破繭成蝶：初中《科學》前概念轉(zhuǎn)化的教學策略探索

破繭成蝶：初中《科學》前概念轉(zhuǎn)化的教學策略探索一、引言1.1研究背景與意義科學教育在初中教育體系中占據(jù)著舉足輕重的地位，是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、邏輯思維與實踐能力的關(guān)鍵途徑。初中階段作為學生系統(tǒng)學習科學知識的重要時期，學生在接觸科學課程之前，并非如一張白紙，而是通過日常生活體驗、大眾傳媒信息、簡單的觀察與思考等方式，在頭腦中已然形成了對自然現(xiàn)象和科學知識的一些固有認知，這些認知被稱為前概念。前概念廣泛存在于初中學生的科學學習過程中。例如在力學知識的學習前，不少學生認為物體只有在受力的情況下才會運動，一旦失去外力作用就會立刻停止，這與牛頓第一定律所闡述的物體具有保持原有運動狀態(tài)的慣性這一科學概念相違背；在學習光學知識時，部分學生覺得白色和無色是等同的概念，或者認為透明就等同于無色，這顯然與科學上對顏色和光的本質(zhì)的準確認知存在偏差；在學習化學知識時，很多學生對“燃燒”的前概念僅僅局限于日常生活中看到的火焰現(xiàn)象，認為只有有火焰的反應(yīng)才是燃燒，這使得他們在理解諸如鐵在氧氣中燃燒等沒有火焰產(chǎn)生的燃燒反應(yīng)時存在困難，與科學概念中燃燒是一種劇烈的氧化反應(yīng)的定義不符。這些例子充分表明前概念在初中科學知識的各個領(lǐng)域都有所體現(xiàn)，并且對學生的科學學習產(chǎn)生著不容忽視的影響。前概念對初中學生科學學習的影響是復雜而多面的，既具有積極的一面，也存在消極的影響。從積極方面來看，一些與科學概念相契合的前概念，能夠為學生理解科學知識提供一定的基礎(chǔ)和認知起點。比如學生在生活中觀察到物體的熱脹冷縮現(xiàn)象，在學習熱學知識時，這一已有的前概念有助于他們快速理解物體溫度變化與體積變化之間的關(guān)系，降低新知識的學習難度，激發(fā)他們對科學知識的探究興趣。然而，大量的前概念與科學概念之間存在著偏差甚至是完全錯誤的，這就成為了學生學習科學知識的阻礙。這些錯誤的前概念在學生頭腦中往往根深蒂固，由于學生長期以來的生活經(jīng)驗和思維習慣，使得他們對這些錯誤認知深信不疑。當學習正確的科學概念時，這些錯誤前概念會與新知識產(chǎn)生沖突，導致學生難以理解科學概念的本質(zhì)，影響知識的掌握和應(yīng)用。例如在學習電路知識時，學生可能會受到日常生活中“電是從電源流出，用完就沒有了”這一前概念的影響，難以理解在閉合電路中電流是持續(xù)循環(huán)流動的科學概念，進而在解決電路相關(guān)問題時頻繁出錯?；谇案拍顚Τ踔袑W生科學學習的重要影響，深入研究初中學生《科學》前概念轉(zhuǎn)化的教學策略具有極其重要的現(xiàn)實意義。從學生個體發(fā)展的角度來看，有效的前概念轉(zhuǎn)化教學策略能夠幫助學生突破錯誤認知的束縛，準確理解科學概念，構(gòu)建系統(tǒng)的科學知識體系，提升科學素養(yǎng)，為他們未來的學習和生活奠定堅實的基礎(chǔ)?？茖W素養(yǎng)不僅包括對科學知識的掌握，更涵蓋了科學思維、探究能力以及對科學的態(tài)度和價值觀。通過轉(zhuǎn)化前概念，學生能夠?qū)W會運用科學的思維方式去思考問題，提高解決實際問題的能力，培養(yǎng)對科學的熱愛和探索精神。從教育教學的角度而言，研究前概念轉(zhuǎn)化的教學策略能夠為教師的教學提供有力的指導，幫助教師更好地了解學生的認知水平和思維特點，因材施教，提高教學的針對性和有效性。教師可以根據(jù)學生前概念的具體情況，合理設(shè)計教學內(nèi)容和教學方法，選擇合適的教學時機，引導學生實現(xiàn)前概念向科學概念的順利轉(zhuǎn)化，從而提高科學教學質(zhì)量，推動科學教育的發(fā)展。同時，對前概念轉(zhuǎn)化教學策略的研究也有助于豐富科學教育理論，為教育改革提供有益的參考，促進教育理論與實踐的緊密結(jié)合。1.2研究目的與方法本研究旨在深入剖析初中學生在《科學》學習過程中前概念的特點、形成原因及其對學習的影響機制，探尋切實有效的教學策略，以促進學生前概念向科學概念的順利轉(zhuǎn)化，提高初中科學教學的質(zhì)量和效率，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和綜合能力。具體而言，期望通過本研究，為教師提供具有可操作性的教學指導方案，幫助教師更好地了解學生的認知起點，優(yōu)化教學過程，激發(fā)學生的學習興趣和主動性；同時，豐富和完善初中科學教育教學理論，為科學教育領(lǐng)域的研究貢獻新的思路和成果。為達成上述研究目的，本研究綜合運用多種研究方法：調(diào)查法：通過問卷調(diào)查、訪談等方式，全面收集初中學生在不同科學知識領(lǐng)域的前概念數(shù)據(jù)。例如，針對力學、光學、熱學等板塊設(shè)計專門的問卷，了解學生對力與運動關(guān)系、光的傳播特性、熱傳遞本質(zhì)等問題的已有認知；對學生和教師進行訪談，深入了解學生前概念的形成途徑、教師在教學中對前概念的處理方式及遇到的問題。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，精準把握初中學生科學前概念的現(xiàn)狀和特點。文獻研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于前概念、科學教育、教學策略等方面的學術(shù)文獻，包括學術(shù)期刊論文、學位論文、教育研究報告、專業(yè)書籍等。梳理前人在相關(guān)領(lǐng)域的研究成果和研究方法，為本研究提供堅實的理論基礎(chǔ)和研究思路借鑒，避免研究的盲目性，確保研究在已有成果的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新和突破。案例分析法：選取初中科學教學中的典型案例，深入分析在實際教學情境中前概念對學生學習的影響以及教師所采用的教學策略的有效性。例如，分析在“電路連接”教學中，學生因“電是從電源流出，用完就沒有了”這一前概念導致的學習困難，以及教師通過何種教學手段幫助學生糾正錯誤前概念、建立科學概念。通過對多個案例的細致剖析，總結(jié)成功經(jīng)驗和存在的問題，為提出有效的教學策略提供實踐依據(jù)。實驗研究法：選取一定數(shù)量的班級作為實驗對象，將學生隨機分為實驗組和對照組。在實驗組采用新提出的前概念轉(zhuǎn)化教學策略進行教學，對照組則采用傳統(tǒng)教學方法。通過對兩組學生在知識掌握程度、學習興趣、科學思維能力等方面的測試和對比分析，驗證所提出教學策略的有效性和可行性，為教學策略的推廣應(yīng)用提供科學的實證支持。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對前概念的研究起步較早，可追溯到20世紀中葉。1957年，美國教育學家布魯納在其認知學習理論中，雖未直接提及“前概念”，但強調(diào)了學生已有認知結(jié)構(gòu)對新知識學習的重要影響，為前概念的研究奠定了理論基礎(chǔ)。隨后，在20世紀70-80年代，隨著認知心理學的發(fā)展，前概念研究逐漸成為科學教育領(lǐng)域的熱點話題。研究者們運用訪談、問卷調(diào)查、臨床診斷等多種方法，對學生在物理、化學、生物等多個科學學科領(lǐng)域的前概念進行了大量的實證研究。在物理學科方面，國外學者發(fā)現(xiàn)學生在力學、熱學、電學等知識板塊存在諸多錯誤前概念。例如，在力與運動關(guān)系的認知上，學生普遍存在“力是維持物體運動的原因”這一與牛頓力學相悖的前概念，這一研究結(jié)果在麥克德莫特（McDermott）等人的實驗中得到了充分驗證。在化學領(lǐng)域，學生對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、化學反應(yīng)的本質(zhì)等方面存在不少誤解。如在對分子和原子概念的理解上，學生常常難以區(qū)分二者的本質(zhì)差異，將分子和原子的性質(zhì)混淆，這一現(xiàn)象在約翰斯頓（Johnstone）的研究中有詳細闡述。在生物學中，關(guān)于遺傳和進化的知識，學生的前概念與科學概念也存在較大偏差。許多學生認為個體的后天特征能夠直接遺傳給后代，對自然選擇、基因遺傳等科學概念理解困難，這在史密斯（Smith）等人對學生生物學概念理解的研究中有所體現(xiàn)。針對前概念的轉(zhuǎn)化，國外學者提出了多種教學策略和理論模型。其中，建構(gòu)主義理論對前概念轉(zhuǎn)化教學產(chǎn)生了深遠影響。建構(gòu)主義認為，學習是學生主動構(gòu)建知識的過程，學生在已有知識經(jīng)驗（前概念）的基礎(chǔ)上，通過與新知識的相互作用，調(diào)整和完善自己的認知結(jié)構(gòu)?；诮?gòu)主義理論，波斯納（Posner）等人于1982年提出了著名的概念轉(zhuǎn)變模型（ConceptualChangeModel，CCM），該模型指出，要實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，需滿足四個條件：對現(xiàn)有概念的不滿、新概念的可理解性、新概念的合理性以及新概念的有效性。