破茧成蝶：初中《科学》前概念转化的教学策略探索

破茧成蝶：初中《科学》前概念转化的教学策略探索一、引言1.1研究背景与意义科学教育在初中教育体系中占据着举足轻重的地位，是培养学生科学素养、逻辑思维与实践能力的关键途径。初中阶段作为学生系统学习科学知识的重要时期，学生在接触科学课程之前，并非如一张白纸，而是通过日常生活体验、大众传媒信息、简单的观察与思考等方式，在头脑中已然形成了对自然现象和科学知识的一些固有认知，这些认知被称为前概念。前概念广泛存在于初中学生的科学学习过程中。例如在力学知识的学习前，不少学生认为物体只有在受力的情况下才会运动，一旦失去外力作用就会立刻停止，这与牛顿第一定律所阐述的物体具有保持原有运动状态的惯性这一科学概念相违背；在学习光学知识时，部分学生觉得白色和无色是等同的概念，或者认为透明就等同于无色，这显然与科学上对颜色和光的本质的准确认知存在偏差；在学习化学知识时，很多学生对“燃烧”的前概念仅仅局限于日常生活中看到的火焰现象，认为只有有火焰的反应才是燃烧，这使得他们在理解诸如铁在氧气中燃烧等没有火焰产生的燃烧反应时存在困难，与科学概念中燃烧是一种剧烈的氧化反应的定义不符。这些例子充分表明前概念在初中科学知识的各个领域都有所体现，并且对学生的科学学习产生着不容忽视的影响。前概念对初中学生科学学习的影响是复杂而多面的，既具有积极的一面，也存在消极的影响。从积极方面来看，一些与科学概念相契合的前概念，能够为学生理解科学知识提供一定的基础和认知起点。比如学生在生活中观察到物体的热胀冷缩现象，在学习热学知识时，这一已有的前概念有助于他们快速理解物体温度变化与体积变化之间的关系，降低新知识的学习难度，激发他们对科学知识的探究兴趣。然而，大量的前概念与科学概念之间存在着偏差甚至是完全错误的，这就成为了学生学习科学知识的阻碍。这些错误的前概念在学生头脑中往往根深蒂固，由于学生长期以来的生活经验和思维习惯，使得他们对这些错误认知深信不疑。当学习正确的科学概念时，这些错误前概念会与新知识产生冲突，导致学生难以理解科学概念的本质，影响知识的掌握和应用。例如在学习电路知识时，学生可能会受到日常生活中“电是从电源流出，用完就没有了”这一前概念的影响，难以理解在闭合电路中电流是持续循环流动的科学概念，进而在解决电路相关问题时频繁出错。基于前概念对初中学生科学学习的重要影响，深入研究初中学生《科学》前概念转化的教学策略具有极其重要的现实意义。从学生个体发展的角度来看，有效的前概念转化教学策略能够帮助学生突破错误认知的束缚，准确理解科学概念，构建系统的科学知识体系，提升科学素养，为他们未来的学习和生活奠定坚实的基础。科学素养不仅包括对科学知识的掌握，更涵盖了科学思维、探究能力以及对科学的态度和价值观。通过转化前概念，学生能够学会运用科学的思维方式去思考问题，提高解决实际问题的能力，培养对科学的热爱和探索精神。从教育教学的角度而言，研究前概念转化的教学策略能够为教师的教学提供有力的指导，帮助教师更好地了解学生的认知水平和思维特点，因材施教，提高教学的针对性和有效性。教师可以根据学生前概念的具体情况，合理设计教学内容和教学方法，选择合适的教学时机，引导学生实现前概念向科学概念的顺利转化，从而提高科学教学质量，推动科学教育的发展。同时，对前概念转化教学策略的研究也有助于丰富科学教育理论，为教育改革提供有益的参考，促进教育理论与实践的紧密结合。1.2研究目的与方法本研究旨在深入剖析初中学生在《科学》学习过程中前概念的特点、形成原因及其对学习的影响机制，探寻切实有效的教学策略，以促进学生前概念向科学概念的顺利转化，提高初中科学教学的质量和效率，培养学生的科学素养和综合能力。具体而言，期望通过本研究，为教师提供具有可操作性的教学指导方案，帮助教师更好地了解学生的认知起点，优化教学过程，激发学生的学习兴趣和主动性；同时，丰富和完善初中科学教育教学理论，为科学教育领域的研究贡献新的思路和成果。为达成上述研究目的，本研究综合运用多种研究方法：调查法：通过问卷调查、访谈等方式，全面收集初中学生在不同科学知识领域的前概念数据。例如，针对力学、光学、热学等板块设计专门的问卷，了解学生对力与运动关系、光的传播特性、热传递本质等问题的已有认知；对学生和教师进行访谈，深入了解学生前概念的形成途径、教师在教学中对前概念的处理方式及遇到的问题。通过对这些数据的分析，精准把握初中学生科学前概念的现状和特点。文献研究法：广泛查阅国内外关于前概念、科学教育、教学策略等方面的学术文献，包括学术期刊论文、学位论文、教育研究报告、专业书籍等。梳理前人在相关领域的研究成果和研究方法，为本研究提供坚实的理论基础和研究思路借鉴，避免研究的盲目性，确保研究在已有成果的基础上有所创新和突破。案例分析法：选取初中科学教学中的典型案例，深入分析在实际教学情境中前概念对学生学习的影响以及教师所采用的教学策略的有效性。例如，分析在“电路连接”教学中，学生因“电是从电源流出，用完就没有了”这一前概念导致的学习困难，以及教师通过何种教学手段帮助学生纠正错误前概念、建立科学概念。通过对多个案例的细致剖析，总结成功经验和存在的问题，为提出有效的教学策略提供实践依据。实验研究法：选取一定数量的班级作为实验对象，将学生随机分为实验组和对照组。在实验组采用新提出的前概念转化教学策略进行教学，对照组则采用传统教学方法。通过对两组学生在知识掌握程度、学习兴趣、科学思维能力等方面的测试和对比分析，验证所提出教学策略的有效性和可行性，为教学策略的推广应用提供科学的实证支持。1.3国内外研究现状国外对前概念的研究起步较早，可追溯到20世纪中叶。1957年，美国教育学家布鲁纳在其认知学习理论中，虽未直接提及“前概念”，但强调了学生已有认知结构对新知识学习的重要影响，为前概念的研究奠定了理论基础。随后，在20世纪70-80年代，随着认知心理学的发展，前概念研究逐渐成为科学教育领域的热点话题。研究者们运用访谈、问卷调查、临床诊断等多种方法，对学生在物理、化学、生物等多个科学学科领域的前概念进行了大量的实证研究。在物理学科方面，国外学者发现学生在力学、热学、电学等知识板块存在诸多错误前概念。例如，在力与运动关系的认知上，学生普遍存在“力是维持物体运动的原因”这一与牛顿力学相悖的前概念，这一研究结果在麦克德莫特（McDermott）等人的实验中得到了充分验证。在化学领域，学生对物质的微观结构、化学反应的本质等方面存在不少误解。如在对分子和原子概念的理解上，学生常常难以区分二者的本质差异，将分子和原子的性质混淆，这一现象在约翰斯顿（Johnstone）的研究中有详细阐述。在生物学中，关于遗传和进化的知识，学生的前概念与科学概念也存在较大偏差。许多学生认为个体的后天特征能够直接遗传给后代，对自然选择、基因遗传等科学概念理解困难，这在史密斯（Smith）等人对学生生物学概念理解的研究中有所体现。针对前概念的转化，国外学者提出了多种教学策略和理论模型。其中，建构主义理论对前概念转化教学产生了深远影响。建构主义认为，学习是学生主动构建知识的过程，学生在已有知识经验（前概念）的基础上，通过与新知识的相互作用，调整和完善自己的认知结构。基于建构主义理论，波斯纳（Posner）等人于1982年提出了著名的概念转变模型（ConceptualChangeModel，CCM），该模型指出，要实现概念转变，需满足四个条件：对现有概念的不满、新概念的可理解性、新概念的合理性以及新概念的有效性。这一模型为教师设计前概念转化教学提供了重要的理论框架，教师在教学中可以通过创设问题情境，引发学生对原有概念的不满，帮助学生理解新概念，使其认识到新概念的合理性和有效性，从而实现前概念向科学概念的转化。此外，类比教学法、合作学习法等教学策略也被广泛应用于前概念转化教学中。类比教学法通过将抽象的科学概念与学生熟悉的事物进行类比，帮助学生理解新概念；合作学习法则通过学生之间的讨论和交流，引发认知冲突，促进概念转变。