【摘 要】基于小学生心理特点和年龄特征,小学科学教师在研读教材文本中往往会把概念浅化、形象化处理后再组织教学,本文中我们将其称之为概念“模糊教学”。然而,在教学实践中教师又会有意无意的以“模糊教学”为托辞误读概念贻误下一代,遭人诟病。基于此,笔者采用案例枚举的方式梳理了以谬代真、以偏概全、以升量石三类概念误读现象,并尝试从教师的知识体系、科学精神及文本解读能力等维度剖析产生谬误的原因及提出相应的对策,以及由此引发笔者深入的教学思想和深刻的践行感悟。

【关键词】模糊教学 概念 误读 归因 对策

基于儿童的年龄特征和心理特点,小学科学教师在研读教材文本中往往会将概念浅化、形象化处理后再组织教学,本文中将其称之为“模糊教学”,这种学习方式是人类形成概念系统的一条必由之路。模糊的界限是不给学生错误的认识,然而教学实践中教师往往会有意无意地扛着“模糊教学”的大旗误读概念,开展一些与概念形成背道而驰的学习活动贻误下一代,遭人诟病。这恰恰印证了科学教育专家张红霞博士曾经提及过的一个观点:一些教师在自以为为科学教育呕心沥血的情况下,宣扬非科学的东西。这是我们面临的科学教育改革中最大的困难和挑战。[1]为此,笔者特意梳理分析了一些概念误读现象及应对策略,以引发同行们的关注和考量。

一、以谬代真——教师知识体系亟待完善

概念是人类对一个复杂的过程或事物的理解,因此任何概念的形成并非一蹴而就,而是一个动态发展的过程。同一个概念,在不同的学习阶段呈现的内容是不一样的,需要掌握的程度也是不一样的。因为人们对于特定事物的本质认识,即科学概念的内容,并不是单一的、无条件的,而是多方面的、有条件的。在小学阶段科学概念教学可以浅化,但却不能不科学。

[概念误读]五上“运动和力”单元第1课《我们的小缆车》,主要研究了拉力大小和小车运动状况变化的关系。在教师的引领下,通过多个多个增加垫圈的方式改变拉力大小,观察小车运动的快慢,最后让学生得出结论:拉力越大,小车速度越快;拉力越小,小车速度越慢。

[理性剖析]物理特级教师徐承楠先生认为这样的结论界定细细斟酌起来漏洞百出,对今后牛顿运动定律的学习会带来负面效应。首先,我们知道实验刚开始加上去的一个、两个、甚至多个垫圈时都有可能无法克服静摩擦力,小车静止不动,与上述结论自相矛盾。其次,不难发现这个实验中与力对应的量应该是小车的“加速度”,虽这一概念在小学阶段不要求出现,但教师心里应该明白。而我们需要做的是引导孩子们观察小车的运动特点是先慢后快,越来越快。最后完全可以回避“速度”一词,可将结论改成“小车启动后:拉力越大,小车运动变化越快;拉力越小,小车运动变化越慢。”若一定要出现 “速度”这个概念,倒不如将整个结论改成“小车启动后:拉力越大,平均速度越大;拉力越小,平均速度越小”。

结论改动虽只寥寥数字,但对概念建构却具有非常重要的现实意义。脑科学理论认为:在概念的形成和发展过程中,前概念是被覆盖的,而不是被抹掉的。毋庸讳言,学生的前概念体系非常纷繁,甚至是杂乱无章,有正确的,有错误的,也有一知半解的。教学的行为可以被看作是帮助学生理顺个体凌乱的观念,为其分类。很重要的一点是,后续的的理解在很大程度上是建构在以前的观念之上的。[2]教师可做的就是帮助学生把他们当前的观念与那些类似于科学家们的概念性的观念加以区别和整合,让学生通过不同阶段的学习对同一概念有个螺旋上升的建构过程,小车实验结论改动的意义正在于此。

