圖示模型表達幫助學生建構核心概念

〔摘

要〕

圖示模型是用繪圖的形式再現原形物體的本質屬性，比如它的功能、結構、關系、變化過程等?！读x務教育科學課程標準（2022年版）》要求，教師應立足學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，聚焦核心概念，以了解四大科學領域的一些常見基礎知識，并初步形成基本的科學觀念。筆者發(fā)現在日常教學中嘗試運用圖示模型，可以幫助教師找準學生前概念，糾正錯誤的概念，辨析模糊的概念，從而建構科學的核心概念。模型是對事物現象過程的一種簡化，是對事物現象過程、結構、機理整體的描述與呈現?？茖W模型是人們按照特定的科學研究目的，根據一定的假設條件，用物質和思維的形式再現原形物體的本質屬性，比如它的功能、結構、關系、過程等。模型是認知世界的一種方式，模型無處不在，只要是有規(guī)律的事物，都可以用模型來表達。圖示模型表達指的是學生在科學課堂學習過程中，用一些非常簡潔生動形象的符號、繪畫、圖示的方式記錄表達物體的功能、結構、關系、過程，這種記錄與尋常用文字、表格、語言描述等方式，是有區(qū)別的。《義務教育科學課程標準（2022年版）》要求，教師應立足學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，聚焦核心概念，以了解四大科學領域的一些常見基礎知識，并初步形成基本的科學觀念?？茖W教師應當精心設計相應的教學活動，初步認識科學的本質，掌握與認知水平相適應的科學知識。小學生在正式開展科學學習之前，可能已經通過多種途徑獲得了對有關現象的認識并形成了概念。由于年齡小，學生認識和理解能力受到局限，他們頭腦中形成的概念可能是正確的，也可能是錯誤的、不清晰的。因此，“活動有余，概念不足”成為當前小學科學課堂普遍存在的問題之一。筆者嘗試在課堂教學中采用圖示模型表達的方式幫助學生建構核心概念。一、圖示模型表達，了解學生前概念學生在新知識學習前，有著自己對科學概念、科學規(guī)律、科學現象的理解和認識。我們把學生這樣的理解和認識稱作前概念。正確的前概念對學生的學習有正面作用；學生頭腦中那些原始的、不清晰的，甚至錯誤的前概念則對學生的學習有消極作用。那么，學生那些錯誤的前概念怎樣才能被教師發(fā)現呢？筆者認為，有時候利用圖示模型表達就可以幫助教師了解學生的前概念，尤其是針對表達能力有限的1～2年級的學生。小學生的思維和語言還在一個持續(xù)發(fā)展的階段，他們頭腦中的想法、解釋在有些時候，是難以用準確的詞語、清晰的表達來傳遞的。而圖示模型可以讓他們的想法和理解較為直白、清晰地表達出來，尤其是能讓每一個孩子展現并互相交流自己的真實想法。由于小學生的學習以直接體驗、感性經驗為主，圖示模型表達中繪圖、符號等直白、形象，符合孩子的思維特點，也切合兒童認識科學世界的規(guī)律，因此，圖示模型表達使孩子頭腦中的思維可視化了起來。如“月相變化”教學片段：課件出示古詩《古朗月行》：小時不識月，呼作白玉盤。又疑瑤臺鏡，飛在青云端。問學生圓盤一樣的月亮會在什么時候出現呢？學生大多第一個想到的是中秋節(jié)那一天。老師接著追問：但是一年中它只圓一次嗎？學生會意識到這與現實不符。部分學生就能說出每個月的十五都會圓。這里需要強調一下，是農歷的每月十五。（板書：農歷十五）進一步追問：月亮除了有像白玉盤那樣圓圓的，還有過其他形狀嗎？引出學生對月亮的其他形狀的記憶，像眉毛，還有的時候是半圓形、大半個圓。借此機會教師提出，在圓缺變化過程中月亮的各種形狀，叫月相。引導學生尋找月亮的形狀變化的規(guī)律：請同學們分小組根據農歷的日期，在老師準備好的紙板上把月亮發(fā)光的部分涂上顏色。從學生畫的模型表達中可以了解到學生對月相變化的前概念中有正確的認識，如知道十五的月亮是圓的，知道月亮是逐漸從滿月變?yōu)闅堅碌牡?但也反映出學生對月相變化前概念的一些模糊和錯誤認識，如各小組繪制的月相圖中殘月的大小、亮面的朝向等都有一些錯誤之處。這樣，在圖形表達中讓學生充分暴露其前概念，便于教師在學生已有認知水平基礎上有的放矢地組織教學。教師在課堂教學中利用富有兒童情趣的圖示模型了解學生的前概念，幫助教師了解了學生在新授課之前的學習基礎和認知狀況，可以促使教師有效地尋找到教學的起點和突破教學重難點的方法，并幫助學生建立準確的概念，為后續(xù)的科學探究學習打下基礎。二、圖示模型表達，糾正錯誤的核心概念改變學生錯誤的核心概念有時候沒有大家想的那么簡單。不是背一背書、教師講一講就能糾正的。有的錯誤核心概念非常頑固，只有學生深刻理解和掌握了相應的科學知識，才能扭轉他們的認知。要使學生拋棄錯誤的核心概念，死記硬背是不可行的，教師課堂上重復講解也不一定有效?？茖W的事實用什么樣的方式呈現給學生，才能誘發(fā)學生認知的沖突呢？