實驗在促進學生前概念轉化中的有效運用
發布時間:2017-09-27 14:01:27 發布者:金華市外國語學校 點擊浏覽:4047次

王珺

摘  要:每個人每天都生活在不同的環境中,各自對外界事物的認識均形成了自己的前概念,當然,這種前概念可能是正確的,也可能是錯誤的、片面的、模糊的,而學生在學習科學的某一知識點之前,亦是如此,當前概念與科學概念並不相一致時,往往有矛盾和差異,用實驗幹預學生的前概念,呈現前概念與新知識之間的差異,幫助學生從錯誤的前概念轉化到正確的科學概念,這既符合科學學科教學的需要,也符合初中生認知的心理特點。


關鍵詞:實驗   前概念   轉化

前概念是人們在正式接受某一概念之前,利用自己對日常生活的認知、感覺,並在長期的實踐中積累的對某一事物的認識。科學前概念是學生在開始系統學習科學前,已經廣泛接觸世界,與世界互動,並試圖依據個人經驗理解自己身處的世界,形成一套非顯性的解釋。

由于前概念具有頑固性,而且學生在判斷時往往更容易被前概念影響。所以,在教學過程中不能簡單強硬地從外部對學生實施科學概念的灌輸,而是應該將學生的前概念作爲教學的起點,運用一些生活中的素材或實驗器材,用強有力的實驗事實動搖並轉化學生錯誤的前概念,爲科學概念的構建奠定堅實的基礎,促進學生的前概念向科學概念的轉化。

一、回歸生活實驗,化解知識誤區

我們每個人從一出生起,就對周圍的一切充滿了好奇:用眼睛去看,用手去摸,用牙齒去咬……隨著年齡的增長,一部分人依然對周圍的事物充滿了好奇,並延續了這種好奇,並嘗試著去找到答案,但另一部分人卻離科學越來越遠,或許是因爲在他們在科學的學習中太枯燥、太乏味,太遠離了自己的日常生活和體驗。因此,在我們的科學學習中,若是書本能更接近生活,他們的學習興趣和探究的熱情將能更持久。這種生活中的學習,我將其稱之爲生活實驗,它能更好地化解生活經驗造成的知識誤區。

【案例1】試題:下列是植物的某一器官,也是我們食用的部分,其中屬于根的是(  )

A.藕    B.馬鈴薯    C.番薯    D.荸荠

學生答案中,選擇ABD的認爲在水下或者地下的即是根,這其實就是學生對生活經驗的誤解,即對此科學概念認知上出現的錯誤。因此我們可以讓學生在課前查閱資料:根和莖的區別。並在課上觀察這四種蔬菜:蓮藕、土豆、紅薯、荸荠。在此過程中學生的積極性充分調動,並能夠梳理出相關知識。

【知識延伸】根與莖的區別: 第一,凡是莖,都有節,不管是地上莖、地下莖、匍匐莖或鱗莖……,在它們上面都可以找到節。而蘿蔔的根上,也會有像馬鈴薯塊莖上的凹穴,前者是蘿蔔肉質直根上側根脫落後的痕迹,而後者卻是長鱗片狀葉的節。第二,凡是莖,都長葉,但在根上決不會長葉。馬鈴薯是變態莖。第三個特點是莖上能開花。即使變態的莖,也有開花的特性,如荷花就是從要有莖上長出來的,也就是從藕的側芽上發育而成的,綜上所述:答案爲C。

【案例2】問題:電風扇吹來感覺涼爽是什麽原因?

學生回答的答案中有一部分是認爲風吹來使得汗液蒸發吸熱;但也有一部分同學認爲是吹出來的是冷風。這看似很糾結的問題,其實就是學生的錯誤前概念造成的。那麽解決的辦法只需要動手實驗,利用生活中易得的溫度計。

學生實驗:先用溫度計測出教室內的溫度,後打開教室內的電風扇,測出教室內的溫度,多次測量,並進行數據對照。繼而得出結論:吹來感覺涼爽的風是因爲室內空氣流動速度加快,加快了汗水的蒸發,而蒸發有致冷作用。

以上兩個案例都是教師引導學生充分表達暴露前概念,再營造良好的教學情景,拿出事物或器材做實驗,再分析,這讓學生就直接回歸了生活,將學習寓于實驗,突破了科學前概念帶來的誤區,還激發了他們的學習熱情,提升了他們的科學素養,其樂無窮。科學小實驗,生活大體驗,比如還可以利用兩個挂鈎來做“馬德堡半球實驗”、“瓶子吞雞蛋”等生活中的小實驗,在體驗中轉化錯誤的前概念,讓學生學以致用,加深相關科學概念的影響,以抛除錯誤或有缺陷的科學前概念帶來的不利影響,從而形成持久的、正確的知識觀。

二、利用美輪美奂實驗沖擊,尋找新舊知識沖突的契機

要突破學生科學學習中錯誤的前概念,就要通過精心設計實驗,讓學生觀察平時沒有看到的實驗,美輪美奂的實驗沖擊和學生的日常經驗産生了矛盾,引發了學生新舊知識經驗之間的沖突,從而引發觀念轉變和認知結構的重組。

【案例1】燃燒的條件之一是需要助燃劑,這裏的助燃劑一定要是氧氣嗎?

