追尋概念為本的科學教學

【摘 要】概念為本的科學教學強調(diào)讓學生在科學觀念層面進行深度思維和推理，進而把握事物的機制、變化以及聯(lián)系。在《找重心》一課的教學中，教師精心設計概念性理解活動，引導學生進行概念性思維，讓學生在充分體驗物體平衡與重量之間關系的過程中形成對“重心”的概念性理解。

【關鍵詞】科學教學；概念性理解；《找重心》課例

【中圖分類號】G623.6" 【文獻標志碼】A" 【文章編號】1005-6009（2024）09-0070-05

【作者簡介】朱阿娜，江蘇省宿遷經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)黃河小學（江蘇宿遷，223800）教師，正高級教師，江蘇省科學特級教師，教育部“雙名計劃”名師培養(yǎng)對象、全國優(yōu)秀教師，“蘇教名家”培養(yǎng)對象，江蘇省教學名師。

概念為本的科學教學是指超越具體的科學知識，讓學生在科學觀念層面進行深度思維和推理，進而把握事物的機制、變化以及聯(lián)系的教學活動，其包括協(xié)同思考、概念性視角、引導性教學、引導性問題等要素。在這樣的教學中，學生通過對事物進行概念化的過程，增進概念理解，發(fā)展概念化能力及科學理性精神。

對于三年級學生來說，理解“重心”的概念是比較困難的，特別是在“將物體放手指上保持平衡”的活動中，他們往往將中心和重心混淆在一起。因此，如何更好地引導學生了解物體的重心與平衡之間的關系，如何利用有效的活動幫助學生在直觀的操作活動中對重心形成概念性理解，需要教師在教學活動的設計以及實驗材料的利用上進行深入思考。

【教學過程及分析】

活動一：探究條狀物體重心與重量的關系

師：他在做什么？（PPT呈現(xiàn)高空走鋼絲圖片）

生齊：走鋼絲。

師：為什么他能在鋼絲上行走？

生1：他能讓身體保持平衡。

師：不平衡會怎樣？

生1：會掉下來。

師：沒錯，地球上所有的物體都要受地心引力的作用，也就是重力的作用。如果沒有支撐物使其保持平衡，物體就會自然下落。然而，訓練有素的雜技演員能夠很好地控制自己的身體，保持平衡。那么，你們能不能也像雜技演員那樣，讓這把直尺在你的手指上保持平衡呢？成功的同學說說看你是怎么做到的。

生2：我把食指放在尺子的15厘米處，因為尺子總長有30厘米，所以，我把手指放在它一半的位置。

師：一半是尺子的哪個位置？

生2：中間。

師：你呢？

生3：也是中間。

師：你們呢？（也是）。也就是說，我們只要找到這把尺子的中間位置，就能讓它在食指上保持平衡。（PPT上直尺中間呈現(xiàn)紅色圓點）

師：看來有刻度的直尺難不倒大家。今天，老師還帶來了一樣物品（出示鉛筆）。你們能不能讓它在手指上保持平衡呢？（能）但這一次，我們要比一比速度了，看看誰最先成功。另外，別忘了可以用筆在你找到的點上做個標記。聽清楚了嗎？請打開1號信封，開始操作。

