小学科学思维型概念教学模式建构及应用

李霞

科学教学的重要任务之一是发展学生的科学观念，并将其应用于科学现象的解释与实际问题的解决[1]。科学观念是学生在理解科学概念、原理、规律的基础上，逐步形成的对客观世界的总体认识[2]。科学观念的形成依托科学核心概念的学习，核心概念不同于一般的科学概念，它是基于具体事实和一般概念基础上抽象出来的深层次的、可迁移的概念[3]。小学阶段，如何有效开展核心概念教学，是新课程改革以来科学教学实践中的重要问题。思维型教学原理已被证明可以有效发展学生的科学观念及其他科学素养，本文以思维型教学原理为指导，在对《义务教育小学科学课程标准》（2017）中科学概念进行梳理和分析的基础上，建构了思维型概念教学模式，提出了有效开展核心概念教学的操作要点和应用案例。

小学科学课程中科学概念梳理和学生学习特点分析

小学科学概念的进阶梳理

《义务教育小学科学课程标准》（2017）的课程内容确定了18个主要概念、75个学习内容、207个学习目标。18个主要概念是指适用于一定范围内物体和现象的概念，其抽象程度较高、适应范围较广，对整个小学阶段的概念学习具有统领作用，是小学科学学习的核心概念。75个学习内容是指用于特定观察和实验的一般概念。根据小学生认知特点，由浅入深、由易而难，课标将学习内容再次解析，在低、中、高3个学段设计了207个学习目标[4]。从学习目标到学习内容再到主要概念，以概念进阶的方式描述学生在各学段所应完成的、连贯深入的概念学习要求。

下面以主要概念1“物体具有一定的特征，材料具有一定的性能”为例，对于“材料具有一定的性能”可梳理出概念学习进程图（见图1）。图中主要概念、学习内容和学习目标均为课标规定内容。箭头表示了下位概念和上位概念间的关系。上位概念的综合和抽象程度高于下位概念。1个下位概念可以是多个上位概念的基础，而1个上位概念可能需要多个下位概念作支撑。上位概念的学习需要以下位概念的学习为前提，需要学生经历一系列的探究活动。

小学生科学概念学习的特点

依据儿童思维发展的基本规律，结合本人长期的课堂教学实践，对小学生科学概念学习的特点分析如下：低年级学生对自然事物和现象的感知积累还较少，对事物的认识一般局限于事物的外部特征，主要通过观察和动手做的方式认知世界，还处在形象思维主导阶段。中年级学生的语言表达能力、书写记录能力、描述复杂现象的能力逐渐提高，能使用所学的科学术语描述并解释常见现象的一些共同特征，思维方式逐渐由形象思维向抽象思维过渡。高年级学生能尝试自己独立完成科学探究活动，能利用所学概念和知识描述现象的变化过程，并能初步解释变化的原因，具备一定的分析综合能力和抽象上位概念的能力，开始进入抽象思维主导阶段。

以“材料具有一定的性能”这一主要概念的学习为例，其下位的学习内容，低年级主要是认识常见材料的外部特征和一般特征，例如生活中常见的物品是哪种材料做的等，采用观察、描述、分类、比较的方法比较适合;中年级主要了解材料的某些性质，例如怎樣证明材料是否具有导电的特性等，除了采用观察、描述、分类、比较的方法外，还增加了变量控制实验、测量、归纳、概括的方法;高年级主要是认识材料的变化，例如怎样做可以使人工世界和自然世界更和谐等，增加了较多建模、推理、论证、质疑的方法。

由以上分析可知，学生建构核心概念的过程就是在探究实践中对现象和事实不断分析综合、归纳推理、抽象概括的过程，在此过程中，需要持续激发学生的思维动机，保持思维动力，触发思维监控，引发思维迁移[5]。而思维型教学原理正为这样的教学提供了有力的理论指导和实施保障。据此，作者在长期的教学实践中基于思维型教学原理，结合概念的进阶特性和学生概念学习的特点建构了思维型概念教学模式。

小学科学思维型概念教学模式的建构

教学模式是在某种教学思想、学习理论指导下，围绕教学目标在一定的教学环境中，形成的具有相对稳定结构的教学范型[6]。它是对复杂教学组织方式的简约表示[7]，体现了教育价值取向，决定了行为规则，整合了教学方法和策略，是将教学理论和教学实践紧密联系起来的桥梁。小学科学思维型概念教学模式以林崇德、胡卫平（2002）提出的“思维型课堂学习原理”作为指导理论。胡卫平认为教学的核心是思维，思维是能够有效衔接不同素养的核心，多维素养的发展需要以思维的发展为基础。他提出课堂教学的动机激发、认知冲突、自主建构、自我监控、应用迁移五原理[8]，以五原理为教学规律，以思维为素养核心，在科学探究实践中整合多维素养的协同发展[9]。

作者在教学中，将对课标中各级概念的教学与思维型课堂学习原理有机结合，构建了小学科学思维型教学模式。下面具体从该模式的教学目标、教学过程、教学评价、教学环境、教师专业能力要求5个要素进行阐述。

教学目标

聚焦科学素养，以学生的日常概念或下位概念为基础，以核心概念为方向。在探究实践中，通过深度的思维参与，获得上位概念，发展科学观念，同时使科学思维、解决问题能力、科学情感态度等方面的素养得到综合提升。

