1、1浅谈小学生科学论证能力的培养以“浮力”教学为例江光华科学概念是组成科学知识的基本单元，是科学知识结构的基础。教学中重视学生对基本概念的理解，已经成为世界范围内科学教师和研究者的共识。随着科学技术的迅猛发展和经济发展的全球化，社会、家庭、传媒、网络等对学生的影响越来越大。学生在正式学习科学知识之前，已经通过多种途径获得了对有关大自然现象的认识。这些认识可能是正确的，对小学生科学学习带来积极的作用；但也可能是不全面的，甚至是错误的，对其科学学习产生不良的影响。因此，如何实现学生由已有知识经验到科学知识的转变即“概念转变” ，已经成为科学学习研究领域的一个重要课题。本文试图在解析小学生科学论证的心
2、理机制基础上，以“浮力”教学为例，尝试探讨促进小学生科学论证能力发展的教学策略，从而有效地提高小学科学课堂教学的效益。一、小学生科学论证的心理机制建构主义学习理论认为，学习过程是学习者自己的知识经验的建构过程，而建构在于学习者通过新旧经验的互相作用来发展自己的知识经验。在小学生科学概念圈的维护和发展过程中，一直有科学思维和积极心理参与其中。为了使小学生的前概念顺利转变为科学概念，教师必须全面了解小学生科学论证的心理机制。（一）小学生科学论证的主要方式1.联想对比联想是把某一类事物的共同特征与人们曾遇到过的概念联系起来，从而获得新的设想。科学概念转变教学中，联想起着很大的作用，学生通过联想能够更
3、容易掌握科学概念。同时，这种方式也指学生通过联想对比同一概念内的相关问题，通过对比来理解和转变科学前概念。2.实验推导实验推导是通过实验使学生得到感性认识，结合推理得到正确的理解。这种方式实际上是先通过实验产生感性认识，然后再从理论的逻辑推理得出合理的解释，从而使自己头脑中原有的错误概念转变为科学概念。它是以实验为基础，以推理为方法的转变方式。23.变式思维变式就是在引导学生认识事物属性的过程中，不断变更所提供材料或事例的呈现形式，使本质属性保持稳定而非本质属性不断变化。而概念变式是指对同一个概念从所有维度进行分析，揭示不同的描述方式间的内在联系，让学生从本质上认识所学概念，避免对概念的孤立、
4、机械的记忆。很多学生在发生概念转变时，能从多角度去考虑问题，使其错误概念得到转变。（二）小学生科学论证的认知发展路径1.渐进式发展路径这种路径是由较低的某一认知状态向相邻的较高认知状态的正向迁移过程，在小学生科学概念转变过程中大部分是这种发展路径。2.跳跃式发展路径这种路径是由某一认知状态跳过相临认知状态向更高认知状态迁移的过程。在小学生科学概念转变过程中，有少数学生是由此类路径实现的。他们往往抽象思维能力和推理能力普遍比较高，而且他们的错误想法不是很深刻，仅仅在某些个别环节上出现问题。只要在教学过程中给予简单的启发，学生经过自己联想和推理就很容易将错误概念转变为科学概念。3.滞留式发展路径这
5、种路径用以描述教学前后学生认知状态没有变化的认知发展过程，在学生概念转变过程中没有转变过来的学生大部分属于这种类型。在每一认知状态都有少部分学生出现滞留，他们对自己头脑中的错误概念根深蒂固，很难转变原有概念。二、小学生科学论证能力培养的有效策略以“浮力”教学为例“浮力”概念从物体的沉浮现象开始探寻，理解物体沉浮的规律，继而研究影响沉浮的变量（体积大小、重量、液体的密度） ，最后形成适合小学生年龄特点的有关沉浮现象的本质解释。为了使学生头脑中原有的“浮力”前概念能够顺利地转变为科学概念，教师必须采取有效的教学策略，引领学生构建起核心的科学概念。（一）实施课前诊断，了解原有认知学生在学习科学概念之
6、前，他们对这些概念大都有了一定的认识和了解，这种已有的认识和了解即为科学学习中的前概念。前概念在学生的科学学习中扮演着非常重要的角色，科学概念的形成建立在它的前概念基础之上。当科学概念和前概念比较一致时，学生就容易理解；反之，他们就会觉得很难。所以在实际的科学教学中，如果3教师能够把握住学生的前概念，就会使得教学有的放矢，就能更好地提高教学效果。因此，在教学新知识之前，教师要采用谈话法、问卷调查法等多种诊断性的测试方式，全面了解学生的原认知结构。例如，对于“浮力” ，学生的原有认知到底是什么？教学前，教师对学生进行了客观全面的前概念调查，主要反馈为：“学生在学习本节内容之前，已经研究过影响物体