師：能讓鉛筆保持平衡的點在哪里？（黑板貼上鉛筆實物圖）你是怎么做到的？剛才這位同學的速度比較快，請你先說。

生4：先目測下鉛筆的中間位置，然后把手指放在那里嘗試。

師：嗯，你認為在中間，目標很明確。那你是幾次做成功的？

生4：兩次。

師：看來僅憑目測還是會有一點差距，很難做到十分精準。但是，有了明確的目標可以讓我們減少嘗試的次數(shù)。

師：他說在中間，你是怎么做的？

生5：我用尺子先量出鉛筆的長度，再找到它的中間位置，然后就把手指放在那里。

師：也是找中間位置，目標也相當明確。你是幾次成功的？

生5：一次。

師：果然，使用工具測量結果更加準確。

師：其他同學呢？也是中間嗎？（是）

師：剛才大家所說的直尺和鉛筆的“中間”，我們也可以把它稱為這個物品的“中心點”。（教師用紅色磁貼標記出鉛筆的中心點）

師：想想看，為什么保持鉛筆平衡的點會在中心位置呢？

生6：因為兩邊一樣長。（師板書：一樣長）

師：你認為呢？

生7：我認為是因為兩邊一樣重。（師板書：一樣重）

師：好的，這是你們現(xiàn)在的想法。

師：如果我在這支鉛筆的一端套上一個筆套（實物演示），平衡點還會在中間嗎？

生8：不會。

師：可能會在哪？ （黑板上貼上一端套上筆套的鉛筆實物圖），誰來前面標記一下？

學生將黃色磁貼貼在靠近筆套的位置。

師：為什么認為在這？

生9：因為加筆套的這邊重量增加了，所以平衡點會在靠近有筆套的這端。

師：嗯，你認為和重量有關，會偏向較重的一端。這是你的想法。其他同學呢，你們認為會偏向哪邊？

生10：我也認為要偏向筆套那一端，因為戴上筆套長度增加了，但是位置可能不會偏那么多，因為長度并沒有增加很多。

師：你認為和長度有關，長度增加了，所以平衡點要向這邊移，兩邊一樣長是嗎？（是的）那要移多少？能測算出來嗎？怎么測算？

生10：先量下加了筆帽的鉛筆的長度再除以2，找出中心點位置，然后試試看是否平衡。

師：如果平衡那說明的確和長度有關，如果不能平衡，那長度還能不能決定物體的平衡？

生10：不能。

師：剛才兩名同學，一個認為和長度有關，一個認為和重量有關，你認為應該在哪？理由是什么？

生11：我也認為會偏向筆帽那端，因為加了筆帽這端會重，但不會偏那么多，因為筆套輕。

師：嗯，雖然大家理由各不相同，但都認為會偏向有筆套的這一端。好，再看，如果老師在這支鉛筆的另一端，也套上一個筆套（演示），你認為，現(xiàn)在平衡點位置還會像剛才一樣偏向這邊一點的位置嗎？

生12：不會。

師：那會在哪？

生12：還在中間的那個位置。

師：為什么？

生12：因為兩邊都加了一個筆套，兩個筆套的重量是一樣的。

師：和重量有關，兩邊重量一樣就可以平衡，是嗎？

生12：是的。

師：再看，現(xiàn)在，我把這個筆套也套在這邊，現(xiàn)在，平衡點的位置又會偏向哪里呢？（教師將兩個筆套貼放在同一邊）誰來標下位置？

生13：偏向筆套的這一端，比之前稍微多偏一點。（學生用黃色磁貼標記）

師：為什么認為在這？

生13：因為原來一個筆套就偏一點點，現(xiàn)在兩個筆套，這邊更重了，所以要再多偏些。

生14：我同意他的說法，會更偏向筆套，但不會偏得太多，因為兩個筆套也不是太重。

師：剛才同學們都充分表達了自己的觀點，究竟是不是我們想的那樣？試試才知道。請打開2號信封。

學生實驗，教師著重指導研究和長度有關的那組。

師：當一端套上筆套時，鉛筆的平衡點在哪？兩端各套一個筆套時平衡點又在哪？一端套兩個筆套呢？讓物體保持平衡的點究竟和什么有關？誰先來匯報一下。

生15：當一端套上筆套時，讓它保持平衡的點在中心點偏有筆套的那一端，大概在這個位置。兩端各套一個筆套時，平衡點還在鉛筆的中間。一端套兩個筆套時，平衡點也是偏向有筆套的那端，但是比一個筆套偏得要多一點，大約在這個位置。所以，我們認為讓鉛筆保持平衡的點和重量有關，會偏向重的那邊。

師：下面哪組接著匯報？

生16：我們一開始認為和長度有關，所以量了加了筆帽的鉛筆的長度，再除以2，找到了它的中間位置，但是那個點不能讓鉛筆保持平衡。我們又用手指支撐嘗試著找到了鉛筆的平衡點，所以我們認為可能還是和重量有關。

