以《認(rèn)識棱鏡》教學(xué)為例談科學(xué)概念的深度學(xué)習(xí)與運(yùn)用

◇許萍萍（福建：泉州市實(shí)驗小學(xué)）

科學(xué)概念學(xué)習(xí)作為科學(xué)教育的重要目標(biāo)，需要教師在課堂上通過引導(dǎo)學(xué)生在對事物或現(xiàn)象充分觀察的基礎(chǔ)上，利用分析、比較、推理、綜合等思維活動，概括事物本質(zhì)特征，通過系列的探究實(shí)踐，從而不斷趨向單元的核心概念，促進(jìn)學(xué)生對概念的深度學(xué)習(xí)。同時，教師在教學(xué)中應(yīng)注重為學(xué)生搭建聯(lián)系實(shí)際生活的橋梁，促進(jìn)學(xué)生將習(xí)得的概念與生活情境相鏈接，提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，從而提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

教科版科學(xué)五年級上冊的第一單元“光”，是以研究光的傳播規(guī)律為載體，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識光這種能量的表現(xiàn)形式，知道光遇到不同的物質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生改變，了解光與自然現(xiàn)象及人類生產(chǎn)生活的聯(lián)系。

學(xué)生對光的傳播有一定的生活觀察經(jīng)驗，但基本沒有見過三棱鏡，也不知道三棱鏡的作用，不清楚太陽光包含不同顏色的光，或者沒有深入思考。基于學(xué)生概念前測，結(jié)合兒童認(rèn)知特點(diǎn)和科學(xué)概念的學(xué)習(xí)規(guī)律，教師通過精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，組織學(xué)生進(jìn)行觀察實(shí)驗、開展科學(xué)論證、引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行遷移應(yīng)用等，深入地幫助學(xué)生理解和建構(gòu)科學(xué)概念，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

一、復(fù)習(xí)引入，迅速聚焦主題

在本單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生以“光”為主題開展一系列的探索。本課是“光”單元的第5 課，學(xué)生在前幾課的學(xué)習(xí)中，已經(jīng)對光的傳播特點(diǎn)積累了一定的感性認(rèn)識，尤其通過第4 課的學(xué)習(xí)，知道了光在傳播過程中遇到透明物體時，能穿過物體繼續(xù)傳播，并且傳播路線會發(fā)生變化。本課是在第4 課的基礎(chǔ)上，繼續(xù)組織學(xué)生通過觀察白光通過透明物體——三棱鏡后發(fā)生的變化，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對光的折射概念進(jìn)行深層次理解。

上課伊始，教師組織學(xué)生對上節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行簡要的復(fù)習(xí)回顧，在承上啟下的同時，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識上一課學(xué)習(xí)的光由空氣斜射入水中時，光的路線會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫作光的折射現(xiàn)象，為折射做了界定，并引出本課要研究的內(nèi)容——探究白光透過三棱鏡后發(fā)生的變化。通過簡短的復(fù)習(xí)導(dǎo)入，不僅能讓學(xué)生迅速進(jìn)入本課的學(xué)習(xí)，同時也保證了整個單元概念學(xué)習(xí)的連貫性，體現(xiàn)了對光的折射這個概念的進(jìn)階學(xué)習(xí)。

二、實(shí)驗探究，豐富感性認(rèn)識

科學(xué)探究是學(xué)生獲取科學(xué)知識的主要途徑，小學(xué)生以形象思維為主，這就決定了他們構(gòu)建科學(xué)概念必須從顯性的現(xiàn)象入手，通過不斷觀察與體驗，獲得了必要的感性經(jīng)驗后，再理性分析，逐步構(gòu)建科學(xué)概念，實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究與科學(xué)概念雙螺旋結(jié)構(gòu)式推進(jìn)和協(xié)調(diào)發(fā)展。在本節(jié)課中，學(xué)生通過觀察并記錄光透過三棱鏡后的現(xiàn)象，搜集證據(jù)，處理信息，豐富感性認(rèn)識，啟發(fā)科學(xué)思維，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

（一）觀察材料，提供思維支點(diǎn)

觀察是科學(xué)研究中搜索事實(shí)的主要途徑。學(xué)生對三棱鏡并不熟悉，因此，要利用三棱鏡開展對光的研究的前提，是他們要先對三棱鏡的特點(diǎn)進(jìn)行充分的觀察認(rèn)識。在觀察實(shí)驗前，教師先組織學(xué)生觀察三棱鏡，說說棱鏡的特點(diǎn)，并運(yùn)用板書圖解的方式，讓學(xué)生明確三棱鏡是具有三條棱、橫切面是三角形的立體的透明物體，為接下來進(jìn)一步利用三棱鏡開展實(shí)驗提供思維支點(diǎn)。