国内对前概念的研究始于20世纪90年代，在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内教育实际情况，开展了一系列的研究工作。国内学者通过对不同年龄段学生的科学前概念进行调查研究，发现我国初中学生在科学学习中同样存在大量的前概念，且这些前概念对学生的学习产生了显著影响。在研究方法上，除了采用国外常用的调查方法外，还结合了课堂观察、案例分析等方法，更加全面地了解学生前概念的形成和发展过程。在初中科学教学实践中，国内教师和研究者们积极探索适合我国学生的前概念转化教学策略。例如，通过创设情境，引发学生的认知冲突，让学生在冲突中反思自己的前概念，从而主动接受科学概念。在“浮力”教学中，教师可以提出“铁块在水中下沉，木块在水中漂浮，那么是不是重的物体就下沉，轻的物体就漂浮呢？”这样的问题，引发学生的认知冲突，因为学生原有的前概念可能是物体的沉浮与重量有关，而通过对这个问题的思考和讨论，学生发现实际情况并非如此，从而对原有的前概念产生怀疑，进而学习科学的浮力概念。实验探究法也是国内常用的前概念转化教学策略之一。通过设计实验，让学生直观地观察实验现象，亲身体验科学知识的形成过程，从而打破错误前概念，建立科学概念。在“声音的传播”教学中，教师可以通过“真空罩实验”，让学生观察在逐渐抽出真空罩内空气的过程中，闹钟声音逐渐变小直至消失的现象，使学生深刻理解声音传播需要介质这一科学概念，纠正他们原有的“声音可以在真空中传播”的错误前概念。此外，概念图策略也被广泛应用于前概念转化教学中，通过引导学生绘制概念图，帮助学生梳理知识结构，明确概念之间的关系，促进前概念的转化和科学概念体系的构建。尽管国内外在初中学生《科学》前概念转化的教学策略研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。一方面，现有研究多侧重于对某一学科领域或某一特定知识板块的前概念进行研究，缺乏对初中科学课程整体的、系统性的前概念研究。初中科学课程涵盖物理、化学、生物、地理等多个学科领域，不同学科领域的前概念之间可能存在相互影响和关联，目前的研究尚未全面深入地探讨这种跨学科的前概念关系。另一方面，在教学策略的研究和应用上，虽然提出了多种教学策略，但这些策略在实际教学中的有效性和可操作性还需要进一步验证和完善。不同的教学策略适用于不同的教学内容和学生群体，如何根据具体的教学情境和学生特点选择最合适的教学策略，实现前概念转化教学的最优化，还有待进一步研究和探索。此外，现有研究在评价前概念转化教学效果的方法上还不够完善，缺乏科学、全面、客观的评价指标体系，难以准确衡量教学策略对前概念转化的实际影响。二、初中学生《科学》前概念概述2.1前概念的定义与内涵前概念，全称前科学概念（pre-scientificconceptions），是指学生在接受正式的科学教育之前，通过日常生活中的观察、体验、思考，以及与他人的交流等途径，在头脑中逐渐形成的对自然现象、科学知识的认知和理解。这种认知并非是系统的、科学的，而是基于个人的直观感受、经验积累和朴素的思维方式，具有一定的主观性和片面性。从认知发展的角度来看，前概念是学生认知结构中的重要组成部分，它反映了学生在特定阶段对世界的认识水平和思维模式。在初中阶段，学生正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键时期，他们在日常生活中接触到大量的自然现象和事物，这些经历成为了前概念形成的基础。例如，学生通过观察天空中的云彩、日月星辰，可能会形成关于天体运动和气象变化的一些初步想法；在日常生活中使用电器、交通工具等，会对电、力等概念有自己的理解。这些前概念虽然没有经过科学的论证和验证，但却是学生认识世界、解释现象的重要依据，在他们的学习和生活中发挥着重要作用。前概念的内涵丰富多样，既包括对科学知识的正确理解和认识，也涵盖了与科学概念相悖的错误观念。正确的前概念能够为学生的科学学习提供一定的基础和支持，使他们更容易理解和接受科学知识。比如，学生在生活中观察到植物的生长需要阳光、水分和土壤，这与科学上关于植物生长要素的概念是相符的，这种正确的前概念有助于他们在学习生物学中植物生长相关知识时，能够快速理解和掌握。然而，更多的前概念与科学概念存在偏差甚至是错误的。例如，许多学生认为物体的运动需要力来维持，一旦力消失，物体就会停止运动，这与牛顿第一定律所阐述的物体在不受外力作用时保持匀速直线运动或静止状态的科学概念相矛盾。这些错误的前概念往往是由于学生的生活经验有限、观察不够全面、思维方式不够科学等原因造成的，它们在学生头脑中根深蒂固，成为了学生学习科学知识的障碍。前概念还具有较强的个体差异性。不同学生由于生活环境、家庭背景、兴趣爱好等方面的不同，他们所形成的前概念也会存在差异。例如，生活在城市的学生可能对电子设备、交通工具等方面的前概念更为丰富，而生活在农村的学生则可能对农作物生长、自然生态等方面有更深刻的认识。这种个体差异性要求教师在教学过程中要充分关注每个学生的前概念情况，因材施教，采取有针对性的教学策略，帮助学生实现前概念向科学概念的转化。2.2前概念的特点2.2.1普遍性前概念的普遍性体现在初中学生在学习科学知识之前，对于同一科学内容，多数学生往往会形成相似的前概念。这种普遍性源于学生共同的生活环境和相似的认知发展阶段，使得他们在面对相同的自然现象和生活经验时，容易产生相近的认知和理解。在物体运动原因的认知方面，大量研究和教学实践表明，多数初中学生在学习牛顿运动定律之前，普遍持有“力是维持物体运动的原因”这一前概念。他们从日常生活中的直观经验出发，看到汽车行驶需要发动机持续提供动力，人推车时车才会前进，一旦停止用力，车就会停下来，从而自然而然地认为物体的运动必须依靠外力的持续作用。这种前概念在不同地区、不同背景的初中学生中广泛存在，具有很强的普遍性。例如，在对某地区多所初中学校的调查中发现，在学习力学知识前，超过80%的学生认为物体只有在受到力的作用时才能运动，而且力越大，物体运动得越快，这充分说明了关于物体运动原因的这一前概念在初中学生中的普遍存在。在光学领域，对于光的传播特性，许多学生在学习相关科学知识前，认为光只有在空气中才会沿直线传播，而在其他介质中可能会发生弯曲。这是因为他们在日常生活中主要观察到光在空气中的传播现象，如阳光透过窗户形成的笔直光束，而对于光在水中、玻璃等介质中的传播情况缺乏深入了解。这种对光传播特性的前概念也是较为普遍的，在对多个班级学生的访谈中，大部分学生都表达了类似的观点。在热学知识方面，学生对于热传递的本质也存在普遍的前概念。很多学生认为热是一种物质，会从温度高的物体流向温度低的物体。他们在生活中感受到热的传递，如用手触摸热水杯会感觉到热从杯子传递到手上，就直观地认为热是像水一样的物质在流动。这种前概念在初中学生中广泛存在，影响着他们对热学知识的学习和理解。2.2.2顽固性前概念一旦形成，就具有很强的顽固性，难以轻易改变。这是因为前概念是学生在长期的日常生活经验积累和直观感受的基础上形成的，经过了反复的强化和确认，在学生的认知结构中已经根深蒂固。学生长期以来的生活经验使得他们对自己形成的前概念深信不疑。例如，在学习“浮力”概念之前，学生在日常生活中看到木块能漂浮在水面上，而铁块会沉入水底，就形成了“轻的物体能漂浮，重的物体就下沉”的前概念。当他们在课堂上学习到浮力的大小与物体排开液体的体积、液体的密度有关，而不是仅仅取决于物体的重量时，这个与他们原有认知相悖的科学概念往往很难被接受。即使教师通过实验演示和理论讲解，让学生从理性上认识到浮力的本质，但在实际应用中，学生仍然会不自觉地运用原有的前概念来解释现象，表现出对科学概念的抵触。