師：其他組呢？

…………

師：從前面的活動中，你們能發(fā)現(xiàn)什么？

生：決定物體平衡的是重量，不是長度。物體的平衡與重量有關，會偏向重的那邊。

師（PPT呈現(xiàn)）：物體平衡點與重量有關。當兩邊重量一樣時，平衡點就在物體的中心；當兩邊不一樣重時，平衡點會偏向較重的那邊。偏得多一些還是少一些就看物體本身是重一些還是輕一些。其實，每個物體身上都有一個可以讓它保持平衡的點，我們通常把它叫作物體的重心（板貼：重心）。只要找到了重心（板帖：找），就可以讓物體保持平衡。但是，重心和中心可是兩個不同的概念。有的時候，物體的重心就是它的中心；而有的時候，就不是了（教師將代表鉛筆中心點的紅色磁貼取下并換成黃色磁貼，表示重心）。

概念為本的科學教學的一個重要方面就是引導式教學。引導式教學是相對于演繹式教學而言的，很多教師在教學這一內(nèi)容時往往會采用演繹式教學。如通過讓直尺在手指上保持平衡這一活動，告訴學生這個保持平衡的點就是物體的重心。顯然，這樣并不能使學生獲得對重心的概念性理解。什么是重心，這是事實性知識。探究重心和重量之間的關系，這是理解性知識。若先告知概念，再試圖通過后續(xù)設計的學習活動來幫助學生鞏固對概念含義的理解，這是演繹式教學。而后續(xù)為鞏固概念而設計的一系列活動所產(chǎn)生的知識，是程序性知識。概念為本的科學教學依賴引導式教學來鼓勵學生探索并構建意義，教師要善于挖掘程序性知識背后的概念性知識，要引導學生從事實性知識走向概念性理解。

以上教學，筆者不斷改變鉛筆兩端的重量，設計了層層遞進的教學活動，充分激發(fā)學生的思維，引導學生在重心和重量之間初步建立起聯(lián)系，開展了事實層面和概念層面的協(xié)同思考。這是一種以概念為中心的教學法。同時，教師還鼓勵學生自己總結概括，直到學生概括準確且得到了事實性知識的支撐。學生在事實性知識和所對應的概念性理解之間反復思考的過程就是協(xié)同思考的過程。

活動二：尋找片狀物體的重心

師：前面我們研究的物體是條狀物體（板書：條狀物體）。今天，老師還帶來了兩個片狀物體，一個是長方形的，另一個是圓形的（板貼：長方形和圓形），想想看，它們的重心又會在哪里呢？

生1：在中間。

師：中間是哪個位置？

生1：長方形最最中心的位置。

師：中心點，是嗎？（是）大家同意嗎？（同意）為什么它的重心會在中心呢？說說理由。

生1：因為它們兩邊重量都是一樣的。

師：兩邊是指什么地方？

生1：左右兩邊。

師：只有左右兩邊？

生2：上下左右，中心點周圍的地方都一樣。

師：你們覺得對嗎？（對）

師：大家都認為長方形和圓形的重心就在它們的中心點上，那么，我們怎樣才能準確找到這個點呢？你能想到哪些辦法？

生3：用手指支撐去嘗試。

師：嗯，這是支撐法，不僅可以用手指，也可以借助別的物體來支撐（出示自制的簡易支架），在反復嘗試中調(diào)整直至找到。

生4：我們的方法是先量一下長方形物體的長是多少厘米，然后找到兩條長邊的中心點，用鉛筆標出來，再量下寬度，找到兩條寬邊的中心點，再將四個點連起來，相交的那個位置就是中心點，也就是它的重心。

