——小学科学学习活动中构建科学概念的实践研究(永.doc

基于表象 构建概念小学科学学习活动中构建科学概念的实践研究永兴小学 邵纯2006年1月，在昆明举行的教科版科学教材培训会议上，中央教科所、教科版小学科学教材主编郁波老师作了题为关注科学概念的报告。郁波教授指出：对科学概念的关注和研究是当代科学教育的一个重要特点，也是当代科学教育发展的需要。一“语”激起千层浪，随着郁波老师的报告与广大科学教师的一次次见面，科学概念可以说是眼下小学科学教育界最为热火的话题之一，老师们对“科学概念”教学的关注程度已经达到了一个前所未有的高潮。从那次会议以后，教育科学出版社便着手开始对小学科学教材进行了修订，修订的一个主要目标就是注重科学概念和科学探究协调发展，强调对重要科学概念的理解，而不仅仅是事实。从关注事实性知识到关注科学概念，中国小学科学教育，迈出了关键性的一步。从此，科学教学从注重科学知识教学向关注科学概念教学转移。那么“科学概念”究竟是什么？在教学中我们该采用怎么样有效的策略来帮助学生来构建“科学概念”呢，我们有必要对这些问题进行探讨与研究。一、研究背景及意义1对科学概念的关注和研究是当代科学教育的一个特点512岁儿童科学教育的价值，是使孩子们在接受正式教育之初就能够发展起对自然以及对自己周围的世界的理解，建立起自己的观点和想法。如果他们在探索世界的过程中没有被科学地加以引导，那么他们形成的那些观念，就有可能是非科学的，并且可能妨碍到孩子们以后的学习。科学概念包括科学的观念和对科学的看法，当前，发展学生正确的科学观念，比让他们掌握大量事实性的信息（知识）更受到重视。我们要让孩子们用系统的调查来解释和检验自己的观念，从而缩短孩子自己的观念和科学的观念之间的距离，这也正是当代科学教育的一个特点。2对科学概念的关注和研究是当代科学教育发展的需要由中国和加拿大两国政府部门联合开发的“加强中国西部基础教育能力”项目在小学科学领域选择了“食物”“水”“植物”“声音”四个主题进行研究。项目组做的第一件事就是转化我国科学（36年级）课程标准中的相关要求。他们转化了什么？第一：将事实性目标转化成科学概念；第二：将课程标准中的要求转化为学生可以学习、教师能够把握的具体概念。例如，将“能指认植物的六大器官，知道各种器官的作用” 科学（36年级）课程标准 2.3.1， 转化为“植物由不同的部分组成，这些部分在植物的生长过程中发挥不同的功能”。项目组认为儿童了解这个概念比认识植物的组成部分更为重要。以主题和事实为中心的教学，属于较低水平的认知。超越所给的信息进行思维，获得重要的和可迁移的观念，才能适应知识膨胀和复杂的环境，因此促进和发展学生的深层理解力，提高思维标准，已成为各国科学教育的热门话题。3从关注事实性知识到关注科学概念，是中国小学科学教育必须迈出的关键性一步二十年前，刘默耕先生在美国小学自然课的点滴情况 1980年10月 上海这篇报告中，曾向我们介绍了美国的一套名为科学概念的教材，最后他说，“现在是1980年，如果我们从现在起开始研究，花个十来八年功夫也搞出一套满意的来。到80年代末也还能赶上趟儿。问题在于必须真正起步；慢得站不得，十来八年一晃就过去了，机不可失，时不再来。希望我们大家共同努力！”张之仁老师在2005年发表的“编写生物与环境（一）的回顾”这篇文章中也大声呼吁“怎样教育学生科学地看待自然，需要我们在自然课改革的基础上，向前迈进一步。”他认为美国STC教材的精华之处在于“用什么观念看待自然？” STC教材要求老师的任务不是单纯地教小学生研究植物学。从早期的自然学科到现在的科学学科，我们在许多方面发生了变化，但在对事实性知识的追求上，我们没有变，但从关注事实性知识到关注科学概念，是我们必须迈出的关键性一步。4加强对科学概念的研究，有助于解决当前课堂教学中存在的一些问题 目前对于科学教学三维目标的关系，我们始终把握不好。面对知识，我们既怕回到知识中心的老路上去，又不敢放弃。知识与过程的脱节，也是我们的科学探究活动往往流于表面的原因。教学目标表述的笼统与空泛，使我们的教学常常处于较低的认识水平，教师也难以把握。加强对科学概念的研究，有望使教学目标变得具体和清晰，进一步解决课堂教学中如何“做”的问题。5加强对科学概念的研究，有助于帮助学生发展科学概念提高科学素养。在探究式学习中，学生的科学概念、探究能力和情感态度价值观是同步发展的。从发展科学概念的角度，学生的学习可以分为检验观念、拓展经验、形成新的观念三个阶段。学生科学概念的发展过程将遵循：熟悉事物小观念大观念更大的观念理论和原理系统的顺序，这个过程不会反向而行。加强对科学概念的研究，有助于根据学生的经验一步一步地拓展他们的观念，真正的提高学生的科学素养。二、概念界定及相关研究综述1概念鉴定（1）表象表象是客观对象不在主体面前呈现时，在观念中所保持的客观对象的形象和客体形象在观念中复现的过程。表象是对感觉、知觉的重组和加工，接近于理性认识，在感性认识上升到理性认识的过程中有重要作用，但它还没有超出感性认识的界限，仍是感性的具体形象。 表象有如下特征： 直观性表象是在知觉的基础上产生的，构成表象的材料均来自过去知觉过的内容。