如何在科学探究活动中建构科学概念

                                       ——以《校园生物大搜索》教学为例

                             安阳实验小学   彭青青

【内容提要】

现代认知建构主义理论认为，学习过程是学习者原有的认知结构与从环境中接受的感觉信息相互作用、主动建构信息意义的过程。所以教学活动中必须重视学生头脑内部的认知结构，了解学生的知识、经验状况以及思维习惯，尤其要了解学生已有概念中那些不全面甚至错误的概念，在这样的基础上再引导学生在科学探究活动中逐步建构科学概念。在《校园生物大搜索》这一课的教学中，我从以下三个方面进行了粗浅的尝试：知其知彼——寻找支点；明确目标，运筹帷幄；反思总结，感悟提升。

【关键词】

科学探究活动   建构   科学概念

【正文】                                

现代认知建构主义理论认为，学习过程是学习者原有的认知结构与从环境中接受的感觉信息相互作用、主动建构信息意义的过程。但学习者先前的知识、经验及思维方式在个体的学习过程中起着极其重要的作用。具有不同认知结构的个体在接受同一外界信息时，可能会形成不同的认识。这就启示我们：在教学活动中必须重视学生头脑内部的认知结构，了解学生的知识、经验状况以及思维习惯，尤其要了解学生已有概念中那些不全面甚至错误的概念。对教师而言，如何发现学生头脑中那些朴素的、不全面的甚至错误的概念，采用哪些教学方法帮助学生把那些不全面的、错误的概念转变为科学的概念，是教师在科学探究活动教学中迫切需要解决的。那么如何引导学生在科学探究活动中建构科学概念？在《校园生物大搜索》这一课的教学中，我从以下几个方面进行了粗浅的尝试：

一、知其知彼——寻找支点

1、明确课时科学概念

要想比较完整地把握课时科学概念，教师必须在了解单元教材结构的基础上去进一步钻研课时教材的结构——了解教材的内容组成部分，每一个活动的要求、所要做的准备工作、所要达到的教学目标以及教学中可能存在的困难。这样才能真正达到“用教材教”的境界，才能更好地把握课时科学概念。《校园生物大搜索》这一课是以校园生物为研究对象，由组织学生认识常见的校园动植物以及调查校园中的动植物两个活动构成，其目的是希望学生能学会用分区域分组、按照顺序调查、分类统计、并用不同的方法进行记录等方法，在实地调查校园生物种类的过程中，感受校园生物多样性的美，从而逐步构建生物多样性的认识。

2、了解学生对课时科学概念的原始想法

课前，可以围绕着新的教学内容设置一定的问题情境，学生去回答，作为前测把学生的前概念充分地暴露出来，对学生的前概念，教师要对它们进行整理、分析、梳理和归类，然后设计有针对性的教学活动。在进行《校园生物大搜索》上课之前，我也选定一个班级对学生关于生物多样性科学前概念的调查。课前我创设一个问题情境——课前3分钟头脑风暴：请用自己的方法快速地写出除校园外的植物名称，看谁写得最多？要求不能讨论，也不能看书，独立完成。学生没有任何心理准备，很突然但他们还是很激动，手忙脚乱地快速地写下自己所知道的动植物名称。从学生汇报的情况来，确实有点乱，但也是乱中有序，因为他们都有自己的理由：凭着记忆写；根据菜谱写；根据贵的和便宜的写；想自己家周围的植物写；根据自己印象最深刻的地方去写；分不同的地方写；根据颜色的不同写；根据好看的和难看的写……经历了3年的科学学习，加上学生在生活中的经验，对于生物多样性，学生在朦胧中已经有了自己的认识。然而这样的认识，在学生的头脑中是还是比较模糊凌乱的。

3、寻找支点

课堂再现（导入新课时）：

师：出示安阳实验小学校园效果图，问：这是哪里？我们的校园美不美？

生：这是安阳实验小学，我们的校园很美。

师：你能不能用一句话说说我们的校园美在哪里？

生：有很多的树。

生：春天到了，还有很多漂亮的花。

生：还有十大景区，和杭州西湖一样。

生：对，还有河边景区的十二生肖呢

生：饲养园有小狗，我最喜欢了。

生：……

师：同学们说得最多的还是校园的动植物，那你们已经认识了哪些动植物？

生：柳树、桃花、樟树、竹子。

生：蚂蚁、蜜蜂、蚜虫。

生：……

师：现在老师这里也收集了一些校园动植物的图片，想考一考你们，怎么样敢接受挑战吗？出示校园里的一些植物和动物，让学生说出它们的名称及植物所生长的地方。

生：学生们只能对平时比较熟悉的柳树、桃花、樟树、竹子、蚂蚁、蜜蜂、蚜虫，能快速地叫出其名称及所在的地理位置，但对于红花积木、枣树、板栗树、无花果李树等植物的名称及地理位置，只能面面相觑了。