師：就是上下兩個點連起來，左右兩個點連起來，相交的那個點就是中心點（PPT演示方法）。非常棒，還有其他的方法嗎？

生5：我們也可以采用折紙的辦法，像這樣先上下對折，然后再左右對折，中間就有個點了。

師：真厲害，想到這么好的方法（PPT演示方法）。那圓形能不能也用這樣折的方法找到中心點呢？（能）

師：還有其他方法嗎？（生沉默）我們再一起來看看剛才的這張紙，仔細看，能發(fā)現(xiàn)什么？看，折痕。折痕就是兩條直線，兩條直線相交的點就是中心點，且這兩條直線能把長方形物體分成上下左右相等的幾個部分。那么，在這個長方形里你還能不能找到其他兩條這樣的直線呢？練過書法吧，米字格（PPT演示對角線找中心）。這么一連，兩條對角線的交點就是它們的中心點。是不是很方便？

師：下面，老師給每組提供了和這兩個形狀一樣的紙，請大家用自己喜歡的方法，最好是新方法找到長方形和圓形的中心，然后可以分別將你找到的重心放在這個支架的頂端，檢測一下，看看是否能保持平衡。注意，要先找到重心做個標記，然后再檢測！

學生操作。

師：對于長方形紙板和圓形紙板，只要找到它們的中心就能找到它們的重心（板貼長方形和圓形的重心）。想想看在什么樣的情況下物體的中心和重心正好在同一個位置？

生6：兩邊一樣重的時候。

師：只要一樣重就可以了嗎？

生7：除了一樣重，它們的對邊是相等的。

師：說得真棒，還有同學要說嗎？

生8：重心的四周都是一樣的，既要一樣大，還要一樣重，那么它的重心和中心就是一樣的。

師：那我們今天的實驗材料中哪些是重心和中心正好重合的呢？

生9：直尺和鉛筆。

生10：兩端都有筆帽的鉛筆，還有長方形和圓形紙板。

師：完全正確，這些物體的形狀都是比較規(guī)則的，上下左右都一樣，像這樣形狀規(guī)則的物體的中心就是它的重心。而我們剛才采用的畫對角線、對折這些方法在數(shù)學上叫幾何中心法（板書），對于這些規(guī)則物體來說，幾何中心法可以幫助我們輕而易舉地找到它們的重心（PPT呈現(xiàn)長方形、圓形集合）。

在探究條狀物體重心與重量的關系時，學生很容易聚焦物體重心左右兩端的重量，這雖有利于學生初步理解物體重心與重量的關系，但卻會讓學生缺乏對物體全方位立體空間重量關系的體驗。因此，仍要通過引導性問題、引導式教學來增進學生對重心概念的理解。筆者將學生引向片狀物品，讓其明白對于規(guī)則物體來說，不光是物體重心兩邊的重量相等，而是重心上下左右所有地方的重量、大小都相等。概念為本的科學教學要求教師提出的問題須涉及事實性的知識、技能以及概念性理解，要能夠跨情境遷移，產(chǎn)生遷移性理解。概念性理解最本質(zhì)的特征就是對事物意義的持續(xù)概念化，也就是在理解具體的、個別的事物或情境的基礎上，通過反省思維逐步形成具有穩(wěn)定內(nèi)涵的抽象概念或概念框架。

活動三：拓展延伸

師： 如果我在這個規(guī)則的長方形物體的右上角夾一個夾子，猜猜看它的重心會在哪？如果在側邊再夾上一個呢？

生沉默。

師：想想看，長方形、圓形物體的重心都是兩條直線相交，那么這個物體里有沒有可能也隱藏著這樣兩條或者更多的直線呢？（可能）那怎么才能把它們找出來呢？我們將會在《找重心（二）》一課時繼續(xù)研究這個問題。這節(jié)課就先上到這里，下課。

在學生成功利用幾何中心法找到長方形物體的重心后，教師進一步拓展問題情境，以引導學生思考。顯然，學生在前期探究中建立的重心和重量關系的認知，已不足以解答這個問題，這為后續(xù)教學埋下了一粒種子。

教學的核心是思維，學習的關鍵是思考。概念為本的科學教學可以促進學生進行高質(zhì)量的思考和學習，也能讓教師從傳統(tǒng)教學的窠臼中跳出來，不再以事實性知識的教授作為最終目標，而是致力于引導學生達到更深層次的概念性理解。

責任編輯：呂興祥