因此表象是直观的感性反映。但表象又与知觉不同，它只是知觉的概略再现。与知觉比较，表象有下列特点：（1）表象不如知觉完整，不能反映客体的详尽特征，它甚至是残缺的、片断的；（2）表象不如知觉稳定，是变换的，流动的；（3）表象不如知觉鲜明，是比较模糊的、暗淡的，它反映的仅是客体的大体轮廓和一些主要特征。概括性一般来说，表象是多次知觉概括的结果，它有感知的原型，却不限于某个原型。因此表象具有概括性，是对某一类对象的表面感性形象的概括性反映，这种概括常常表征为对象的轮廓而不是细节。表象是感知与思维之间的一种过渡反映形式，是二者之间的中介反映阶段。作为反映形式，表象既接近知觉，又高于知觉，因为它可以离开具体对象而产生；表象既具有概括性，又低于词的概括水平，它为词的思维提供感性材料。从个体心理发展来看，表象的发生处于知觉和思维之间。（2）科学概念科学概念是指符合客观规律的，通过专门的实践研究，通过正确的思维而形成的人们对事物本质属性的正确认识，是科学探究过程中思维的产物，是反映同类事物本质特征的思维形式，是有组织的、有不同覆盖程度的、可以用抽象语言表达的、超越主题和事实的一些观念和思想，是一种心理图示。2相关研究综述对“科学概念”，不同的文章有不同的表述，不同的作者有不同的理解，归纳起来主要有两种观点。观点一：科学概念是组成科学知识的基本要素。持这种观点的有：苏教版教材编写组：“科学概念是组成科学知识的基本单元，是科学知识结构的基础。” 科学课 2008年第5期P14他们认为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。夏敏军的“科学概念是组成科学知识的基本要素，是科学知识结构的基础。” 科学课 2008年第2期P6杨晓雍的“科学概念既是科学理论系统的逻辑起点，又是科学研究活动的真正起点，是科学理论体系的基础。” 科学课 2008年第1期P8这里的“起点”“基础”就是“科学概念是知识的基本要素”的思想。持这种观点的人把“科学概念”放置于人类知识的背景之下，他们是从科学知识形成的视角来考察科学概念的。正如马建坤所说的“从科学理论体系的产生与发展来看，科学基于概念，科学概念不仅是科学理论体系的基本要素，而且在科学理论体系的形成及运用过程中起着决定性的作用。科学体系尽管内容极为庞杂，但都是用语言表达科学事实、科学概念、科学规则和科学理论。其中科学事实要用科学概念来描述，科学规则和科学理论也必须在科学概念的基础上引申发展、重新组合。” 科学课 2008年第1期P9从上面的一些观点中我们可以看出，他们把科学理论体系中的“科学规则、定律、和原理”看作是知识，然后把科学概念看作是组成这些知识的元素，把科学概念看作是科学知识的下位概念。观点二：科学概念是个体对科学知识的理解和看法。持这种观点的有：郁波老师的“科学概念是用一句完整的话，表达的对事物或现象的理解和解释。反映了事物或现象间的联系，体现的是一种科学的观念”。按照辞海的解释，表达概念的语言形式是词或词组。现在郁波老师把“科学概念”表达的语言形式为“一句话”，是一句“对事物或现象的理解和解释”的话。显然，这里的“理解”、“解释”是针对个体而言，因为不同的人有不同的理解，不同的理解就有不同的看法。王小梅老师的“科学概念更多地体现着一种观念和思想。” 科学课 2008年第4期P51王小梅认为科学概念建构的基础是一般的事实性知识，儿童在认识世界的过程中，直接接触的是某一个（或某一种）事实的现象，认识、理解这些事实现象，形成“事实性知识”仅仅是一种初级层次的思维活动，他们是更深层次的科学概念的建构基础。她的观点同样是从儿童认识、理解的角度考察“科学概念”的。持这种观点的人把“科学概念”放置于个体对人类知识的建构背景之下，从个体知识的形成的视角加以考察。把科学概念建立在“事实性知识”之上，同时把科学的观念和对科学的看法也包涵在“科学概念”之中。本课题组认为：科学概念是学生在认识与理解事实性知识基础之上的，带有符合自己心理特征的一定的看法和想法。例如：“热胀冷缩”这一概念，是人类通过不断探索所形成的人类所共享的，具有一定的客观性，不管用什么样的语种去描述，表达的意思都是相同的。但对于某一个具体的人（或一个人群）而言，在认识和理解上是由差异的，其内涵和外延并不是重叠，各自带有主观的愿望和先前的经验。如，我们科学教师对“热胀冷缩”的理解，绝大多数是“世界上大多数的物质受热后分子运动加快，体积会膨胀，受冷后分子运动减缓，体积会缩小”；而对孩子而言，他们的理解大多是“世界上的物质有受热体积增大，受冷体积减小的性质。”两者有明显的差异。因此，对同一个科学概念可以有多种表述，各人的表述也许都不一样。但是，作为科学教育并不能把人类的科学知识原封不动地灌输给孩子们，也不能停留在事实性知识的层面上，而应该是让孩子自己在对事实性知识认识的基础上，建立起对科学知识的理解和看法，形成自己的观点和思想，即“科学概念”。三、实践研究：操作框架及其实施策略根据表象产生的主要感觉通道，可把它分为运动表象、视觉表象、听觉表象，科学探究中教师和学生能否积极开展相关的表象活动，并充分运用这些表象，对掌握知识、发展思维、培养能力、构建科学概念具有十分重要的意义。