這一模型為教師設(shè)計前概念轉(zhuǎn)化教學提供了重要的理論框架，教師在教學中可以通過創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學生對原有概念的不滿，幫助學生理解新概念，使其認識到新概念的合理性和有效性，從而實現(xiàn)前概念向科學概念的轉(zhuǎn)化。此外，類比教學法、合作學習法等教學策略也被廣泛應(yīng)用于前概念轉(zhuǎn)化教學中。類比教學法通過將抽象的科學概念與學生熟悉的事物進行類比，幫助學生理解新概念；合作學習法則通過學生之間的討論和交流，引發(fā)認知沖突，促進概念轉(zhuǎn)變。國內(nèi)對前概念的研究始于20世紀90年代，在借鑒國外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)教育實際情況，開展了一系列的研究工作。國內(nèi)學者通過對不同年齡段學生的科學前概念進行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)我國初中學生在科學學習中同樣存在大量的前概念，且這些前概念對學生的學習產(chǎn)生了顯著影響。在研究方法上，除了采用國外常用的調(diào)查方法外，還結(jié)合了課堂觀察、案例分析等方法，更加全面地了解學生前概念的形成和發(fā)展過程。在初中科學教學實踐中，國內(nèi)教師和研究者們積極探索適合我國學生的前概念轉(zhuǎn)化教學策略。例如，通過創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學生的認知沖突，讓學生在沖突中反思自己的前概念，從而主動接受科學概念。在“浮力”教學中，教師可以提出“鐵塊在水中下沉，木塊在水中漂浮，那么是不是重的物體就下沉，輕的物體就漂浮呢？”這樣的問題，引發(fā)學生的認知沖突，因為學生原有的前概念可能是物體的沉浮與重量有關(guān)，而通過對這個問題的思考和討論，學生發(fā)現(xiàn)實際情況并非如此，從而對原有的前概念產(chǎn)生懷疑，進而學習科學的浮力概念。實驗探究法也是國內(nèi)常用的前概念轉(zhuǎn)化教學策略之一。通過設(shè)計實驗，讓學生直觀地觀察實驗現(xiàn)象，親身體驗科學知識的形成過程，從而打破錯誤前概念，建立科學概念。在“聲音的傳播”教學中，教師可以通過“真空罩實驗”，讓學生觀察在逐漸抽出真空罩內(nèi)空氣的過程中，鬧鐘聲音逐漸變小直至消失的現(xiàn)象，使學生深刻理解聲音傳播需要介質(zhì)這一科學概念，糾正他們原有的“聲音可以在真空中傳播”的錯誤前概念。此外，概念圖策略也被廣泛應(yīng)用于前概念轉(zhuǎn)化教學中，通過引導學生繪制概念圖，幫助學生梳理知識結(jié)構(gòu)，明確概念之間的關(guān)系，促進前概念的轉(zhuǎn)化和科學概念體系的構(gòu)建。盡管國內(nèi)外在初中學生《科學》前概念轉(zhuǎn)化的教學策略研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有研究多側(cè)重于對某一學科領(lǐng)域或某一特定知識板塊的前概念進行研究，缺乏對初中科學課程整體的、系統(tǒng)性的前概念研究。初中科學課程涵蓋物理、化學、生物、地理等多個學科領(lǐng)域，不同學科領(lǐng)域的前概念之間可能存在相互影響和關(guān)聯(lián)，目前的研究尚未全面深入地探討這種跨學科的前概念關(guān)系。另一方面，在教學策略的研究和應(yīng)用上，雖然提出了多種教學策略，但這些策略在實際教學中的有效性和可操作性還需要進一步驗證和完善。不同的教學策略適用于不同的教學內(nèi)容和學生群體，如何根據(jù)具體的教學情境和學生特點選擇最合適的教學策略，實現(xiàn)前概念轉(zhuǎn)化教學的最優(yōu)化，還有待進一步研究和探索。此外，現(xiàn)有研究在評價前概念轉(zhuǎn)化教學效果的方法上還不夠完善，缺乏科學、全面、客觀的評價指標體系，難以準確衡量教學策略對前概念轉(zhuǎn)化的實際影響。二、初中學生《科學》前概念概述2.1前概念的定義與內(nèi)涵前概念，全稱前科學概念（pre-scientificconceptions），是指學生在接受正式的科學教育之前，通過日常生活中的觀察、體驗、思考，以及與他人的交流等途徑，在頭腦中逐漸形成的對自然現(xiàn)象、科學知識的認知和理解。這種認知并非是系統(tǒng)的、科學的，而是基于個人的直觀感受、經(jīng)驗積累和樸素的思維方式，具有一定的主觀性和片面性。從認知發(fā)展的角度來看，前概念是學生認知結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，它反映了學生在特定階段對世界的認識水平和思維模式。在初中階段，學生正處于從具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的關(guān)鍵時期，他們在日常生活中接觸到大量的自然現(xiàn)象和事物，這些經(jīng)歷成為了前概念形成的基礎(chǔ)。例如，學生通過觀察天空中的云彩、日月星辰，可能會形成關(guān)于天體運動和氣象變化的一些初步想法；在日常生活中使用電器、交通工具等，會對電、力等概念有自己的理解。這些前概念雖然沒有經(jīng)過科學的論證和驗證，但卻是學生認識世界、解釋現(xiàn)象的重要依據(jù)，在他們的學習和生活中發(fā)揮著重要作用。前概念的內(nèi)涵豐富多樣，既包括對科學知識的正確理解和認識，也涵蓋了與科學概念相悖的錯誤觀念。正確的前概念能夠為學生的科學學習提供一定的基礎(chǔ)和支持，使他們更容易理解和接受科學知識。比如，學生在生活中觀察到植物的生長需要陽光、水分和土壤，這與科學上關(guān)于植物生長要素的概念是相符的，這種正確的前概念有助于他們在學習生物學中植物生長相關(guān)知識時，能夠快速理解和掌握。然而，更多的前概念與科學概念存在偏差甚至是錯誤的。例如，許多學生認為物體的運動需要力來維持，一旦力消失，物體就會停止運動，這與牛頓第一定律所闡述的物體在不受外力作用時保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)的科學概念相矛盾。這些錯誤的前概念往往是由于學生的生活經(jīng)驗有限、觀察不夠全面、思維方式不夠科學等原因造成的，它們在學生頭腦中根深蒂固，成為了學生學習科學知識的障礙。前概念還具有較強的個體差異性。不同學生由于生活環(huán)境、家庭背景、興趣愛好等方面的不同，他們所形成的前概念也會存在差異。例如，生活在城市的學生可能對電子設(shè)備、交通工具等方面的前概念更為豐富，而生活在農(nóng)村的學生則可能對農(nóng)作物生長、自然生態(tài)等方面有更深刻的認識。這種個體差異性要求教師在教學過程中要充分關(guān)注每個學生的前概念情況，因材施教，采取有針對性的教學策略，幫助學生實現(xiàn)前概念向科學概念的轉(zhuǎn)化。2.2前概念的特點2.2.1普遍性前概念的普遍性體現(xiàn)在初中學生在學習科學知識之前，對于同一科學內(nèi)容，多數(shù)學生往往會形成相似的前概念。這種普遍性源于學生共同的生活環(huán)境和相似的認知發(fā)展階段，使得他們在面對相同的自然現(xiàn)象和生活經(jīng)驗時，容易產(chǎn)生相近的認知和理解。在物體運動原因的認知方面，大量研究和教學實踐表明，多數(shù)初中學生在學習牛頓運動定律之前，普遍持有“力是維持物體運動的原因”這一前概念。他們從日常生活中的直觀經(jīng)驗出發(fā)，看到汽車行駛需要發(fā)動機持續(xù)提供動力，人推車時車才會前進，一旦停止用力，車就會停下來，從而自然而然地認為物體的運動必須依靠外力的持續(xù)作用。這種前概念在不同地區(qū)、不同背景的初中學生中廣泛存在，具有很強的普遍性。例如，在對某地區(qū)多所初中學校的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在學習力學知識前，超過80%的學生認為物體只有在受到力的作用時才能運動，而且力越大，物體運動得越快，這充分說明了關(guān)于物體運動原因的這一前概念在初中學生中的普遍存在。在光學領(lǐng)域，對于光的傳播特性，許多學生在學習相關(guān)科學知識前，認為光只有在空氣中才會沿直線傳播，而在其他介質(zhì)中可能會發(fā)生彎曲。這是因為他們在日常生活中主要觀察到光在空氣中的傳播現(xiàn)象，如陽光透過窗戶形成的筆直光束，而對于光在水中、玻璃等介質(zhì)中的傳播情況缺乏深入了解。這種對光傳播特性的前概念也是較為普遍的，在對多個班級學生的訪談中，大部分學生都表達了類似的觀點。在熱學知識方面，學生對于熱傳遞的本質(zhì)也存在普遍的前概念。很多學生認為熱是一種物質(zhì)，會從溫度高的物體流向溫度低的物體。他們在生活中感受到熱的傳遞，如用手觸摸熱水杯會感覺到熱從杯子傳遞到手上，就直觀地認為熱是像水一樣的物質(zhì)在流動。這種前概念在初中學生中廣泛存在，影響著他們對熱學知識的學習和理解。2.2.2頑固性前概念一旦形成，就具有很強的頑固性，難以輕易改變。這是因為前概念是學生在長期的日常生活經(jīng)驗積累和直觀感受的基礎(chǔ)上形成的，經(jīng)過了反復的強化和確認，在學生的認知結(jié)構(gòu)中已經(jīng)根深蒂固。學生長期以來的生活經(jīng)驗使得他們對自己形成的前概念深信不疑。