（二）思維外化，暴露前概念

根據(jù)兒童的認(rèn)知特點(diǎn)，畫圖是學(xué)生一種重要的思維工具。在實(shí)驗前，教師組織學(xué)生猜測白光透過棱鏡后可能會觀察到什么現(xiàn)象，并用畫圖的方法呈現(xiàn)自己的猜測。目的在于學(xué)生運(yùn)用上節(jié)課所學(xué)的知識先進(jìn)行獨(dú)立思考的同時，暴露前概念。

在展示交流學(xué)生猜測圖的環(huán)節(jié)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的猜測較為不同：多數(shù)學(xué)生認(rèn)為光進(jìn)入棱鏡時會發(fā)生偏折，從棱鏡出來的時候也會發(fā)生偏折；有的學(xué)生認(rèn)為光進(jìn)入棱鏡時不會發(fā)生偏折，從棱鏡射出后會發(fā)生偏折；只有少部分學(xué)生根據(jù)日常生活觀察到的現(xiàn)象，推測光從棱鏡的第二個面射出來時看到的會是一束彩色的光。運(yùn)用畫圖直觀地展示學(xué)生的不同猜想，啟發(fā)學(xué)生積極思維，激發(fā)主動探究的愿望。

（三）設(shè)計實(shí)驗，制訂計劃

五年級的學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的科學(xué)探究本領(lǐng)，如何知道猜測是否正確呢？教師應(yīng)放手讓學(xué)生自主思考如何設(shè)計實(shí)驗方案。本課的實(shí)驗方案設(shè)計并不困難，教師可以呈現(xiàn)實(shí)驗中除三棱鏡外必需的實(shí)驗用品，如手電筒、白紙、彩筆等，讓學(xué)生思考如何借助材料設(shè)計實(shí)驗搜集證據(jù)，使學(xué)生逐步具備實(shí)驗設(shè)計的能力，突出學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。學(xué)生通過交流，互相完善實(shí)驗方案，教師適當(dāng)提醒學(xué)生注意調(diào)整光源、棱鏡和白紙三者的距離，從而確保實(shí)驗觀察的有效性。

（四）動手實(shí)驗，搜集證據(jù)

科學(xué)概念的形成需要豐富的科學(xué)事實(shí)和充分的證據(jù)做基礎(chǔ)。學(xué)生通過分工合作、動手實(shí)踐、觀察記錄，在實(shí)踐中檢驗自己的猜想，搜集證據(jù)，并運(yùn)用畫圖等方式呈現(xiàn)證據(jù)。

通過對比自己的猜測圖和實(shí)測圖，學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，為下一步思考現(xiàn)象背后隱藏的原因提供了探究動機(jī)。

三、科學(xué)論證，建構(gòu)科學(xué)概念

蘭本達(dá)認(rèn)為，兒童建立概念的基礎(chǔ)應(yīng)該是“兒童用自己的語言來表達(dá)自己的想法”。在研討環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己實(shí)驗中記錄的圖進(jìn)行匯報，使學(xué)生的思維顯現(xiàn)化，在交流中實(shí)現(xiàn)思維碰撞。在各組通過實(shí)驗積累感性認(rèn)識后，教師通過組織全班通過“生生交流”“師生歸納”“促生深思”三個環(huán)節(jié)進(jìn)行充分的集體論證，使學(xué)生對光經(jīng)過三棱鏡后的現(xiàn)象達(dá)成共識，從而建構(gòu)科學(xué)概念。

（一）“生生交流”——充分交流現(xiàn)象

由于各組學(xué)生觀察能力不同，有的組只關(guān)注到了光的傳播路線的偏折方向；而有的組還觀察到了從三棱鏡射出后的光是彩色的，這束彩色光束是和彩虹一樣有著紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種顏色，細(xì)心的學(xué)生還補(bǔ)充道：在這七種顏色里，紅、綠、藍(lán)三種顏色更明顯些。他們在交流中互相補(bǔ)充、層層深入，促使學(xué)生更全面地認(rèn)識實(shí)驗現(xiàn)象。

（二）“師生歸納”——總結(jié)實(shí)驗發(fā)現(xiàn)

在學(xué)生充分交流觀察到的現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，教師結(jié)合多媒體課件、板書等圖文并茂的方式，引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)，得出白光射入三棱鏡的一個面時，光的傳播路線會發(fā)生偏折，從三棱鏡的第二個面射出時，光的傳播路線會再次發(fā)生偏折，并且被分解成七種顏色的光，從而知道了三棱鏡可以改變光的傳播路線，并且可以將白光分解為七色光的光學(xué)元件。

教師通過展現(xiàn)光透過三棱鏡后形成的光譜的實(shí)拍照片，肯定學(xué)生的實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，幫助學(xué)生樹立科學(xué)信心，抓住時機(jī)培養(yǎng)學(xué)生勇于探究、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