1基本框架的构建表象可以是各种感觉的映象，有视觉的、听觉的以及嗅、味觉和触、动觉的表象等等，表象在一般人中均会发生，但也可因人而异。本课题的实践以运动表象、视觉表象、听觉表象三个通道为操作核心，以低重心的课堂教学为平台，以多策略的教学手段充分展开，如下图：图1 课题研究框架示意图：三通道、低重心、多策略 由于视觉的重要性，大多数人都有比较鲜明的和经常发生的视觉表象。很多事例说明，科学家和艺术家通过视觉的形象思维能完成富有创造性的工作，甚至在数学、物理学研究中都相当有效。听觉表象对言语听觉智能的形成起重要作用，运动表象对各种动作和运动技能的形成同样极为重要。以上三种类型的表象活动，在学生构建某一科学概念时所起的作用是相辅相成的，是同等重要的。例如钢琴以及提琴等弦乐器演奏，则既需要视觉、听觉表象，又需要运动表象的优势。2以“三通道”为核心的操作策略通道一：基于运动表象活动，促进学生科学概念的形成和发展1983年，心理学家加德纳提出了著名的“多元智能”理论，他提出运动智力和心理表象的形成有很大的关系。儿童正是在直观的动手操作和实践体验中积累了丰富的运动表象、空间表象等，相关概念的构建才成为可能。（1）开放的让学生经历一般性实验对比实验是目前小学科学学习中常用的探索、分析、解决问题的科学方法之一。其核心的一项技术即控制变量，所谓控制变量是指为了研究某个问题与影响它多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较、研究该问题与该因素之间的关系，得出结论，然后再综合起来得出规律的方法。这种方法在整个小学阶段的探究中应用比较普遍，所以可以说对比实验是一种比较常态的实验。修订后三上材料单元比较材料的韧性一课中就开始了对比实验思想的渗透：铁片、木片、塑料片、卡纸片的长、宽、厚要一致，伸出桌边的长度要一致，挂的重物的重量要一致，观察每种材料的弯曲程度，以此来判断它们的韧性，从而逐步构建不同材料有不同韧性的概念。在36年级的教学中这样对比性的探究实验为数不少，由于其普遍性，在构建概念的过程中应该引导学生积极地、开放性的去经历，使孩子们在充分经历的过程中主动形成表象，构建相关的科学概念。图2 用纸搭建的横梁例如：六上形状和结构单元抵抗弯曲一课“增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力”概念的构建。这是一组非常典型的应用对比技术进行探究的实验，学生在以往的学习中已经经历了很多类似的实验，积累了丰富的经验，所以在该课的教学中，我引导学生开放性的经历了方案的设计完善、实验的具体操作等探究过程，目的在于让学生在充分经历的过程中主动形成构建概念的有效表象。教学中引导学生讨论了可以用纸搭一座横梁来研究梁的宽度、厚度和抗弯曲能力之间的关系的实验方案（图2），实验完成后学生们汇总了获得的数据，交流了观察到的现象和自己的发现：生：我们组发现增加横梁的宽度可以提高横梁抗弯曲的能力。师：你们为什么这样认为？生1：在刚才的实验中我们用一倍宽的纸条放在了两本书的中搭了一座横梁，放了3个垫圈横梁就触底了，两倍宽的纸横梁放了7个垫圈触底，四倍宽的纸横梁放了10个触底了，所以我们认为增加横梁的宽度可以增加横梁的抗弯曲能力。师：有其它发现吗？生2：我们发现，一倍、二倍、四倍宽的纸梁和一倍、二倍、四倍后的纸梁使用的材料是一样多的，但二倍、四倍厚的纸梁比二倍、四倍宽的纸梁能承受的垫片要多的多，所以我们认为增加厚度比增加宽度效果更好。学生的汇报都是建立在实验操作的基础上的，很有条理，可见在他们的脑海中已经有了搭在两本书之间的横梁和整个实验流程、实验现象的表象，结合全班汇总的数据很好的建立了“增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力”这一概念。在36年级科学教材中类似的对比实验还有很多，例如单摆的研究、电磁铁的研究等等，因此在操作的过程中我们应该有意识、开放性引导学生经历这些实验，使学生主动积极的形成表象为构建相关科学概念服务。（2）有梯度的让学生经历结构性实验学生是否能够顺利的构建起相关的科学概念，很重要的是在一些关键性的实验过程中能否形成有效的、相应质量的概念表象，关键性实验的表象一旦形成，构建概念就显得相对容易了。如六上第二单元形状与结构中46课的探究活动都是建立在第3课拱形的力量所建立的概念的基础上的，因此关于“拱形为什么能承受很大的重量”这一概念的构建显得尤为重要。在该概念构建过程中的实验呈现出梯度性的重复过程，过程如下：用卡纸做一个拱，在拱上加重物（图3一）用卡纸做一个拱，用拱足（书）把拱固定住，在拱上加重物（图3二）用卡纸做一个拱，用拱足（书）把拱固定住，增加拱足的重量和厚度，在拱上加重物（图3三）。探究过程中在拱上加重物重复了三次，但这三次是梯度性推进的，每一次实验学生的观念中都形成一个相应的表象，后一个表象都是在前一个表象基础上的提升，最终构建概念。