例如，在解决“将一个体积较大的空心铁球和一个体积较小的实心铁球放入水中，哪个球受到的浮力大”这样的问题时，很多学生还是会根据“重的物体下沉，受到的浮力小”的前概念来判断，而忽视了浮力与排开液体体积的关系。前概念的顽固性还体现在学生对科学概念的理解和记忆上。即使学生在课堂上暂时接受了科学概念，但由于前概念的干扰，他们在后续的学习和复习中，容易遗忘科学概念，重新回到原有的前概念认知中。例如，在学习“功”的概念时，学生容易将“功”与日常生活中的“工作”概念混淆，认为只要付出了努力，就做了功。尽管教师在教学中强调了功的科学定义是力与在力的方向上移动的距离的乘积，但学生在一段时间后，仍然可能会忘记科学概念，用自己原有的、错误的前概念来理解“功”。这种对科学概念的遗忘和对前概念的回归，充分说明了前概念的顽固性对学生学习的影响。此外，前概念的顽固性还会导致学生在面对与前概念矛盾的科学证据时，采取回避、否认或曲解的态度。例如，在学习“地球是球体”这一科学概念时，有些学生由于长期以来的直观感受，认为地球是平的，当地理课上展示地球是球体的证据，如卫星照片、麦哲伦环球航行等时，这些学生可能会认为这些证据是虚假的，或者试图用自己的方式来解释这些证据，使其符合自己原有的前概念。这种对科学证据的抵触和对前概念的坚持，进一步体现了前概念的顽固性。2.2.3隐蔽性前概念常常隐藏于学生的潜意识之中，不易被察觉，这是前概念的一个重要特点。学生在日常生活中形成前概念的过程是潜移默化的，他们往往没有意识到自己已经形成了某种特定的认知和观念。由于前概念是基于学生的日常生活经验和直观感受形成的，这些经验和感受在学生的认知过程中逐渐积累，形成了一种自然而然的思维模式和认知习惯。这种思维模式和认知习惯在学生的潜意识中发挥作用，学生在思考和解决问题时，会不自觉地运用这些潜在的前概念，而自己却没有意识到。例如，在学习“声音的传播”时，学生可能会潜意识地认为声音在真空中也能传播，因为他们在日常生活中很少接触到真空环境，没有直观地感受到声音在真空中不能传播的现象。这种潜意识中的前概念在学生学习相关科学知识时，会对他们的理解产生干扰，但学生自己往往难以察觉。教师在教学过程中也很难直接发现学生头脑中的前概念。学生在课堂上的表现和回答问题的方式，可能并不能完全反映他们真实的认知情况。有些学生可能因为害怕犯错或不自信，不会主动表达自己内心深处的想法和观念，这就使得教师难以准确把握学生的前概念。例如，在讲解“电路连接”时，教师提问学生电流的流向，学生可能会按照教材上的知识回答正确，但实际上他们内心深处可能仍然存在“电是从电源流出，用完就没有了”的前概念。这种情况下，教师如果不通过深入的访谈、问卷调查或其他特定的方法，很难发现学生的这一隐蔽的前概念。为了揭示学生头脑中的前概念，教师需要采用一些特定的方法，如问卷调查、访谈、概念图绘制、诊断性测试等。通过这些方法，教师可以引导学生将潜意识中的前概念表达出来，从而了解学生的真实认知水平和思维方式。例如，在问卷调查中，教师可以设计一些开放性的问题，让学生自由表达自己对某个科学概念的理解和看法；在访谈中，教师可以与学生进行深入的交流，了解他们形成某种观点的原因和依据。通过这些方法，教师能够更好地发现学生的前概念，为后续的教学策略制定提供依据。2.3前概念的类型2.3.1科学性前概念科学性前概念是指学生在日常生活经验和观察的基础上形成的，与科学概念基本相符或具有一定科学性的认知。这类前概念为学生学习科学知识提供了良好的基础，能够帮助学生更快地理解和接受科学概念。在光学知识方面，学生在日常生活中观察到光在空气中沿直线传播的现象，如阳光透过窗户形成的笔直光线，从而形成了“光沿直线传播”的前概念。这种前概念与科学上关于光在同种均匀介质中沿直线传播的概念是一致的，在学习光学知识时，学生可以基于这一已有前概念，进一步深入理解光在不同介质中的传播特性，如光在水中、玻璃等介质中也沿直线传播，但当光从一种介质斜射入另一种介质时，会发生折射现象。这种与科学概念相符的前概念能够降低学生学习新知识的难度，提高学习效率。在热学领域，学生通过生活中对物体热胀冷缩现象的观察，如冬天水管冻裂、夏天轮胎打气不宜过足等，形成了物体受热膨胀、遇冷收缩的前概念。这一概念与科学上关于热胀冷缩原理的解释相契合，为学生学习热学知识奠定了基础。在学习热学课程时，学生可以在此基础上，进一步学习热胀冷缩的微观原理，即物体内部分子的热运动随温度变化而导致分子间距改变，从而引起物体体积的变化。科学性前概念使学生对热学知识的理解更加直观和深入，有助于他们构建完整的热学知识体系。在力学方面，学生在日常生活中体验到用力推物体，物体就会运动，从而形成了力可以改变物体运动状态的前概念。这与科学上力的作用效果之一——力可以改变物体的运动状态是一致的。在学习力学知识时，学生可以基于这一前概念，进一步学习力的三要素（大小、方向、作用点）对物体运动状态改变的影响，以及牛顿运动定律等相关知识。科学性前概念为学生理解抽象的力学概念提供了感性认识，使他们更容易掌握力学知识的核心内容。2.3.2非科学性前概念非科学性前概念，又被称为错误概念或相异构想，是指学生头脑中存在的与科学知识相悖的认知和观念。这类前概念在学生的日常生活经验中逐渐形成，但由于缺乏科学的观察和思考，以及受到错误信息的误导等原因，与科学概念之间存在明显的偏差。非科学性前概念严重阻碍了学生对科学知识的正确理解和掌握，成为科学学习过程中的一大障碍。在力学中，学生常常认为重的物体下落速度一定比轻的物体快。这一非科学性前概念源于他们的日常生活观察，比如看到石头比羽毛下落得快，就简单地得出物体下落速度与重量成正比的结论。然而，根据科学知识，在忽略空气阻力的情况下，物体下落的加速度是相同的，下落速度只与下落时间和初速度有关，与物体的重量无关。著名的伽利略比萨斜塔实验就有力地证明了这一点，两个不同重量的铁球同时从塔顶落下，几乎同时着地。但学生的错误前概念使得他们在学习自由落体运动等相关知识时，难以接受科学概念，容易产生误解和困惑。在电学中，部分学生认为只要有电源和导线，就一定会有电流。他们没有理解形成电流的条件不仅需要有电源提供电压，还需要形成闭合回路。这种错误的前概念导致学生在学习电路知识时，无法正确分析电路中电流的形成和流动情况，对串联、并联电路的特点以及欧姆定律等知识的理解也会产生困难。例如，在连接简单电路时，学生可能会因为这种前概念，忽略电路是否闭合，导致灯泡无法发光，却找不到原因。在生物学中，学生可能会认为植物白天只进行光合作用，晚上才进行呼吸作用。这是由于他们对植物生理过程的片面理解，只关注到植物在白天利用阳光进行光合作用制造有机物的现象，而忽视了植物在任何时候都需要进行呼吸作用来维持生命活动。科学研究表明，植物的呼吸作用是持续进行的，白天和晚上都在消耗氧气，释放二氧化碳。学生的这一错误前概念影响了他们对植物新陈代谢过程的全面理解，不利于生物学知识的系统学习。2.3.3有待修正的前概念有待修正的前概念是指学生头脑中包含部分正确信息，但同时也存在部分错误或不完整信息的概念。这类前概念介于科学性前概念和非科学性前概念之间，既不是完全正确的科学概念，也并非完全错误，需要教师在教学过程中加以引导和修正，帮助学生完善认知，形成准确的科学概念。在学习两栖动物的概念时，学生往往认为两栖动物就是既能生活在水中，又能生活在陆地上的动物。这种前概念包含了部分正确信息，即两栖动物确实具有水陆两栖的生活习性。然而，这一概念并不完整，存在错误之处。科学上对两栖动物的定义是：幼体生活在水中，用鳃呼吸；成体大多生活在陆地上，也可在水中游泳，用肺呼吸，皮肤可辅助呼吸。仅仅依据水陆两栖的生活习性来定义两栖动物是不准确的，像乌龟、鳄鱼等动物也能在水陆两地生活，但它们属于爬行动物，并非两栖动物。教师在教学中，需要引导学生深入了解两栖动物的形态结构、生理特征和生活史等方面的知识，让学生认识到自己原有概念的局限性，从而修正和完善对两栖动物概念的理解。在化学中，学生对于燃烧的概念可能存在片面的理解，认为只有有火焰产生的反应才是燃烧。