实验在促进学生前概念转化中的有效运用
发布时间:2017-09-27 14:01:27 发布者:金华市外国语学校 点击浏览:826次

王珺

摘  要:每个人每天都生活在不同的环境中,各自对外界事物的认识均形成了自己的前概念,当然,这种前概念可能是正确的,也可能是错误的、片面的、模糊的,而学生在学习科学的某一知识点之前,亦是如此,当前概念与科学概念并不相一致时,往往有矛盾和差异,用实验干预学生的前概念,呈现前概念与新知识之间的差异,帮助学生从错误的前概念转化到正确的科学概念,这既符合科学学科教学的需要,也符合初中生认知的心理特点。


关键词:实验   前概念   转化

前概念是人们在正式接受某一概念之前,利用自己对日常生活的认知、感觉,并在长期的实践中积累的对某一事物的认识。科学前概念是学生在开始系统学习科学前,已经广泛接触世界,与世界互动,并试图依据个人经验理解自己身处的世界,形成一套非显性的解释。

由于前概念具有顽固性,而且学生在判断时往往更容易被前概念影响。所以,在教学过程中不能简单强硬地从外部对学生实施科学概念的灌输,而是应该将学生的前概念作为教学的起点,运用一些生活中的素材或实验器材,用强有力的实验事实动摇并转化学生错误的前概念,为科学概念的构建奠定坚实的基础,促进学生的前概念向科学概念的转化。

一、回归生活实验,化解知识误区

我们每个人从一出生起,就对周围的一切充满了好奇:用眼睛去看,用手去摸,用牙齿去咬……随着年龄的增长,一部分人依然对周围的事物充满了好奇,并延续了这种好奇,并尝试着去找到答案,但另一部分人却离科学越来越远,或许是因为在他们在科学的学习中太枯燥、太乏味,太远离了自己的日常生活和体验。因此,在我们的科学学习中,若是书本能更接近生活,他们的学习兴趣和探究的热情将能更持久。这种生活中的学习,我将其称之为生活实验,它能更好地化解生活经验造成的知识误区。

【案例1】试题:下列是植物的某一器官,也是我们食用的部分,其中属于根的是(  )

A.藕    B.马铃薯    C.番薯    D.荸荠

学生答案中,选择ABD的认为在水下或者地下的即是根,这其实就是学生对生活经验的误解,即对此科学概念认知上出现的错误。因此我们可以让学生在课前查阅资料:根和茎的区别。并在课上观察这四种蔬菜:莲藕、土豆、红薯、荸荠。在此过程中学生的积极性充分调动,并能够梳理出相关知识。

【知识延伸】根与茎的区别: 第一,凡是茎,都有节,不管是地上茎、地下茎、匍匐茎或鳞茎……,在它们上面都可以找到节。而萝卜的根上,也会有像马铃薯块茎上的凹穴,前者是萝卜肉质直根上侧根脱落后的痕迹,而后者却是长鳞片状叶的节。第二,凡是茎,都长叶,但在根上决不会长叶。马铃薯是变态茎。第三个特点是茎上能开花。即使变态的茎,也有开花的特性,如荷花就是从要有茎上长出来的,也就是从藕的侧芽上发育而成的,综上所述:答案为C。

【案例2】问题:电风扇吹来感觉凉爽是什么原因?

学生回答的答案中有一部分是认为风吹来使得汗液蒸发吸热;但也有一部分同学认为是吹出来的是冷风。这看似很纠结的问题,其实就是学生的错误前概念造成的。那么解决的办法只需要动手实验,利用生活中易得的温度计。

学生实验:先用温度计测出教室内的温度,后打开教室内的电风扇,测出教室内的温度,多次测量,并进行数据对照。继而得出结论:吹来感觉凉爽的风是因为室内空气流动速度加快,加快了汗水的蒸发,而蒸发有致冷作用。

以上两个案例都是教师引导学生充分表达暴露前概念,再营造良好的教学情景,拿出事物或器材做实验,再分析,这让学生就直接回归了生活,将学习寓于实验,突破了科学前概念带来的误区,还激发了他们的学习热情,提升了他们的科学素养,其乐无穷。科学小实验,生活大体验,比如还可以利用两个挂钩来做“马德堡半球实验”、“瓶子吞鸡蛋”等生活中的小实验,在体验中转化错误的前概念,让学生学以致用,加深相关科学概念的影响,以抛除错误或有缺陷的科学前概念带来的不利影响,从而形成持久的、正确的知识观。

二、利用美轮美奂实验冲击,寻找新旧知识冲突的契机

要突破学生科学学习中错误的前概念,就要通过精心设计实验,让学生观察平时没有看到的实验,美轮美奂的实验冲击和学生的日常经验产生了矛盾,引发了学生新旧知识经验之间的冲突,从而引发观念转变和认知结构的重组。

【案例1】燃烧的条件之一是需要助燃剂,这里的助燃剂一定要是氧气吗?