师：在我们平时的生活学习中，我们通过观察已经认识了校园里的一些动植物，但校园里的生物很多，还有很多种动植物我们还不知道。要想比较全面地了解校园里的动植物种类，那就必须对校园生物进行全面大搜索。那这节课我们就来对校园生物大搜索。

通过课前问卷的方式了解学生的科学前概念，课堂上调整原来教学方案——插入出示一些学生比较陌生的动植物图片，难一难这些比较自负的学生，让他们叫不出这些动植物的名称及地理位置，从而明白要想比较全面地了解校园里的动植物种类及它们的名称（校园的植物都有树牌说明其名称、产地、习性的），那就必须对校园生物进行全面大搜索，在校园大搜索中逐步建构生物多样性的科学概念，这就是本课教学的支点。

二、明确目标，运筹帷幄

（一）设计探究活动，促使学生的原有观念与科学概念发生冲突。

     平时学生对校园里动植物的观察是非常随意的，只是认识一些校园里常见的动植物，至于校园里动植物的数量到底多到有多少种？它们的名字叫什么？从来没有想过要去调查，也不知道该怎样去调查？此时教师就应该设计一些探究活动，促使学生的原有观念与科学概念发生冲突，从而为学生原有观念向科学概念的转化作好铺垫。科学（3-6年级）课程标准提出，科学探究涉及的面很广，它包括提出问题、猜想结果、制定计划、观察、实验、制作、搜集证据、进行解释、表达与交流等方面，鉴于这种认识，在这节课中我设计了以下几个活动进行新课的教学：

课堂再现：

活动一：指导调查校园中的动植物

出示安阳实验小学校园示意图。

师：要想调查整个校园里的动植物种类和分布情况，你觉得该怎样调查比较科学有效？

生（自告奋勇）：我知道，一种一种地数出来。

生：也可以数码照相机拍摄下来。

生：好象不行，这样会很乱的。

生：可以分景区调查，因为我们学校有九大景区。

师：全班一起逐个景区调查好吗？

生：这样会很拥挤的。

生：最好分组调查。

师：为什么？

生：这样速度快。

师根据学生的回答，逐个出示九大景区，让学生欣赏九大景区的风景及它们

所在的具体地理位置，最后回归到校园十景示意图。

师小结：分区域分组调查确实是一种科学有效的好方法。我们的科学家对某一地

区的动植物种类和分布情况进行调查时，也是采取这种方法的。只是我们的校园

太大，用一节课的时间，很难做到全面调查统计校园里的动植物种类。所以老师

把九大景区在六年级段进行了分配，每个班级分别观察统计一个或两个景区里的

动植物种类。我们六（7）班分到的是春华秋实景区。

活动二：指导调查一个景区里的动植物

师：出示春华秋实景区，现在我们先来认识一下春华秋实里所包括的景点：果园、大棚、种植园、饲养园。为了快速有效地调查春华秋实景区里动植物种类，老师把这几个景点在小组里进行分配。