这一前概念有一定的合理性，因为在日常生活中，学生常见的燃烧现象如木材燃烧、蜡烛燃烧等都伴有火焰。但从科学角度来看，燃烧是一种剧烈的氧化反应，并不一定需要有火焰产生。例如，铁在氧气中燃烧时，火星四射，并没有火焰出现，但这也是一种典型的燃烧反应。教师在教学中，应通过实验演示和讲解，让学生了解燃烧的本质特征，拓宽对燃烧概念的认知，修正原有的片面概念。在物理学中，学生在学习声音的传播时，可能会认为声音只能在空气中传播。这一概念部分正确，因为学生在日常生活中主要听到的声音是通过空气传播的。然而，声音实际上可以在固体、液体和气体等多种介质中传播，且在不同介质中的传播速度和效果有所不同。比如，在固体中声音传播速度更快，人们可以通过趴在铁轨上听声音来判断火车是否即将到来。教师需要通过实验和实例，帮助学生认识到声音传播介质的多样性，对原有的概念进行修正和补充，使其更加科学和完整。2.4前概念的形成原因2.4.1日常生活经验的影响日常生活经验是学生前概念形成的重要基础，然而，由于学生的生活经验往往是有限的、片面的，且缺乏科学的观察和分析方法，这就容易导致他们基于这些经验形成错误的前概念。在对声音产生原因的认知上，学生常常依据日常生活中的直观感受来判断。他们看到敲击鼓面，鼓面振动发出声音；拨动琴弦，琴弦振动产生声音，于是便归纳出声音是由物体的振动产生的这一观点。从表面上看，这似乎是正确的，但实际上，学生的这种认知仅仅停留在了物体振动与声音产生的简单关联上，并没有深入探究声音产生的本质。当遇到一些特殊情况时，学生的这种前概念就会暴露出问题。例如，当他们听到风声时，由于无法直接观察到空气的振动，就会认为风声不是由物体振动产生的，而是风本身发出的声音。这是因为学生在日常生活中对空气的存在和性质缺乏深入了解，没有意识到空气也是一种物体，风声实际上是空气振动产生的。这种基于有限生活经验的归纳和判断，使得学生难以把握声音产生的真正原因，形成了错误的前概念。在对物体沉浮现象的认识中，学生根据生活中看到的木块漂浮在水面、铁块沉入水底的现象，往往会形成“重的物体下沉，轻的物体漂浮”的前概念。他们没有考虑到物体的沉浮不仅与物体的重量有关，还与物体的体积、密度以及液体的密度等因素密切相关。例如，将一个体积较大的实心木块和一个体积较小的实心铁块同时放入水中，尽管木块比铁块重，但由于木块的密度小于水的密度，而铁块的密度大于水的密度，所以木块会漂浮，铁块会下沉。学生由于缺乏对这些因素的综合考虑，仅仅依据物体的重量来判断沉浮，从而形成了错误的前概念。2.4.2对语词的曲解或错误理解初中学生在理解科学概念时，常常会因为望文生义，仅仅根据语词的字面意思来理解概念，而没有深入探究其科学内涵，从而产生错误的前概念。在学习“磁铁”这一概念时，学生看到“磁”字，可能会联想到“神奇”“神秘”等词汇，进而认为磁铁具有某种神秘的力量，能够吸引所有的金属。这种错误的理解源于学生对“磁铁”概念的字面解读，没有真正理解磁铁的本质属性是能够吸引铁、钴、镍等物质。实际上，像铜、铝等金属就不能被磁铁吸引。由于对语词的错误理解，学生在学习磁铁的相关知识时，会出现认知偏差，难以准确把握磁铁的特性和应用。在学习“重量”和“质量”的概念时，学生常常会将二者混淆。从语词上看，“重量”和“质量”都与物体的某种属性相关，学生容易根据日常生活中对“重”的直观感受，认为重量和质量是同一个概念。然而，在科学上，质量是物体所含物质的多少，是物体的固有属性，不随物体的位置、状态等因素的变化而变化；而重量是物体受到重力的大小，与物体所处的位置和重力加速度有关。例如，一个物体在地球上和在月球上，它的质量是不变的，但由于月球上的重力加速度约为地球上的六分之一，所以物体在月球上的重量会比在地球上小。学生由于对这两个概念的语词理解不准确，没有掌握其科学定义和区别，在解决相关问题时就会出现错误。2.4.3概念学习不牢固与知识负迁移学生在学习科学概念时，如果对概念的理解不够深入、掌握不够牢固，就容易出现知识混淆的情况，进而产生知识的负迁移，影响对新知识的学习和理解。在生物学中，“子宫”和“子房”这两个概念，学生常常会因为它们的名称相似而混淆。“子宫”是哺乳动物孕育胎儿的器官，而“子房”是植物雌蕊的重要组成部分，是孕育种子的地方。学生在学习这两个概念时，如果没有准确把握它们的定义、结构和功能，仅仅从名称上进行判断，就会将二者的概念和作用混淆。例如，在描述植物的生殖过程时，学生可能会错误地将“子房”说成“子宫”，或者在解释哺乳动物的生殖现象时，使用“子房”的相关知识。这种概念的混淆就是由于学生对知识的掌握不够扎实，导致在学习和应用过程中出现了错误的迁移。在物理学中，学生在学习了“功”的概念后，常常会将其与日常生活中的“工作”概念混淆。在日常生活中，“工作”通常指人们为了完成某项任务而付出的努力或进行的活动，而在物理学中，“功”是一个具有严格定义的物理量，等于力与在力的方向上移动的距离的乘积。学生由于对“功”的科学概念理解不深，在遇到与“功”相关的问题时，容易受到日常生活中“工作”概念的干扰，用“工作”的概念来理解和解释“功”。例如，在判断一个人提着水桶在水平地面上行走时是否做功的问题上，学生可能会认为人对水桶做了功，因为人付出了努力，进行了“工作”，而忽略了做功的两个必要因素：力和在力的方向上移动的距离。由于水桶在水平方向上移动时，人对水桶的拉力方向是竖直向上的，在拉力的方向上没有移动距离，所以人对水桶没有做功。这种因概念学习不牢固而产生的知识负迁移，严重影响了学生对科学概念的正确理解和应用。2.4.4媒体信息的误导在信息时代，网络、电视、报刊等媒体成为学生获取信息的重要渠道。然而，学生由于年龄较小，辨别能力较低，对于媒体传播的信息缺乏批判性思维和科学分析能力，容易受到一些非科学信息的影响，从而形成错误的前概念。在一些科普节目或网络文章中，可能会出现对科学知识的不准确解读或片面宣传。例如，在介绍恐龙灭绝的原因时，有的媒体可能会过分强调小行星撞击地球这一观点，而忽略了其他可能的因素，如火山爆发、气候变化等。学生在接触到这些信息后，就可能会形成“恐龙灭绝仅仅是因为小行星撞击地球”的错误前概念，而没有认识到恐龙灭绝是一个复杂的事件，是多种因素共同作用的结果。一些影视作品为了追求视觉效果或剧情需要，常常会对科学知识进行夸张或歪曲。在一些科幻电影中，经常会出现宇航员在太空中不穿宇航服就能自由活动的场景。学生在观看这些电影后，可能会受到这种错误信息的误导，认为在太空中不穿宇航服也能生存。然而，实际上太空中是真空环境，没有空气和气压，温度极低，辐射强烈，宇航员如果不穿宇航服，会在瞬间面临生命危险。由于学生缺乏对科学知识的深入了解和对媒体信息的辨别能力，很容易受到这些错误信息的影响，形成与科学事实相悖的前概念。三、初中学生《科学》前概念调查与案例分析3.1调查设计与实施为全面、准确地了解初中学生在《科学》学习中前概念的具体情况，本研究进行了精心的调查设计与实施。调查目的在于深入了解初中学生在物理、化学、生物等《科学》主要知识领域已有的前概念，包括概念的内容、类型以及形成原因等，识别学生前概念中存在的错误理解和偏差，为后续探究前概念转化的教学策略提供详实的数据支持和实践依据。通过对调查结果的分析，期望能揭示前概念对学生科学学习的影响机制，为教师调整教学方法、优化教学过程提供指导，同时也为课程设计和教材修订提供参考，使其更符合学生的认知水平和学习需求。本次调查选取了本市三所不同层次的初中学校，涵盖了城市、城乡结合部和农村地区，以确保调查样本具有广泛的代表性。每所学校各选取初一年级两个班级、初二年级两个班级和初三年级两个班级，共涉及18个班级，学生总数达到800人。不同年级的选取旨在探究随着学习时间的增加和知识储备的积累，学生前概念的发展变化情况。调查方法主要采用问卷调查法和访谈法相结合的方式。