁是能量的不同表現(xiàn)形式”的這一大概念背景下展開的。教師可以通過分析由“大概念”到“基本”的分級來整理本節(jié)課的概念體系，由大到小逐漸深入，幫助學(xué)生掌握本單元的核心概念“聲音因物體振動而產(chǎn)生，通過物質(zhì)傳播”。這一概念是學(xué)生學(xué)習(xí)本課基本概念“聲音的高低與物體振動的關(guān)系”的一個主前奏。通過概念體系的明確，教師能夠更加清晰地掌握授課的方向，學(xué)生也對聲音產(chǎn)生和變化的本質(zhì)原因更為明確。在理清了本課的概念體系之后，根據(jù)其與大概念的關(guān)系，明確本節(jié)課需要解決的基本問題，幫助學(xué)生找到本節(jié)課思考的重點：聲音的高低變化是什么？聲音的高低變化與發(fā)聲物體的結(jié)構(gòu)有關(guān)系嗎？聲音在高低變化時，發(fā)聲物體的振動也有相關(guān)變化嗎？通過這些思考點形成傾向大概念的、連續(xù)相關(guān)聯(lián)的、有思想的學(xué)習(xí)過程。

在具體的實施過程中，如在導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，教師用鋁片琴演奏或用尤克里里彈奏歌曲喚醒學(xué)生對聲音的概念化記憶，使學(xué)生懂得聲音是由振動產(chǎn)生的，能通過空氣傳播。教師通過用不同的力量連續(xù)敲擊同一個鋁片或彈奏同一根琴弦，能生動的將聲音的強弱變化體現(xiàn)出來，而一些樂感比較強的學(xué)生還會發(fā)現(xiàn)當敲打在不同的鋁片上或當老師的手在琴弦上移動時聲音就有了“哆、來、咪、發(fā)、唆”的變化，教師既可以告知學(xué)生這其實就是音的高低變化，幫助學(xué)生區(qū)分了聲音的強弱和高低的區(qū)別，使學(xué)生建立了音高的概念。

二、用結(jié)構(gòu)性材料形成概念

材料是科學(xué)探究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，有結(jié)構(gòu)的材料能更好地幫助學(xué)生完成科學(xué)探究實驗，形成科學(xué)概念。

教材中的主要實驗材料有鋁片琴、口琴和鋼尺。敲擊鋁片琴和吹奏口琴實驗對學(xué)生來說比較容易，但全班分小組同時做，聲音很嘈雜，效果不明顯。在分小組動手操作前，教師可以先讓2個學(xué)生上臺用擴音方式演示一遍，這樣既能激發(fā)更多學(xué)生的動手操作興趣，又使學(xué)生明確了在安靜的狀態(tài)下操作的基本要求。學(xué)生們通過體驗敲擊鋁片琴和吹奏口琴，很快就發(fā)現(xiàn)了發(fā)聲物體的長短與音高的關(guān)系。

本課的重點實驗，即揭秘聲音的高低與振動快慢的關(guān)系，教材安排的實驗是改變鋼尺伸出桌面的長度，撥動鋼尺觀察振動的速度和音高的關(guān)系。然而，學(xué)生在實驗過程中很難控制用相同的力撥動伸出桌面不同長度的鋼尺。為了保證每次施加的力相同，可以改手撥為在鋼條上掛相同重量的鉤碼，然后快速剪斷繩子，從而利用重力來撥動鋼條。當然這樣操作起來有點煩瑣，卻有效地控制了用力的大小，確保了這個實驗只有長短這一個變量。通過改進實驗材料，采用有結(jié)構(gòu)的材料提高實驗的準確性和可操作性，是學(xué)生建立正確的科學(xué)概念的重要前提。

三、借信息化手段優(yōu)化概念

很多實驗操作現(xiàn)象并不明顯，只能憑借感官無法量化容易模糊概念。在本課的實際操作中也一樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)中很難觀察到鋼尺振動的快慢。當鋼尺伸出桌面較短時，由于視覺停留效應(yīng)，學(xué)生根本辨別不出撥動鋼尺后振動的速度;反之，鋼尺伸出桌面較長時，則撥動時振動速度就較慢，此時學(xué)生就能觀察清楚。學(xué)生由此形成了“鋼尺伸出桌面較長時振動得快”的錯誤概念認識，導(dǎo)致產(chǎn)生完全相反的實驗現(xiàn)象。

如何將微觀的振動放大，將模糊的現(xiàn)象清晰化呢？其實可以將鋼尺改為鋼條，從而使鋼條伸出桌面的間隔長度增大，同時采用反光條和紅外轉(zhuǎn)速儀。將反光條貼在鋼條的頂端，用轉(zhuǎn)速儀對準反光條，撥動鋼條，轉(zhuǎn)速儀就能測出反光條的振動，并顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。經(jīng)這樣處理后，就能用精準的數(shù)據(jù)代替了模糊的感官體驗，實驗更加準確，解決了物體振動快慢不易觀察的難題，降低了實驗教學(xué)的難度，提高了實驗可操作性。學(xué)生能更便捷地整理、分析、思考實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，能更好地認識科學(xué)本質(zhì)。

同時，教師可以在課前利用手機慢節(jié)奏功能拍攝鋼尺的振動。課上學(xué)生在觀看完手機慢動作功能拍攝下鋼尺振動的情況后，會發(fā)現(xiàn)快慢對比明顯而清晰。學(xué)生在成功突破“物體振動的快慢難以用肉眼辨識”的難點后，對“物體振動的快慢與音高關(guān)系”的概念更為清晰。同時，學(xué)生也能體驗到高科技給教學(xué)帶來的直觀、便捷。

四、建可視化思維完善概念

在學(xué)完《聲音的高與低》一課后，學(xué)生的一些思考方法、概念的聯(lián)系還是模糊孤立的，教師可以將一些零散的科學(xué)概念，通過思維導(dǎo)圖建立理性聯(lián)系，幫助學(xué)生回憶“聲音的產(chǎn)生”“聲音的傳播”等概念，分析鞏固“音高與振動頻率的關(guān)系”“音量與振動幅度的關(guān)系”的區(qū)別（見下圖）。

通過建立可視化思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生整理并形成“聲音變化與振動的關(guān)系”的完整知識體系，有效促進學(xué)生的學(xué)習(xí)，使學(xué)生建構(gòu)清晰的知識網(wǎng)，加深對聲音單元科學(xué)概念體系的完整認識。

學(xué)生在參與自主探究的過程中充分地對探究的現(xiàn)象開展深入的思考與研究，建立概念化系統(tǒng)聯(lián)系，從根本上理解事物之間的科學(xué)原理，從而建立“大概念”學(xué)習(xí)模型，有效構(gòu)建知識體系，從而真正成為一個具有創(chuàng)造力、樂于合作交流、深度學(xué)習(xí)的問題解決者。