果园（北面） ：1-3组  、（南面）：4—6组

大棚：7-10组    种植园：11—12组    饲养园：13组

师：现在，假如我们正在春华秋实景区中，面对自己小组所分到的景点，小组讨论一下，你们准备怎样调查景点里的动植物种类和分布情况？

生：男生调查动物，女生调查植物。

生：我们组男生观察土里的动物和植物，女生调查地面上的动物和植物。

生：还要按一定的顺序调查统计。

师：能不能说具体一些？

生：一个地方调查完了，再到另一个地方观察。

生：我们也可以从左边先调查，再到右边调查。

生：那我们先从外边调查，再到里面调查可以吗？

生：这不是废话吗？

师小结：学会按顺序调查，确实可以给我们的调查带来很多方便。

（板书：按顺序观察）

生：调查完了，还要记录。

师：怎么记录？

生：分动物和植物两类来记录。

生：土里的动物也应该算。

师：地里的动物看不清楚，怎么办？

生：放大镜

生：那经常飞来的小动物算不算？

生：应该算。

师：那我们怎么可以知道有哪些小动物有经常飞来呢？

生：我们可以从脚印、粪便、毛等踪迹来推断躲藏起来的动物。

师：几个同学怎样分工比较好？

生：有的调查动物，有的调查植物。

生：也可以分天上飞的，地上爬的，土里钻的来调查。

师板书：分类调查、记录

师：你觉得在调查时，可能会遇到哪些问题？

生：碰到不认识的动植物，该如何记录？

生：看牌子，因为我们学校的植物都是有牌子介绍的。

生：可以用拍照或画画的方法。

生：也可以捡地上的落叶。

生：也可以用数码照相机拍下来。

生：那记不知名动植物，可以吗？

生：那么多的不知名动植物，又怎么分得清楚呢？

生：可以记不知名动植物1、2、3……

师板书：记录：文字、绘画、标本、拍照。

师：在调查的时候，我们还应该注意什么呢？

生：不要采摘植物和伤害动物，因为它们也是一个生命。

生：不要大声喧哗影响动植物们休息。

师小结：我们尊重了动植物的生命，动植物们也会很好地回报我们人类，让我

们同学在这个和谐的校园生态系统中生活得更幸福！更快乐！

第一个探究活动的指导是对第二个探究活动的铺垫，让学生明白调查某有个地区的动植物数量，需要分区域分组调查，这样可以大大提高调查的效率，否则只凭着原有的意识去随意调查往往会事倍功半。第二个探究活动是第一个探究活动的延伸，让学生明白在分区域分组调查的基础上，还要学会按照一定的顺序进行调查、分类统计、并用不同的方法进行记录，在调查的过程知道有意识地保护动植物的生活环境，为学生外出实地调查作好铺垫，否则学生的外出实地调查只能是热热闹闹地在校园里绕一圈，而没有实质性的收获。根据波斯纳等人的研究，为了实现学生的概念转变，应满足下列条件：1.学生必须对自己头脑中已存在的概念不满意；2.学生必须对新概念有最低限度的理解；3.新概念初次出现时必须显得合情合理；4.新概念应具有解释和语言的功能。其中对当前的概念不满意是产生概念转变的关键因素，因此利用引发认知冲突的方法来促进概念的转变，对于纠正学生的错误概念是一种极为有效的教学策略。建构主义认为，知识并不能简单地由教师或他人传递给学生，只能由学生依据自身的知识和经验主动地加以建构。而社会相互作用对个体的意义建构非常重要，通过合作和讨论使学生超越自己的认识，看到与自己不同的理解，看到事物的其他侧面，从而形成对事物更加丰富的理解，将有利于学习的广泛迁移。所以，教师在课堂上既不能急于求成，也不能强行纠正，可以巧妙地通过合作学习中的讨论和对话，引发学生的认知冲突，允许学生为自己的前科学概念辩护，使学生间或师生间充分交换对同一事物与概念的不同看法。当学生发现自己所持有的概念、观念与他人不同，他人的观念比自己更合理，能更好地解决自己悬而未决的问题时，他们往往会对自己先前所持有的观念提出怀疑。在这种认知冲突中，学生易于接受新的、正确的科学概念。

（二）在实践探究建构正确的科学概念

让我们的学生明确调查任务和要求后，再放手让学生用分区域调查，按顺序观察，并选用适合的工具和方法对校园生物进行调查和记录，使学生能能真正做到学以致用。让学生进行室外调查时，对少部分调皮学生来说，就好象放出笼的鸟儿一样，可以好好地舒展一下自己的手脚，这里摘几片树叶，那里在地里挖几个坑，找一些可爱的小动物，虽说不能按照科学的方法进行有顺序有目的地全面去搜索该区域里的动植物种类，但在他们这些杂乱无章的探究中，也会发现和认识一些新的动植物和产生一些新的问题，优秀生的调查更是如此。其实从某个方面来说，这些调皮蛋的发现，也是对优秀学生调查内容的一种很好补充。就在这种有目的地又放松的调查或玩耍中，感受校园多种多样生物美的魅力，逐步建构我们周围生活的生物是多种多样的科学概念，使科学概念的建构和科学情感的体验都达到了润物细无声的效果，这很好。

三、反思总结，感悟提升

1、  要站在儿童科学前概念上进行教学设计和调整。

第一次试教的时候，对学生的科学前概念没有进行正式的调查，只是教师自己坐在办公室里想当然地设计教案进行教学——收集大量的校园动植物图片，让学生进行判断，浪费了一些不该浪费的时间；至于该如何有效地调查校园动植物种类，没有给学生充分地思考时间，只是放手让学生根据平时的经验随意说说自己的调查方法，教师也没有进行科学的梳理归纳引导，所以上完后这一节课后，学生在原有的基础上并没有多少新的收获和提升。毫无疑问这是一节失败的课。