问卷调查具有覆盖面广、能快速收集大量数据的优势，能够全面了解学生前概念的大致情况；访谈法则能够深入了解学生的思考过程和前概念形成的原因，针对性强，二者相互补充，使调查结果更加全面、深入。问卷设计是调查的关键环节。问卷内容涵盖物理、化学、生物三个主要学科领域，共设计了50道题目，包括选择题30道、判断题10道和简答题10道。选择题和判断题主要用于快速了解学生对一些常见科学概念的认知情况，例如在物理学科中，设置题目“物体运动是因为有力，没有力就不能运动，这种说法是否正确？”“同一物体离平面镜越近，成的像越大，离平面镜越远，像越小，这种说法对吗？”；在化学学科中，询问“白气是指水蒸气，这种说法正确吗？”“燃烧一定需要氧气，这种观点对不对？”；在生物学科中，提问“两栖动物指的是既能生活在水中，又能生活在陆地上的动物，这种说法是否正确？”“绿色植物白天只进行光合作用，晚上才进行呼吸作用，这种说法对吗？”。简答题则用于引导学生阐述自己对某些概念的理解和想法，例如“请简要说明你对力与运动关系的理解”“你认为植物生长所需的营养主要来自哪里，为什么？”。问卷题目紧密围绕学生的日常生活经验和常见的科学现象，旨在挖掘学生潜在的前概念。在设计问卷时，充分考虑了学生的认知水平和答题能力，语言表述简洁明了、通俗易懂。同时，为了确保问卷的有效性和可靠性，在正式发放问卷之前，先在小范围内进行了预调查，选取了与正式调查样本具有相似特征的50名学生进行测试。根据预调查的结果，对问卷中表述不清、容易引起歧义的题目进行了修改和完善，最终形成了正式的调查问卷。访谈主要针对部分学生和科学教师展开。对学生的访谈采用一对一的形式，选取在问卷调查中表现出典型前概念的学生，深入询问他们对相关科学概念的理解、形成这种理解的原因以及在学习过程中遇到的困惑等。例如，对于在问卷中认为“物体运动需要力来维持”的学生，进一步询问他们是从哪些生活经验中得出这个结论的，在学习牛顿第一定律后，对自己原有的观点有什么新的认识。对教师的访谈则以小组访谈的形式进行，邀请具有丰富教学经验的科学教师，探讨他们在教学过程中对学生前概念的认识、观察到的学生常见前概念类型以及在教学中采取的应对策略和遇到的困难。例如，询问教师在教授“电路”知识时，学生存在哪些典型的前概念，教师是如何引导学生纠正这些前概念的，在教学过程中遇到的最大障碍是什么。在调查实施过程中，严格按照预定的计划进行。问卷调查由经过培训的调查人员统一发放和回收，确保学生在规定的时间内独立完成答题，以保证数据的真实性和可靠性。访谈则在安静、舒适的环境中进行，访谈人员采用温和、引导性的提问方式，鼓励学生和教师充分表达自己的观点和想法。最终，共回收有效问卷760份，回收率达到95%；完成学生访谈80人次，教师访谈30人次，为后续的数据分析和案例分析提供了丰富的数据资料。3.2调查结果与分析3.2.1物理学科前概念情况在物理学科的调查中，关于力与运动的关系这一知识点，80%的学生认为物体运动是因为有力，没有力就不能运动，仅有18.1%的学生能够正确认识到力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，还有1.9%的学生表示不清楚。这充分表明“力是维持物体运动的原因”这一错误前概念在初中学生中具有极高的普遍性。在日常生活中，学生经常观察到物体的运动需要外力推动，如推车、拉箱子等，这些直观的生活经验使得他们自然而然地形成了这种错误的认知。在光学知识方面，对于光的传播特性，当问到“光在什么情况下沿直线传播”时，70%的学生回答光在空气中沿直线传播，只有30%的学生能够准确回答光在同种均匀介质中沿直线传播。这说明大部分学生对光沿直线传播的条件理解不够准确，他们受到日常生活中主要观察到光在空气中传播现象的影响，忽略了光在其他同种均匀介质（如玻璃、水等）中也沿直线传播的情况。在平面镜成像的问题上，43.8%的学生认为同一物体离平面镜越近，成的像越大，离平面镜越远，像越小，而正确理解平面镜成像特点（像与物大小相等，像距与物距相等）的学生仅占54%，还有2.2%的学生表示不确定。学生出现这种错误前概念，主要是因为他们在日常生活中对平面镜成像的观察不够细致，仅仅凭借直观感受认为离镜子近像就大，离镜子远像就小。在热学知识板块，当询问“白气是指什么”时，51%的学生认为白气是指水蒸气，49%的学生知道白气是水蒸气遇冷液化形成的小水滴。这表明近一半的学生对“白气”这一常见的热学现象存在错误的前概念。学生往往将“白气”与看不见的水蒸气混淆，没有认识到“白气”实际上是水蒸气液化后的小水滴悬浮在空气中形成的可见现象。在对物体热胀冷缩原理的理解上，虽然大部分学生知道物体受热膨胀、遇冷收缩，但当问到“为什么物体受热会膨胀”时，只有20%的学生能够从分子热运动的角度正确解释，即物体受热时，分子热运动加剧，分子间距离增大，从而导致物体体积膨胀，而80%的学生无法准确解释，有的学生只是简单地认为是因为物体受热就会变大，没有深入理解其微观本质。3.2.2化学学科前概念情况在化学学科的调查中，关于燃烧的概念，75%的学生认为燃烧一定需要氧气，只有25%的学生知道燃烧是一种剧烈的氧化反应，不一定需要氧气，如氢气可以在氯气中燃烧。学生普遍存在这种错误前概念，是因为他们在日常生活中所见到的大多数燃烧现象都有氧气参与，如木材燃烧、蜡烛燃烧等，从而形成了燃烧必须有氧气的片面认知。对于物质的变化，当问到“铁生锈是什么变化”时，60%的学生能够正确回答是化学变化，但仍有40%的学生认为是物理变化。这些学生可能只是从铁生锈的表面现象，如颜色改变、表面变得粗糙等，简单地判断为物理变化，而没有认识到铁生锈是铁与空气中的氧气、水等发生化学反应，生成了新物质铁锈。在对物质的微观构成的理解上，当询问“分子和原子的主要区别是什么”时，只有30%的学生能够准确回答在化学变化中，分子可分，原子不可分，70%的学生回答错误或表示不清楚。学生出现这种情况，主要是因为分子和原子的概念比较抽象，学生难以理解它们在微观层面的本质区别，在学习过程中容易混淆二者的概念和性质。3.2.3生物学科前概念情况在生物学科的调查中，对于两栖动物的概念，52.1%的学生认为两栖动物指的是既能生活在水中，又能生活在陆地上的动物，40%的学生知道这种说法不准确，还有7.9%的学生表示不知道。这表明超过一半的学生对两栖动物的概念存在错误理解，他们仅仅依据两栖动物的生活习性来定义，忽略了两栖动物在幼体和成体阶段的生理特征差异，如幼体用鳃呼吸，成体用肺呼吸，皮肤辅助呼吸等。在植物的生理过程方面，当问到“植物由小苗长成大植株，营养主要来自哪里”时，62.7%的学生认为营养主要来自土壤，37.3%的学生知道植物生长所需的营养除了来自土壤中的无机盐和水分外，还通过光合作用制造有机物。学生出现这种错误前概念，是因为他们在日常生活中看到植物生长在土壤中，并且给植物施肥可以促进其生长，从而片面地认为植物的营养主要来自土壤，而对光合作用在植物生长中的重要作用认识不足。在对生物的遗传和变异的认识上，当询问“父母都是双眼皮，孩子一定是双眼皮吗”时，只有40%的学生能够从基因遗传的角度正确回答不一定，因为双眼皮是显性性状，父母可能携带隐性基因，孩子有可能遗传到隐性基因而表现为单眼皮，60%的学生回答错误，他们认为父母是双眼皮，孩子就一定是双眼皮，这说明学生对生物遗传的原理理解不够深入，仅仅根据表面现象进行判断。3.2.4错误前概念的原因分析通过对调查数据的深入分析以及对学生和教师的访谈，发现初中学生形成错误前概念的原因主要有以下几点：日常生活经验的局限：学生在日常生活中积累了大量的经验，但这些经验往往是片面的、表面的，缺乏科学的分析和验证。例如，在力与运动关系的认知上，学生看到汽车行驶需要发动机提供动力，人推车车才会动，就得出力是维持物体运动的原因；在对两栖动物概念的理解上，学生仅从表面看到青蛙等动物既能在水中生活又能在陆地上生活，就简单地将两栖动物定义为既能生活在水中又能生活在陆地上的动物。