7、的沉浮的因素，在运动和力单元的学习基础上，对于重力、拉力等力有了一定的认识，对浮力有一定的生活经验。但是，五年级的学生往往认为，浮在水面上的物体，重力等于 0，也无法理解该如何测量浮力的大小，学生已有的经验不能解释为什么物体在水里会上浮。 ”也就是说，对“浮力”概念的学习起点，学生的认识事实大多是一个熟悉的“力” ，没有形成一个系统的“浮力“概念。（二）梳理核心概念，把握探究重点随着小学科学教学改革的不断深入，对于“用科学探究活动帮助儿童建构科学概念的途径与方法”的探讨也在不断深入。而在小学生科学概念发展与转变的过程中，核心概念的确立无疑是至关重要的。只有确立了核心概念，才能有效地把握住具体概
8、念的组织教学。如“浮力”概念教学中，学生探究活动围绕的核心概念究竟是什么呢？那就是“密度是物质固有特性之一，它会影响物体的沉浮状况” 。同时，核心概念又在整个单元的教学活动中分化出若干个具体概念，每一个具体概念的教与学又都是围绕这个核心概念开展的。 “浮力”概念的教学，就是在不断发现的事实中为“物体在水中会受到浮力的作用，浮力的大小与浸入水中的体积大小有关”这一具体概念寻求意义的支撑，为核心概念的建构服务。（三）创设问题情景，引发认知冲突科学教学实践表明，当个体发现用已有的知识不能解释某一新问题或发现与已有的知识发生冲突时，就会产生“认知冲突” 。认知冲突能激活学生大脑中已有的知识，使学生对新
9、信息或原有图式做出调整。引起学生认知心理的不平衡，就能激起学生的求知欲和好奇心，使学生产生解决这种认知冲突获得心理平衡的动机。科学教学中教师要借助一定的教学手段，创设有效的问题情景，引发学生积极的认知冲突和科学思维，逐步走上科学概念转变的正确轨道。因此，在“浮力”概念的教学过程中，教师要将“浮力”置于“运动和力”的情景中让学生进行重新思考。教师可以组织学生开展班级拔河比赛，引导学生从对拨河中“力”的感受开始，唤醒学生的生活经验。当拨河比赛过程中两边静止不动时，学生就会产生两边拉力相等的事实认识。接着，让4学生分析用手提起塑料桶并静止在空中时， “拉力重力”的迁移。这样的情景创设，不但暴露了学生
10、与“力”相关的前概念，也为学生对静止状态下“浮力重力”的认识作了很好的迁移，为学生的科学概念转变奠定了坚实的认知基础。（四）优化活动结构，促进概念生成科学探究活动间的结构性是科学教学的基本支架，其目的是让学生在活动中经历科学、感受科学、学习科学，理解活动间的结构及相互作用是学生建构科学概念的前提条件。全国著名小学科学特级教师喻伯军老师曾指出：“一个活动产生一个价值，二个活动产生两个价值，活动与活动之间的联系、活动与活动之间的相互作用产生第三个价值！”因此，如何优化科学探究活动间的结构是帮助学生实现科学概念转变的关键。如在“浮力”概念教学中，教师可以整理出如下“探究活动与科学概念”间的逻辑关系：
11、通过对教学过程中探究活动与活动承载的概念内涵进行分析，可以看出每一个活动的前后是充满联系的。那么，如何实现探究活动间的有序连接呢？在教学活动过程中， “浮力”概念教学可以通过四个有结构的探究活动去开展，不断引领学生探究体验，建构起“浮力”具体概念及其相互关系。每一个活动都有特定的关于“浮力”的概念内涵承载，每后一个活动所承载的概念内涵又是丰富前一个活动所获得的概念。可以形象地说，课堂教学中的科学探究这艘“船”上装载着一个个具体科学概念的内涵，学生在探究中正是沿着一个个活动承载的概念内涵指向的箭头，从前概念的“此岸”通向科学概念的“彼岸” 。总之，在小学科学教学过程中，教师对学生的前概念不能全盘
12、否定，必须要在认真调查与分析的基础上合理运用。要充分认识小学生科学论证的心理机制，深刻领会小学生科学论证的基本方式和认知发展路径。通过课前诊断等手段，全面了解学生的序号 结构性探究活动 活动承载的具体科学概念1用手把小木块压入水中，体验手的感觉浮力可以通过手去感知2 测量小木块静止在水中时受到的重力水对浸入其中的物体有一个向上托的力，叫浮力；当物体静止浮在水面上时，浮力的大小等于重力3 测量小木块在水里受到的浮力 当用手将物体往下压时，浮力等于重力加上压力4 探究小木块在水里受到的浮力与浸入水中体积的关系 浮力的大小与物体进入水中的体积（排开的水量）有关5原有认知基础，为学生科学概念的转变创造有利的条件。同时，在进行核心概念梳理、问题情景创设以及结构性探究活动等过程中，切实落实“以生为本，学为中心” ，推动学生形成系统的科学概念，实现学生科学素养的有效发展。