教学过程

本模式基于思维型教学五原理之间内在的逻辑关系，设计了教学过程的五环节，每个环节分别从学生活动和教师活动2个维度进行了提炼和设计，见图2。

环节一，教师创设学习情境，激发学生学习动机，暴露学生已有概念和经验。

操作要点：创设情境。

要求：与学生的生活经验相关从而引发兴趣，与探究的问题相关从而暴露已有概念。

情境的内容：低年级宜偏重兴趣，高年级则可偏重探究内容。

策略：开展科学游戏，借助有趣的小实验，利用科学史故事或生活中真实的事件等。

环节二，教师呈现具体例子，引发学生质疑，使学生基于认知冲突进入探究。

操作要点：精选例子。

要求：学生的下位概念不能解释该例子，从而引起学生认知上的不平衡，引发学习的原动力。

例子的内容：可以是同化原有认知，也可以是顺应原有认知。

环节三，教师提供学习材料，预设启发性问题链，学生自主建构上位概念。

操作要点：合作感知和抽象概括。

学生认知水平相近，感知模式相似，学生通过合作交流，丰富感知经验，为后续自主思维加工提供基础。依据小学生的认知特点，低、中年级可以从具体的或学生熟悉的日常物品入手，利用韦恩图等形象的手段引导学生寻找、发现共同点;中、高年级学生已具备了某些下位概念，可引导学生直接从外部的、非本质的特征向内部的、本质特征深入，一步步抽象，达到概括。

环节四，教师引导学生反思学习过程和思维方式，并通过同伴合作进行评价。

操作要点：自我反思和合作评价。

自我反思就是通过学习支持单、评价表格、课堂或课后作业的方式反思自己的学习过程。合作评价就是组织学生进行组内评价、班级评价，听取不同的观点并从中得到启发，进而能从不同角度完善对概念的理解，发展自己的思维。

环节五，教师提供新情境，鼓励应用新概念，帮助学生实现概念的迁移应用。

操作要点：提供新情境。

概念学习完成之后，教师精心选择新的问题情境，使学生将新概念迁移到新情境中，不断加深对概念的理解和应用，做到融会贯通，发展高阶思维。

教学评价

1节课中上位概念学习结束时，对学生概念学习效果的评价有多种方式，可以是基于理解层次的解释概念，也可以是基于创造层次的利用概念解决问题，具体方法有：①借助生活实例解释自己对概念的理解。②课内完成练习性测验或水平性评测。③画概念图将多个概念和观点联系起来。④提出新问题，使用概念解决问题。

单元或阶段的学习结束时，需要注意加强对学生应用概念解决问题的评价，以发展学生的高阶思维能力。教师需要重点关注不易理解的概念内容。归类如下：①比较抽象复杂的概念，如高年级学生对光合作用概念的理解。②要求不断自我反思才能完全理解的迷思概念，如中年级学生理解声音如何在固体中传播。③不易直观感知的概念，如中低年级学生理解看不见的东西也同样有重量等。教师可以通过多次评价找出学生的误解之处，评价除了在课堂结束之前进行，更需要过一段时间在单元学习结束时进行。在形成性评价过程中，学生不断发现自己的误解之处，不断纠正自己错误的理解，以评价促进概念学习，真正理解和掌握概念。

教学环境

思维型概念教学模式的教学环境，从学习环境和学习资源2个方面进行設计。在学习环境井然有序、学习资源结构合理的同时，为尽可能丰富学生概念建构所需的感知和表象，需开发利用适切的数字化学习资源和学习环境。①对于学生不易感知的事物，可利用计算机建模和仿真技术做成有关其组成和结构的课件，使学生可以体验和观察，获得对事物的表象。②对于学生不易直接亲历的事件，可将其设计为连续动画或视频，激发学生联想或唤醒其长期记忆中的某些知识和经验，从而使学生能同化正在学习的新概念。③对于学生不能同时面对的多个问题情境，在尽量保证其复杂度和真实性的前提下，设计出数字化、有意义链接的自然生活场景和问题情境组合，使学生进行概念迁移。④对于不能同步观看其他小组进行的动手操作、学习记录等，可以利用手机同屏技术播放手机拍摄的现场照片、视频等，对比各小组的信息数据、概念图等，使学生补充或修正自己的概念。

教师专业能力要求

教师是学生概念学习的设计者和支持者，教师需要做到：①明确教学中的主要概念，并理顺上位、下位概念间的关系。②按照学生形成概念的认知顺序将相关材料进行排序。统一的教材不可能完全按照自己所带学生的认知顺序进行编写，故教师要对教材内容进行整合、增补和排序。③挑选概念学习材料，列举正面或反面例子。④事先设计并准备足够多的有结构材料。⑤依据概念的复杂程度合理安排教学时间。对于复杂程度高的分解概念或大概念，可以连续安排几节课进行学习，也可以安排在不同的学期。

小学科学思维型概念教学模式的应用

根据思维型概念教学模式5个要素的具体要求，以各版本小学2年级《科学》教材都有设计的学习内容“识别生活中常见的材料”为例，说明如何进行思维型概念教学模式的设计。主要阐述教学程序中，如何帮助学生从对各种常见材料的模糊、碎片化的认识（日常概念），进阶到一种物品用多种材料共同组成，会更好用（上位概念），并为不同材料具有不同的性能（学习内容1.2）作好准备，在此过程中发展学生的各维度科学素养（见表1）。

结语

相对于一般的概念教学，思维型概念教学模式重视对学生在概念学习进程中上、下位概念的联结及核心概念的深度建构，重视对学生自我反思的指导和核心概念的迁移应用。在学生感知体验的过程中发展分析概括能力，在互动交流过程中发展逻辑思维能力，在反思评价中发展对知识模糊性的理解力和包容力。本模式能够帮助教师有效开展聚焦核心概念的教学，帮助学生丰富学习方法，使学生不断形成科学观念，发展科学思维，提升真实情境中的问题解决能力，进而发展科学素养。