例如，在學習“浮力”概念之前，學生在日常生活中看到木塊能漂浮在水面上，而鐵塊會沉入水底，就形成了“輕的物體能漂浮，重的物體就下沉”的前概念。當他們在課堂上學習到浮力的大小與物體排開液體的體積、液體的密度有關(guān)，而不是僅僅取決于物體的重量時，這個與他們原有認知相悖的科學概念往往很難被接受。即使教師通過實驗演示和理論講解，讓學生從理性上認識到浮力的本質(zhì)，但在實際應(yīng)用中，學生仍然會不自覺地運用原有的前概念來解釋現(xiàn)象，表現(xiàn)出對科學概念的抵觸。例如，在解決“將一個體積較大的空心鐵球和一個體積較小的實心鐵球放入水中，哪個球受到的浮力大”這樣的問題時，很多學生還是會根據(jù)“重的物體下沉，受到的浮力小”的前概念來判斷，而忽視了浮力與排開液體體積的關(guān)系。前概念的頑固性還體現(xiàn)在學生對科學概念的理解和記憶上。即使學生在課堂上暫時接受了科學概念，但由于前概念的干擾，他們在后續(xù)的學習和復習中，容易遺忘科學概念，重新回到原有的前概念認知中。例如，在學習“功”的概念時，學生容易將“功”與日常生活中的“工作”概念混淆，認為只要付出了努力，就做了功。盡管教師在教學中強調(diào)了功的科學定義是力與在力的方向上移動的距離的乘積，但學生在一段時間后，仍然可能會忘記科學概念，用自己原有的、錯誤的前概念來理解“功”。這種對科學概念的遺忘和對前概念的回歸，充分說明了前概念的頑固性對學生學習的影響。此外，前概念的頑固性還會導致學生在面對與前概念矛盾的科學證據(jù)時，采取回避、否認或曲解的態(tài)度。例如，在學習“地球是球體”這一科學概念時，有些學生由于長期以來的直觀感受，認為地球是平的，當?shù)乩碚n上展示地球是球體的證據(jù)，如衛(wèi)星照片、麥哲倫環(huán)球航行等時，這些學生可能會認為這些證據(jù)是虛假的，或者試圖用自己的方式來解釋這些證據(jù)，使其符合自己原有的前概念。這種對科學證據(jù)的抵觸和對前概念的堅持，進一步體現(xiàn)了前概念的頑固性。2.2.3隱蔽性前概念常常隱藏于學生的潛意識之中，不易被察覺，這是前概念的一個重要特點。學生在日常生活中形成前概念的過程是潛移默化的，他們往往沒有意識到自己已經(jīng)形成了某種特定的認知和觀念。由于前概念是基于學生的日常生活經(jīng)驗和直觀感受形成的，這些經(jīng)驗和感受在學生的認知過程中逐漸積累，形成了一種自然而然的思維模式和認知習慣。這種思維模式和認知習慣在學生的潛意識中發(fā)揮作用，學生在思考和解決問題時，會不自覺地運用這些潛在的前概念，而自己卻沒有意識到。例如，在學習“聲音的傳播”時，學生可能會潛意識地認為聲音在真空中也能傳播，因為他們在日常生活中很少接觸到真空環(huán)境，沒有直觀地感受到聲音在真空中不能傳播的現(xiàn)象。這種潛意識中的前概念在學生學習相關(guān)科學知識時，會對他們的理解產(chǎn)生干擾，但學生自己往往難以察覺。教師在教學過程中也很難直接發(fā)現(xiàn)學生頭腦中的前概念。學生在課堂上的表現(xiàn)和回答問題的方式，可能并不能完全反映他們真實的認知情況。有些學生可能因為害怕犯錯或不自信，不會主動表達自己內(nèi)心深處的想法和觀念，這就使得教師難以準確把握學生的前概念。例如，在講解“電路連接”時，教師提問學生電流的流向，學生可能會按照教材上的知識回答正確，但實際上他們內(nèi)心深處可能仍然存在“電是從電源流出，用完就沒有了”的前概念。這種情況下，教師如果不通過深入的訪談、問卷調(diào)查或其他特定的方法，很難發(fā)現(xiàn)學生的這一隱蔽的前概念。為了揭示學生頭腦中的前概念，教師需要采用一些特定的方法，如問卷調(diào)查、訪談、概念圖繪制、診斷性測試等。通過這些方法，教師可以引導學生將潛意識中的前概念表達出來，從而了解學生的真實認知水平和思維方式。例如，在問卷調(diào)查中，教師可以設(shè)計一些開放性的問題，讓學生自由表達自己對某個科學概念的理解和看法；在訪談中，教師可以與學生進行深入的交流，了解他們形成某種觀點的原因和依據(jù)。通過這些方法，教師能夠更好地發(fā)現(xiàn)學生的前概念，為后續(xù)的教學策略制定提供依據(jù)。2.3前概念的類型2.3.1科學性前概念科學性前概念是指學生在日常生活經(jīng)驗和觀察的基礎(chǔ)上形成的，與科學概念基本相符或具有一定科學性的認知。這類前概念為學生學習科學知識提供了良好的基礎(chǔ)，能夠幫助學生更快地理解和接受科學概念。在光學知識方面，學生在日常生活中觀察到光在空氣中沿直線傳播的現(xiàn)象，如陽光透過窗戶形成的筆直光線，從而形成了“光沿直線傳播”的前概念。這種前概念與科學上關(guān)于光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的概念是一致的，在學習光學知識時，學生可以基于這一已有前概念，進一步深入理解光在不同介質(zhì)中的傳播特性，如光在水中、玻璃等介質(zhì)中也沿直線傳播，但當光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，會發(fā)生折射現(xiàn)象。這種與科學概念相符的前概念能夠降低學生學習新知識的難度，提高學習效率。在熱學領(lǐng)域，學生通過生活中對物體熱脹冷縮現(xiàn)象的觀察，如冬天水管凍裂、夏天輪胎打氣不宜過足等，形成了物體受熱膨脹、遇冷收縮的前概念。這一概念與科學上關(guān)于熱脹冷縮原理的解釋相契合，為學生學習熱學知識奠定了基礎(chǔ)。在學習熱學課程時，學生可以在此基礎(chǔ)上，進一步學習熱脹冷縮的微觀原理，即物體內(nèi)部分子的熱運動隨溫度變化而導致分子間距改變，從而引起物體體積的變化。科學性前概念使學生對熱學知識的理解更加直觀和深入，有助于他們構(gòu)建完整的熱學知識體系。在力學方面，學生在日常生活中體驗到用力推物體，物體就會運動，從而形成了力可以改變物體運動狀態(tài)的前概念。這與科學上力的作用效果之一——力可以改變物體的運動狀態(tài)是一致的。在學習力學知識時，學生可以基于這一前概念，進一步學習力的三要素（大小、方向、作用點）對物體運動狀態(tài)改變的影響，以及牛頓運動定律等相關(guān)知識?？茖W性前概念為學生理解抽象的力學概念提供了感性認識，使他們更容易掌握力學知識的核心內(nèi)容。2.3.2非科學性前概念非科學性前概念，又被稱為錯誤概念或相異構(gòu)想，是指學生頭腦中存在的與科學知識相悖的認知和觀念。這類前概念在學生的日常生活經(jīng)驗中逐漸形成，但由于缺乏科學的觀察和思考，以及受到錯誤信息的誤導等原因，與科學概念之間存在明顯的偏差。非科學性前概念嚴重阻礙了學生對科學知識的正確理解和掌握，成為科學學習過程中的一大障礙。在力學中，學生常常認為重的物體下落速度一定比輕的物體快。這一非科學性前概念源于他們的日常生活觀察，比如看到石頭比羽毛下落得快，就簡單地得出物體下落速度與重量成正比的結(jié)論。然而，根據(jù)科學知識，在忽略空氣阻力的情況下，物體下落的加速度是相同的，下落速度只與下落時間和初速度有關(guān)，與物體的重量無關(guān)。著名的伽利略比薩斜塔實驗就有力地證明了這一點，兩個不同重量的鐵球同時從塔頂落下，幾乎同時著地。但學生的錯誤前概念使得他們在學習自由落體運動等相關(guān)知識時，難以接受科學概念，容易產(chǎn)生誤解和困惑。在電學中，部分學生認為只要有電源和導線，就一定會有電流。他們沒有理解形成電流的條件不僅需要有電源提供電壓，還需要形成閉合回路。這種錯誤的前概念導致學生在學習電路知識時，無法正確分析電路中電流的形成和流動情況，對串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點以及歐姆定律等知識的理解也會產(chǎn)生困難。例如，在連接簡單電路時，學生可能會因為這種前概念，忽略電路是否閉合，導致燈泡無法發(fā)光，卻找不到原因。在生物學中，學生可能會認為植物白天只進行光合作用，晚上才進行呼吸作用。這是由于他們對植物生理過程的片面理解，只關(guān)注到植物在白天利用陽光進行光合作用制造有機物的現(xiàn)象，而忽視了植物在任何時候都需要進行呼吸作用來維持生命活動?？茖W研究表明，植物的呼吸作用是持續(xù)進行的，白天和晚上都在消耗氧氣，釋放二氧化碳。學生的這一錯誤前概念影響了他們對植物新陳代謝過程的全面理解，不利于生物學知識的系統(tǒng)學習。2.3.3有待修正的前概念有待修正的前概念是指學生頭腦中包含部分正確信息，但同時也存在部分錯誤或不完整信息的概念。這類前概念介于科學性前概念和非科學性前概念之間，既不是完全正確的科學概念，也并非完全錯誤，需要教師在教學過程中加以引導和修正，幫助學生完善認知，形成準確的科學概念。在學習兩棲動物的概念時，學生往往認為兩棲動物就是既能生活在水中，又能生活在陸地上的動物。這種前概念包含了部分正確信息，即兩棲動物確實具有水陸兩棲的生活習性。然而，這一概念并不完整，存在錯誤之處。科學上對兩棲動物的定義是：幼體生活在水中，用鰓呼吸；成體大多生活在陸地上，也可在水中游泳，用肺呼吸，皮膚可輔助呼吸。僅僅依據(jù)水陸兩棲的生活習性來定義兩棲動物是不準確的，像烏龜、鱷魚等動物也能在水陸兩地生活，但它們屬于爬行動物，并非兩棲動物。教師在教學中，需要引導學生深入了解兩棲動物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特征和生活史等方面的知識，讓學生認識到自己原有概念的局限性，從而修正和完善對兩棲動物概念的理解。