儿童科学概念的形成与指导

小学科学启蒙教育中如何指导学生形成科学概念，是目前小学科学教育中值得深入研究的课题。本文结合一些课例的研究，探讨如何为学生设计提供有结构的操作材料。在概念教学过程中，如何结合学生已有生活经验和感知基础以及认知特点和认识兴趣，灵活处理教材，创设问题情景，展开学生思维，运用一些行之有效的教学策略，使学生在经历科学探究的过程中更好地形成科学概念。

在小学阶段对学生进行科学启蒙教育具有极其重要的意义。当学生进入小学中高年级学习科学课时，将要学习许多科学概念。概念是具有共同的关键属性的一类对象、事件、情境或性质。学生掌握一个科学概念，实质上就是掌握同类事物的共同特征，同时也意味着能区分概念的有关特征与无关特征、概念的肯定例证与否定例证。很显然，概念的形成是要经历一个抽象概括的过程。在课堂教学中，如何面向全体学生，引导学生开展探究性学习，指导学生从许多客观事物中，舍弃个别的、非本质的属性，抽出共同的、本质的属性，把事物的共同特征归结在一起，概括形成概念或一般的原理，是中高年级科学启蒙教育必需深入研究的课题。现结合对中高年级一些课的研究，谈谈如何指导学生形成科学概念的实践和认识。

一、设计提供充分的有结构的材料，为学生开展科学探究创造条件，是指导学生形成概念的基础和保证。

中高年级学生所要形成的概念和认识的一般规律，都是人类经过漫长的科学探索已被认识和确定了的。学生要在一个较短的时段里掌握一个概念，应当亲身经历以探究为主的学习活动，而要使学生的探究活动切实有效地顺利进行，就必须为学生设计提供充分的有结构的材料。这里所指的有结构的材料是指在一定的探究背景下，一组材料中的各部分具有内在的联系，这种联系能揭示某种需要建立的概念或自然事物的变化规律时，这一组材料就具有结构性。有结构的材料有利于缩短学生探究的历程，降低探究的难度，为学生形成科学概念创造有利条件，使他们比较容易发现问题，解决问题，获取新知，从而能够感到成功的喜悦和发现的乐趣，增强进一步探索真理的自觉性和自信心，也使他们真正能感到自己是学习的主体。

1、为了有利于学生形成概念，在有些情况下，应该并排呈现正面和反面的例子，尽管学生可能从正面的例子中获得的信息会多一些，但反面的例子有助于学生舍弃非本质的属性。例如，在指导学生探究《毛细现象》时，要求学生认识毛细现象发生的条件——水能沿有孔隙的材料上升，孔隙越小，水上升得越高，从而形成毛细现象的概念。我们便设计了布条、木条、玻璃片、塑料片、铁片、玻璃片夹玻璃片、玻璃片夹塑料片、细玻璃管、填有干燥细沙的玻璃管、玻璃棒、橡皮筋等一组材料。这组材料中正反两面的例子是同样多的，它们能揭示与教学内容有关的现象，体现所要形成的概念。如玻璃片浸入水中，水不能沿它上升，而玻璃片夹玻璃片，由于两片玻璃之间有缝隙，水能沿缝隙上升，发生毛细现象，就为学生抽象概括和接下来的归纳推理提供了可感知的条件。当学生把这组材料的下端浸入红墨水中，就发现红墨水沿有些材料上升，而不沿另一些材料上升，教师及时提出问题：“你认为水能沿材料上升，与材料的什么特点有关？”学生会七嘴八舌地提出自己的看法，教师再引导学生仔细观察材料，学生就会发现水能上升的材料，如玻璃片夹玻璃片、细砂、玻璃管等都有孔隙，布条、木条的孔隙不明显，教师加以引导，学生也不难认识。这样，象“软”、“薄”、“粗糙”等非本质的属性被舍弃，加之有不能使水上升的材料做对比，“有孔隙”这个本质属性就突现出来，被学生所发现。这样，学生就生就经历了一次抽象概括过程，再根据事实归纳推理出毛细现象的概念。

2、在材料设计和选择时，应该尽可能减少无关属性。无关属性较多的话，将会迟滞学生的思维，影响学生的抽象概括。例如，指导学生认识植物茎的共同特征，就最好不要选择松、柏等枝叶繁茂，叶形复杂的植物的枝条，或其他节和芽不明显的植物，象竹、柳树、莲藕等就是非常好的探究材料。

3、一般来说，形成概念的课，并不是材料越多越好。材料数量过多，反而会使学生感到困惑，因为找共同特征的前提，是必须认识一组事物中每一个事物的个体特征，数量过多，使学生往往很难从一大堆个体特征中抽出共同特征。学生的抽象思维能力有限，数量关系会影响学生发现和认识事物的本质特征。例如，认识《金属》，给学生提供铜、铁、铝就足够了，假若再增加锡、锌、铅等多种金属物品，可以想象学生要抽象概括出金属的概念将受到怎样的负面影响。而且，这样的课不宜提供反面的例子，这是因为学生在日常生活中的学习一般都伴随看到正面事例的缘故。