在进行第二、三次试教的时候，为了更好地了解学生的科学前概念，课前我创设一个问题情境——课前3分钟头脑风暴：请用自己的方法快速地写出除校园外的植物名称，看谁写得最多？要求不能讨论，也不能看书，独立完成。根据调查结果，我对原来所收集的校园动植物图片进行了适当地筛选——保留一部分学生已经认识的常见动植物图片，增加一些学生不认识的动植物图片，使图片的呈现有一定的梯度感，再让学生进行判断，这样既可引发学生的兴趣，又会让学生学会思考。只是在如何有效地调查校园动植物种类这一环节，学生们说得还是比较散，虽说教师也对学生说的方法进行了梳理，但学生真正所掌握的方法还不是十分清晰和扎实。而且我们整个校园很大，在一节课内要想完成校园所有动植物种类的搜索，也确实有一定的难度。

要想让我们的课达到“一英寸深”的效果，而不是“一英尺宽”的高度。在第4次试教的时候，我重新调整自己的教学设计理念，对教学环节进行了局部的调整，把每班级要调查的范围缩小为一个景区，这样大大提高了学生调查的效率。只是在如何有效地调查校园动植物种类这一环节，学生们说得还是比较散，学生真正掌握的方法还不是非常清晰和扎实。那么到底该如何更好地突出这个重点呢？经过再三研讨，决定通过小组讨论的方式让学生写出自己的调查方案，让学生在交流汇报中认识到自己原有方案的不足，在这样的基础再去完善自己原有的方案，使学生混乱无章的想法就会有一个比较清晰的条理性，同时也能使学生原有的认识在讨论交流中会有新的收获和提升。为了更好地突出整个教学环节的整体性，我对教案重新进行了调整：在放手让学生讨论“如何有效地调查校园动植物种类”的时候，插入安阳实验小学校园分布图，让学生从整体上感知校园的整体分布，再从局部上来了解我们校园十景的分布，为学生学会分区域调查做好铺垫。通过几次教案的调整，待到第5次试教的时候，课堂上才真正有水到渠成的感觉。

2、要根据学生你年龄特征，进行设计要有梯度感的教学环节

记得第一次试教时，我只考虑到让学生说说校园的十大景区，为学生讨论校园动植物种类的方法时做铺垫，却没有考虑到学生外出调查时，还要具体了解它们在校园各自的具体地理位置。因为学生的年龄特征决定了他们对周围事物观察的随意性，所以在实地调查时，有一部分学生就在那里嚷嚷，这个景区在哪里？另外在讨论调查方案时，只是放手让学生随意说说各自的调查方法，表面上看起来很热热闹闹，实际上真正有思维参与的学生就是那几个爱表现的学生。课后反思，在设计这一环节的教学内容时，学生缺乏对校园整体、局部的感知和对调查方法的模糊感。这种情况下想让大部分学生在原有水平上有新的提升，那也不过是纸上谈兵。我总觉得教师在设计教学时，心中一定要有谱——新的教学理念和课时教学目标。在新教学理念的引领下，确定课时教学目标，根据学生的年龄特征和该课时的科学前概念设计有一定层次的教学环节：从校园动植物图片引入新课，暴露学生的科学前概念，让学生明白自己的不足之处，激发进一步探究的欲望，那么指导学生调查校园中的动植物和指导调查一个景区里的动植物也是顺理成章的事了，最后通过课外校园生物大搜索，为新概念的最终形成提供巩固的机会。所以说有梯度的教学环节设计，才能使‘请君入瓮”不漏痕迹，才能使“君”的感知根深蒂固。

3、要善于寻找学生的最近发展区，要创设让学生跳一跳能摘到果子的问题。

在课前我采取问卷调查的方法——让学生记录自己在校园里已经认识的动植物名称。在这样的基础上，在认识校园动植物这环节时，我做了这样的处理：选择几张学生认识的动植物图片，激发学生的兴趣，再穿插几张学生不认识的图片，给学生思考和学习的机会，从中明白在我们的校园里动植物很多，还有很多我们所不认识的动植物，这样对引导学生去全面认识校园里的动植物，要在课外进一步去探究的做法也就水到渠成了。另外在讨论调查方案时，我出示一张调查表，放手让学生随意写下各自的调查方法，再通过科学交流会让每组学生说出自己的调查方案，其他组学生提出补充意见或修改意见，并说明理由，让学生的智慧在科学交流中碰撞新的火花。在这样的基础上，再让学生重新完善原有的调查方案，最后带着这样的调查方案再去实地调查，也就有的放矢，有所收获了。这样让大部分学生在原有水平上有新的提升，也不再是纸上谈兵，而是梦想成真。

 

参考文献：

1、刘忠学  小学生的前概念与科学教学      文章来源：《人教网》  

2、郁波2007.10.24于杭州  在京浙粤课堂展示课上的讲话

3、李子朔  初中学生化学前科学概念的调查及其对策    出处：人教论坛网

4、《科学（3——6）年级课程标准》[M]  北京师范大学出版社，2002、3