突破相異概念，發(fā)展科學(xué)思維

余逆夢

【摘 要】學(xué)習(xí)的本質(zhì)是一種思維活動，科學(xué)教學(xué)致力于通過學(xué)生的積極思維，將其簡單、穩(wěn)固的前概念轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的科學(xué)概念。在前概念的轉(zhuǎn)化中，最難突破的是相異概念，因此教師要找準(zhǔn)相異概念的產(chǎn)生原因，確定思維發(fā)展方向，助力相異概念順利、自然地轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué) 相異概念 科學(xué)思維

學(xué)生都是帶著他們對生活現(xiàn)象的經(jīng)驗和解釋進(jìn)入科學(xué)課堂的，這些經(jīng)驗和解釋可能來自身體力行的活動，可能來自大眾媒體的傳播，可能來自與身邊人的交流，這就是“教學(xué)前概念”，簡稱“前概念”。這些前概念有的是正確的，有的是錯誤的，有的即使正確卻是淺薄的、不規(guī)范的。此外，前概念存在個體差異性和穩(wěn)定性，即學(xué)生的原有觀念是五花八門而持久穩(wěn)固的，很難通過簡短的解釋說明進(jìn)行轉(zhuǎn)化。因此，科學(xué)教師要準(zhǔn)確了解學(xué)生前概念的一般傾向，在課堂上激發(fā)思維，審視經(jīng)驗，形成新的、穩(wěn)固的科學(xué)概念。

一、前概念分類

總結(jié)教育領(lǐng)域關(guān)于概念的文獻(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)，最普遍的定義主要有前概念、樸素概念、相異概念三個術(shù)語。其中前概念可以分為樸素概念和相異概念：

（1）樸素概念：指與科學(xué)概念基本一致，但不夠嚴(yán)謹(jǐn)、完整的前概念。如蘇教版科學(xué)三年級上冊，學(xué)生在學(xué)習(xí)《人的呼吸》一課時，知道鼻、肺、氣管等名詞，但對每個器官的具體位置、功能、先后工作關(guān)系，口腔不是呼吸器官等概念了解得不夠完善，這些概念就是樸素概念。

（2）相異概念：指與科學(xué)概念沖突甚至完全相反的前概念。如學(xué)生在學(xué)習(xí)蘇教版科學(xué)四年級上冊《魚類》一課時，常認(rèn)為“鯨魚”的名稱里含有“魚”字，又生活在水中，應(yīng)該屬于魚類（實際屬于哺乳動物）；學(xué)生在二年級、五年級認(rèn)識“光”現(xiàn)象時，常會認(rèn)為人眼看到外界物體的原理是光從眼睛發(fā)出，射向物體（實為外界物體反射光線，光進(jìn)入眼睛，被人感知）；學(xué)生對熱量和溫度有一定理解，但當(dāng)被問“兩杯30℃的水混合，溫度是多少”時，會簡單認(rèn)為溫度可以相加，所以是60℃。

二、產(chǎn)生原因與教學(xué)策略

（1）樸素概念的產(chǎn)生原因主要是學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)之前，或主動接觸、觀察、理解，或被動接受來自成人、書本等外界的信息，對于事物有一定了解，但了解得不夠系統(tǒng)全面。因樸素概念與科學(xué)概念沒有較大沖突，所以教師只需采取豐富多樣的教學(xué)方式順勢引導(dǎo)補充，就可以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

（2）相異概念的產(chǎn)生原因較多，結(jié)合日?？茖W(xué)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，可以總結(jié)為三點：不當(dāng)推理、錯誤理解、“常識”教育。相異概念在學(xué)生認(rèn)知中具有一定穩(wěn)定性。學(xué)生在生活實踐中曾利用這些概念解釋、解決過一些問題，進(jìn)而對其產(chǎn)生較強的信任感和依賴性，所以相異概念的轉(zhuǎn)化相對困難。除了常規(guī)的創(chuàng)設(shè)真實的生活情境、安排實驗讓學(xué)生親自體驗，通過討論交流形成概念等教學(xué)設(shè)計，教師還要注意找準(zhǔn)相異概念的產(chǎn)生原因，帶領(lǐng)學(xué)生聚焦本質(zhì)深入推理，多角度有邏輯地修正概念，批判考量常識概念，使其思維積極參與，主動轉(zhuǎn)化相異概念，形成科學(xué)概念。

三、對應(yīng)相異概念產(chǎn)生原因，找準(zhǔn)思維的生長點

（一）針對不當(dāng)推理，訓(xùn)練思維的深入度

學(xué)生常常基于已有的認(rèn)知對概念進(jìn)行推理，以認(rèn)識、解釋更多的事物和現(xiàn)象，然而這些推理經(jīng)常是錯誤的。如學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗認(rèn)為生活中重的物體下降得更快，做出推理——擺的運動中，擺錘越重，擺動得越快。這些概念由學(xué)生基于經(jīng)驗進(jìn)行推理得出，推理過程看起來“有理有據(jù)”，結(jié)論也顯得“真實可信”，所以對它們深信不疑，課堂上要想通過單一的實驗活動讓學(xué)生完全轉(zhuǎn)變，教學(xué)過程就會顯得生硬單調(diào)，效果不夠理想。