材料引起活动，活动发展思维。课堂教学中设计和选择的供学生探究的材料，能否体现所要学习的概念、规律，具有科学性；能否符合学生的年龄特征和认识水平，使他们有能力通过对材料的摆弄来发现问题、认识问题，具有可接受性；能否符合学生的认识兴趣，使材料具有趣味性和普遍性，在教学中效果明显，是指导学生形成概念的基础和保证。

二、利用学生已有生活经验和感知基础，密切联系实际，创设问题情景，激发学生的探究欲望，是指导学生形成概念的重要前提。

学生所要形成的科学概念，必然与他们已有的生活经验、感知基础和认知结构发生联系。为了更好地形成某一科学概念，汇集更多的与该概念相关的事实，并且使学生处在一个问题情境中，促进他们去自主探究，不仅能更好地帮助学生掌握某一科学概念，而且能使他们感受到一种妙不可言的乐趣。因此，作为起“主导”作用的教师，应当想方设法创设适合学生参与的问题情景，使要解决的问题与学生的认识水平产生紧密联系，与学生的认知结构产生不一致，导致不可避免地出现一些矛盾或疑惑。这样，问题就会产生，而问题的产生必然会激励学生去动手、去思考、去分析、去判断，从而自主地形成概念、发现规律。

例如，在《毛细现象》一课教学时，一上课，教师就给每组学生提供了一份固定在铁丝上的餐巾纸，要求学生把纸的下端浸入红色水中观察，所有学生都观察到水沿纸上升的现象，教师不失时机地提出问题：“俗话说水往低处流，现在水怎么会往上爬了呢？这可能与纸的什么特点有关呢？你在日常生活中还看到哪些物体浸入水后，水会自动往上爬？”学生们列举了象抹布、棉花、木头等十余种，并作出自己推测，无论正确与否，他们实际上是在用已有的生活经验和感知基础对毛细现象发生的条件作初步的抽象概括了。这样，不仅激发了学生的探究欲望，产生了解决问题的需要，还为后面的实验验证和去伪存真的抽象概括奠定了基础。

再比如，在《水的压力》一课探究水对容器的底和壁是否有压力时，由于学生已学习过有关地球引力的知识，教师让每组学生都把一袋水放在手上感知，水对手有压力便成了全体学生的共识，而且很容易迁移到水对容器底也有压力，当学生想办法做实验验证了他们的推测后，教师就立即提出“水对瓶壁有压力吗？”学生们各执已见，“有”和“没有”形成矛盾的两大阵营，这一问题本身是产生在上一问题基础上的，与学生已有的认知结构产生了不一致（地球引力是垂直向下的），一个问题解决了，而新的问题情景又产生了，又激励学生去想办法，去实验，去概括归纳事实，去得出结论。

三、结合学生的认知特点和认识兴趣，灵活处理教材，帮助学生经历科学探究的过程，展开学生的思维，是指导学生形成科学概念的关键。

学生学习科学的认知对象是自然界的现象、变化及其规律，以及科学的方法和科学探究过程，教科书不应成为学生认知的对象。在对小学生进行科学启蒙教育的课中，每一课都提供了若干典型材料和解决问题的一般顺序。尽管这些材料和顺序是经过精心选择和设计的，但学生在具体探究时的思维进程不一定是按这个顺序发展的，他们在解决问题时所提出的办法，有时与教材的设计也不相符，但也很有效。有时，出于教学设计的需要，教师也有必要变换材料或改变教材的设计顺序。有时，由于地理环境、气候条件、材料获取的难易等客观因素的制约也不得不改变教材的设计。但无论怎样进行教学设计，都应该看是否符合科学启蒙教育的总体要求和年段要求；是否符合学生的认识水平和认识兴趣；是否有助于学生在探究——研讨活动中发现问题和解决问题；是否有助于学生在形成概念的同时培养和发展抽象概括、归纳推理等各种能力；是否有助于激发和培养学生学科学、用科学的志趣，形成良好的态度、情感和价值观。因此，指导学生形成概念应当重视指导学生经历科学探究的的过程，指导学生展开思维，帮助学生自行探究，不为概念而教概念。

例如，在《水的压力》一课中，学生在研究水对容器的壁是否有压力时，我们给每组学生提供了水槽、接水盘、塑料瓶、锥子等材料，当老师要求学生想办法证明时，学生看到锥子就会联想到锥子可以扎东西，能不能给瓶子扎个洞？水从洞中喷出后能不能证明水对瓶壁有压力？这个思维过程我们是看不见的，而事实上，的确有不少学生提出给瓶子扎洞的办法，全体学生都认为这个办法可行。老师再建议在瓶壁上下扎两个洞，为探究“水的压力与水深的关系”留下伏笔。当学生按自己的想法扎洞添水后，看到水喷出来，证明水对瓶壁有压力时，都很兴奋，尤其是那些首先提出这个办法的学生，其成功的喜悦溢于言表。有些学生就发现，两个洞喷出的水的距离不一样，教师抓住这个契机，让每组学生都添水观察看是不是这样，再引导推测，在两个洞的上方或下方再扎一个洞会出现什么情况？再扎洞实验，根据事实概括、归纳，“水的压力与水深的关系”也顺势得出结论，而全体学生都经历了一次抽象概括和归纳推理的过程。

