深化證據(jù)論證 建構(gòu)科學(xué)概念— —以教科版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》一課為例

□楊仁光

小學(xué)科學(xué)課堂中，部分學(xué)生存在著概念建構(gòu)困難的問題。以教科版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)第四單元《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》一課為例，學(xué)生較難深入理解“使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，拉力克服的是摩擦力”這一原理。為了幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念，教師進(jìn)行了思考和實(shí)踐，最終解決了學(xué)生的認(rèn)知難題，促進(jìn)了學(xué)生思維的發(fā)展。

一、提出問題

（一）問題描述

小學(xué)科學(xué)課的重要特性表現(xiàn)在對(duì)證據(jù)的追求和尊重。只有真實(shí)有力的證據(jù)，才能得出科學(xué)合理的解釋。[1]如何基于證據(jù)進(jìn)行論證，更好地幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念，加深他們對(duì)科學(xué)探究的理解，值得教師深入研究。

學(xué)生在學(xué)習(xí)教科版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》一課時(shí)，存在一個(gè)困惑——要使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，拉力克服的是物體的重力還是物體受到的摩擦力？由于缺乏必要的證據(jù)，部分教師在課堂無法推進(jìn)時(shí)，會(huì)直接告訴學(xué)生“靜止的紙盒必須克服摩擦力才能運(yùn)動(dòng)起來”。這種做法顯然不利于學(xué)生科學(xué)概念的建構(gòu)。即使學(xué)生知道了相關(guān)術(shù)語，也不一定理解這些術(shù)語背后的科學(xué)原理。“只有在學(xué)生開始建構(gòu)和理解對(duì)觀察的解釋時(shí)，與那些觀測(cè)到的事件有關(guān)的適當(dāng)?shù)拿Q和定義才會(huì)變得有作用、有意義。”[2]

（二）問題分析

導(dǎo)致問題產(chǎn)生的原因主要有以下兩點(diǎn)。

1.新舊教材的要求不同，教學(xué)出現(xiàn)思維定式

舊教材直接告知學(xué)生：“剛好能使這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來的力就是它受到的摩擦力?！倍陆滩奶岢隽艘粋€(gè)問題：“墊圈很少時(shí)，紙盒為什么不滑動(dòng)？”教參中明確要求教師引導(dǎo)學(xué)生思考“靜止的紙盒必須克服摩擦力才能運(yùn)動(dòng)起來”這一原理。教師的教學(xué)理念和教學(xué)方式?jīng)]有跟上新教材的變化，導(dǎo)致對(duì)同一概念的教學(xué)出現(xiàn)思維定式。

2.學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)容易受到前概念的影響

學(xué)生對(duì)這一困惑提出的基于經(jīng)驗(yàn)的解釋，可能是不科學(xué)的，但對(duì)于解決日常問題十分有效，這也是為什么學(xué)生不愿意放棄前概念的原因之一。因此，在沒有充分的證據(jù)之前，學(xué)生很難形成正確的科學(xué)概念。

如何化解學(xué)生的困惑？教師有必要基于證據(jù)進(jìn)行論證，幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。

二、問題的解決策略

（一）活用證據(jù)，指向問題核心

1.分析數(shù)據(jù)，找準(zhǔn)焦點(diǎn)

數(shù)據(jù)是重要的科學(xué)證據(jù)，是學(xué)生在探究活動(dòng)中得到的可以幫助他們解釋和評(píng)價(jià)科學(xué)問題的依據(jù)。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生挖掘直指問題的數(shù)據(jù)，使學(xué)生精確暴露前概念。學(xué)生完成“在粗糙平面拉動(dòng)物體”的實(shí)驗(yàn)后，得到的數(shù)據(jù)如表1。

表1 “在粗糙平面拉動(dòng)物體”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

墊圈很少時(shí)，紙盒為什么不滑動(dòng)？學(xué)生解釋為“物體受到了摩擦力、物體太重、墊圈不夠重”等。這樣的回答太寬泛，很難將紙盒的運(yùn)動(dòng)與拉力要克服摩擦力聯(lián)系起來?！皦|圈很少”是一個(gè)數(shù)據(jù)范圍，要學(xué)生對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)分析和研討有一定困難。但學(xué)生發(fā)現(xiàn)，要使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，需要一定大小的力?！耙欢ù笮〉牧Α敝傅氖莿倓偰苁刮矬w運(yùn)動(dòng)的力，有較強(qiáng)的針對(duì)性。教師對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行提問，便可聚焦核心，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行更深入的思考。