例如，在蘇教版科學(xué)一年級下冊《這里面有空氣嗎》一課中，當(dāng)教師拿出空塑料瓶問瓶中是否有空氣時，大部分學(xué)生認(rèn)為瓶子很輕，是空的，所以里面有空氣。當(dāng)教師出示粉筆、紅磚、積木等材料時，大部分學(xué)生認(rèn)為粉筆、紅磚、積木都較重，不是空的，所以里面沒有空氣。

針對“判斷空氣是否存在的依據(jù)”，學(xué)生將推理準(zhǔn)則落腳在輕重上，這是因為他們沒有透過產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象注意到物體的孔隙大小。如果按照教材的設(shè)計，將實驗材料依次放入水中，觀察是否有氣泡以判斷是否有空氣，學(xué)生的思維就僅僅停留于積累的“粉筆、紅磚里面有少量空氣，積木里面沒有空氣”這些生活經(jīng)驗，思維沒有得到發(fā)展。如果下次換一種物體：橡皮、鉛筆、衣服，則依然不知道里面是否有空氣，也不知道通過什么方法進(jìn)行實驗，以搜集證據(jù)檢驗自己的想法。

科學(xué)課不能僅通過實驗觀察積累零碎的生活經(jīng)驗，而應(yīng)該透過現(xiàn)象看本質(zhì)，即引導(dǎo)學(xué)生從正確的角度進(jìn)行推理，通過觀察現(xiàn)象——聚焦本質(zhì)——檢驗鞏固的方式，認(rèn)識事物的本質(zhì)特征和事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成正確完整的科學(xué)概念。

因此，在《這里面有空氣嗎》一課中，教師應(yīng)該將推理準(zhǔn)則落腳在孔隙大小上，提供孔隙很大、孔隙較小的兩組材料，讓學(xué)生逐步深入進(jìn)行推理檢驗。具體來說，教師可以先帶領(lǐng)學(xué)生依次觀察空塑料瓶、放滿花生粒的塑料瓶、放滿米粒的塑料瓶放入水中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并分析冒出氣泡的多少與瓶中孔隙大小的關(guān)系，初步建立科學(xué)概念：物體中是否有空氣與其孔隙大小有關(guān)。然后層層遞進(jìn)，以粉筆、紅磚、積木等物體為研究對象，先進(jìn)行觀察，看是否有孔隙，再運用新建立的科學(xué)概念預(yù)測放入水中會有什么現(xiàn)象，最后進(jìn)行實驗，檢驗、鞏固該概念。這樣的教學(xué)才能讓學(xué)生的思維參與到概念的層層轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生正確、主動、深刻地展開推理，形成科學(xué)概念。

（二）針對錯誤理解，訓(xùn)練思維的邏輯性

學(xué)生常將一些科學(xué)概念與生活用語混淆，產(chǎn)生錯誤理解。如不能很好地區(qū)分生活用語“融化”與科學(xué)詞匯“溶解”；將鼻子聞的“氣味”與嘴巴嘗的“味道”混淆。這些錯誤理解來自生活化的語言，學(xué)生接觸和使用的機會很多，因此具有穩(wěn)定性和堅韌性。如果教師只是強硬轉(zhuǎn)變學(xué)生的概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)過這些概念后的狀態(tài)可能有以下幾種：（1）基本接受教師講授的概念，但只在與教學(xué)情境相似的情境中才會使用新概念解決問題，一旦情境有較大改變，仍舊恢復(fù)原有概念，且傾向于使用原有概念解決問題；（2）沒有轉(zhuǎn)化前概念，只是在其基礎(chǔ)上增加了一個平行的概念，解決實際問題時，出現(xiàn)不知選擇哪一種概念的困惑狀態(tài)；（3）保持原有概念，不理解、不接受新概念。

例如，學(xué)習(xí)蘇教版科學(xué)五年級上冊《云和霧》一課之前，學(xué)生常有兩個相異概念：（1）云和霧里的“白汽”是水蒸氣；（2）產(chǎn)生“白汽”的原因是水蒸發(fā)。這是因為日常生活中人們常將“水蒸氣”一詞泛化，將煲湯、洗澡、泡面時產(chǎn)生的霧氣蒙眬的“白汽”稱為水蒸氣，而“水蒸氣”里有個“蒸”字，所以這些“白汽”是蒸發(fā)產(chǎn)生的。而在科學(xué)中水蒸氣是指看不見的水的氣態(tài)形式，可以看見的“白汽”其實是水蒸氣遇冷液化形成的懸浮在空氣中的液態(tài)小水滴。