图3 用卡纸做的拱下面两个片段是学生在汇报中的一些对话片段一：生：老师，我们发现了一个新的现象。师：什么现象？生：我们组实验时用4本书与用5本书作为拱的拱足，但拱都只能承受21个垫片。师：是吗？那这现象说明了什么问题呢？可以怎么来解释呢？生：用4本书作为拱足比用两本书能承受更多的垫片，但5本和4本的效果是一样的，说明拱能承受的重量并不是一直随拱足的厚度增加而增加的，如果到了一定程度拱足的厚度与所能承受的重量就没有关系了。片段二：师：在实验过程还有什么新的发现吗？生：我们组发现拱的抗弯曲能力与拱的跨度有关？生：我们组还发现有时候拱足被拱推向两侧了，拱倒塌了。师：是的，这说明了什么呢？生：当拱足的重量小于加在拱上的重量时，拱足就会被拱推向两侧，拱也就倒塌了。学生的汇报很精彩，精彩是因为他们不但掌握了拱形能承受很大重量的秘密，而且有了自己新的发现和观点，学生之所以有自己新的发现和观点，是因为他们对这个问题的实验探究是经过了充分经历的，并且在观念中形成了清晰的表象，如表象一：实验时用4本书与用5本书作为拱的拱足，拱都只能承受21个垫片，拱能承受的重量并不是一直随拱足的厚度增加而增，如果到了一定程度拱足的厚度与所能承受的重量就没有关系了。表象二：当拱足的重量小于加在拱上的重量时，拱足就会被拱推向两侧，拱也就倒塌了。因此，教学中我们要善于分析实验的结构，理清实验过程中各个环节的关系，有计划的梯度性推进，要善于诱导学生进行认真观察，善于捕捉稍纵即逝的现象，建立正确、有效的表象，促进学生概念的构建。（3）让学生在单元整组性实验中经历探索从培养形象思维能力的角度出发，探索性实验所起的效果优于验证性实验，因为探索性实验做于科学概念建立之前，实验所获得的一系列表象，恰好用来进行思维加工，使形象思维与逻辑思维相得益彰，生动、形象、具体地归纳出现象或规律。这样获得的现象或规律，既有利于学生理解，又有利于学生概念的构建，因此，在当前以单元探究为主线的科学学习过程中，应创造条件，认真实施探索性学生实验，注意对整个单元的探究活动进行全面地系列安排，使前一个探索实验和构建的概念为后续的学习服务，从而把探索性实验贯穿单元概念构建的始终。以六上能量单元核心概念“电能生磁，能量有多种形式，不同形式的能量可以相互转化”的构建为例，见表1：课题实验名称形成的表象构建的概念1电和磁通电导线和指南针，通电线圈和指南针。指南针接近通电的导线和线圈发生了偏转。电流可以产生磁性。2电磁铁制作铁钉电磁铁；铁钉电磁铁的南北极。电流可以产生磁性。在铁钉上绕上线圈就成了电磁铁，通电后能吸引回形针，与指南针靠近会出现相互吸引和排斥的现象，改变电池的正负极接法或线圈绕线的方向会现象会发生变化。改变电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的性质。改变电池的正负极接法或改变线圈绕线的方向会改变电磁铁的南北极。3电磁铁的磁力（一）电磁铁磁力大小与线圈圈数的关系。电磁铁上线圈圈数越多，吸引的回形针越多，线圈圈数越少，吸引的回形针越少。电磁铁的磁力是可以改变的，线圈圈数越多，磁力越大；线圈圈数越少，磁力越小4电磁铁的磁力（二）电磁铁的磁力大小与电流大小的关系电磁铁连接的电池数量越多，吸引的回形针越多，用的导线越粗，吸引的回形针越多，用的铁钉越粗，吸引的回形针越多。电磁铁的磁力大小与使用的电池数量、线圈粗细长短、铁芯粗细长短等因素有关。5神奇的小电动机小电动机转动的秘密。小电动机内部的转子其实就是电磁铁，通电后与两边的磁铁发生相互吸引和排斥的作用，所以转动了。用电产生磁，利用磁的相互作用使小电动机转动7电能从哪里来我们来发电用手转动小电动机后，连在上面的导线能使指南针的磁针发生偏转，水、风等可以带动发电机转动发电。发电有多种方法，电能都是其它形式的能量转化来的。表1 能量单元表象与概念的联系整个单元共设置了七组探究实验，在探究的过程中，这七组实验是以单元整组推进的形式出现的，学生在经历了一个个探究实验后，分别形成了相对独立的表象，在完成整个单元的实验过程中，学生之前形成的各个表象之间就相互串联了起来，学生观念中就形成了一个新的表象，最后帮助学生构建单元“电能生磁，能量有多种形式，不同形式的能量可以相互转化”的核心概念。我们现在的教材都是以单元为单位设置的，在教学中我们应该树立单元整组教学的观念，在构建科学概念的时候以整组有结构展开的形式让学生始终处在一种探索的环境中，帮助学生形成相应的表象，并利用上述等获得的表象，使形象思维与逻辑思维相配合，从而最终构建概念。（4）让学生在游戏化的实验中快乐的感知在科学课中引入游戏，让学生在生动活泼的气氛中，在欢乐愉快的活动中、在激烈的竞赛中，不知不觉地就学到了科学知识，或者懂得了深奥的科学道理，从而在学生的心灵深处留下深刻的印象。六上年级轮轴的秘密的教学中，我安排了“小女生战胜大力士”这样一个游戏活动：请班上的一位小女生和一位个子高大的男生比赛。规则是：女生手握螺丝刀柄，男生手握螺丝刀的刀杆。老师说开始，两位同学同时向相反的方向旋转，看谁能取胜。结果手握螺丝刀柄的女生赢了。请这位女同学来说说取胜的原因。