2.研討交流，精確暴露前概念

科學(xué)課是以問題鏈驅(qū)動(dòng)的，教材中有很多具有引導(dǎo)性的問題。好的問題既符合學(xué)生的認(rèn)知水平，又能使研究的內(nèi)容更為聚焦，激發(fā)學(xué)生的思考。有些問題需要教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的認(rèn)知水平進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。教師可?duì)數(shù)據(jù)中的重要信息進(jìn)行針對(duì)性的提問：為什么要用一定大小的力，物體才能運(yùn)動(dòng)？學(xué)生的回答如下。

生1：物體有重量，墊圈的重力要抵消物體的重力，才能拉動(dòng)物體。

生2：物體受到摩擦力，墊圈的重力要抵消摩擦力，才能拉動(dòng)物體。

生3：物體的運(yùn)動(dòng)與物體的重力、受到的摩擦力都有關(guān)系。

學(xué)生基于數(shù)據(jù)，開始思考要使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，拉力要克服的是什么。

（二）巧用證據(jù)，瓦解錯(cuò)誤概念

1.搜集新證據(jù)，制造新沖突

當(dāng)學(xué)生已有的概念不足以用來處理新的現(xiàn)象與問題時(shí)，教師必須幫助他們重新整理思路。如創(chuàng)設(shè)更具沖突性的活動(dòng)，幫助學(xué)生獲得更多的證據(jù)，進(jìn)行更深入的思考和研討。

一部分學(xué)生認(rèn)為拉力要抵消物體的重力，另一部分學(xué)生認(rèn)為拉力要抵消物體受到的摩擦力。可見，此時(shí)拉力、墊圈的重力和物體受到的摩擦力之間的關(guān)系還不夠清晰，學(xué)生迫切需要新的證據(jù)。

師：我們能否比較一下物體的重量、墊圈的重量以及摩擦力的大小呢？

生：我們不知道摩擦力是多少。

師：我們可以把摩擦力放一放，先來比較墊圈的重量和物體的重量。

教師和學(xué)生稱量了墊圈的重量和物體的重量，得出的數(shù)據(jù)如表2。

表2 “墊圈的重量與物體的重量（g）”對(duì)比表

學(xué)生驚訝地發(fā)現(xiàn)墊圈的重量小于物體的重量，這就對(duì)“要使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，拉力抵消的是物體的重力”的觀念造成了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖擊，為后續(xù)的教學(xué)提供了依據(jù)。

2.論證新數(shù)據(jù)，完成初步建構(gòu)

波斯納提出了概念轉(zhuǎn)變的四個(gè)條件：對(duì)現(xiàn)有概念的不滿、新概念的可理解性、新概念的合理性以及新概念的有效性[3]。認(rèn)知沖突形成后，部分學(xué)生開始對(duì)現(xiàn)有概念產(chǎn)生疑惑，教師需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行研討，使學(xué)生產(chǎn)生對(duì)現(xiàn)有概念的“不滿”。

師：墊圈的重力能否抵消物體的重力？

生：不能。

師：要使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，拉力到底抵消的是哪種力？

部分學(xué)生會(huì)因這些數(shù)據(jù)而思考“物體需要一定的力才能運(yùn)動(dòng)”的原因是物體要克服摩擦力。但仍有一部分學(xué)生對(duì)此存在疑惑。他們有的認(rèn)為墊圈所產(chǎn)生的拉力抵消的是物體的重力與摩擦力的差值。一方面，這一部分學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)不敏感，不會(huì)利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。另一方面，基于新數(shù)據(jù)的論證雖然排除了拉力抵消的是物體的重力這一觀點(diǎn)，但又不足以證明拉力抵消的就是摩擦力。對(duì)于這類學(xué)生，教師不應(yīng)強(qiáng)行灌輸概念，而應(yīng)采用新的證據(jù)，進(jìn)一步瓦解學(xué)生的錯(cuò)誤概念。

（三）妙用證據(jù)，完成概念建構(gòu)

1.從訪談中搜集證據(jù)，完成概念建構(gòu)

訪談對(duì)于了解學(xué)生的認(rèn)知水平，開展進(jìn)一步的教學(xué)具有重要作用。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)理解困難的情況時(shí)，教師可以對(duì)他們進(jìn)行訪談，尋找教學(xué)難點(diǎn)與學(xué)生認(rèn)知的結(jié)合點(diǎn)，將其作為下一步教學(xué)的起點(diǎn)。

為了讓學(xué)生明確拉力抵消的是物體受到的摩擦力，教師對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行了訪談，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在摩擦力的應(yīng)用上有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。比如足球鞋摩擦力大，輪胎上的花紋是為了增大摩擦力等。因此，如果把下一步的探究活動(dòng)指向摩擦力的大小，學(xué)生將更容易理解“拉力抵消的是物體受到的摩擦力”。

經(jīng)過“在粗糙的平面拉動(dòng)物體”這一實(shí)驗(yàn)，教師根據(jù)科學(xué)史，增加了“在光滑平面拉動(dòng)物體”這一實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

