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)

-1-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5～12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（3～6年级）课程标准》中的相关要求。他们转化了什么？-2-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”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》②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①《科学（3～6年级）课程标准》2.3.1②1980年10月上海-3-→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。-4-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。”③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。”④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。”⑤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。”⑥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。”⑦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。③《科学课》2008年第5期P14④《科学课》2008年第2期P6⑤《科学课》2008年第1期P8⑥《科学课》2008年第1期P9⑦《科学课》2008年第4期P51-5-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：-6-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