在化學中，學生對于燃燒的概念可能存在片面的理解，認為只有有火焰產(chǎn)生的反應(yīng)才是燃燒。這一前概念有一定的合理性，因為在日常生活中，學生常見的燃燒現(xiàn)象如木材燃燒、蠟燭燃燒等都伴有火焰。但從科學角度來看，燃燒是一種劇烈的氧化反應(yīng)，并不一定需要有火焰產(chǎn)生。例如，鐵在氧氣中燃燒時，火星四射，并沒有火焰出現(xiàn)，但這也是一種典型的燃燒反應(yīng)。教師在教學中，應(yīng)通過實驗演示和講解，讓學生了解燃燒的本質(zhì)特征，拓寬對燃燒概念的認知，修正原有的片面概念。在物理學中，學生在學習聲音的傳播時，可能會認為聲音只能在空氣中傳播。這一概念部分正確，因為學生在日常生活中主要聽到的聲音是通過空氣傳播的。然而，聲音實際上可以在固體、液體和氣體等多種介質(zhì)中傳播，且在不同介質(zhì)中的傳播速度和效果有所不同。比如，在固體中聲音傳播速度更快，人們可以通過趴在鐵軌上聽聲音來判斷火車是否即將到來。教師需要通過實驗和實例，幫助學生認識到聲音傳播介質(zhì)的多樣性，對原有的概念進行修正和補充，使其更加科學和完整。2.4前概念的形成原因2.4.1日常生活經(jīng)驗的影響日常生活經(jīng)驗是學生前概念形成的重要基礎(chǔ)，然而，由于學生的生活經(jīng)驗往往是有限的、片面的，且缺乏科學的觀察和分析方法，這就容易導致他們基于這些經(jīng)驗形成錯誤的前概念。在對聲音產(chǎn)生原因的認知上，學生常常依據(jù)日常生活中的直觀感受來判斷。他們看到敲擊鼓面，鼓面振動發(fā)出聲音；撥動琴弦，琴弦振動產(chǎn)生聲音，于是便歸納出聲音是由物體的振動產(chǎn)生的這一觀點。從表面上看，這似乎是正確的，但實際上，學生的這種認知僅僅停留在了物體振動與聲音產(chǎn)生的簡單關(guān)聯(lián)上，并沒有深入探究聲音產(chǎn)生的本質(zhì)。當遇到一些特殊情況時，學生的這種前概念就會暴露出問題。例如，當他們聽到風聲時，由于無法直接觀察到空氣的振動，就會認為風聲不是由物體振動產(chǎn)生的，而是風本身發(fā)出的聲音。這是因為學生在日常生活中對空氣的存在和性質(zhì)缺乏深入了解，沒有意識到空氣也是一種物體，風聲實際上是空氣振動產(chǎn)生的。這種基于有限生活經(jīng)驗的歸納和判斷，使得學生難以把握聲音產(chǎn)生的真正原因，形成了錯誤的前概念。在對物體沉浮現(xiàn)象的認識中，學生根據(jù)生活中看到的木塊漂浮在水面、鐵塊沉入水底的現(xiàn)象，往往會形成“重的物體下沉，輕的物體漂浮”的前概念。他們沒有考慮到物體的沉浮不僅與物體的重量有關(guān)，還與物體的體積、密度以及液體的密度等因素密切相關(guān)。例如，將一個體積較大的實心木塊和一個體積較小的實心鐵塊同時放入水中，盡管木塊比鐵塊重，但由于木塊的密度小于水的密度，而鐵塊的密度大于水的密度，所以木塊會漂浮，鐵塊會下沉。學生由于缺乏對這些因素的綜合考慮，僅僅依據(jù)物體的重量來判斷沉浮，從而形成了錯誤的前概念。2.4.2對語詞的曲解或錯誤理解初中學生在理解科學概念時，常常會因為望文生義，僅僅根據(jù)語詞的字面意思來理解概念，而沒有深入探究其科學內(nèi)涵，從而產(chǎn)生錯誤的前概念。在學習“磁鐵”這一概念時，學生看到“磁”字，可能會聯(lián)想到“神奇”“神秘”等詞匯，進而認為磁鐵具有某種神秘的力量，能夠吸引所有的金屬。這種錯誤的理解源于學生對“磁鐵”概念的字面解讀，沒有真正理解磁鐵的本質(zhì)屬性是能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。實際上，像銅、鋁等金屬就不能被磁鐵吸引。由于對語詞的錯誤理解，學生在學習磁鐵的相關(guān)知識時，會出現(xiàn)認知偏差，難以準確把握磁鐵的特性和應(yīng)用。在學習“重量”和“質(zhì)量”的概念時，學生常常會將二者混淆。從語詞上看，“重量”和“質(zhì)量”都與物體的某種屬性相關(guān)，學生容易根據(jù)日常生活中對“重”的直觀感受，認為重量和質(zhì)量是同一個概念。然而，在科學上，質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的多少，是物體的固有屬性，不隨物體的位置、狀態(tài)等因素的變化而變化；而重量是物體受到重力的大小，與物體所處的位置和重力加速度有關(guān)。例如，一個物體在地球上和在月球上，它的質(zhì)量是不變的，但由于月球上的重力加速度約為地球上的六分之一，所以物體在月球上的重量會比在地球上小。學生由于對這兩個概念的語詞理解不準確，沒有掌握其科學定義和區(qū)別，在解決相關(guān)問題時就會出現(xiàn)錯誤。2.4.3概念學習不牢固與知識負遷移學生在學習科學概念時，如果對概念的理解不夠深入、掌握不夠牢固，就容易出現(xiàn)知識混淆的情況，進而產(chǎn)生知識的負遷移，影響對新知識的學習和理解。在生物學中，“子宮”和“子房”這兩個概念，學生常常會因為它們的名稱相似而混淆?！白訉m”是哺乳動物孕育胎兒的器官，而“子房”是植物雌蕊的重要組成部分，是孕育種子的地方。學生在學習這兩個概念時，如果沒有準確把握它們的定義、結(jié)構(gòu)和功能，僅僅從名稱上進行判斷，就會將二者的概念和作用混淆。例如，在描述植物的生殖過程時，學生可能會錯誤地將“子房”說成“子宮”，或者在解釋哺乳動物的生殖現(xiàn)象時，使用“子房”的相關(guān)知識。這種概念的混淆就是由于學生對知識的掌握不夠扎實，導致在學習和應(yīng)用過程中出現(xiàn)了錯誤的遷移。在物理學中，學生在學習了“功”的概念后，常常會將其與日常生活中的“工作”概念混淆。在日常生活中，“工作”通常指人們?yōu)榱送瓿赡稠椚蝿?wù)而付出的努力或進行的活動，而在物理學中，“功”是一個具有嚴格定義的物理量，等于力與在力的方向上移動的距離的乘積。學生由于對“功”的科學概念理解不深，在遇到與“功”相關(guān)的問題時，容易受到日常生活中“工作”概念的干擾，用“工作”的概念來理解和解釋“功”。例如，在判斷一個人提著水桶在水平地面上行走時是否做功的問題上，學生可能會認為人對水桶做了功，因為人付出了努力，進行了“工作”，而忽略了做功的兩個必要因素：力和在力的方向上移動的距離。由于水桶在水平方向上移動時，人對水桶的拉力方向是豎直向上的，在拉力的方向上沒有移動距離，所以人對水桶沒有做功。這種因概念學習不牢固而產(chǎn)生的知識負遷移，嚴重影響了學生對科學概念的正確理解和應(yīng)用。2.4.4媒體信息的誤導在信息時代，網(wǎng)絡(luò)、電視、報刊等媒體成為學生獲取信息的重要渠道。然而，學生由于年齡較小，辨別能力較低，對于媒體傳播的信息缺乏批判性思維和科學分析能力，容易受到一些非科學信息的影響，從而形成錯誤的前概念。在一些科普節(jié)目或網(wǎng)絡(luò)文章中，可能會出現(xiàn)對科學知識的不準確解讀或片面宣傳。例如，在介紹恐龍滅絕的原因時，有的媒體可能會過分強調(diào)小行星撞擊地球這一觀點，而忽略了其他可能的因素，如火山爆發(fā)、氣候變化等。學生在接觸到這些信息后，就可能會形成“恐龍滅絕僅僅是因為小行星撞擊地球”的錯誤前概念，而沒有認識到恐龍滅絕是一個復雜的事件，是多種因素共同作用的結(jié)果。一些影視作品為了追求視覺效果或劇情需要，常常會對科學知識進行夸張或歪曲。在一些科幻電影中，經(jīng)常會出現(xiàn)宇航員在太空中不穿宇航服就能自由活動的場景。學生在觀看這些電影后，可能會受到這種錯誤信息的誤導，認為在太空中不穿宇航服也能生存。然而，實際上太空中是真空環(huán)境，沒有空氣和氣壓，溫度極低，輻射強烈，宇航員如果不穿宇航服，會在瞬間面臨生命危險。由于學生缺乏對科學知識的深入了解和對媒體信息的辨別能力，很容易受到這些錯誤信息的影響，形成與科學事實相悖的前概念。三、初中學生《科學》前概念調(diào)查與案例分析3.1調(diào)查設(shè)計與實施為全面、準確地了解初中學生在《科學》學習中前概念的具體情況，本研究進行了精心的調(diào)查設(shè)計與實施。調(diào)查目的在于深入了解初中學生在物理、化學、生物等《科學》主要知識領(lǐng)域已有的前概念，包括概念的內(nèi)容、類型以及形成原因等，識別學生前概念中存在的錯誤理解和偏差，為后續(xù)探究前概念轉(zhuǎn)化的教學策略提供詳實的數(shù)據(jù)支持和實踐依據(jù)。通過對調(diào)查結(jié)果的分析，期望能揭示前概念對學生科學學習的影響機制，為教師調(diào)整教學方法、優(yōu)化教學過程提供指導，同時也為課程設(shè)計和教材修訂提供參考，使其更符合學生的認知水平和學習需求。本次調(diào)查選取了本市三所不同層次的初中學校，涵蓋了城市、城鄉(xiāng)結(jié)合部和農(nóng)村地區(qū)，以確保調(diào)查樣本具有廣泛的代表性。每所學校各選取初一年級兩個班級、初二年級兩個班級和初三年級兩個班級，共涉及18個班級，學生總數(shù)達到800人。不同年級的選取旨在探究隨著學習時間的增加和知識儲備的積累，學生前概念的發(fā)展變化情況。調(diào)查方法主要采用問卷調(diào)查法和訪談法相結(jié)合的方式。問卷調(diào)查具有覆蓋面廣、能快速收集大量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，能夠全面了解學生前概念的大致情況；訪談法則能夠深入了解學生的思考過程和前概念形成的原因，針對性強，二者相互補充，使調(diào)查結(jié)果更加全面、深入。