小学科学教育的总目标是我们开展教学的根本依据。按照教学方式服务于学习方式的基本原则，结合学生的认知特点和教学内容灵活处理教材，拓展学生的思维，促进学生更好地形成概念就是对教材的最好的尊重。

四、灵活运用概念教学过程中的策略，体现学生的主体地位，发挥教师的主导作用，促进学生更好地形成概念。

学生自行探究的方向带有多元化倾向，尤其在事物本质特征不很明显的情况下，学生有可能更多地注意事物的非本质属性，这就要求教师应根据学生自行探究和研讨的情况，把握有利时机，及时对学生的抽象概括和归纳推理给予启发和指导，提出合适的有刺激性的问题，选择明确的揭示本质特征的方法，促使学生在有限的时间里有效地进行抽象概括和归纳推理。总之，在概念教学过程中，教师应“围着学生转，帮助学生干”。在提供了有结构的探究材料的前提下，还应注意以下几个问题：

1、指导学生如何注意相关属性，把学生对非本质的属性的注意引导到对本质特征的探究上。如找果实的共同特征，学生在自行探究时，注意力往往集中在果实的颜色、形状、大小、有无果柄等非本质属性上，当学生按照他们自己的观察发表对果实特征的看法时，教师应引导学生从构造上观察果实所具有的共同特征，舍弃非本质的特征。

2、把个体学生的发现及时转化为全体学生的共识。一个班的学生存在着个体差异是必然的，在探究某一问题时，总有一些学生率先发现与探究事物相关的属性，在这个时候，有不少教师往往采取表扬的办法予以肯定，甚至问全班学生：“他说得好不好，对不对？”，无视其他学生的想法，抑制了大多数学生的积极思考，这种做法本身实质上是教学在面向个体学生，而非面向全体学生，以便有了一个正确结果使课能“顺利”上下去。我们不可能在同一时间里要求全体学生都能发现本质属性，教师这时可以不置可否地问学生：“你们再看看（或做一做）是不是这样？你们还有些什么看法？”全体学生通过亲身体验都能发现事物的本质属性，对全体学生的抽象概括和归纳推理能力的培养和发展是大有益处的。例如，学生在找茎的共同特征时，有学生说：“它们身上都有小疙瘩”，教师就让全体学生都看一看、摸一摸，全体学生通过看和触摸都发现确实如此。这样，就由一个学生的发现转化为全体学生的发现，形成共识，为全体学生都能正确形成茎的概念奠定了基础。

3、指导学生自己用言语表述它们的发现，如果他们表述的是与探究的事物相关的属性，就更有利于他们进行抽象概括和归纳推理，从而形成概念，发现规律；如果他们表述的是与探究的事物无关的属性，学生也能从中得益。因此，在课堂上，尽可能地让学生多发言，并且指导他们用准确的言语来表述是十分重要的。例如，在探究毛细现象发生的条件时，学生在观察实验后，提出了“有小洞”、“有缝隙”这样的相关属性，也提出了“软”、“薄”、“粗糙”、“吸水”这样的无关属性，教师问学生“说‘洞’好还是说‘孔’好”，“看看软、薄是不是大家都有的性质？”指导学生用语准确，并把无关属性与相关属性（共同特征）比较，使学生对相关属性的认识更明确，更深刻，也有利于学生对毛细现象发生的条件进行抽象概括，形成“毛细现象”的概念。

4、在学生进行抽象概括和归纳推理时，应该为他们提供足够的时间来同化他们获得的信息，使他们在得到反馈后到接受下一项学习任务时，有足够的时间讨论、思考。例如，在探究“水的压力与水深的关系时”，当学生给瓶子扎了三个洞，看到水喷出的距离不同时，这时，就有必要给每组学生讨论、思考的时间，使学生互相启发，对事实做出分析、判断，同化信息，而不能马上提出“水的压力与水的深度有什么关系？”让学生立即回答。

5、指导学生在事实的基础上，舍弃非本质属性，使本质属性逐渐突现出来。不少教师在学生观察实验并提出了许多看法后，往往提出问题：“那么，它们有哪些共同特征呢？”看似合理、实则无用。因为小学生还缺乏把多个事物的属性进行比较、分析的抽象思维能力。教师可以引导学生把非本质属性逐个拿出来与探究的一组事物“对号入座”逐个舍弃，使本质属性突现出来，当学生一次又一次地经历了这种思维磨炼之后，抽象概括能力就能得到培养和发展了。所以，在指导学生形成科学概念时，应特别注重指导学生如何去抽象概括。