通过游戏活动使学生认识到，对螺丝刀而言，在刀柄（轮）上用力比在刀杆（轴）上用力省力。今后的生活和学习中如果碰到有关轮轴问题的时候，学生就会在脑海里浮现出科学课堂上那个生动的游戏场面。自然而然地从游戏画面中抽象出了正确的科学概念：作用在轮上的力比作用在轴上的力省力。今年上半年，我校与兄弟学校进行校际交流。同事上了一堂五下年级空气的热胀冷缩的课。“怎样解释空气的热胀冷缩现象？”这个环节中也设计了一个模拟空气微粒运动的游戏。请一部分同学扮作空气微粒，站在中间，另一部分同学则手拉手绕着“微粒”围成一圈，作为“气球”。当“空气微粒”安静地挨个站在中间时，拉手的同学需要围成多大的圈？在地上作好记号。然后请“空气微粒”们手舞足蹈或作剧烈运动，这时拉手的同学需要围成多大的圈？这个“模型”游戏将“微观世界”放大，让学生们扮演一个个空气分子，模拟空气分子的热运动。把一种看不见，摸不着，但又实际存在的现象用一种模拟的方法展现在我们眼前。直观地解释了自然界热胀冷缩的现象，同时也为后续研究固体热胀冷缩现象奠定了基础。通道二：基于视觉表象活动，促进学生科学概念的形成和发展视觉是学生获取信息最重要的感官之一，探究过程中学生通过视觉这一感官获得信息的对象有二：一是对实验过程的观察，二是对黑板或大屏幕上板演等文本的内容。一次成功的示范、演示、板演，能起到千言万语说不清、一看就分明的作用，给学生留下深刻的表象，对概念的构建起到积极的作用。（1）以直观的演示操作为学生打开构建的大门在学生科学概念构建的过程中，引导性实验起着举足轻重的作用，在这类实验的处理上我们应该深入的考虑展开的方式，比如是放手让学生去自己去经历还是与学生一起来探究。如果紧扣教学过程的各个环节，采用引导性演示并密切配合内容的讲解，能起到深化理解知识、帮助建立表象、进而抽象概括形成概念的作用。引导性演示实验不能先由教师做给学生看，再讲给学生听，把学生当作被动接收的“仓库”，使演示与学生的思维活动脱节，忽视学生学习的主动性，教师要在演示的同时引导学生观察，不断启发提问，让学生分析、讨论，充分调动学生学习的积极性，使概念合情合理地被构建起来。比如，在六上结构与形状单元第一课抵抗弯曲的教学中：图4 用条木做的横梁课进行到了最后，为了检验一下学生对知识的理解情况，我出示了课开始时呈现的那根长方体条形木，问学生：“现在如果用这根条形木来做横梁应该怎么放？”“竖直了放”学生异口同声的回答（图4一），看来学生对“增加横梁的厚度比增加宽度抵抗弯曲的能力更强”这个知识的理解已完全没有问题了。在设计教案的时候就曾预设：如果学生对课的知识点没有问题的话，那么就帮助学生将思维推向更高的层面，进一步构建“横梁抵抗弯曲的能力与厚、宽的比例也存在一定关系”的相关概念。怎么来完成这个目标呢？最后我呈现一个问题：那么是不是横梁的厚度越厚越好呢？我把这个问题抛给了学生，学生们不假思索的回答：“是”。我微笑的看着学生，并没有马上作出评价，这时我感觉到学生开始深入的考虑这个问题，对刚才的回答好像有了不一样的答案，果然有学生举手了，我问他：“你有什么要说的吗？”“老师，我觉得横梁的厚度也不是越厚就愈好”他回答。我追问到：“能谈一谈你为什么这样想吗？”他摇摇头，看的出，他有了自己的想法，只不过用语言无法表达。为了帮助学生进一步理解这个问题，我又拿出一根条形木并把它叠加到了第一块上面（图4二），这时又有学生举手了“老师，我觉得如果太厚了，横梁可能不稳定，会倒的。我想宽和厚之间应该有个照应。”“是吗？如果老师再给大家一块条形木，这根应该怎么样放能使横梁既稳定有坚固呢？谁能来放一放？”让学生考虑了一下后，我请了一位平时并不积极的学生来摆放，他把两块横叠在了一起，第三块横着放在了上面（图4三），这样就形成了很好的宽厚比例，使横梁既稳定有坚固了。课后我反思，如果当时就出现宽、厚比例的话学生并不见得能马上理解，原因是学生在自己观念中没有形成横梁很厚的表象，但学生在老师的引导下经历了这个过程之后，脑海中就有了宽、厚比例的印象，“照应”这个词的出现，恰恰很好的表明了学生在内心已经对这个问题有了自己的理解，这正是我们科学教学所需要的，那么为什么学生会用这个词来表达自己对这个问题的理解呢？我认为很关键的是学生对这一课所研究的过程形成了“横梁宽、厚的比例与横梁抗弯曲能力存在一定关系”的表象，正因为整堂课一步一步形成的表象，学生才主动的构建了相应概念，思维才进一步向前发展了。临近下课的时候，我与学生交流：“那么横梁的宽厚到底成一个怎么样的比例，横梁抗弯曲的效果才是最好的呢？”学生的小手马上举的高高的，但我没有让一个学生站起身来回答，让他们课后去研究吧教师规范而直观的演示实验操作，不仅能激发学生的学习兴趣和探究欲望，而且能把实验现象和过程完整地呈现在学生的面前。学生通过细致的观察、深入的思考、严谨的分析，使具体表象印在脑中，促进科学概念的形成与发展。如在教学四上年级物质在水中是怎样溶解的一课时。先让学生观察高锰酸钾颗粒，然后学生猜测，把它放入水中会怎么样，再把高锰酸钾放入水中，让学生仔细观察高锰酸钾的变化。在老师的操作下，高锰酸钾颗粒在水中像紫色的丝带拖入杯底，像“仙女散花”，不一会儿整杯水都变成了紫色。