問卷設(shè)計是調(diào)查的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。問卷內(nèi)容涵蓋物理、化學、生物三個主要學科領(lǐng)域，共設(shè)計了50道題目，包括選擇題30道、判斷題10道和簡答題10道。選擇題和判斷題主要用于快速了解學生對一些常見科學概念的認知情況，例如在物理學科中，設(shè)置題目“物體運動是因為有力，沒有力就不能運動，這種說法是否正確？”“同一物體離平面鏡越近，成的像越大，離平面鏡越遠，像越小，這種說法對嗎？”；在化學學科中，詢問“白氣是指水蒸氣，這種說法正確嗎？”“燃燒一定需要氧氣，這種觀點對不對？”；在生物學科中，提問“兩棲動物指的是既能生活在水中，又能生活在陸地上的動物，這種說法是否正確？”“綠色植物白天只進行光合作用，晚上才進行呼吸作用，這種說法對嗎？”。簡答題則用于引導學生闡述自己對某些概念的理解和想法，例如“請簡要說明你對力與運動關(guān)系的理解”“你認為植物生長所需的營養(yǎng)主要來自哪里，為什么？”。問卷題目緊密圍繞學生的日常生活經(jīng)驗和常見的科學現(xiàn)象，旨在挖掘?qū)W生潛在的前概念。在設(shè)計問卷時，充分考慮了學生的認知水平和答題能力，語言表述簡潔明了、通俗易懂。同時，為了確保問卷的有效性和可靠性，在正式發(fā)放問卷之前，先在小范圍內(nèi)進行了預(yù)調(diào)查，選取了與正式調(diào)查樣本具有相似特征的50名學生進行測試。根據(jù)預(yù)調(diào)查的結(jié)果，對問卷中表述不清、容易引起歧義的題目進行了修改和完善，最終形成了正式的調(diào)查問卷。訪談主要針對部分學生和科學教師展開。對學生的訪談采用一對一的形式，選取在問卷調(diào)查中表現(xiàn)出典型前概念的學生，深入詢問他們對相關(guān)科學概念的理解、形成這種理解的原因以及在學習過程中遇到的困惑等。例如，對于在問卷中認為“物體運動需要力來維持”的學生，進一步詢問他們是從哪些生活經(jīng)驗中得出這個結(jié)論的，在學習牛頓第一定律后，對自己原有的觀點有什么新的認識。對教師的訪談則以小組訪談的形式進行，邀請具有豐富教學經(jīng)驗的科學教師，探討他們在教學過程中對學生前概念的認識、觀察到的學生常見前概念類型以及在教學中采取的應(yīng)對策略和遇到的困難。例如，詢問教師在教授“電路”知識時，學生存在哪些典型的前概念，教師是如何引導學生糾正這些前概念的，在教學過程中遇到的最大障礙是什么。在調(diào)查實施過程中，嚴格按照預(yù)定的計劃進行。問卷調(diào)查由經(jīng)過培訓的調(diào)查人員統(tǒng)一發(fā)放和回收，確保學生在規(guī)定的時間內(nèi)獨立完成答題，以保證數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。訪談則在安靜、舒適的環(huán)境中進行，訪談人員采用溫和、引導性的提問方式，鼓勵學生和教師充分表達自己的觀點和想法。最終，共回收有效問卷760份，回收率達到95%；完成學生訪談80人次，教師訪談30人次，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和案例分析提供了豐富的數(shù)據(jù)資料。3.2調(diào)查結(jié)果與分析3.2.1物理學科前概念情況在物理學科的調(diào)查中，關(guān)于力與運動的關(guān)系這一知識點，80%的學生認為物體運動是因為有力，沒有力就不能運動，僅有18.1%的學生能夠正確認識到力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因，還有1.9%的學生表示不清楚。這充分表明“力是維持物體運動的原因”這一錯誤前概念在初中學生中具有極高的普遍性。在日常生活中，學生經(jīng)常觀察到物體的運動需要外力推動，如推車、拉箱子等，這些直觀的生活經(jīng)驗使得他們自然而然地形成了這種錯誤的認知。在光學知識方面，對于光的傳播特性，當問到“光在什么情況下沿直線傳播”時，70%的學生回答光在空氣中沿直線傳播，只有30%的學生能夠準確回答光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。這說明大部分學生對光沿直線傳播的條件理解不夠準確，他們受到日常生活中主要觀察到光在空氣中傳播現(xiàn)象的影響，忽略了光在其他同種均勻介質(zhì)（如玻璃、水等）中也沿直線傳播的情況。在平面鏡成像的問題上，43.8%的學生認為同一物體離平面鏡越近，成的像越大，離平面鏡越遠，像越小，而正確理解平面鏡成像特點（像與物大小相等，像距與物距相等）的學生僅占54%，還有2.2%的學生表示不確定。學生出現(xiàn)這種錯誤前概念，主要是因為他們在日常生活中對平面鏡成像的觀察不夠細致，僅僅憑借直觀感受認為離鏡子近像就大，離鏡子遠像就小。在熱學知識板塊，當詢問“白氣是指什么”時，51%的學生認為白氣是指水蒸氣，49%的學生知道白氣是水蒸氣遇冷液化形成的小水滴。這表明近一半的學生對“白氣”這一常見的熱學現(xiàn)象存在錯誤的前概念。學生往往將“白氣”與看不見的水蒸氣混淆，沒有認識到“白氣”實際上是水蒸氣液化后的小水滴懸浮在空氣中形成的可見現(xiàn)象。在對物體熱脹冷縮原理的理解上，雖然大部分學生知道物體受熱膨脹、遇冷收縮，但當問到“為什么物體受熱會膨脹”時，只有20%的學生能夠從分子熱運動的角度正確解釋，即物體受熱時，分子熱運動加劇，分子間距離增大，從而導致物體體積膨脹，而80%的學生無法準確解釋，有的學生只是簡單地認為是因為物體受熱就會變大，沒有深入理解其微觀本質(zhì)。3.2.2化學學科前概念情況在化學學科的調(diào)查中，關(guān)于燃燒的概念，75%的學生認為燃燒一定需要氧氣，只有25%的學生知道燃燒是一種劇烈的氧化反應(yīng)，不一定需要氧氣，如氫氣可以在氯氣中燃燒。學生普遍存在這種錯誤前概念，是因為他們在日常生活中所見到的大多數(shù)燃燒現(xiàn)象都有氧氣參與，如木材燃燒、蠟燭燃燒等，從而形成了燃燒必須有氧氣的片面認知。對于物質(zhì)的變化，當問到“鐵生銹是什么變化”時，60%的學生能夠正確回答是化學變化，但仍有40%的學生認為是物理變化。這些學生可能只是從鐵生銹的表面現(xiàn)象，如顏色改變、表面變得粗糙等，簡單地判斷為物理變化，而沒有認識到鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣、水等發(fā)生化學反應(yīng)，生成了新物質(zhì)鐵銹。在對物質(zhì)的微觀構(gòu)成的理解上，當詢問“分子和原子的主要區(qū)別是什么”時，只有30%的學生能夠準確回答在化學變化中，分子可分，原子不可分，70%的學生回答錯誤或表示不清楚。學生出現(xiàn)這種情況，主要是因為分子和原子的概念比較抽象，學生難以理解它們在微觀層面的本質(zhì)區(qū)別，在學習過程中容易混淆二者的概念和性質(zhì)。3.2.3生物學科前概念情況在生物學科的調(diào)查中，對于兩棲動物的概念，52.1%的學生認為兩棲動物指的是既能生活在水中，又能生活在陸地上的動物，40%的學生知道這種說法不準確，還有7.9%的學生表示不知道。這表明超過一半的學生對兩棲動物的概念存在錯誤理解，他們僅僅依據(jù)兩棲動物的生活習性來定義，忽略了兩棲動物在幼體和成體階段的生理特征差異，如幼體用鰓呼吸，成體用肺呼吸，皮膚輔助呼吸等。在植物的生理過程方面，當問到“植物由小苗長成大植株，營養(yǎng)主要來自哪里”時，62.7%的學生認為營養(yǎng)主要來自土壤，37.3%的學生知道植物生長所需的營養(yǎng)除了來自土壤中的無機鹽和水分外，還通過光合作用制造有機物。學生出現(xiàn)這種錯誤前概念，是因為他們在日常生活中看到植物生長在土壤中，并且給植物施肥可以促進其生長，從而片面地認為植物的營養(yǎng)主要來自土壤，而對光合作用在植物生長中的重要作用認識不足。在對生物的遺傳和變異的認識上，當詢問“父母都是雙眼皮，孩子一定是雙眼皮嗎”時，只有40%的學生能夠從基因遺傳的角度正確回答不一定，因為雙眼皮是顯性性狀，父母可能攜帶隱性基因，孩子有可能遺傳到隱性基因而表現(xiàn)為單眼皮，60%的學生回答錯誤，他們認為父母是雙眼皮，孩子就一定是雙眼皮，這說明學生對生物遺傳的原理理解不夠深入，僅僅根據(jù)表面現(xiàn)象進行判斷。3.2.4錯誤前概念的原因分析通過對調(diào)查數(shù)據(jù)的深入分析以及對學生和教師的訪談，發(fā)現(xiàn)初中學生形成錯誤前概念的原因主要有以下幾點：日常生活經(jīng)驗的局限：學生在日常生活中積累了大量的經(jīng)驗，但這些經(jīng)驗往往是片面的、表面的，缺乏科學的分析和驗證。例如，在力與運動關(guān)系的認知上，學生看到汽車行駛需要發(fā)動機提供動力，人推車車才會動，就得出力是維持物體運動的原因；在對兩棲動物概念的理解上，學生僅從表面看到青蛙等動物既能在水中生活又能在陸地上生活，就簡單地將兩棲動物定義為既能生活在水中又能生活在陸地上的動物。這些基于日常生活經(jīng)驗形成的前概念，沒有考慮到科學知識的復雜性和本質(zhì)特征，容易導致錯誤認知的產(chǎn)生。