針對這些概念的錯誤理解，教師可以引導(dǎo)學(xué)生像偵探一樣從多角度、有邏輯地進(jìn)行推理判斷：

首先，聯(lián)系蘇教版科學(xué)四年級下冊《水受熱以后》一課中所學(xué)的水蒸氣是看不見摸不著的，與沸騰的水和冰棒周圍可見的“白汽”的形態(tài)不同，確定“白汽”不是水蒸氣。

其次，回憶生活中看到“白汽”時的場景，引導(dǎo)學(xué)生初步確定“白汽”產(chǎn)生的條件：天冷時，掀開泡好的方便面蓋子會有大量“白汽”向上升騰，而天熱時這些“白汽”卻很不明顯；剛倒入杯中的開水上方會有“白汽”繚繞，但過了一會兒隨著水逐漸變涼，“白汽”也逐漸減少甚至消失；夏天從冷凍室里拿出冰棒時有不斷下落的“白汽”，而冷藏室里拿出的物品一般沒有“白汽”繚繞。明確不論物體冷熱，都需要在與周圍環(huán)境有較大溫度差時才會出現(xiàn)“白汽”。

再次，觀察“白汽”到底是什么：將一塊干布放在裝有開水的燒杯上方，過一會兒發(fā)現(xiàn)“白汽”籠罩下的干布逐漸潮濕，初步明確“白汽”可能是水。然后在暗環(huán)境中用強光手電筒照射“白汽”，讓學(xué)生直接觀察到不斷上升的“白汽”其實就是一顆顆小水滴，明確“白汽”是小水滴。

最后，完善概念，確定這些小水滴是哪里來的：結(jié)合冬天進(jìn)入火鍋店時眼鏡上產(chǎn)生的一層小水滴，寒冷天氣里開了暖風(fēng)空調(diào)的窗戶上會有一層水霧，學(xué)生很容易想到小水滴不是冷熱物體里流出來的，而是空氣中熱的水蒸氣遇冷時產(chǎn)生的。

經(jīng)過這一步步的排除、思考、觀察、推理，學(xué)生的邏輯思維必然在縝密度上有所發(fā)展，而且由于結(jié)合了生活經(jīng)驗，新生成的科學(xué)概念的印象應(yīng)該是很深刻的，避免了教師做演示實驗—學(xué)生觀察現(xiàn)象并做出沒有依據(jù)的猜測—教師告知“水蒸氣遇冷液化”的被動接受型教學(xué)。

（三）針對“常識”教育，訓(xùn)練思維的批判性

隨著整個社會對提升科學(xué)素養(yǎng)的提倡和人們通過網(wǎng)絡(luò)獲得知識的日益便捷，家長對孩子的科學(xué)教育越來越重視，主要表現(xiàn)為經(jīng)常給孩子講授很多“科學(xué)概念”，同時學(xué)生也可以通過各種便捷的方式獲得很多碎片化的概念。這些間接、被動獲得的概念，有的看似是符合常識的，其實是錯誤的。

例如，在蘇教版科學(xué)三年級下冊《種子發(fā)芽了》一課中，有一個教學(xué)目標(biāo)是“做種子萌發(fā)的對比實驗，初步認(rèn)識種子萌發(fā)的條件”。教材中設(shè)計的是為4個瓶子中的種子提供不同的水量、空氣、溫度，發(fā)現(xiàn)種子萌發(fā)需要水、空氣、適宜的溫度，而沒有提到陽光、土壤（它們不是必要條件），這與學(xué)生的前概念有一定沖突。

學(xué)生在生活中?？吹交蚵犝f“植物生長需要陽光”，而且“土壤具有一定的肥力，能夠提供植物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)”也是三年級上冊《土壤的成分》一課形成的一個確定的科學(xué)概念，所以種子發(fā)芽不需要陽光、土壤這一概念很難扭轉(zhuǎn)。由于概念沖突明顯，如果只在教材安排的實驗后進(jìn)行講授“種子萌發(fā)不需要陽光、土壤”，學(xué)生必然很難認(rèn)可。此外，三年級學(xué)生剛開始接觸對比實驗，直接讓他們針對水、空氣、溫度、陽光、土壤這5個條件設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的對比實驗，超出了其知識儲備和能力，因此教師可以采取扶放結(jié)合的方式修正錯誤常識。