大部分的学生都认为,助燃剂就是氧气,因为书本中的例子都是金属和氧气反应,这里前概念的误区主要是所学知识的不完整造成的,因此,教师可以利用美轮美奂的实验冲击,让学生找到新旧知识冲突的契机。

【实验】1、白磷在空气中燃烧;

2、在热水中放入一小块白磷,并通入氧气,观察是否燃烧;

3、金属铜在氯气中燃烧。


虽然这些实验对空气有污染,需在通风橱中进行。但是,当学生亲眼看到金属铜和氯气反应的现象时,从他们惊奇的眼神中,其实这堂课的效果已经达到了预期的目的,前概念自然也就得到了转化。

【案例2】如“金属钠与硫酸铜能发生置换反应么?”对于这个问题,学生会根据金属活动性顺序表来进行分析,得出能进行置换反应的结论,这是每一个初学者都会犯的错误。

【实验】将一绿豆大金属钠放到硫酸铜溶液中。







当学生看到金属钠在液面上发出嘶嘶声,一边反应一边旋转时,同时还产生美丽的蓝色絮状沉淀时,他们异常兴奋,发出阵阵惊奇声。这个时候,教师不能仅满足于实验带给学生的轰动效应,而是要适时引导学生,要让学生知道金属钠与硫酸铜反应是先与水反应,后与硫酸铜反应。同时有必要的延伸:钾、钙、钠都很活泼,他们与可溶性盐反应时,都是先与水反应。这样在实验带来轰动效应的基础上,学生很快就突破了科学前概念带来的误区。

三、利用创新实验,转化“前概念”

学生错误的或有缺陷的科学前概念往往是根深蒂固的,在教学中通过有效的途径促进学生自主鉴别错误的前概念,通过设计贴近课本但层层深入的创新实验,指导学生观察、分析现象,诱导学生发现自己错误的前概念,是突破科学前概念的有效途径。

(一)演示实验

演示实验是课堂教学手段之一,它是用来配合教学的,应根据不同的教学内容而定。教师所选的演示实验应具有代表性、生动性,这样更有利于解决问题。

【案例】牛奶到底是嘴“吸”上来的还是被大气压“压”上来的?

【演示实验】1、覆杯实验;2、用茶壶倒水(追问:你能否想个办法不让水倒出来?将壶盖上的小孔摁住。)


2、针筒向左推,即可轻松吸出。  

结论:牛奶是被吸上来的,是被大气压压上来的。

从生活经验引入,回到生活事例,引发学生对此科学前概念的疑虑,最后用演示实验来进一步阐述正确的科学原理,有效地解决了学生前概念的模糊之处,并激发了学生学习科学的内驱力。并加以建模辅助思考,培养学生抽象问题的解决能力,更好地对正确的科学概念

(二)分组实验

演示实验是教师单独做示范实验,虽然操作快捷、方便,但学生的参与度低,因此通过学生分组实验,不仅印象深刻,而且能培养学生的创造力、体验到小组合作的快乐,更加有效地解决生活中形成的科学前概念带来的误区,转化根深蒂固的认知,转化为正确的认知。

【案例】源于13年衢州中考题的思考:小常进一步开展了如图丙实验。往两个形状相同的塑料盆A、B中各加入10牛的水,再将B盆放入A盆,B盆漂浮。这时B盆所受浮力:F浮=GB盆+10N>10N。继续往B盆内加30牛水,B盆仍漂浮。小常此实验的目的是     。

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实验探究:液体是否能产生比自身重力大的浮力?