對科學概念的片面理解：部分學生在學習科學概念時，沒有深入理解概念的內(nèi)涵和外延，只是簡單地記住了概念的字面意思，從而產(chǎn)生錯誤的理解。例如，在學習燃燒概念時，學生僅僅記住了燃燒通常有氧氣參與這一常見現(xiàn)象，而忽略了燃燒的本質(zhì)是劇烈的氧化反應(yīng)，導致認為燃燒一定需要氧氣；在理解分子和原子的概念時，學生沒有真正理解分子和原子在化學變化中的本質(zhì)區(qū)別，只是死記硬背相關(guān)定義，無法準確把握二者的差異。知識的負遷移：學生在學習新知識時，常常會受到已有知識的影響，當已有知識與新知識存在相似但又不完全相同的情況時，就容易產(chǎn)生知識的負遷移，導致錯誤前概念的形成。例如，學生在學習物理中的“功”的概念時，容易受到日常生活中“工作”概念的干擾，將二者混淆，認為只要付出努力就是做了功；在學習化學中物質(zhì)的變化時，由于之前學習了物理變化中物質(zhì)的狀態(tài)、形狀等改變的知識，在判斷鐵生銹這種化學變化時，容易受到物理變化概念的影響，僅從表面現(xiàn)象判斷為物理變化。缺乏科學的思維方法：初中學生正處于思維發(fā)展的關(guān)鍵時期，部分學生還沒有掌握科學的思維方法，在分析問題和解決問題時，往往缺乏邏輯推理和批判性思維能力。例如，在判斷父母都是雙眼皮，孩子是否一定是雙眼皮的問題上，學生沒有運用基因遺傳的知識進行邏輯推理，而是僅憑主觀臆斷做出判斷；在對光的傳播特性的理解上，學生沒有通過科學的實驗探究和分析，而是根據(jù)日常生活中的有限觀察就得出結(jié)論，缺乏對科學知識的深入思考和探究精神。3.3典型案例分析3.3.1力學前概念轉(zhuǎn)化案例在“力與運動關(guān)系”的教學中，學生普遍存在“力是維持物體運動的原因”這一錯誤前概念。以某中學初二年級的一個班級為例，在教學前的問卷調(diào)查中，85%的學生認為物體運動是因為有力，沒有力就不能運動。為了轉(zhuǎn)變學生的這一錯誤前概念，教師首先創(chuàng)設(shè)了實驗情境。準備了一個小車、一個斜面和不同粗糙程度的平面（毛巾、棉布、木板）。讓小車從斜面上同一高度由靜止滑下，觀察小車在不同平面上的運動情況。學生們看到，小車在毛巾表面運動的距離最短，在棉布表面運動的距離稍長，在木板表面運動的距離最長。教師引導學生思考：為什么小車在不同平面上運動的距離不同？學生們通過討論，認識到是因為平面的粗糙程度不同，對小車的阻力不同。阻力越小，小車運動的距離越遠。接著，教師進一步引導學生進行推理：如果平面絕對光滑，沒有阻力，小車會怎樣運動呢？學生們經(jīng)過思考和討論，逐漸認識到小車會一直做勻速直線運動。這一實驗現(xiàn)象與學生原有的“力是維持物體運動的原因”的前概念產(chǎn)生了強烈的認知沖突，使學生對自己原有的觀點產(chǎn)生了懷疑。隨后，教師引入牛頓第一定律的內(nèi)容：一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。并結(jié)合實驗現(xiàn)象，詳細講解了牛頓第一定律的含義，讓學生明白力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。在課堂練習環(huán)節(jié)，教師給出了一些與力和運動關(guān)系相關(guān)的問題，如“一個正在做勻速直線運動的物體，若突然不受任何力的作用，它將如何運動？”“汽車在行駛過程中，若關(guān)閉發(fā)動機，它為什么會逐漸停下來？”等。通過對這些問題的思考和解答，學生們進一步加深了對力與運動關(guān)系的理解，鞏固了新的科學概念。課后的跟蹤調(diào)查顯示，經(jīng)過這一教學過程，班級中能夠正確理解力與運動關(guān)系的學生比例提高到了80%，說明通過創(chuàng)設(shè)實驗情境、引發(fā)認知沖突等教學策略，有效地實現(xiàn)了學生前概念的轉(zhuǎn)化。3.3.2光學前概念轉(zhuǎn)化案例在“光的折射”教學中，學生在學習之前，對光的折射現(xiàn)象存在諸多錯誤的前概念。以某中學初二年級的另一個班級為例，在教學前的訪談中，很多學生認為光在任何情況下都是沿直線傳播的，即使從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)也不會改變傳播方向；還有部分學生認為光從空氣進入水中，折射光線是遠離法線的。針對這些前概念，教師首先通過演示實驗來引發(fā)學生的興趣和思考。用激光筆斜射向裝有水的透明水槽中，讓學生觀察光線射入和射出的方向。學生們清晰地看到光線在水面處發(fā)生了偏折，這與他們原有的“光始終沿直線傳播”的前概念產(chǎn)生了沖突。接著，教師利用多媒體展示光的折射原理的動畫，詳細講解光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生偏折的原因。動畫中直觀地展示了光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，導致光線發(fā)生偏折，并且清晰地呈現(xiàn)了折射光線、入射光線和法線的位置關(guān)系，以及折射角和入射角的大小關(guān)系。為了讓學生更深入地理解光的折射規(guī)律，教師組織學生進行分組實驗。實驗器材包括激光筆、玻璃磚、量角器等。學生們通過實驗，測量不同入射角下的折射角，并記錄數(shù)據(jù)，然后分析數(shù)據(jù)，總結(jié)光的折射規(guī)律。在實驗過程中，教師巡視指導，及時解答學生的疑問。通過實驗探究，學生們自己總結(jié)出了光的折射規(guī)律：光從空氣斜射入水或其它介質(zhì)中時，折射光線向法線方向偏折，折射角小于入射角，當入射角增大時，折射角也增大，當光線垂直入射時，傳播方向不變。這一過程讓學生親身體驗了科學探究的過程，增強了他們對光的折射概念的理解。最后，教師通過生活中的實例，如“岸上看湖水覺得很淺”“在水中看岸上的樹變高了”等，讓學生運用所學的光的折射知識進行解釋。學生們積極思考，嘗試用折射規(guī)律來分析這些現(xiàn)象，進一步鞏固了所學的科學概念。教學后的測試結(jié)果表明，班級中對光的折射概念理解正確的學生比例從教學前的30%提高到了75%，說明通過實驗演示、多媒體展示和實驗探究等教學策略，有效地幫助學生糾正了錯誤的前概念，理解了光的折射這一科學概念。3.3.3生物學前概念轉(zhuǎn)化案例在“生物的分類”教學中，學生在學習之前，對生物分類的概念存在一些不準確的認識。以某中學初一年級的一個班級為例，在教學前的問卷調(diào)查中，55%的學生認為兩棲動物就是既能生活在水中，又能生活在陸地上的動物；30%的學生認為植物只分為草本植物和木本植物。針對這些前概念，教師采用了小組合作學習和討論交流的教學策略。首先，教師將學生分成小組，每個小組發(fā)放一些不同生物的圖片和資料，包括青蛙、烏龜、鱷魚、海帶、葫蘆蘚、蕨類植物、松樹、桃樹等。讓小組學生根據(jù)自己已有的知識，嘗試對這些生物進行分類。在小組討論過程中，學生們各抒己見，出現(xiàn)了不同的分類方法。有的小組按照生物的生活環(huán)境進行分類，將青蛙、烏龜、鱷魚分為一類，認為它們都能在水陸兩地生活；將海帶、葫蘆蘚、蕨類植物分為一類，認為它們都生活在潮濕的環(huán)境中。有的小組按照生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)進行分類，將海帶、葫蘆蘚、蕨類植物分為一類，認為它們沒有種子；將松樹、桃樹分為一類，認為它們有種子。教師引導各小組展示自己的分類結(jié)果，并闡述分類的依據(jù)。然后，組織全班學生對各小組的分類結(jié)果進行討論和評價。在討論過程中，教師適時地提出問題，引導學生思考：“兩棲動物的真正定義是什么？”“植物的分類除了草本和木本，還有哪些依據(jù)？”“烏龜和鱷魚雖然能水陸兩棲，但它們屬于兩棲動物嗎，為什么？”等。通過這些問題的引導，讓學生發(fā)現(xiàn)自己原有的分類方法存在的問題，從而引發(fā)認知沖突。接著，教師詳細講解生物分類的科學依據(jù)，包括生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能、生活習性等方面。并介紹了生物分類的等級，從大到小依次為界、門、綱、目、科、屬、種。以青蛙為例，詳細闡述了青蛙屬于兩棲動物的原因，它的幼體生活在水中，用鰓呼吸；成體大多生活在陸地上，也可在水中游泳，用肺呼吸，皮膚可輔助呼吸。而烏龜和鱷魚雖然能水陸兩棲，但它們的幼體和成體都用肺呼吸，體表有鱗片或甲，屬于爬行動物。在講解植物分類時，教師介紹了植物根據(jù)有無種子分為孢子植物和種子植物，孢子植物又分為藻類植物、苔蘚植物和蕨類植物，種子植物分為裸子植物和被子植物。通過這些詳細的講解，讓學生對生物分類的科學概念有了清晰的認識。最后，教師讓學生重新對之前的生物圖片和資料進行分類，檢驗學生對生物分類概念的掌握情況。結(jié)果顯示，經(jīng)過這一教學過程，班級中能夠正確對生物進行分類的學生比例提高到了80%，說明通過小組合作、討論交流和教師引導等教學策略，有效地幫助學生實現(xiàn)了前概念的轉(zhuǎn)化，掌握了生物分類的科學概念。四、初中學生《科學》前概念轉(zhuǎn)化的教學策略4.1充分了解學生，暴露前概念了解學生的前概念是實現(xiàn)前概念轉(zhuǎn)化的首要步驟。教師可通過多種方式深入了解學生的前概念，為后續(xù)教學策略的制定提供依據(jù)。