基于运动表象活动的小学生科学概念建构实践研究

◇费许峰

真实的科学实验经历中形成的表象是科学概念建构的心理学基础。本文从一般性实验开放经历，结构性实验梯度经历，单元整组实验完整经历和游戏型实验充分感知四个方面论述了基于运动表象活动的科学探究实验活动促进科学概念有效建构的实践策略。

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。

一、一般性实验开放经历

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他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。

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。

用纸搭建的横梁

在3～6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、开放性地去经历，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。

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，我引导学生开放性地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1），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个垫圈触底了，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：有其他发现吗？

生2：我们发现，一倍、二倍、四倍宽的纸梁和一倍、二倍、四倍厚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得多，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地建立了“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3－6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。

二、结构性实验梯度经历

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4－6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，在拱上加重物用卡纸做一个拱，用拱足（书）把拱固定住，在拱上加重物用卡纸做一个拱，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。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。

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，有计划地梯度性推进，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。

三、单元整组实验完整经历

从培养形象思维能力的角度出发，探索性实验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、具体地归纳出现像或规律。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的系列安排，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，该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，并利用上述经历获得的表象，使形象思维与逻辑思维相配合，从而最终构建概念。

四、游戏化的实验快乐感知

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。

六年级上《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？在地上做好记号。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。