学生实验:取两个透明的塑料杯,在一个杯中装少量的水,在另一个杯中装较多的水,将装有较多的水的杯子放到装少量水的杯子中。

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结论:液体能产生比自身重力大的浮力。

本题若从原理上分析,大部分学生依旧一知半解。但通过简单的器材分组动手实验,学生就豁然开朗而且终身难忘。因此有时候很多物理的一些难点问题,无需多讲,只要动手,用深入协作的实验来指导学生建构正确的概念体系。

(三)课后探究实验

教师应当把学生的前概念作为教学的始发点和生成点,并运用有效的教学策略和方法来暴露,把学生的前概念作为教学的始发点和生成点,并根据不同的教学内容,进行有效引导或实验探究,暴露、修正、替代学生的前概念,引导学生将前概念转化为科学后概念。

【案例】在讲解到“置换反应”时,有一个是金属铜和硝酸银反应的实验,学生们根据所学知识推测实验现象应该是:看到红色铜的表面覆盖一层银白色的物质。结果演示实验后,同学们发现不是一层银白色的物质,而是一层黑色的物质,这明显与推测的实验现象不符合,于是学生就自主设计了新的方案来进行探究:

(1)提出自己的猜想:是否反应物里有杂质;是否反应不是按我们的猜想进行的;是否试管不干净;是否生成物有新的物质生成……

(2)重做实验。有同学提出应多次实验、观察并记录结果。

(3)设计实验方案,通过活动检验自己的猜想,修正自己的提法。

(4)改正实验,提出进一步的猜想和建议。

通过多方面的探索实践、网上查找信息等,最后学生得出的结论是:银粉或任何金属粉末在颗粒达到一定的数量级(很小)时,都是黑色的。所以我们看到的是银粉,它是黑色的物质。试想,学生得到的仅仅是这些正确的结论吗?无庸质疑,在探究的基础上,学生根据自己的兴趣和矛盾点,通过手脑并用的探究活动,真切体验到了科学探究过程的曲折和乐趣,能动地认识和生成科学知识,真正让学生体验到了、感悟到了科学美。

四、反思

在运用实验进行学生前概念的转化教学过程中,笔者认为需要注意以下几个方面的问题。

(一)及时挖掘前概念,不满足于简单的生活经验

学生的前概念潜藏在其知识体系内,教师要想方设法地发掘学生头脑中原来的前概念,特别是一些生活经验导致的错误前概念。基于生活的科学教学是学习科学的重要思想,脱离生活的科学教学是纸上谈兵。如在讲解玉米粒是种子还是果实,整个玉米棒是什么的时候,很多同学都不知道,我们应该拿出实物和学生一起分析,给学生留下持久的印象。又如“像的大小与距离平面镜的距离有关么?”,我们应该通过实验和课后探究,来解决人眼观察物体“近大远小”的视觉特点;“将40W和100 W灯泡串联在220伏的照明电路中,100 W的比40 W的灯泡更亮么?”等等这些,都是科学知识与生活经验紧密相连。这个时候,教师都要给学生充足的接受空间,让学生从不明白的知识或是错误的认知中提炼出正确的知识被自己接受,并学以致用。

(二)不能满足于实验给学生带来的轰动效应

有些实验的实验现象很壮观:如“喷泉”实验;有些实验的实验现象能给学生留下深刻的印象:如“光的色散”、“覆杯实验”等;但大部分实验的现象比较平淡,如“影响动力势能大小的因素”。不管实验给学生带来的是朴实无华的感觉,还是美轮美奂的视觉效果,教师都不能满足于实验带来的影响,而是要在实验的基础上突破学生的错误认知,并在此基础上深挖,及时为学生设计一些分组实验等,多给学生一些体验和交流,突破重难点和思维障碍。

(三)不能局限于个体学生的生活经验而忽视了全体学生

学生的个体差别很大,他们的生活经验不同,所拥有的知识也不同。如“能在水里生活又能在陆地上的动物就是两栖动物?”有些学生就很清楚不是,但我们不能以偏概全,认为学生都知道,其实,相当一部分学生是不知道的,如乌龟和蛇等。又如“惯性是一种力?”这个问题是学生的一大难点,教师也不能被某些学生而忽视了全体。惯性是一种性质,不是一种力;惯性仅与物体的质量有关。

由于学生的生活和学习的多样性,表现在科学学习过程中的学生的前概念大多是肤浅的、与科学概念相悖的,对学生形成科学概念构成障碍。我们都应该接受学生的已有认知,并在此基础上,通过实验来帮助学生尽可能地转化片面或错误前概念,构建正确的科学概念体系,培养学生动手实验、分析解决问题的能力,以促进学生正确知识观的形成。


【参考文献】

[1] 骆伯巍.教育心理学原理[M].杭州:浙江大学出版社,2004.

[2] 孔云峰.认识学生前概念,提高科学教学有效性[J] .科学教育,2011(2)

[3] 姚伟国.如何有效转化学生的科学前概念[J].实验教学与仪器, 2010(11)

(此论文获市教科所2016年度论文评比二等奖)