这些基于日常生活经验形成的前概念，没有考虑到科学知识的复杂性和本质特征，容易导致错误认知的产生。对科学概念的片面理解：部分学生在学习科学概念时，没有深入理解概念的内涵和外延，只是简单地记住了概念的字面意思，从而产生错误的理解。例如，在学习燃烧概念时，学生仅仅记住了燃烧通常有氧气参与这一常见现象，而忽略了燃烧的本质是剧烈的氧化反应，导致认为燃烧一定需要氧气；在理解分子和原子的概念时，学生没有真正理解分子和原子在化学变化中的本质区别，只是死记硬背相关定义，无法准确把握二者的差异。知识的负迁移：学生在学习新知识时，常常会受到已有知识的影响，当已有知识与新知识存在相似但又不完全相同的情况时，就容易产生知识的负迁移，导致错误前概念的形成。例如，学生在学习物理中的“功”的概念时，容易受到日常生活中“工作”概念的干扰，将二者混淆，认为只要付出努力就是做了功；在学习化学中物质的变化时，由于之前学习了物理变化中物质的状态、形状等改变的知识，在判断铁生锈这种化学变化时，容易受到物理变化概念的影响，仅从表面现象判断为物理变化。缺乏科学的思维方法：初中学生正处于思维发展的关键时期，部分学生还没有掌握科学的思维方法，在分析问题和解决问题时，往往缺乏逻辑推理和批判性思维能力。例如，在判断父母都是双眼皮，孩子是否一定是双眼皮的问题上，学生没有运用基因遗传的知识进行逻辑推理，而是仅凭主观臆断做出判断；在对光的传播特性的理解上，学生没有通过科学的实验探究和分析，而是根据日常生活中的有限观察就得出结论，缺乏对科学知识的深入思考和探究精神。3.3典型案例分析3.3.1力学前概念转化案例在“力与运动关系”的教学中，学生普遍存在“力是维持物体运动的原因”这一错误前概念。以某中学初二年级的一个班级为例，在教学前的问卷调查中，85%的学生认为物体运动是因为有力，没有力就不能运动。为了转变学生的这一错误前概念，教师首先创设了实验情境。准备了一个小车、一个斜面和不同粗糙程度的平面（毛巾、棉布、木板）。让小车从斜面上同一高度由静止滑下，观察小车在不同平面上的运动情况。学生们看到，小车在毛巾表面运动的距离最短，在棉布表面运动的距离稍长，在木板表面运动的距离最长。教师引导学生思考：为什么小车在不同平面上运动的距离不同？学生们通过讨论，认识到是因为平面的粗糙程度不同，对小车的阻力不同。阻力越小，小车运动的距离越远。接着，教师进一步引导学生进行推理：如果平面绝对光滑，没有阻力，小车会怎样运动呢？学生们经过思考和讨论，逐渐认识到小车会一直做匀速直线运动。这一实验现象与学生原有的“力是维持物体运动的原因”的前概念产生了强烈的认知冲突，使学生对自己原有的观点产生了怀疑。随后，教师引入牛顿第一定律的内容：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态。并结合实验现象，详细讲解了牛顿第一定律的含义，让学生明白力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。在课堂练习环节，教师给出了一些与力和运动关系相关的问题，如“一个正在做匀速直线运动的物体，若突然不受任何力的作用，它将如何运动？”“汽车在行驶过程中，若关闭发动机，它为什么会逐渐停下来？”等。通过对这些问题的思考和解答，学生们进一步加深了对力与运动关系的理解，巩固了新的科学概念。课后的跟踪调查显示，经过这一教学过程，班级中能够正确理解力与运动关系的学生比例提高到了80%，说明通过创设实验情境、引发认知冲突等教学策略，有效地实现了学生前概念的转化。3.3.2光学前概念转化案例在“光的折射”教学中，学生在学习之前，对光的折射现象存在诸多错误的前概念。以某中学初二年级的另一个班级为例，在教学前的访谈中，很多学生认为光在任何情况下都是沿直线传播的，即使从一种介质进入另一种介质也不会改变传播方向；还有部分学生认为光从空气进入水中，折射光线是远离法线的。针对这些前概念，教师首先通过演示实验来引发学生的兴趣和思考。用激光笔斜射向装有水的透明水槽中，让学生观察光线射入和射出的方向。学生们清晰地看到光线在水面处发生了偏折，这与他们原有的“光始终沿直线传播”的前概念产生了冲突。接着，教师利用多媒体展示光的折射原理的动画，详细讲解光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折的原因。动画中直观地展示了光在不同介质中的传播速度不同，导致光线发生偏折，并且清晰地呈现了折射光线、入射光线和法线的位置关系，以及折射角和入射角的大小关系。为了让学生更深入地理解光的折射规律，教师组织学生进行分组实验。实验器材包括激光笔、玻璃砖、量角器等。学生们通过实验，测量不同入射角下的折射角，并记录数据，然后分析数据，总结光的折射规律。在实验过程中，教师巡视指导，及时解答学生的疑问。通过实验探究，学生们自己总结出了光的折射规律：光从空气斜射入水或其它介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角，当入射角增大时，折射角也增大，当光线垂直入射时，传播方向不变。这一过程让学生亲身体验了科学探究的过程，增强了他们对光的折射概念的理解。最后，教师通过生活中的实例，如“岸上看湖水觉得很浅”“在水中看岸上的树变高了”等，让学生运用所学的光的折射知识进行解释。学生们积极思考，尝试用折射规律来分析这些现象，进一步巩固了所学的科学概念。教学后的测试结果表明，班级中对光的折射概念理解正确的学生比例从教学前的30%提高到了75%，说明通过实验演示、多媒体展示和实验探究等教学策略，有效地帮助学生纠正了错误的前概念，理解了光的折射这一科学概念。3.3.3生物学前概念转化案例在“生物的分类”教学中，学生在学习之前，对生物分类的概念存在一些不准确的认识。以某中学初一年级的一个班级为例，在教学前的问卷调查中，55%的学生认为两栖动物就是既能生活在水中，又能生活在陆地上的动物；30%的学生认为植物只分为草本植物和木本植物。针对这些前概念，教师采用了小组合作学习和讨论交流的教学策略。首先，教师将学生分成小组，每个小组发放一些不同生物的图片和资料，包括青蛙、乌龟、鳄鱼、海带、葫芦藓、蕨类植物、松树、桃树等。让小组学生根据自己已有的知识，尝试对这些生物进行分类。在小组讨论过程中，学生们各抒己见，出现了不同的分类方法。有的小组按照生物的生活环境进行分类，将青蛙、乌龟、鳄鱼分为一类，认为它们都能在水陆两地生活；将海带、葫芦藓、蕨类植物分为一类，认为它们都生活在潮湿的环境中。有的小组按照生物的形态结构进行分类，将海带、葫芦藓、蕨类植物分为一类，认为它们没有种子；将松树、桃树分为一类，认为它们有种子。教师引导各小组展示自己的分类结果，并阐述分类的依据。然后，组织全班学生对各小组的分类结果进行讨论和评价。在讨论过程中，教师适时地提出问题，引导学生思考：“两栖动物的真正定义是什么？”“植物的分类除了草本和木本，还有哪些依据？”“乌龟和鳄鱼虽然能水陆两栖，但它们属于两栖动物吗，为什么？”等。通过这些问题的引导，让学生发现自己原有的分类方法存在的问题，从而引发认知冲突。接着，教师详细讲解生物分类的科学依据，包括生物的形态结构、生理功能、生活习性等方面。并介绍了生物分类的等级，从大到小依次为界、门、纲、目、科、属、种。以青蛙为例，详细阐述了青蛙属于两栖动物的原因，它的幼体生活在水中，用鳃呼吸；成体大多生活在陆地上，也可在水中游泳，用肺呼吸，皮肤可辅助呼吸。而乌龟和鳄鱼虽然能水陆两栖，但它们的幼体和成体都用肺呼吸，体表有鳞片或甲，属于爬行动物。在讲解植物分类时，教师介绍了植物根据有无种子分为孢子植物和种子植物，孢子植物又分为藻类植物、苔藓植物和蕨类植物，种子植物分为裸子植物和被子植物。通过这些详细的讲解，让学生对生物分类的科学概念有了清晰的认识。最后，教师让学生重新对之前的生物图片和资料进行分类，检验学生对生物分类概念的掌握情况。