問卷調(diào)查是一種廣泛應(yīng)用的方法，教師可以設(shè)計涵蓋多個科學知識領(lǐng)域的問卷，問題設(shè)置要緊密聯(lián)系學生的日常生活經(jīng)驗和常見的科學現(xiàn)象。比如在物理知識方面，詢問學生“汽車剎車時，人為什么會向前傾？”“為什么冬天窗戶上會出現(xiàn)水霧？”；在化學知識板塊，提問“為什么鐵會生銹，而鋁卻不容易生銹？”“蠟燭燃燒后生成了什么物質(zhì)？”；在生物知識領(lǐng)域，設(shè)置問題“植物的葉子為什么大多數(shù)是綠色的？”“動物的行為是如何受到環(huán)境影響的？”。通過這些問題，了解學生對相關(guān)科學概念的已有認知和理解，挖掘他們潛在的前概念。課堂提問也是了解學生前概念的有效手段。在課堂教學中，教師可以針對即將學習的科學內(nèi)容，提出一些開放性的問題，引導學生表達自己的觀點和想法。例如在學習“浮力”之前，教師可以提問“為什么有的物體在水中會漂浮，而有的物體卻會下沉？”學生可能會根據(jù)自己的生活經(jīng)驗回答，如“輕的物體漂浮，重的物體下沉”“空心的物體漂浮，實心的物體下沉”等。這些回答能夠讓教師直接了解學生對浮力概念的前認知，發(fā)現(xiàn)他們存在的錯誤前概念。在提問過程中，教師要鼓勵學生積極發(fā)言，尊重他們的觀點，不要急于糾正，而是要引導學生進一步思考和討論。小組討論同樣能幫助教師了解學生的前概念。教師可以將學生分成小組，布置一些與科學概念相關(guān)的討論主題，如“在日常生活中，我們觀察到的力與運動的關(guān)系是怎樣的？”“植物的生長需要哪些條件，這些條件是如何影響植物生長的？”。在小組討論中，學生們會充分交流自己的想法和經(jīng)驗，相互啟發(fā)，教師則可以在各小組間巡視，傾聽學生的討論內(nèi)容，了解他們對科學概念的理解程度和存在的前概念。例如在“力與運動關(guān)系”的小組討論中，有的學生可能會認為“物體只有受到力的作用才會運動，沒有力物體就會靜止”，有的學生則可能提出不同的看法，認為“物體的運動不需要力來維持，力只是改變物體運動狀態(tài)的原因”。通過觀察學生的討論過程和觀點表達，教師能夠全面了解學生對這一概念的前概念情況。通過問卷調(diào)查、課堂提問、小組討論等方式，教師可以全面了解學生的前概念，并引導學生將這些前概念暴露出來。只有充分了解學生的前概念，教師才能在教學中有的放矢，采取針對性的教學策略，幫助學生實現(xiàn)前概念向科學概念的轉(zhuǎn)化。4.2引發(fā)認知沖突，促進概念轉(zhuǎn)變4.2.1創(chuàng)設(shè)問題情境創(chuàng)設(shè)問題情境是引發(fā)學生認知沖突的有效方式之一。教師可以精心設(shè)計與學生前概念相沖突的問題，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，促使他們主動反思自己的前概念。在學習“浮力”知識時，教師可以提出這樣的問題：“把一個實心鐵球和一個空心鐵球放入水中，實心鐵球下沉，空心鐵球卻能漂浮，按照我們之前的想法，重的物體下沉，輕的物體漂浮，可這兩個鐵球重量一樣，為什么一個下沉一個漂浮呢？”這個問題與學生原有的“重的物體下沉，輕的物體漂浮”的前概念產(chǎn)生了強烈的沖突。學生們基于自己的前概念，可能會認為兩個鐵球都應(yīng)該下沉或者都應(yīng)該漂浮，而實際情況卻與他們的認知不符，這就引發(fā)了他們的好奇心和求知欲，促使他們深入思考浮力的本質(zhì)以及影響物體沉浮的因素。在思考過程中，學生們會發(fā)現(xiàn)原有的前概念無法解釋這一現(xiàn)象，從而對自己的前概念產(chǎn)生懷疑，為接受科學的浮力概念奠定基礎(chǔ)。在講解“光的折射”時，教師可以設(shè)置問題：“我們在岸上看水中的魚，感覺魚的位置比實際位置要淺，這是為什么呢？按照我們平時看到的物體，它在哪里，我們看到的就是它真實的位置，可這里為什么不一樣呢？”這一問題與學生認為看到的物體位置就是其真實位置的前概念相矛盾。學生們在日常生活中習慣了光沿直線傳播的現(xiàn)象，對于光在不同介質(zhì)中傳播會發(fā)生折射導致物體位置看起來改變的情況缺乏了解。這個問題引發(fā)了學生的認知沖突，使他們急于探究其中的原因，從而積極主動地參與到光的折射知識的學習中。通過對這一問題的探究，學生們能夠逐漸理解光的折射原理，糾正原有的錯誤前概念。4.2.2開展實驗教學實驗教學是幫助學生突破前概念、建立科學概念的重要手段。實驗中呈現(xiàn)出的現(xiàn)象往往與學生的前概念存在矛盾，這種矛盾能夠強烈沖擊學生原有的認知結(jié)構(gòu)，促使他們重新審視自己的前概念，進而建立正確的科學概念。在“大氣壓強”的教學中，教師可以進行“覆杯實驗”。將一個裝滿水的杯子用硬紙片蓋住，然后將杯子倒置，學生們驚訝地發(fā)現(xiàn)硬紙片并沒有掉落，水也沒有灑出來。這一現(xiàn)象與學生原有的認知產(chǎn)生了巨大的沖突，他們原本可能認為沒有東西支撐，水肯定會灑出來。通過這個實驗，學生們直觀地感受到了大氣壓強的存在，認識到大氣對物體表面存在壓力，而且這個壓力能夠托住硬紙片和水。實驗結(jié)果讓學生們對自己原有的關(guān)于物體受力和平衡的前概念產(chǎn)生了質(zhì)疑，他們開始思考為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，從而主動學習大氣壓強的相關(guān)知識。在實驗后的討論環(huán)節(jié)，教師引導學生分析實驗現(xiàn)象，解釋大氣壓強的原理，幫助學生將實驗現(xiàn)象與科學概念聯(lián)系起來，實現(xiàn)前概念的轉(zhuǎn)變。在“摩擦力”的教學中，教師可以設(shè)計一個對比實驗。準備兩個相同的木塊，一個放在水平木板上，用彈簧測力計水平拉動，測量出拉動木塊所需的力；另一個木塊下面墊上幾根鉛筆（變滑動為滾動），再用彈簧測力計水平拉動，測量此時所需的力。學生們會發(fā)現(xiàn)，墊上鉛筆后拉動木塊所需的力明顯減小。這與他們原有的認為摩擦力大小只與物體重量有關(guān)的前概念相沖突。學生們通過觀察實驗現(xiàn)象，認識到摩擦力的大小不僅與物體的重量有關(guān)，還與物體的運動方式（滑動或滾動）等因素有關(guān)。實驗激發(fā)了學生的探究欲望，他們迫切想知道還有哪些因素會影響摩擦力的大小，從而積極參與到后續(xù)的學習中。教師可以進一步引導學生進行更多的實驗探究，如改變接觸面的粗糙程度等，讓學生在實驗中不斷深化對摩擦力概念的理解，實現(xiàn)前概念向科學概念的轉(zhuǎn)化。4.2.3組織合作學習組織合作學習是促進學生前概念轉(zhuǎn)變的有效策略之一。在小組合作學習中，學生們由于生活經(jīng)驗、知識儲備和思維方式的不同，對同一科學問題往往持有不同的觀點和看法，這種觀點的差異會引發(fā)認知沖突。通過小組內(nèi)的討論和交流，學生們能夠從不同的角度思考問題，拓寬思維視野，深入理解科學概念的內(nèi)涵。在“力與運動關(guān)系”的學習中，教師組織學生進行小組討論。有的學生根據(jù)日常生活中推車、拉箱子等經(jīng)驗，堅持認為力是維持物體運動的原因，沒有力物體就會停止運動；而有的學生則從牛頓第一定律的角度出發(fā)，認為力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。兩種觀點在小組內(nèi)引發(fā)了激烈的討論，學生們各抒己見，相互質(zhì)疑和反駁。在討論過程中，學生們逐漸發(fā)現(xiàn)自己觀點的局限性，開始反思自己的前概念。為了證明自己的觀點，學生們會主動查閱資料、尋找證據(jù)，深入探究力與運動的關(guān)系。例如，有的學生通過查閱物理書籍，了解到牛頓第一定律的實驗基礎(chǔ)——伽利略的理想斜面實驗，并將其介紹給小組同學。通過對這個實驗的分析，學生們認識到在理想情況下，物體不受外力作用時會保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，從而理解了力與運動的真正關(guān)系。在小組合作學習中，學生們通過討論交流，不僅解決了認知沖突，還深化了對科學概念的理解，實現(xiàn)了前概念的轉(zhuǎn)變。在“生物的遺傳和變異”的學習中，教師布置小組任務(wù)，讓學生討論“父母都是雙眼皮，孩子一定是雙眼皮嗎？”這一問題。有的學生認為父母是雙眼皮，孩子肯定也是雙眼皮，這是基于他們?nèi)粘Ｉ钪袑z傳現(xiàn)象的簡單觀察和直觀感受形成的前概念；而有的學生則從基因遺傳的角度進行分析，認為雙眼皮是顯性性狀，父母可能攜帶隱性基因，孩子有可能遺傳到隱性基因而表現(xiàn)為單眼皮。小組內(nèi)的討論使學生們對遺傳現(xiàn)象有了更深入的思考，他們開始認識到遺傳并不是簡單的性狀傳遞，而是涉及到基因的組合和表達。在討論過程中，學生們相互學習，分享自己的知識和經(jīng)驗，逐漸糾正了原有的錯誤前概念。教師可以在小組討論后，組織各小組進行匯報展示，進一步促進學生之間的交流和學習，鞏固他們對遺傳和變異概念的理解。4.3構(gòu)建科學概念體系，鞏固學習成果4.3.1運用概念圖教學概念圖作為一種有效的教學工具，能夠幫助學生梳理知識結(jié)構(gòu)，將零散的知識點整合為一個有機的整體，從而更好地理解科學概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，促進前概念向科學概念的轉(zhuǎn)化。在初中科學教學中，教師可以引導學生繪制概念圖。