（三）“促生深思”——促進(jìn)深度思考

交流現(xiàn)象只是研討的第一步，那么為什么白光經(jīng)過棱鏡后會出現(xiàn)七種顏色的光呢?這時，教師組織學(xué)生對觀察到的實(shí)驗現(xiàn)象進(jìn)行深度思考，旨在引導(dǎo)學(xué)生用上一節(jié)課學(xué)習(xí)的光的折射概念來解釋本節(jié)課觀察到的現(xiàn)象，提高學(xué)生運(yùn)用科學(xué)概念的能力。通過討論，學(xué)生意識到原來白光本來就包括七種顏色，只是因為白光經(jīng)過三棱鏡后發(fā)生折射，不同顏色的光折射的程度不一樣，所以當(dāng)白光從三棱鏡中射出時，就會出現(xiàn)紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種不同顏色的光。這部分的學(xué)習(xí)對學(xué)生來說有點(diǎn)難度，教師可補(bǔ)充一個微課，運(yùn)用視頻解說的形式，幫助學(xué)生充分理解。

四、遷移運(yùn)用，深化概念理解

學(xué)生核心素養(yǎng)的評價和培養(yǎng)應(yīng)以知識為基礎(chǔ)，以能力為核心，以應(yīng)用為導(dǎo)向，重視在真實(shí)情境中的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念與應(yīng)用的科學(xué)核心素養(yǎng)。因此，要讓學(xué)生建立概念與真實(shí)生活的聯(lián)系，產(chǎn)生知識鏈接，從而促進(jìn)概念的深度學(xué)習(xí)。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，提升學(xué)生問題解決的能力

在課堂拓展環(huán)節(jié)，可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，檢驗學(xué)生對概念的理解，同時提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在本課教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生試著解釋大自然中彩虹的形成原因。學(xué)生對彩虹很喜愛，同時對彩虹為何呈現(xiàn)七種顏色也非常好奇。

通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生就能理解彩虹的形成與光經(jīng)過三棱鏡后產(chǎn)生七色光的現(xiàn)象類似，是由于光線穿過懸掛在大氣中的小水滴時，光線被折射及反射，當(dāng)太陽光以一定角度射入小水滴時，不同顏色的光發(fā)生偏折的角度不同，從而白光被分解，在天空中形成紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種顏色的光帶。通過創(chuàng)設(shè)適宜的、真實(shí)的生活情境，使學(xué)生運(yùn)用所建構(gòu)的概念解釋周圍世界，從而實(shí)現(xiàn)對概念的應(yīng)用和鞏固，促進(jìn)學(xué)生向最近發(fā)展區(qū)發(fā)展。

（二）逆向思考，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展

既然白光經(jīng)過棱鏡可以分解為七色光，那么如果我們將七種顏色混合起來，能否看到白光呢？在教學(xué)中，我們也可以“反其道而行之”，讓學(xué)生的思維向?qū)α⒚娴姆较虬l(fā)展，從問題的相反面深入地進(jìn)行探索，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維。在學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立的逆向思考后，可以讓學(xué)生進(jìn)行猜測并說明自己猜測的理由，并讓學(xué)生親眼看到彩色陀螺快速轉(zhuǎn)動起來，七種顏色混合在一起形成白光。讓學(xué)生再次鞏固了“白光就是由七種顏色的光構(gòu)成的”這一科學(xué)概念，同時也讓他們感受到光世界的奇妙！

（三）課后延伸，深化學(xué)生對概念的運(yùn)用

課堂的結(jié)束并不意味著探究的終止，教師還可以布置學(xué)生課后繼續(xù)尋找更多生活中看到光的色散現(xiàn)象，并上傳到人人通、班級優(yōu)化等網(wǎng)絡(luò)中，與大家一起分享，突破時空限制，繼續(xù)探究生活中的科學(xué)。有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了噴水池上的七色光；有的學(xué)生分享去自助洗車的時候坐在車?yán)锩婵吹降乃焕锍霈F(xiàn)的彩虹；有的學(xué)生還用小實(shí)驗的方法，利用一盆水、小鏡子等，讓陽光反射到白紙上，看到七色光……他們在課外探究中，發(fā)現(xiàn)原來科學(xué)知識蘊(yùn)含在生活中，生活中處處有科學(xué)，在自主的觀察中不斷深化對概念的運(yùn)用。

總之，科學(xué)概念的形成要通過學(xué)生的積極探究自主建構(gòu)，明確與科學(xué)概念相關(guān)的自然現(xiàn)象和過程，用科學(xué)術(shù)語對自然現(xiàn)象進(jìn)行描述和解釋，知道科學(xué)概念之間的聯(lián)系。同時，科學(xué)概念的學(xué)習(xí)應(yīng)設(shè)計在一定的情境中，而不是在“真空”中，讓科學(xué)概念在現(xiàn)實(shí)世界中得以實(shí)踐。因此，我們還應(yīng)提供真實(shí)情境提升學(xué)生解決問題的能力，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐中體驗和積累認(rèn)知世界的經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。