反观我们的一线教学,一不小心就会掉入类似“陷阱”。如,有的教师在执教《做一个钟摆》一课时习惯将摆锤重心的位置作模糊处理,认为金属圆片的中心点就是整个摆锤的重心(如图一)。其实不然,重心,物体各部分所受重力的合力的作用点。[3] 规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。不规则物体的重心,可以用悬挂法、支撑法或针顶法来确定。教学中当然没有必要让学生去测重心,但至少要让学生知道当金属圆片下移时,整个摆锤重心就下移,摆长增加,摆速变慢;金属圆片上移时,摆锤重心就上移,摆长缩短,摆速变快。千万不可胡诌成金属圆片的中心就一定是整个摆锤的重心!

而且,作为一线科学老师还非常有必要知道更多有关“摆”的知识。高中物理探究单摆作简谐运动的周期中做这样的描述:对于单摆运动,其周期,据此可利用实验求某地的重力加速度。T与振幅(a<10度)和摆球质量无关。从这个结论中我们可以获知以下信息,第一,摆的快慢确确实实和摆重是无关的。第二,我们还可以用公式算出摆的周期,也就是摆一次所需要的时间(科学研究中主要是利用此公式计算各地的重力加速度的)。比如,摆长为4米,周期 T=2π=6.28≈4.012(秒),15秒摆动的次数就是15÷4.012≈3.7388(次)。教师在开展教学时,可从天花板上拉下一根细线(越长越好),下面绑上一个泥水匠用的重心锤,让学生猜一猜15秒能摆几次,这个活动学生参与兴致高,且又是对前面探究内容的应用延伸。第三,当摆幅小于10度时,摆的快慢和摆幅是无关的。反之,如果大于10度就是有一定的关系的。五下《科学教师教学用书》P103上也有实验时“摆角较小”的提醒。所以,在指导探究摆重、摆长实验时就非常有必要提醒控制摆角的大小,尽量减少误差。

深入探讨,教学中概念误读现象屡见不鲜,尤其在宇宙、气象、岩石等知识板块教师们的知识积淀显得更加羸弱,这里就不再一一赘述。造成上述问题的主因是教师自身的知识体系不够完善,而避免发生此类现象的方法便是“恶补”。

——巧用身边资源,让知识面变广。小学科学涵盖生命世界、物质世界、地球和宇宙三大知识领域,具有学科知识浅显性、综合性、广博性等特点,这就要求科学教师必须是“上知天文下知地理,中间还有理化生”的全才。因此,平时我们就要做个有心人,有的放矢地从网络、书籍、电视、专家、同行等处汲取各种各样的“营养”,让自己拥有过硬的知识储备。

——抓住研读要点,让知识点变深。小学科学教师队伍第一学历中师、大专毕业生占的比例较大(图二为2012年 3月对杭州市下城区90名科学教师第一学历调查情况),很多涉及到专业性强的知识,很难把握一个度,容易犯错。我们应在充分解析教材文本的基础上,直面困惑,从问题入手去夯实自身的知识积淀,如上述“摆”案例就是如此。

二、以偏概全——教师科学精神仍需增强

“以偏概全”中的“偏”往往表现为一线教师只关注实验结论本身(即他们眼中的科学概念),而忽视探究过程本身(即所谓的“全”)。我们求“全”,是想引导学生经历一个完整、丰富的探究过程,而科学概念自然而然的在这个探究过程中自主建构起来了,引领这个探究过程的则是务实、严谨、求真的科学精神。只可惜追求“知识、技能扎实”的传统教学习惯还存在着巨大的惯性,教师往往习惯于用一种简单、机械的推导逼仄着学生的思维,致使科学思想始终处于边缘,造成概念教学中的“以偏概全”,这深深影响着科学教学改革的深度和广度。

[概念误读]四上“声音”单元第2课《声音是怎样产生的》,这是一堂非常经典的实验探究课。组织孩子们亲历尺子振动能发声,皮筋振动能发声,音叉振动也能发声……所以,从这些实验现象可得到声音是振动产生的。