结果显示，经过这一教学过程，班级中能够正确对生物进行分类的学生比例提高到了80%，说明通过小组合作、讨论交流和教师引导等教学策略，有效地帮助学生实现了前概念的转化，掌握了生物分类的科学概念。四、初中学生《科学》前概念转化的教学策略4.1充分了解学生，暴露前概念了解学生的前概念是实现前概念转化的首要步骤。教师可通过多种方式深入了解学生的前概念，为后续教学策略的制定提供依据。问卷调查是一种广泛应用的方法，教师可以设计涵盖多个科学知识领域的问卷，问题设置要紧密联系学生的日常生活经验和常见的科学现象。比如在物理知识方面，询问学生“汽车刹车时，人为什么会向前倾？”“为什么冬天窗户上会出现水雾？”；在化学知识板块，提问“为什么铁会生锈，而铝却不容易生锈？”“蜡烛燃烧后生成了什么物质？”；在生物知识领域，设置问题“植物的叶子为什么大多数是绿色的？”“动物的行为是如何受到环境影响的？”。通过这些问题，了解学生对相关科学概念的已有认知和理解，挖掘他们潜在的前概念。课堂提问也是了解学生前概念的有效手段。在课堂教学中，教师可以针对即将学习的科学内容，提出一些开放性的问题，引导学生表达自己的观点和想法。例如在学习“浮力”之前，教师可以提问“为什么有的物体在水中会漂浮，而有的物体却会下沉？”学生可能会根据自己的生活经验回答，如“轻的物体漂浮，重的物体下沉”“空心的物体漂浮，实心的物体下沉”等。这些回答能够让教师直接了解学生对浮力概念的前认知，发现他们存在的错误前概念。在提问过程中，教师要鼓励学生积极发言，尊重他们的观点，不要急于纠正，而是要引导学生进一步思考和讨论。小组讨论同样能帮助教师了解学生的前概念。教师可以将学生分成小组，布置一些与科学概念相关的讨论主题，如“在日常生活中，我们观察到的力与运动的关系是怎样的？”“植物的生长需要哪些条件，这些条件是如何影响植物生长的？”。在小组讨论中，学生们会充分交流自己的想法和经验，相互启发，教师则可以在各小组间巡视，倾听学生的讨论内容，了解他们对科学概念的理解程度和存在的前概念。例如在“力与运动关系”的小组讨论中，有的学生可能会认为“物体只有受到力的作用才会运动，没有力物体就会静止”，有的学生则可能提出不同的看法，认为“物体的运动不需要力来维持，力只是改变物体运动状态的原因”。通过观察学生的讨论过程和观点表达，教师能够全面了解学生对这一概念的前概念情况。通过问卷调查、课堂提问、小组讨论等方式，教师可以全面了解学生的前概念，并引导学生将这些前概念暴露出来。只有充分了解学生的前概念，教师才能在教学中有的放矢，采取针对性的教学策略，帮助学生实现前概念向科学概念的转化。4.2引发认知冲突，促进概念转变4.2.1创设问题情境创设问题情境是引发学生认知冲突的有效方式之一。教师可以精心设计与学生前概念相冲突的问题，激发学生的好奇心和求知欲，促使他们主动反思自己的前概念。在学习“浮力”知识时，教师可以提出这样的问题：“把一个实心铁球和一个空心铁球放入水中，实心铁球下沉，空心铁球却能漂浮，按照我们之前的想法，重的物体下沉，轻的物体漂浮，可这两个铁球重量一样，为什么一个下沉一个漂浮呢？”这个问题与学生原有的“重的物体下沉，轻的物体漂浮”的前概念产生了强烈的冲突。学生们基于自己的前概念，可能会认为两个铁球都应该下沉或者都应该漂浮，而实际情况却与他们的认知不符，这就引发了他们的好奇心和求知欲，促使他们深入思考浮力的本质以及影响物体沉浮的因素。在思考过程中，学生们会发现原有的前概念无法解释这一现象，从而对自己的前概念产生怀疑，为接受科学的浮力概念奠定基础。在讲解“光的折射”时，教师可以设置问题：“我们在岸上看水中的鱼，感觉鱼的位置比实际位置要浅，这是为什么呢？按照我们平时看到的物体，它在哪里，我们看到的就是它真实的位置，可这里为什么不一样呢？”这一问题与学生认为看到的物体位置就是其真实位置的前概念相矛盾。学生们在日常生活中习惯了光沿直线传播的现象，对于光在不同介质中传播会发生折射导致物体位置看起来改变的情况缺乏了解。这个问题引发了学生的认知冲突，使他们急于探究其中的原因，从而积极主动地参与到光的折射知识的学习中。通过对这一问题的探究，学生们能够逐渐理解光的折射原理，纠正原有的错误前概念。4.2.2开展实验教学实验教学是帮助学生突破前概念、建立科学概念的重要手段。实验中呈现出的现象往往与学生的前概念存在矛盾，这种矛盾能够强烈冲击学生原有的认知结构，促使他们重新审视自己的前概念，进而建立正确的科学概念。在“大气压强”的教学中，教师可以进行“覆杯实验”。将一个装满水的杯子用硬纸片盖住，然后将杯子倒置，学生们惊讶地发现硬纸片并没有掉落，水也没有洒出来。这一现象与学生原有的认知产生了巨大的冲突，他们原本可能认为没有东西支撑，水肯定会洒出来。通过这个实验，学生们直观地感受到了大气压强的存在，认识到大气对物体表面存在压力，而且这个压力能够托住硬纸片和水。实验结果让学生们对自己原有的关于物体受力和平衡的前概念产生了质疑，他们开始思考为什么会出现这种现象，从而主动学习大气压强的相关知识。在实验后的讨论环节，教师引导学生分析实验现象，解释大气压强的原理，帮助学生将实验现象与科学概念联系起来，实现前概念的转变。在“摩擦力”的教学中，教师可以设计一个对比实验。准备两个相同的木块，一个放在水平木板上，用弹簧测力计水平拉动，测量出拉动木块所需的力；另一个木块下面垫上几根铅笔（变滑动为滚动），再用弹簧测力计水平拉动，测量此时所需的力。学生们会发现，垫上铅笔后拉动木块所需的力明显减小。这与他们原有的认为摩擦力大小只与物体重量有关的前概念相冲突。学生们通过观察实验现象，认识到摩擦力的大小不仅与物体的重量有关，还与物体的运动方式（滑动或滚动）等因素有关。实验激发了学生的探究欲望，他们迫切想知道还有哪些因素会影响摩擦力的大小，从而积极参与到后续的学习中。教师可以进一步引导学生进行更多的实验探究，如改变接触面的粗糙程度等，让学生在实验中不断深化对摩擦力概念的理解，实现前概念向科学概念的转化。4.2.3组织合作学习组织合作学习是促进学生前概念转变的有效策略之一。在小组合作学习中，学生们由于生活经验、知识储备和思维方式的不同，对同一科学问题往往持有不同的观点和看法，这种观点的差异会引发认知冲突。通过小组内的讨论和交流，学生们能够从不同的角度思考问题，拓宽思维视野，深入理解科学概念的内涵。在“力与运动关系”的学习中，教师组织学生进行小组讨论。有的学生根据日常生活中推车、拉箱子等经验，坚持认为力是维持物体运动的原因，没有力物体就会停止运动；而有的学生则从牛顿第一定律的角度出发，认为力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。两种观点在小组内引发了激烈的讨论，学生们各抒己见，相互质疑和反驳。在讨论过程中，学生们逐渐发现自己观点的局限性，开始反思自己的前概念。为了证明自己的观点，学生们会主动查阅资料、寻找证据，深入探究力与运动的关系。例如，有的学生通过查阅物理书籍，了解到牛顿第一定律的实验基础——伽利略的理想斜面实验，并将其介绍给小组同学。通过对这个实验的分析，学生们认识到在理想情况下，物体不受外力作用时会保持匀速直线运动或静止状态，从而理解了力与运动的真正关系。在小组合作学习中，学生们通过讨论交流，不仅解决了认知冲突，还深化了对科学概念的理解，实现了前概念的转变。在“生物的遗传和变异”的学习中，教师布置小组任务，让学生讨论“父母都是双眼皮，孩子一定是双眼皮吗？”这一问题。有的学生认为父母是双眼皮，孩子肯定也是双眼皮，这是基于他们日常生活中对遗传现象的简单观察和直观感受形成的前概念；而有的学生则从基因遗传的角度进行分析，认为双眼皮是显性性状，父母可能携带隐性基因，孩子有可能遗传到隐性基因而表现为单眼皮。小组内的讨论使学生们对遗传现象有了更深入的思考，他们开始认识到遗传并不是简单的性状传递，而是涉及到基因的组合和表达。