大部分的學生都認爲,助燃劑就是氧氣,因爲書本中的例子都是金屬和氧氣反應,這裏前概念的誤區主要是所學知識的不完整造成的,因此,教師可以利用美輪美奂的實驗沖擊,讓學生找到新舊知識沖突的契機。

【實驗】1、白磷在空氣中燃燒;

2、在熱水中放入一小塊白磷,並通入氧氣,觀察是否燃燒;

3、金屬銅在氯氣中燃燒。


雖然這些實驗對空氣有汙染,需在通風櫥中進行。但是,當學生親眼看到金屬銅和氯氣反應的現象時,從他們驚奇的眼神中,其實這堂課的效果已經達到了預期的目的,前概念自然也就得到了轉化。

【案例2】如“金屬鈉與硫酸銅能發生置換反應麽?”對于這個問題,學生會根據金屬活動性順序表來進行分析,得出能進行置換反應的結論,這是每一個初學者都會犯的錯誤。

【實驗】將一綠豆大金屬鈉放到硫酸銅溶液中。







當學生看到金屬鈉在液面上發出嘶嘶聲,一邊反應一邊旋轉時,同時還産生美麗的藍色絮狀沉澱時,他們異常興奮,發出陣陣驚奇聲。這個時候,教師不能僅滿足于實驗帶給學生的轟動效應,而是要適時引導學生,要讓學生知道金屬鈉與硫酸銅反應是先與水反應,後與硫酸銅反應。同時有必要的延伸:鉀、鈣、鈉都很活潑,他們與可溶性鹽反應時,都是先與水反應。這樣在實驗帶來轟動效應的基礎上,學生很快就突破了科學前概念帶來的誤區。

三、利用創新實驗,轉化“前概念”

學生錯誤的或有缺陷的科學前概念往往是根深蒂固的,在教學中通過有效的途徑促進學生自主鑒別錯誤的前概念,通過設計貼近課本但層層深入的創新實驗,指導學生觀察、分析現象,誘導學生發現自己錯誤的前概念,是突破科學前概念的有效途徑。

(一)演示實驗

演示實驗是課堂教學手段之一,它是用來配合教學的,應根據不同的教學內容而定。教師所選的演示實驗應具有代表性、生動性,這樣更有利于解決問題。

【案例】牛奶到底是嘴“吸”上來的還是被大氣壓“壓”上來的?

【演示實驗】1、覆杯實驗;2、用茶壺倒水(追問:你能否想個辦法不讓水倒出來?將壺蓋上的小孔摁住。)


2、針筒向左推,即可輕松吸出。  

結論:牛奶是被吸上來的,是被大氣壓壓上來的。

從生活經驗引入,回到生活事例,引發學生對此科學前概念的疑慮,最後用演示實驗來進一步闡述正確的科學原理,有效地解決了學生前概念的模糊之處,並激發了學生學習科學的內驅力。並加以建模輔助思考,培養學生抽象問題的解決能力,更好地對正確的科學概念

(二)分組實驗

演示實驗是教師單獨做示範實驗,雖然操作快捷、方便,但學生的參與度低,因此通過學生分組實驗,不僅印象深刻,而且能培養學生的創造力、體驗到小組合作的快樂,更加有效地解決生活中形成的科學前概念帶來的誤區,轉化根深蒂固的認知,轉化爲正確的認知。

【案例】源于13年衢州中考題的思考:小常進一步開展了如圖丙實驗。往兩個形狀相同的塑料盆A、B中各加入10牛的水,再將B盆放入A盆,B盆漂浮。這時B盆所受浮力:F浮=GB盆+10N>10N。繼續往B盆內加30牛水,B盆仍漂浮。小常此實驗的目的是     。

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實驗探究:液體是否能産生比自身重力大的浮力?