这时，老师问：你看到了什么？学生说：高锰酸钾颗粒下沉，把所过之处的水染成了紫色。高锰酸钾颗粒逐渐变小；高锰酸钾附近的水颜色深，并不断向颜色浅的地方扩散。高锰酸钾颗粒看不见了；水的颜色很均匀。老师继续问：水的颜色很均匀和高锰酸钾颗粒看不见有没有关系？高锰酸钾没有了吗？水变成了紫色是谁搞的鬼？学生汇报，老师小结：高锰酸钾在水中溶解的过程，实际上是高锰酸钾微粒在水中扩散的过程。 学生通过亲身感受高锰酸钾颗粒在水中的变化过程，学生们对“溶解”概念的形成经历了从“高锰酸钾慢慢消失、慢慢变扩散”到“微粒、均匀分布”，在脑海中勾勒出了“均匀”、“扩散”等几个与“溶解”概念相关的关键词的形象，而且生动直观。学生永远也不会忘记那杯被高锰酸钾颗粒染成的紫颜色的水。教师再用这个实验现象让学生去解释：为什么食盐水的每个地方都一样咸?或者其他的溶液，就很容易达成了。（2）以生动的实物材料给学生留下鲜活的表象小学生抽象思维能力不强，而对形象直观的事物的记忆比较深刻。我们可以运用实物、图片或简笔画等直观手段呈现学习情境，给学生留下生动鲜活的表象。实物教学的好处是容易使学生产生亲近感，学生乐于接受，印象较为深刻。学生通过观察实物，并根据观察所得画出其形象，突出被观察事物的主要特征。可以为自己的“心灵地图”着上丰富的颜色，并促进其科学概念的形成与发展。在上五下年级物体在水中是沉还是浮一课时，教师一开始就向学生出示了小石块、泡沫塑料块、回形针、蜡烛、啤酒瓶盖、木块、橡皮等实物。让学生先预测，再实验。看看有没有出现预测错误，思考这是为什么？同时全班讨论，我们在预测时，判断物体沉浮的依据是什么？影响物体沉浮的因素有哪些？为后续研究作了很好的铺垫。再如，上四下年级各种各样的岩石前，布置学生自己去收集岩石，教师也准备几种形态比较典型的岩石。提供有结构的、能让学生展开充分探究的岩石，是保证本课教学顺利进行的关键。课上学生拿着自己收集来的岩石，按照老师的要求饶有兴致地观察起来。摸摸这个、敲敲那个，闻闻这个、扣扣那个。同学之间互相交流着、比较着，学生对一些岩石的特征有了一定的了解，同时为接下来给岩石分类以及召开岩石展览会提供了鲜活的实物材料。教学时，除了用实物展示外，我们还用图片或简笔画来突出事物或现象的本质特征。在三上年级动植物单元中，通过观察大树，让学生把自己观察到的大树的样子画下来。树的特征：树冠、树干就跃然纸上。同样把观察到的蚂蚁的样子也用笔画下来，蚂蚁的主要特征：头胸腹、三对足、一对触角就呈现在了学生的面前。这样的教学还有很多很多（3）以形象的多媒体课件激发学生构建的兴趣多媒体教育是把计算机技术、多媒体技术和现代教学方法有机结合起来的一种辅助教学手段。小学科学课本中，有很多内容仅仅是少量文字表述或简单图画的展示，由于学生年龄小，知识面窄，理解能力不强，观察不细致，生活经验少，很难进行探究式学习。必须借助于形象直观的材料来进行教学，而多媒体正是最好的载体。在多媒体环境下，可以为学生提供大量的感兴趣的信息资源，再现真实的情景，使学生在轻松、活泼的良好氛围中自主、积极地学习，为自己的心灵地图“润色”。同时也拓宽了学生的眼界，增强了学生探索知识的强烈欲望。从而产生学习科学知识的浓厚兴趣。计算机多媒体技术集声音、画面、文字、显示于一体，能展现微观世界，微缩宏观世界，模拟实验现象，打破了学生认知中的时空界限，得到了学生的主动参与，激发了学习兴趣，符合学生的思维习惯。科学老师都清楚，地球、宇宙单元难教。这些内容对于学生来说不容易体验，不能用实物研究，需要凭时空想象、做模拟实验来构建科学概念。但也是很困难的。今年9月，有幸参加了省一等奖优质课观摩活动。展示的五堂课都是地球、宇宙单元的内容。每堂课都运用了多媒体辅助教学，教师把大量的视频信息展示给学生。如一位老师在教学月相变化时就把月相的变化过程用实际晚上拍摄的照片的形式向学生展示，认识满月、上弦月、下弦月等月相。从而掌握月相圆缺变化的规律。在认识月球的环节中，该老师出示了央视的一个新闻视频片段，内容是我国嫦娥一号卫星传回的一张月球照片，通过专家的解读使学生对月球有了一个较为清晰的认识。同样有位老师上的地球内部运动引起的地形变化时，也运用了大量的视频资料。有地球内部运动的动画演示、板块运动与裂谷、海洋形成的动画演示、火山喷发的录像等。学生目不转睛地观看着，神情专注。这时不需要老师作过多的解释和讲解，在学生的脑子里已经形成了生动的心灵地图。原来地球内部是这样运动的，火山喷发是如此的壮观，板块运动是那么神奇，从而建立起地球内部运动与地形变化的关系。在教学日食和月食一课时，教师事先制作成多媒体课件，通过动画展示三种天体月球、地球、太阳从左至右的位置关系，演示三球同时运动，当月球绕地球运动到地球在太阳照射下的影区，月球逐渐由部分变暗到全部变暗，此时月偏食、月全食便发生了。这种动画的辅助，使月食发生的原因和规律变得比较形象易懂，有助于学生建立表象促进科学概念的形成与发展。又如在学习观察我们的身体一课，讲到身体内部结构这一教学内容时，学生对自己身体内部的研究很感兴趣，但苦于看不到，只能是通过教师的讲解，学生通过抽象的想象去理解，去回答问题，这样的学习，学生会觉得枯燥乏味。