在讨论过程中，学生们相互学习，分享自己的知识和经验，逐渐纠正了原有的错误前概念。教师可以在小组讨论后，组织各小组进行汇报展示，进一步促进学生之间的交流和学习，巩固他们对遗传和变异概念的理解。4.3构建科学概念体系，巩固学习成果4.3.1运用概念图教学概念图作为一种有效的教学工具，能够帮助学生梳理知识结构，将零散的知识点整合为一个有机的整体，从而更好地理解科学概念之间的内在联系，促进前概念向科学概念的转化。在初中科学教学中，教师可以引导学生绘制概念图。以“生态系统”这一章节为例，教师首先引导学生回顾生态系统的相关概念，包括生态系统的组成成分（生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量）、食物链和食物网、生态系统的功能（物质循环、能量流动、信息传递）等。然后，让学生尝试将这些概念以概念图的形式呈现出来。学生可以用不同的图形（如圆形、方形、菱形等）来表示不同的概念，用线条将相关的概念连接起来，并在线条上标注出概念之间的关系。例如，用箭头表示能量流动的方向，从生产者指向消费者，再指向分解者；用双向箭头表示物质循环，体现物质在生物群落和无机环境之间的往返运动。在绘制概念图的过程中，学生需要深入思考各个概念之间的逻辑关系，这有助于他们加深对科学概念的理解。教师还可以通过展示优秀的概念图范例，让学生学习如何更合理地组织概念、更清晰地表达概念之间的关系。同时，鼓励学生对自己绘制的概念图进行反思和完善，不断调整概念之间的连接和层次结构。通过绘制概念图，学生能够将前概念与科学概念进行对比和整合，明确自己原有的认知与科学概念之间的差异，从而更好地掌握科学概念。例如，有些学生可能之前认为生态系统就是生物的集合，通过绘制概念图，他们会认识到生态系统不仅包括生物，还包括非生物的物质和能量，以及生物与生物、生物与环境之间的相互关系，进而实现前概念的转化。4.3.2加强知识联系与应用科学知识具有系统性和关联性，将科学概念与实际生活和其他学科知识相联系，通过解决实际问题，能够让学生在应用中巩固科学概念，强化对概念的理解，实现前概念的有效转化。在教学中，教师应引导学生将科学概念应用到实际生活中。以“简单机械”的学习为例，教师可以让学生寻找生活中常见的简单机械，如杠杆（撬棍、剪刀、天平）、滑轮（起重机上的滑轮组、窗帘上的滑轮）、斜面（楼梯、盘山公路）等，并分析它们的工作原理和应用场景。学生通过观察和分析这些实际生活中的简单机械，能够更加深入地理解杠杆原理、滑轮的作用以及斜面省力的原理等科学概念。同时，教师可以设置一些实际问题，让学生运用所学的简单机械知识进行解决。例如，让学生设计一个简单的机械装置，帮助搬运重物上楼。学生在设计过程中，需要综合考虑杠杆、滑轮和斜面等简单机械的特点和应用，运用所学的科学概念进行计算和分析，从而提高对科学概念的应用能力。科学知识与其他学科知识也存在着密切的联系。教师可以引导学生将科学概念与数学、物理、化学、生物等学科知识进行整合，拓宽学生的知识视野，加深对科学概念的理解。在学习“物质的密度”时，教师可以引导学生运用数学知识，理解密度公式（ρ=m/V）中各个物理量之间的关系，通过数学计算来求解物质的密度。同时，将密度知识与物理学科中的浮力知识相联系，让学生理解物体的沉浮与密度的关系。在学习“光合作用”时，将其与化学学科中的化学反应知识相结合，让学生理解光合作用中二氧化碳和水在光和叶绿体的作用下转化为有机物和氧气的化学反应过程。通过跨学科的知识联系，学生能够从不同的角度理解科学概念，促进前概念的转化。五、教学策略实施的保障措施5.1教师专业素养提升教师专业素养的提升是前概念转化教学策略有效实施的关键。教师应不断加强对前概念理论的学习，深入了解前概念的形成机制、特点和类型，掌握前概念转化的教学方法和技巧。学校可以定期组织教师参加前概念相关的培训和研讨会，邀请专家学者进行讲座和指导，分享最新的研究成果和教学经验。教师还可以通过阅读专业书籍和学术期刊，如《科学教育研究》《教育心理学》等，自主学习前概念相关的理论知识，拓宽自己的知识视野。在培训和学习过程中，教师要积极参与讨论和交流，结合自己的教学实践，反思和总结经验教训，不断提高自己对前概念教学的认识和理解。教学能力的提升对于教师实施前概念转化教学策略至关重要。教师要善于创设情境，引发学生的认知冲突，激发学生的学习兴趣和探究欲望。以“浮力”教学为例，教师可以创设这样的情境：将一个乒乓球和一个铁球同时放入水中，乒乓球漂浮，铁球下沉，然后提问学生：“为什么乒乓球能漂浮，而铁球却下沉呢？如果把这个铁球做成空心的，它会漂浮吗？”这样的情境与学生原有的认知产生冲突，能够激发学生的思考和探究欲望。教师还要掌握有效的提问技巧，通过提问引导学生暴露前概念，深入思考科学概念。在“力与运动关系”的教学中，教师可以提问：“在日常生活中，我们看到汽车行驶需要发动机提供动力，人推车车才会动，这是否意味着力是维持物体运动的原因呢？”通过这样的问题，引导学生思考力与运动的真正关系，暴露他们原有的“力是维持物体运动的原因”的前概念。此外，教师要能够灵活运用多种教学方法，如实验教学法、小组合作学习法、概念图教学法等，根据不同的教学内容和学生的实际情况，选择最合适的教学方法，提高教学效果。教育科研能力也是教师必备的素养之一。教师应积极开展教育科研活动，针对前概念转化教学策略实施过程中遇到的问题，进行深入研究。教师可以以班级为单位，开展前概念转化教学的行动研究，观察和记录学生在教学过程中的表现和变化，分析教学策略的有效性和存在的问题。例如，在“光的折射”教学中，教师采用实验教学法和小组合作学习法相结合的策略，观察学生对光的折射概念的理解和掌握情况，通过对学生课堂表现、作业完成情况和测试成绩的分析，评估教学策略的效果。教师还可以撰写教育教学论文，分享自己的研究成果和教学经验，与同行进行交流和探讨，共同推动前概念转化教学的发展。学校应鼓励教师参与教育科研活动，提供必要的科研支持和资源，如科研经费、研究设备、学术交流机会等，营造良好的科研氛围。5.2教学资源开发与利用实验资源的开发是前概念转化教学的重要支撑。教师应充分挖掘教材中的实验内容，对其进行优化和拓展。以“电路连接”实验为例，教材中通常只要求学生连接简单的串联和并联电路，教师可以在此基础上，引导学生探究不同连接方式下电路中电流、电压的变化规律。通过增加实验器材，如电流表、电压表、不同规格的灯泡等，让学生自己设计实验方案，测量并记录数据，分析实验结果。这样不仅能够让学生更深入地理解电路的基本原理，还能激发他们的探究兴趣和创新思维。教师还可以开发一些与生活实际紧密相关的实验，如利用废旧电池、导线、小灯泡等材料制作简易手电筒，让学生在实践中感受电学知识的应用，加深对电学概念的理解。多媒体资源具有直观、形象、生动的特点，能够将抽象的科学概念转化为具体的图像、动画和视频，帮助学生更好地理解科学知识，促进前概念的转化。教师可以利用多媒体课件展示科学实验的过程和现象，如在“分子动理论”的教学中，通过动画展示分子的无规则运动、分子间的引力和斥力等，让学生直观地感受微观世界的奥秘。利用多媒体资源还可以展示一些在课堂上难以直接观察到的科学现象，如地球的公转、日食和月食的形成等，拓宽学生的视野。教师可以收集和整理相关的科学纪录片、科普视频等，在课堂上适时播放，激发学生的学习兴趣。例如，在学习“生物的进化”时，播放有关生物进化历程的纪录片，让学生了解生物的演化过程，增强对生物进化概念的理解。网络资源丰富多样，为前概念转化教学提供了广阔的空间。教师可以引导学生利用网络平台获取科学知识和信息，如在线科学课程、科学教育网站、科普论坛等。在线科学课程能够提供系统的科学知识讲解和实验演示，学生可以根据自己的学习进度和需求，自主选择学习内容。科学教育网站和科普论坛则汇聚了大量的科学知识、研究成果和趣味科学实验，学生可以在这些平