[理性剖析]这样的探究过程似乎无懈可击。然而,深入思考:三种、三十种乃至更多种物体振动能发声,我们就能推导出声音是由物体振动产生的?无独有偶,《人民教育》2002年第10期《一堂“失败”的好课》上刊登过一个类似案例:通过实验知道,水有热胀冷缩的性质,酒精有热胀冷缩的性质,水、酒精都是液体。可以推出,液体都有热胀冷缩的性质。那么,怎样处理这类问题呢?诸如在振动发声这个点上西湖区金灵华老师作了深入思考,金老师不仅和孩子们一起做了多种物体振动能发声,还运用逆向思维做了振动停止声音消失进一步验证。最后,他还不仅仅满足于此,向学生阐述:“科学家一直以来都在寻找一种声音,它不是由物体振动发出的,可是到目前为止还没有找到。金老师也一直在寻找,也没有找到。所以现在我们只能认为声音是物体振动产生的。但也希望同学们也去找一找,能不能找到某种声音不是由物体振动产生的,如果你能找到,那你就是科学家了。”这一番言语,巧妙处理了这个科学结论,还在孩子们心中埋下了课外探究的种子,点燃了科学思维的火花。

发生上述“以偏概全”问题的主要原因不在于教师自身的知识体系,而是教师科学思想的残缺。像这种想当然地探究,习惯性地断章取义,用片面的观点看待整体问题是非常可怕的。我们在描述结论时要综合考虑各种前提条件,这并非是吹毛求疵、钻牛角尖,而是要形成一个相对科学合理的概念,必须扎扎实实走好概念内化提升的每一步。同时,在探究过程中一旦出现与预设相悖的现象,也不要急于抹杀,应和学生一起分析原因,从而避免走入误区,走入极端而不自知。

科学精神缺失的概念误读不仅会表现在探究过程的推导,有时还会表现在结论的描述。譬如,三下“磁铁”单元第5课《磁力大小会变化吗》,通过探究得到结论:两块或多块环形磁铁“吸叠”在一起磁力会增大,两块或多块环形磁铁“斥叠”在一起磁力会减弱。偏偏有老师粗枝大叶,会将结论中的“环形”两字省略。殊不知,两块条形或梯形磁铁的“吸叠”、“斥叠”各有两种叠加方式,其中一种恰恰与上述结论是相反的。

解决此类缺憾的对策必须从培养教师的科学精神入手,要求教师养成严谨的科学作风、掌握严密的探究方法,形成严谨求实、善于质疑的科学态度。而且,我们应知晓科学精神培养的艰巨性,因为精神培养和知识习得有着本质区别,精神培养需要长期感化体验,而非靠记忆训练。

透过上述的典型案例和理性分析,我们便有了直抵内心的诉求:除了要重视科学教师自身的知识素养外,还应当非常重视教师科学思想的熏陶,应基于各类教师培训有效建构和运用科学精神培养的课程模式,全面提升教师素养。

三、以升量石——教师解读能力还应提升

教材文本是最重要的课程资源之一,它是课程标准基本理念的直接体现。若是教师文本解读意识淡漠,文本解读视野狭窄,以肤浅的理解力推测文本中深奥的道理,会直接导致课堂教学中曲解文本、窄化文本、冷落文本等现象,造成课程资源的流失、浪费。

[概念误读]五上“生物与环境”单元第5课《食物链和食物网》,食物链中的箭头方向一直是个教学难点,学生非常容易画反。因此,教师在教学时经常会纠缠于“谁被谁吃”和“谁吃谁”,试图从这个角度给孩子们加深印象,降低错误率。

[理性剖析]箭头的内涵意义实际上是能量流动的方向,被吃关系只是表面呈现出来的信息,五年级的孩子完全有能力接受“能量传递”一说。这样的概念修正内化对今后的中学学习很有意义。很凑巧的是近年曾有两次大型活动开出过此课,笔者对执教者的“箭头”解读做了一个简单统计:2011年全国小学科学优质课展示活动中有两堂课,一堂课中提到了箭头表示的是食物流动的方向,另一堂还是局限于“谁吃谁”;浙江省2011年小学科学课堂教学评比活动中有三人执教本课,2人关注了能量流动,1人没有。高手竞课尚且如此不容乐观,何况我们普通的一线教学呢?