现在教师采用多媒体课件来进行教学，播放身体内部结构的示意图，动态的心跳、胃的蠕动等，再加上教师以讲解员的形式进行旁白。学生观看到了平时不可能看到的画面，倾听老师的旁白，兴趣顿生，求知欲受到激发，注意力被画面和动画吸引过来，学生就在愉悦的心境中，进入了学习的佳境。从这些课的教材内容呈现来看，不见得有那么形象，但是老师借助于现代化的教学手段，使原先枯燥的、深奥难懂的内容变得有声有色，激发了学生的学习兴趣，在他们的脑海中留下了深刻的印象。（4）让学生在展示成果的体验中巩固形成的表象科学概念的构建，实践操作功不可没，但如果在学生通过一定操作形成了自己的表象之后，再进一步对表象进行强化，那么对于概念的构建将起到事半功倍的效果。探究中学生不知觉的产生了一些表象，但这些表象还具有不稳定、模糊的特点，如果对这些表象不加以再现、整理、强化，那么学生将这些零散的表象结构化、系统化就有一定的难度，难以完整的建构起相应的科学概念。如果探究后将学生的实验过程或成果加以再现、展示，那么对学生整理观念中已存表象将起到促进的作用。如在六上第一单元工具和机械第二课杠杆的科学中，在学生认识了“像撬棍这样的简单机械叫做杠杆”后，紧接着要帮助学生构建“杠杆省力与否与杠杆的三个点的位置有关”的概念，对于这一过程的教学我作了两次不同的尝试，过程简述如表2：第一次教学（A班）第二次教学（B班）1 质疑：用杠杆撬起重物一定省力吗？ 怎样做才能省力？学生发表自己的见解。2 师介绍杠杆尺是研究这个问题的好工具，介绍杠杆尺的结构和特点。3 师生讨论、完善研究方案。4 学生按照方案探究。5 学生统计实验数据。6 师生分析数据发现规律。16教学过程与第一次教学保持一致。7小组上讲台展示研究成果，结合发现的规律再现实验现象。表2 杠杆的科学两次教学的比较两次教学最大的不同就是，第二次教学在师生分析数据发现规律后我又安排了一个组上台展示探究成果，再现实验过程。第二堂课我对两个班的学生就“有的杠杆能省力，有的杠杆不省力，有的杠杆不省力也不费力”这一概念的理解掌握情况做了一个小小测查，测查题如表3：1。请把“用杠杆尺研究杠杆的秘密”这个实验的过程和现象简单的描述一下。2在 情况下，杠杆省力？3在 情况下，杠杆费力？4在 情况下，杠杆不省力也不费力？表3 杠杆的秘密测查题测查结果：（1）A班有40左右的学生能简单描述实验过程和现象，B班有60左右的学生能简单描述实验过程和现象。（2）A班有80左右的学生能回答24题内容， B班有90左右的学生能回答24题内容，部分学生在回答的过程中能用实验现象加以解释。从教学效果来看，最后让学生上讲台向全班同学展示自己组的成果并再现实验现象，对强化学生的已有表象确实起到了一定的作用，作用有二：（1）上台展示的小组成员在展示的过程中概念表象得到加强。（2）其他小组在观看的过程中对自己组的实验现象和其它组的现象有了一个比较，加深对实验的印象，强化了形成概念的表象。（5）以结构化的板演梳理理清表象内在的联系表象可以针对具体事物形成，也可以对图像、文字形成，图像是一个数学概念，可以用来表示物理量之间的变化关系，很直观，在科学教学中有着广泛的应用，在实验中，运用图像来整理知识，探究内在的物理规律，构建科学概念具有独特之处。应该说对图像等产生的表象是更上位的表象形式，更接近于抽象概念，对需要经历多个步骤构建的科学概念具有更积极的作用。板书在黑板或屏幕上图像可以是对实验过程的描绘、可以是对各概念间关系的解释等等，对这些图像的板演实际上就是把学生对实物的表象向科学概念抽象、归纳、形成的过程。优秀学生头脑中的概念是以条理化、纲领化的形式呈现的，其表象有内在的联系，并有系统、按层次排列，这正是我们科学教学索追求的。图6 拉力小车示意图如在教学我们的小车一课中，要构建“足够的拉力能够使静止的小车运动起来，拉力越大，物体运动的越快”的概念，在引导学生认识了重力之后，我在黑板上画了一个圈，并在旁边板书了“重力”（图6一）。然后将小车平放在演示台（图6二），出示几个垫片，问：“你能利用垫片的重力让我们的小车运动起来吗？说说你的想法？”在学生汇报了自己的想法后，接着继续引导：“再给你一根带钩的绳子（将绳子悬挂在木板上）你有办法吗？”，学生讨论汇报，根据学生的汇报我继续在前两幅图的基础上画图（图6三），并分析“装置中垫圈、绳子、夹子、挡板分别起到了什么作用。”完成后要求学生按照装置图安装小车。在学生完成了实验装置的安装后，引导学生对“拉力大小与小车运动关系”进行了研究，研究活动分两个环节，探究活动一：小车动起来需要几个垫圈？研究活动二：拉力大小与小车运动的快慢关系。学生根据探究方案对两个主题进行了积极的探究，最后对探究中的数据进行了分析，根据分析的结果最后将整个探究活动和规律用图的形式在黑板上展示了出来（图7）。图7 拉力大小与速度快慢关系分析图在整个过程中，学生脑海中的表象，随着探究的进程一点一点的在黑板上呈现，通过动手实践和板书整合，最后将整个过程结构化，使学生构建了“足够的拉力能够使静止的小车运动起来，拉力越大，物体运动的越快”科学概念。