表3 “在光滑平面拉動(dòng)物體”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

師：對(duì)比“在粗糙平面拉動(dòng)物體”與“在光滑平面拉動(dòng)物體”的實(shí)驗(yàn)，你們發(fā)現(xiàn)了什么？

生：墊圈的數(shù)量變少了。

師：這說明墊圈所產(chǎn)生的拉力有什么變化？

生：變小了。

師：拉力為什么會(huì)變小呢？

生：平面變光滑了。

師：為什么平面變光滑了，使物體運(yùn)動(dòng)起來的拉力就變小了呢？

生：摩擦力變小了。

師：物體的重量有沒有改變？

生：沒有。

師：摩擦力變小后，相應(yīng)的拉力有什么變化？

生：變小。

師：這說明，要使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，拉力抵消的是物體的重力，還是物體受到的摩擦力？

生：摩擦力。

師：是的，要使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來，拉力克服的是物體受到的摩擦力。

師：什么是摩擦力呢？

生1：阻力。

生2：阻礙運(yùn)動(dòng)的力。

生3：摩擦產(chǎn)生的力。

經(jīng)過充分的研討，教師總結(jié)摩擦力的概念。

對(duì)科學(xué)史的學(xué)習(xí)和基于生活經(jīng)驗(yàn)的探究，讓學(xué)生充分地研討和思考。這個(gè)時(shí)候?qū)W生對(duì)摩擦力的理解，是基于證據(jù)進(jìn)行論證的結(jié)果。學(xué)生的思維獲得了發(fā)展。

2.引導(dǎo)學(xué)生活學(xué)活用，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移

學(xué)生的遷移能力是學(xué)習(xí)的一個(gè)重要標(biāo)志，它能幫助教師評(píng)估和改進(jìn)教學(xué)。[4]教師通過豐富的活動(dòng)，在更為抽象的層面引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行論證，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移能力的發(fā)展。

師：當(dāng)我們?cè)谄矫嫔习徇\(yùn)重物，放幾枚墊圈時(shí)，物體并沒有運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，物體有沒有受到摩擦力呢？

生1:沒有受到摩擦力，因?yàn)槲矬w沒有動(dòng)。

這一觀點(diǎn)很快就受到了其他同學(xué)的反駁。

生2：拉力能夠克服摩擦力，如果此時(shí)物體不受摩擦力，它就會(huì)“嗖”地一下飛出去。

通過這樣的研討，學(xué)生明確了即使物體靜止，但因?yàn)樗艿嚼?，因此在被拉卻沒有發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，也會(huì)受到摩擦力。雖然教材中并沒有這一要求，但是學(xué)生通過研討交流，運(yùn)用最新建構(gòu)的科學(xué)概念，解決了新的問題，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)遷移。這對(duì)反饋教學(xué)效果，助力學(xué)生今后的學(xué)習(xí)，有著重要的作用。

三、經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

（一）重視證據(jù)與論證

面對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，教師要從學(xué)生的角度出發(fā)，提出合理的問題，創(chuàng)設(shè)合適的探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生搜集相關(guān)證據(jù)，并根據(jù)證據(jù)對(duì)觀察到的結(jié)果進(jìn)行研討和反思。教師要有的放矢地利用舊證據(jù)進(jìn)行新論證，再利用新證據(jù)論證新思路，逐步幫助學(xué)生建構(gòu)正確的科學(xué)概念。

（二）在思考“學(xué)”的基礎(chǔ)上反思“教”

作為教師，常常會(huì)思考教而忽視學(xué)，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)與教學(xué)目標(biāo)之間出現(xiàn)較大落差。學(xué)生可能會(huì)因?yàn)槟承╁e(cuò)誤的前概念沒有得到有效的糾正而陷入困惑。思考學(xué)生的學(xué)，尊重的是學(xué)習(xí)的主體，面向的是全體的學(xué)生。

（三）概念建構(gòu)的教學(xué)需要穩(wěn)步推進(jìn)

在概念建構(gòu)的教學(xué)中，教師應(yīng)穩(wěn)步推進(jìn)，避免揠苗助長(zhǎng)。當(dāng)學(xué)生無法深入理解時(shí)，不妨給他們提供更多的體驗(yàn)機(jī)會(huì)，幫助他們積累更多的背景知識(shí)，使他們形成更大的認(rèn)知沖突，經(jīng)歷更充分的思考，再去建構(gòu)概念。這樣，學(xué)生將進(jìn)一步加深對(duì)科學(xué)概念和科學(xué)探究的理解。

總體而言，從學(xué)生的困惑出發(fā)，利用數(shù)據(jù)和論證能夠化解教學(xué)難題，幫助學(xué)生進(jìn)行概念建構(gòu)，提升學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)能力。