以“生態(tài)系統(tǒng)”這一章節(jié)為例，教師首先引導學生回顧生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)概念，包括生態(tài)系統(tǒng)的組成成分（生產(chǎn)者、消費者、分解者、非生物的物質(zhì)和能量）、食物鏈和食物網(wǎng)、生態(tài)系統(tǒng)的功能（物質(zhì)循環(huán)、能量流動、信息傳遞）等。然后，讓學生嘗試將這些概念以概念圖的形式呈現(xiàn)出來。學生可以用不同的圖形（如圓形、方形、菱形等）來表示不同的概念，用線條將相關(guān)的概念連接起來，并在線條上標注出概念之間的關(guān)系。例如，用箭頭表示能量流動的方向，從生產(chǎn)者指向消費者，再指向分解者；用雙向箭頭表示物質(zhì)循環(huán)，體現(xiàn)物質(zhì)在生物群落和無機環(huán)境之間的往返運動。在繪制概念圖的過程中，學生需要深入思考各個概念之間的邏輯關(guān)系，這有助于他們加深對科學概念的理解。教師還可以通過展示優(yōu)秀的概念圖范例，讓學生學習如何更合理地組織概念、更清晰地表達概念之間的關(guān)系。同時，鼓勵學生對自己繪制的概念圖進行反思和完善，不斷調(diào)整概念之間的連接和層次結(jié)構(gòu)。通過繪制概念圖，學生能夠?qū)⑶案拍钆c科學概念進行對比和整合，明確自己原有的認知與科學概念之間的差異，從而更好地掌握科學概念。例如，有些學生可能之前認為生態(tài)系統(tǒng)就是生物的集合，通過繪制概念圖，他們會認識到生態(tài)系統(tǒng)不僅包括生物，還包括非生物的物質(zhì)和能量，以及生物與生物、生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系，進而實現(xiàn)前概念的轉(zhuǎn)化。4.3.2加強知識聯(lián)系與應(yīng)用科學知識具有系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性，將科學概念與實際生活和其他學科知識相聯(lián)系，通過解決實際問題，能夠讓學生在應(yīng)用中鞏固科學概念，強化對概念的理解，實現(xiàn)前概念的有效轉(zhuǎn)化。在教學中，教師應(yīng)引導學生將科學概念應(yīng)用到實際生活中。以“簡單機械”的學習為例，教師可以讓學生尋找生活中常見的簡單機械，如杠桿（撬棍、剪刀、天平）、滑輪（起重機上的滑輪組、窗簾上的滑輪）、斜面（樓梯、盤山公路）等，并分析它們的工作原理和應(yīng)用場景。學生通過觀察和分析這些實際生活中的簡單機械，能夠更加深入地理解杠桿原理、滑輪的作用以及斜面省力的原理等科學概念。同時，教師可以設(shè)置一些實際問題，讓學生運用所學的簡單機械知識進行解決。例如，讓學生設(shè)計一個簡單的機械裝置，幫助搬運重物上樓。學生在設(shè)計過程中，需要綜合考慮杠桿、滑輪和斜面等簡單機械的特點和應(yīng)用，運用所學的科學概念進行計算和分析，從而提高對科學概念的應(yīng)用能力?？茖W知識與其他學科知識也存在著密切的聯(lián)系。教師可以引導學生將科學概念與數(shù)學、物理、化學、生物等學科知識進行整合，拓寬學生的知識視野，加深對科學概念的理解。在學習“物質(zhì)的密度”時，教師可以引導學生運用數(shù)學知識，理解密度公式（ρ=m/V）中各個物理量之間的關(guān)系，通過數(shù)學計算來求解物質(zhì)的密度。同時，將密度知識與物理學科中的浮力知識相聯(lián)系，讓學生理解物體的沉浮與密度的關(guān)系。在學習“光合作用”時，將其與化學學科中的化學反應(yīng)知識相結(jié)合，讓學生理解光合作用中二氧化碳和水在光和葉綠體的作用下轉(zhuǎn)化為有機物和氧氣的化學反應(yīng)過程。通過跨學科的知識聯(lián)系，學生能夠從不同的角度理解科學概念，促進前概念的轉(zhuǎn)化。五、教學策略實施的保障措施5.1教師專業(yè)素養(yǎng)提升教師專業(yè)素養(yǎng)的提升是前概念轉(zhuǎn)化教學策略有效實施的關(guān)鍵。教師應(yīng)不斷加強對前概念理論的學習，深入了解前概念的形成機制、特點和類型，掌握前概念轉(zhuǎn)化的教學方法和技巧。學校可以定期組織教師參加前概念相關(guān)的培訓和研討會，邀請專家學者進行講座和指導，分享最新的研究成果和教學經(jīng)驗。教師還可以通過閱讀專業(yè)書籍和學術(shù)期刊，如《科學教育研究》《教育心理學》等，自主學習前概念相關(guān)的理論知識，拓寬自己的知識視野。在培訓和學習過程中，教師要積極參與討論和交流，結(jié)合自己的教學實踐，反思和總結(jié)經(jīng)驗教訓，不斷提高自己對前概念教學的認識和理解。教學能力的提升對于教師實施前概念轉(zhuǎn)化教學策略至關(guān)重要。教師要善于創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學生的認知沖突，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。以“浮力”教學為例，教師可以創(chuàng)設(shè)這樣的情境：將一個乒乓球和一個鐵球同時放入水中，乒乓球漂浮，鐵球下沉，然后提問學生：“為什么乒乓球能漂浮，而鐵球卻下沉呢？如果把這個鐵球做成空心的，它會漂浮嗎？”這樣的情境與學生原有的認知產(chǎn)生沖突，能夠激發(fā)學生的思考和探究欲望。教師還要掌握有效的提問技巧，通過提問引導學生暴露前概念，深入思考科學概念。在“力與運動關(guān)系”的教學中，教師可以提問：“在日常生活中，我們看到汽車行駛需要發(fā)動機提供動力，人推車車才會動，這是否意味著力是維持物體運動的原因呢？”通過這樣的問題，引導學生思考力與運動的真正關(guān)系，暴露他們原有的“力是維持物體運動的原因”的前概念。此外，教師要能夠靈活運用多種教學方法，如實驗教學法、小組合作學習法、概念圖教學法等，根據(jù)不同的教學內(nèi)容和學生的實際情況，選擇最合適的教學方法，提高教學效果。教育科研能力也是教師必備的素養(yǎng)之一。教師應(yīng)積極開展教育科研活動，針對前概念轉(zhuǎn)化教學策略實施過程中遇到的問題，進行深入研究。教師可以以班級為單位，開展前概念轉(zhuǎn)化教學的行動研究，觀察和記錄學生在教學過程中的表現(xiàn)和變化，分析教學策略的有效性和存在的問題。例如，在“光的折射”教學中，教師采用實驗教學法和小組合作學習法相結(jié)合的策略，觀察學生對光的折射概念的理解和掌握情況，通過對學生課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況和測試成績的分析，評估教學策略的效果。教師還可以撰寫教育教學論文，分享自己的研究成果和教學經(jīng)驗，與同行進行交流和探討，共同推動前概念轉(zhuǎn)化教學的發(fā)展。學校應(yīng)鼓勵教師參與教育科研活動，提供必要的科研支持和資源，如科研經(jīng)費、研究設(shè)備、學術(shù)交流機會等，營造良好的科研氛圍。5.2教學資源開發(fā)與利用實驗資源的開發(fā)是前概念轉(zhuǎn)化教學的重要支撐。教師應(yīng)充分挖掘教材中的實驗內(nèi)容，對其進行優(yōu)化和拓展。以“電路連接”實驗為例，教材中通常只要求學生連接簡單的串聯(lián)和并聯(lián)電路，教師可以在此基礎(chǔ)上，引導學生探究不同連接方式下電路中電流、電壓的變化規(guī)律。通過增加實驗器材，如電流表、電壓表、不同規(guī)格的燈泡等，讓學生自己設(shè)計實驗方案，測量并記錄數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果。這樣不僅能夠讓學生更深入地理解電路的基本原理，還能激發(fā)他們的探究興趣和創(chuàng)新思維。教師還可以開發(fā)一些與生活實際緊密相關(guān)的實驗，如利用廢舊電池、導線、小燈泡等材料制作簡易手電筒，讓學生在實踐中感受電學知識的應(yīng)用，加深對電學概念的理解。多媒體資源具有直觀、形象、生動的特點，能夠?qū)⒊橄蟮目茖W概念轉(zhuǎn)化為具體的圖像、動畫和視頻，幫助學生更好地理解科學知識，促進前概念的轉(zhuǎn)化。教師可以利用多媒體課件展示科學實驗的過程和現(xiàn)象，如在“分子動理論”的教學中，通過動畫展示分子的無規(guī)則運動、分子間的引力和斥力等，讓學生直觀地感受微觀世界的奧秘。利用多媒體資源還可以展示一些在課堂上難以直接觀察到的科學現(xiàn)象，如地球的公轉(zhuǎn)、日食和月食的形成等，拓寬學生的視野。教師可以收集和整理相關(guān)的科學紀錄片、科普視頻等，在課堂上適時播放，激發(fā)學生的學習興趣。例如，在學習“生物的進化”時，播放有關(guān)生物進化歷程的紀錄片，讓學生了解生物的演化過程，增強對生物進化概念的理解。網(wǎng)絡(luò)資源豐富多樣，為前概念轉(zhuǎn)化教學提供了廣闊的空間。教師可以引導學生利用網(wǎng)絡(luò)平臺獲取科學知識和信息，如在線科學課程、科學教育網(wǎng)站、科普論壇等。在線科學課程能夠提供系統(tǒng)的科學知識講解和實驗演示，學生可以根據(jù)自己的學習進度和需求，自主選擇學習內(nèi)容?？茖W教育網(wǎng)站和科普論壇則匯聚了大量的科學知識、研究成果和趣味科學實驗，學生可以在這些平