在其他概念的构建过程中，教师也可以有意识地引导学生采用图像来构建概念。例如在简单电路的探究中，可在学生用实物连接了电路后，相应的在黑板或大屏幕上展现出来，在图中标出电流的方向，如此有助于学生理解和记忆。这样把数形结合、图形与文字结合起来处理数据、描述物理规律，能很好地促进结构性表象的形成，并有效构建科学概念。（6）引入概念图的使用勾勒学生心灵的表象地图修订后的科学教科书引入了多种形式的概念图和图表，因为它们是学生学习科学的有用工具。运用这些工具，学生可以记录和加工整理信息，同时用来描述概念。教师也可以借此了解学生的初始想法，为教学确定起点。如在归纳水和空气、食用油和水的特点比较的时候就用到了维恩图，很直观地把两者的相同点与不同点展现出来。再如在教学材料单元时，要让学生认识“金属”和“塑料”的特性过程中也用上了“气泡图”，把各种特性一一进行概括，整合在了一张图上，便于学生掌握。今后学生接触到这两种材料后，在他们的头脑中就会提取出课堂上画过的“气泡图”，材料的特性也就自然地再现出来了。透明流动无固定形状黄色有气味粘手轻无色无气味不粘手重看得见摸得着不易压缩重看不见摸不着易压缩轻无色无味透明流动空气 水 水 食用油图8 空气和水的比较 图9 水和食用油的比较韧性好不吸水绝缘不透气耐腐蚀塑料有韧性易传热能导电有光泽延展性金属 图10 金属的特征 图11 塑料的特这样的方法在小学科学教学中很多地方被用到，有利于学生概括出概念的本质特性，并以图像的方式存储在大脑中，想忘都忘不掉。通道三：基于听觉表象活动，促进学生形成和发展科学概念研究表明：同样的学习内容，单纯用听觉学习、单纯用视觉学习、视听并用学习，三小时后，记忆效率分别为：60，70，80；三天后，记忆效率分别为：15，40，75。语言描绘的独特之处，正在于能针对现象适当配合解说，使视觉和听觉并用，以形象和声音来表现内容，促使左、右脑同时工作，提高表象的质量。（1）通过准确的语言重组，巩固学生脑海中的表象学习是学习者主动建构知识的过程，而不是由教师把知识简单地传递给学生，学习者在学习过程中，根据自己的经验背景，能对外部信息进行主动地选择、加工和处理，从而获得自己的意义，这种建构是他人无法取代的。学生在经历探究活动的过程中，就在自觉不自觉的对获得的信息进行加工和处理，从而形成适合自己的表象，但表象具有动摇性和模糊性，此时就要通过其它的途径去提高它的品质，如可以遵循记忆规律，通过复述反复呈现表象，使表象更加丰富和稳定。创造性复述是学生对语言材料吸收、存储、内化、整理和表达的过程，学生可以根据自己的理解改组过程，用自己的言语表达理解，加深对实验现象的理解、巩固、积累，巩固并提高表象的质量，因此，在实验之后，我们不要急于进行分析，要注意对学生表象活动的训练，应当让他们回忆过程，根据自己的理解重组表象并复述探究过程，在巩固表象基础上去分析。如五上第四单元运动和摩擦力的教学，单元研究的是机械运动，在研究运动的过程中让学生认识各种不同的力，对力的研究贯穿单元的始终。本课从认识生活中摩擦现象后，通过体验、测量初步建立摩擦力的概念，然后通过探究活动，研究影响摩擦力大小的两个因素（接触面状况和物体重量），活动的着力点是识别和控制变量，从而进一步建构摩擦力的概念。在引导学生感知了生活中的摩擦力现象后，构建摩擦力概念的探究开始了：1游戏：神奇的摩擦力。（1）师引导：昨天不知谁恶作剧，把我的两本备课笔记一张一张插在一起了（出示插在一起的两本备课笔记），如果要把它们抽离开来，纸张与纸张之间有摩擦现象吗？请一位同学来试一试。（2）学生尝试。（3）讨论：为什么抽不出来？把你刚才是怎么做的，有什么感受和大家说一说好吗？（4）生复述。（5）师小结：这种神奇的力我们把它叫做摩擦力，今天我们就来研究这种神奇的摩擦力。（板书“摩擦力”）2体验摩擦力的存在，理解摩擦力的概念。（1）师引导：摩擦力在我们的生活中到处可见，而且是可以感觉到的，那么摩擦力到底是一种什么样的力呢？想不想来感受一下？让我们来感受一下摩擦力吧！来，我们把手轻轻的摁在桌面上，然后把手向前推，第二次把手离开桌面轻轻的向前推，感受一下两次动作有什么不同。（2）学生感受。（3）师：能把刚才的实验过程和感受用自己的语言说一说吗？（4）生复述。（5）师小结：这种力就是我们的手在桌面上运动的时候受到的摩擦力。在生活中摩擦力也是很普遍的，你能不能有一句话来描述一下摩擦力到底是一种怎么样的力？（4）学生用自己的语言描述摩擦力。（5）师小结：当一个物体在另一个物体表面运动时（师用两个手掌同步作出动作），在两个物体之间会产生一种阻碍物体运动的力，这种力就叫摩擦力。在这一过程中，为了巩固学生对实验过程和现象的表现，我安排了学生两次复述：（1）为什么抽不出来？把你刚才是怎么做的，有什么感受和大家说一说好吗？（2）能把刚才的实验过程和感受用自己的语言说一说吗？这两次复述任务是针对两项表象内容实施的，即：纸张与纸张之间有摩擦现象；手在桌面上运动的时候受到了一种阻碍手运动的力的作用。这两个活动表象的建立对构建摩擦力概念是相当关键的，因此要让不稳定且模糊的表象清洗起来并加以巩固，复述过程和现象显然是