在《種子發(fā)芽了》一課的教學(xué)中，教師可以先在第一課時讓學(xué)生說說自己認(rèn)為種子發(fā)芽需要哪些條件（暴露錯誤的常識），然后分析教材中設(shè)計的實驗——每個瓶中為種子提供了哪些條件？進(jìn)而展開實驗，課后觀察種子發(fā)芽情況。在第二課時匯報實驗現(xiàn)象，總結(jié)出種子發(fā)芽需要水、空氣、適宜的溫度后，明確新的研究問題——之前的實驗沒有對大家普遍認(rèn)可的陽光、土壤這兩個條件進(jìn)行研究，那陽光、土壤是否會影響種子發(fā)芽呢？對照之前的實驗，想辦法設(shè)計新的實驗驗證自己的想法。學(xué)生有了第一課時的研究基礎(chǔ)后，能在小組討論中得出一致意見——新的瓶子中要提供水、空氣和適宜的溫度，但要注意改變不同瓶子接受的光照情況或土壤環(huán)境。

又如，在蘇教版科學(xué)三年級下冊《幼苗長大了》一課中，有一個教學(xué)目標(biāo)是“了解植物根、莖的作用，葉的構(gòu)造及作用”，形成“植物的根、莖、葉分別負(fù)責(zé)吸收、輸送、制造養(yǎng)料”的科學(xué)概念?！叭~制造養(yǎng)料”的概念與學(xué)生在生活中常聽說的“植物從土壤中吸取營養(yǎng)從而生長”有一定沖突，因而對植物不同部位作用的認(rèn)識容易出現(xiàn)混淆。

如果教師只是告知概念，三年級學(xué)生很容易產(chǎn)生困惑或自動忽略，仍堅持原有觀念。筆者在執(zhí)教《幼苗長大了》一課的同時，對本校六年級20個班200名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示有87個學(xué)生認(rèn)為植物通過根從土壤中吸收營養(yǎng)從而不斷長大，而沒有提到葉片會進(jìn)行光合作用產(chǎn)生養(yǎng)料?？梢?，“葉制造養(yǎng)料”雖不是本課的教學(xué)重點，卻是持久困擾學(xué)生的一大難點。

此時，借助科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)是一種快捷、科學(xué)的方法，但科學(xué)史的學(xué)習(xí)不能是簡單的講授，還要注意培養(yǎng)學(xué)生思維的批判性。教學(xué)時，教師可以設(shè)計資料閱讀，依據(jù)時間順序，帶領(lǐng)學(xué)生重回歷史：

（1）第一份資料通過圖文介紹17世紀(jì)泛·海爾蒙特進(jìn)行的柳樹實驗：只給花盆中固定土壤量的柳樹澆水，5年后，柳樹質(zhì)量增長了74.4kg，而土壤質(zhì)量幾乎沒有改變。然后引導(dǎo)學(xué)生思考：植物增加的重量可能來自什么？學(xué)生在分析后自然會質(zhì)疑原有的“植物從土壤中吸取營養(yǎng)生長”概念，并提出猜測：植物增長的74.4kg物質(zhì)可能來自水。

（2）第二份資料通過圖文介紹18世紀(jì)普利斯萊特的老鼠、植物系列實驗，讓學(xué)生了解植物生長需要二氧化碳?xì)怏w（這種氣體在三年級上冊《人的呼吸》一課已經(jīng)通過實驗檢測過，所以學(xué)生對它并不陌生）。

（3）第三份資料通過視頻介紹20世紀(jì)科學(xué)家利用放射性同位素示蹤法進(jìn)行了研究，并最終發(fā)現(xiàn)植物通過水、二氧化碳和陽光制造養(yǎng)料，而不是之前普遍認(rèn)為的從土壤中吸收營養(yǎng)。

經(jīng)歷這一系列科學(xué)史的學(xué)習(xí)，學(xué)生置身歷史，通過對數(shù)據(jù)的簡單分析，體驗一代代科學(xué)家的科研歷程，意識到科學(xué)是一個不斷發(fā)展完善的過程，即使是科學(xué)家提出的觀點也不一定正確完善，因此對生活中的“常識”要批判地理解，不能盲目信任權(quán)威。

正如奧蘇貝爾所說的“影響學(xué)習(xí)的最重要因素是學(xué)生已經(jīng)知道了什么，并根據(jù)學(xué)生原有的知識情況進(jìn)行教學(xué)”，科學(xué)課的所有探究都應(yīng)以學(xué)生的前概念為基礎(chǔ)展開。其中，相異概念因其沖突性和穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)化起來沒有樸素概念那么簡單，但卻是訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維的一片沃土?？茖W(xué)教師要在課前了解學(xué)生相異概念的一般傾向，分析相異概念的產(chǎn)生原因，采取對應(yīng)的教學(xué)策略，幫助學(xué)生在思維的積極發(fā)展中，認(rèn)識本質(zhì)、修正概念、發(fā)展高階思維。

注：本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點課題“小學(xué)科學(xué)‘雙螺旋結(jié)構(gòu)課堂構(gòu)建與實施的研究”（編號：B/2021/02/174）的階段性成果。