透过现象看本质,本案例中需要教师能围绕大概念(Big Ideas)(也称之为核心概念)组织科学教学,通过引导不仅让学生知其然且知其所以然,更重要的是在教师的引导下学生通过探究掌握了概念与概念之间的联系,这将有助于推理模型和发展推理能力的建立。这里所谓的“科学大概念”指的是科学基本知识,体现出对科学本质的理解,而非传统意义上的科学知识点。2009年10月,国际科学院联盟(IAP)科学教育项目组总结多年的实践和研究成果,以探究式科学教育为基础撰写出版《科学教育的原则与大概念》一书,提出并详细地分析了科学教育的10个原则和14个大概念,给世界各国的科学教育以明确启示——科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实,而是应当慎重选择一些重要的科学观念,用恰当的、生动的教育方法,帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解,初步形成科学态度,掌握科学方法,了解科学精神,构建一个健康协调发展的基础。[4]譬如,在上述案例中,生物间的食物联系隶属于14个科学大概念有关生命领域中的——“生物需要能量和物质的供给,为此它们经常需要依赖其他生物或与其他生物竞争。”因此,教学时我们不应仅仅拘泥于文本表面所呈现的信息,而应高屋建瓴,剑指大概念,引导学生加深对问题的纵向、横向理解,进一步有效促进孩子们认知方式的转变和科学思维的形成。

相关研究还认为:在小学科学教育中围绕大概念组织教学,对提高学习者的学习效率,促进思维发展意义重大。围绕大概念组织教学符合人的认知发展的特点,是有效认识世界的途径。在缤纷繁杂的大千世界里,我们无法记住所有的事物和事件,我们需要将它们类比、分类、归纳,推理,找寻其规律和联系,组织成为系统的知识。从知识结构层面分析,大概念处在“金字塔”的上位,具有统摄性作用,容易产生广泛的知识、能力迁移。运用这种方式组织教学,可以让学生有效地组织和记忆知识,有助于判断、推理能力的发展。

需要重点指出的是,概念并不是永恒不变的,而是随着社会历史和人类认识的发展而变化的。[5]这种发展的过程或是原有概念的内容逐步递加和累进,或是新旧概念的更替和变革。比如,酒精灯火焰中外焰温度最高是一条金科玉律。华南师范大学钱扬义博士利用“接触式”测量和“非接触式”测量几种现代技术,定量测量酒精灯火焰各部分温度。两种测量方法结果都显示:内焰温度最高,外焰次之,焰心最低,与化学教科书结论不一致。[6]这一结论其实也不难解释,酒精蒸汽虽然在外焰燃烧最充分,但同时由于外焰与外界大气充分接触,燃烧时与环境的能量交换最容易,热量散失最多,致使外焰温度低于内焰。从这个角度分析,用外焰加热还是不可置否。可能很多老师会搬出证明火焰三部分温度高低的经典小实验,观察小木条(或火柴梗)在酒精灯火焰中的炭化情况。但木材炭化是同时受温度、时间、氧气的多少等多种因素共同作用的结果,炭化程度并不能反映火焰各部分温度的高低。

一直以来,关于人们对教师个人素养的要求,经常能听到这样一句话:“给学生一杯水,自己要有一桶水”。也不尽然啊,或许改成“给学生一杯水,教师必须是一条常流常新的小河”更合理些。而且,这里所谓的“常流常新”,不应该狭隘地理解为知识素养的不断丰盈,更应该是新旧理念的更迭嬗变,综合素养的逐步积淀。由此,在新课程实施数个轮回之后,我们一线小学科学教师非常有必要沉下心来,在教学这条道路上做到见微知著,为最终成为出色的教学组织者和引领者做深度反思。