學生實驗:取兩個透明的塑料杯,在一個杯中裝少量的水,在另一個杯中裝較多的水,將裝有較多的水的杯子放到裝少量水的杯子中。

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結論:液體能産生比自身重力大的浮力。

本題若從原理上分析,大部分學生依舊一知半解。但通過簡單的器材分組動手實驗,學生就豁然開朗而且終身難忘。因此有時候很多物理的一些難點問題,無需多講,只要動手,用深入協作的實驗來指導學生建構正確的概念體系。

(三)課後探究實驗

教師應當把學生的前概念作爲教學的始發點和生成點,並運用有效的教學策略和方法來暴露,把學生的前概念作爲教學的始發點和生成點,並根據不同的教學內容,進行有效引導或實驗探究,暴露、修正、替代學生的前概念,引導學生將前概念轉化爲科學後概念。

【案例】在講解到“置換反應”時,有一個是金屬銅和硝酸銀反應的實驗,學生們根據所學知識推測實驗現象應該是:看到紅色銅的表面覆蓋一層銀白色的物質。結果演示實驗後,同學們發現不是一層銀白色的物質,而是一層黑色的物質,這明顯與推測的實驗現象不符合,于是學生就自主設計了新的方案來進行探究:

(1)提出自己的猜想:是否反應物裏有雜質;是否反應不是按我們的猜想進行的;是否試管不幹淨;是否生成物有新的物質生成……

(2)重做實驗。有同學提出應多次實驗、觀察並記錄結果。

(3)設計實驗方案,通過活動檢驗自己的猜想,修正自己的提法。

(4)改正實驗,提出進一步的猜想和建議。

通過多方面的探索實踐、網上查找信息等,最後學生得出的結論是:銀粉或任何金屬粉末在顆粒達到一定的數量級(很小)時,都是黑色的。所以我們看到的是銀粉,它是黑色的物質。試想,學生得到的僅僅是這些正確的結論嗎?無庸質疑,在探究的基礎上,學生根據自己的興趣和矛盾點,通過手腦並用的探究活動,真切體驗到了科學探究過程的曲折和樂趣,能動地認識和生成科學知識,真正讓學生體驗到了、感悟到了科學美。

四、反思

在運用實驗進行學生前概念的轉化教學過程中,筆者認爲需要注意以下幾個方面的問題。

(一)及時挖掘前概念,不滿足于簡單的生活經驗

學生的前概念潛藏在其知識體系內,教師要想方設法地發掘學生頭腦中原來的前概念,特別是一些生活經驗導致的錯誤前概念。基于生活的科學教學是學習科學的重要思想,脫離生活的科學教學是紙上談兵。如在講解玉米粒是種子還是果實,整個玉米棒是什麽的時候,很多同學都不知道,我們應該拿出實物和學生一起分析,給學生留下持久的印象。又如“像的大小與距離平面鏡的距離有關麽?”,我們應該通過實驗和課後探究,來解決人眼觀察物體“近大遠小”的視覺特點;“將40W和100 W燈泡串聯在220伏的照明電路中,100 W的比40 W的燈泡更亮麽?”等等這些,都是科學知識與生活經驗緊密相連。這個時候,教師都要給學生充足的接受空間,讓學生從不明白的知識或是錯誤的認知中提煉出正確的知識被自己接受,並學以致用。

(二)不能滿足于實驗給學生帶來的轟動效應

有些實驗的實驗現象很壯觀:如“噴泉”實驗;有些實驗的實驗現象能給學生留下深刻的印象:如“光的色散”、“覆杯實驗”等;但大部分實驗的現象比較平淡,如“影響動力勢能大小的因素”。不管實驗給學生帶來的是樸實無華的感覺,還是美輪美奂的視覺效果,教師都不能滿足于實驗帶來的影響,而是要在實驗的基礎上突破學生的錯誤認知,並在此基礎上深挖,及時爲學生設計一些分組實驗等,多給學生一些體驗和交流,突破重難點和思維障礙。

(三)不能局限于個體學生的生活經驗而忽視了全體學生

學生的個體差別很大,他們的生活經驗不同,所擁有的知識也不同。如“能在水裏生活又能在陸地上的動物就是兩棲動物?”有些學生就很清楚不是,但我們不能以偏概全,認爲學生都知道,其實,相當一部分學生是不知道的,如烏龜和蛇等。又如“慣性是一種力?”這個問題是學生的一大難點,教師也不能被某些學生而忽視了全體。慣性是一種性質,不是一種力;慣性僅與物體的質量有關。

由于學生的生活和學習的多樣性,表現在科學學習過程中的學生的前概念大多是膚淺的、與科學概念相悖的,對學生形成科學概念構成障礙。我們都應該接受學生的已有認知,並在此基礎上,通過實驗來幫助學生盡可能地轉化片面或錯誤前概念,構建正確的科學概念體系,培養學生動手實驗、分析解決問題的能力,以促進學生正確知識觀的形成。


【參考文獻】

[1] 駱伯巍.教育心理學原理[M].杭州:浙江大學出版社,2004.

[2] 孔雲峰.認識學生前概念,提高科學教學有效性[J] .科學教育,2011(2)

[3] 姚偉國.如何有效轉化學生的科學前概念[J].實驗教學與儀器, 2010(11)

(此論文獲市教科所2016年度論文評比二等獎)