制造認知沖突，可以使學生原有的前概念產生崩塌，并對建立新的認知產生強烈的需要。我們科學教師可以通過圖示模型表達，讓學生先用繪圖、符號、圖示來描述自己的前概念，再通過科學探究，讓學生把現象和圖示模型進行對比，當看到的現象無法用自己的科學前概念來解釋時，正確的核心概念與學生的元認知產生沖突，教師此時要做的就是讓學生對錯誤的核心概念進行反思，提出新的解釋。如教學《把鹽和糖放進水里》這一課，2022年版科學新課標對于1～2年級的要求是：能操作簡單的實驗，觀察和描述這些物質在水中的溶解現象；對生活中的溶解現象產生探究興趣，能描述觀察到的現象。對于鹽的溶解的內容學生已經有了一些自己的觀點。比如，有學生認為，物質放入容器中過一段時間就會被水慢慢吸收，有學生認為物質溶解在水中后，容器底部濃度會更大點。顯然學生頭腦中關于溶解的核心概念是錯誤的，但他們都堅持自己的觀點。為了幫助學生糾正錯誤的核心概念，筆者設計了觀察赤砂糖溶于水的實驗（由于赤砂糖溶于水后能使水變成棕色，所以更容易觀察溶解的過程）。實驗的過程：第一步，把赤砂糖倒入水中，此時不攪拌，直接觀察水中赤砂糖的變化，教師請學生從溶液的上下左右等不同的角度觀察水和赤砂糖，記錄發(fā)現；第二步，學生進行首次攪拌，但是只進行五次攪拌，停止攪拌繼續(xù)觀察水中赤砂糖的變化，把發(fā)現記錄下來；第三步，學生進行第二次攪拌，這次需要一直攪拌，直到看不到赤砂糖顆粒，觀察現象。在實驗的過程中，筆者指導學生一邊實驗，一邊讓學生用圖示模型記錄下來，結合圖示模型，學生清楚地發(fā)現赤砂糖一放入水中就開始溶解，水的顏色開始變化，攪拌加速溶解后，整個容器里的水都變成了棕色，溶解后的溶液顏色均勻。這說明糖在水中的溶解過程是均勻的，且立即就進行溶解。這時學生恍然大悟，原來認為“鹽放入容器中要過一段時間才會被水慢慢吸收”是錯誤的，而“鹽溶解在水中后，容器底部濃度會更大點”的認識也是錯誤的。通過圖示，學生了解了鹽在水中溶解的正確核心概念，這與學生原先的錯誤概念產生沖突；由于圖示模型表達直觀、清晰，學生很快將原先錯誤的概念糾正過來。在彈力、摩擦力、浮力的教學中，用箭頭符號來描述力的方向，要比教師、學生口述簡明直白得多。在分析下沉的物體是否受到水的浮力這一難點時，教師先讓學生畫一畫水中物體的受力情況，四年級學生雖然沒有學過二力平衡，但是用箭頭方向表示浮力、重力方向，用長短表示力的大小，學生是能理解下沉的物體也受到浮力，但由于浮力比重力要小，所以這些物體不能浮起來這一科學概念的。利用圖示模型表達幫助學生糾正錯誤的核心概念，同時，還可以較好地幫助他們認識錯誤的原因，從而建立正確的核心概念。三、圖示模型表達，辨析模糊的核心概念科學課上的概念多是由文字表述的，而很多事物的特征由于相近或相似，用語言表達概念時，往往意思相近。在實際應用時，學生很難準確把握概念從而出現差錯。這些相近的概念如果不能讓學生準確掌握，學生就會出現認識上的模糊，從而導致對知識掌握得一知半解。筆者嘗試用圖畫的方式指導學生進行辨析、比較，讓學生一目了然，從而有效地幫助學生構建科學的概念。《認識巖石》這一課，2022年版科學新課標這部分的要求是：學會通過觀察和使用簡單工具，比較不同巖石的顏色、堅硬程度、顆粒粗細等特征。在教學研究巖石特征時，筆者讓學生觀察了幾種巖石后，讓學生說說各種巖石的特點，并設計了以下表格讓學生分組填寫。以下是經匯總后學生填寫的答案。在教學過程中，筆者發(fā)現，學生根據“結構”一欄填寫的內容，在對筆者拿出的有關實物進行分辨時，出現了差錯。有的學生把砂巖當成了石灰?guī)r，有的學生把花崗巖當成了砂巖。為什么會出現這種情況呢？筆者經過了解，發(fā)現是文字的表達使學生造成了困惑。因為學生經過對巖石觀察后得出的巖石結構的文字表述相似：它們都是由大小不一的顆粒組成。這就形成了學生對巖石結構模糊的核心概念。雖然每塊石頭都是由石礫組成，但是組成巖石的石礫的大小和形狀等特點是各不相同的。顯然學生在建構巖石“結構特點”的概念時不能全面認識和表述。如果用圖示模型的方式來表達，幫助學生認識巖石的結構特點，效果可能更好。于是，在另一個班級教學時，筆者指導學生觀察巖石的實驗結束后，讓每位學生根據寫出的文字概念，再對照實物，畫出巖石的簡易圖示。通過畫圖學生就可以進一步明確不同巖石的特征：組成花崗巖的石礫均勻而稍大；組成礫巖的石礫大且分布很不均勻；組成石灰?guī)r的石礫細小且分布密集。這樣一來，原來根據語言描述比較模糊的概念一下子變得清楚明白了。筆者再找出不同的石塊讓學生辨析時，學生的正確率和學習的積極性都大大提高了，真是一舉兩得。圖示模型表達對于幫助學生辨析模糊的概念確實有用，因為圖示模型可以將抽象的文字符號具象為具體生動的圖畫，而學生對通過符號認識事物明顯更加適應，這樣，教學中，老師和學生一邊認識文字概念，一邊動手繪畫，不僅對概念的認識和理