如何利用前概念优化科学课堂教学的实践研究.docx
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如何利用前概念优化科学课堂教学的实践研究
运用前概念优化小学
科学课堂教学的实践研究
结题报告
慈溪市周巷镇中心小学
2009年9月
课题组组长（执笔）：
熊展达
小学中学高级教师
浙江省课堂教学能手
慈溪市学科指导小组人员
课题组组员：
冯惠荣
小学中学高级教师
慈溪市名校长
宋亚纳
小学高级教师
蒋维国
小学中学高级教师
全国优秀教师
宁波市名师
科学教研员
景华锋
小学中学高级教师
全国优秀教师
宁波市名师
刘健儿
小学高级教师
内容提要
概念是人们对事物本质的认识，逻辑思维的最基本单元和形式。
本文中的“前概念”是相对于小学科学课程中新的科学概念而言的，是在学生学习新概念之前已经存在的一些零碎或完整的、正确或不正确的概念，这些前概念主要来源于学生的生活经验和课本知识。
我们教师要让学生在前概念的基础上，通过简单的思维加工，产生学生自己的解释或理解，从而实现知识迁移，重新形成一个新的概念。
然而在现实中，部分教师并没有对学生的“前概念”引起足够的重视，把教学设计建立在学生“零认识”的基础上，使学生的知识迁移没有基础，新概念的形成困难。
结果导致学生学习新知识毫无兴趣，课堂气氛死气沉沉，学习新知识的效率低，且掌握不够牢固；使学生的思维和认知得不到充分发展。
这样不仅浪费了宝贵的教学时间，而且长此以往会使学生对学习科学产生抵触的情绪。
因此，调查和研究小学生的前概念水平，对提高课堂教学的有效性必将产生重大的作用。
此项研究从调查学生的前概念入手，来了解学生的前概念现状和现有课堂的教学现状，通过对调查结果的分析与研究，进行前概念与优化课堂教学的研究，最后形成实验结论，并进行推广。
本课题主要研究小学生的前概念与优化课堂教学之间的一些联系，还有很多诸如前概念的形成要素、前概念的负迁移等内容不在本课题的研究范围之内，以后会进一步深入研究的。
一、背景及意义
（一）前概念的提出………………………………………………1
（二）前概念对当前科学课堂教学的影响………………………1
二、课题中关键性概念的界定………………………………………2
三、课题研究目标……………………………………………………3
四、课题研究内容……………………………………………………3
五、理论依据…………………………………………………………3
六、前概念与课堂教学调查
（一）学生前概念调查…………………………………………5
（二）小学科学课堂教学调查…………………………………10
七、运用前概念优化课堂教学的实践研究
（一）前概念与问题设计的实践研究…………………………14
（二）前概念与知识迁移的实践研究…………………………15
（三）前概念与教材处理的实践研究…………………………16
（四）前概念与材料准备的实践研究…………………………17
（五）前概念与教学难点的实验研究…………………………19
八、研究成果
（一）课堂的教学效率大幅提高
1．了解前概念，设计课堂提问…………………………19
2．激活前概念，促进知识迁移…………………………19
3．依据前概念，调整教材结构…………………………19
4．找准前概念，突破教学难点…………………………19
5．利用前概念，准备实验材料…………………………19
（二）学生的科学素养全面提升
1．科学概念的掌握………………………………………21
2．科学思维的发展………………………………………22
3．探究能力的培养………………………………………22
4．科学兴趣的提升………………………………………23
（三）教师的教学能力充分发展
1.理论水平的提高………………………………………24
2.实践能力的发展………………………………………26
九、思考与展望……………………………………………………27
课题研究过程记录………………………………………29
附件：
一、发表或获奖论文案例原件
二、论文案例获奖证书复印件
三、教师获奖及公开课证书复印件
四、部分学生调查表等相关资料
利用前概念优化科学课堂教学的实践研究
一、背景及意义
（一）前概念的提出
现在的学生生活在高速发展的信息化时代，每时每刻都在接收着来自不同渠道的大量信息。
这些信息直接或间接地丰富了学生的认知世界，充实了学生的头脑。
这些信息的储备及生活经验的沉淀，无形中形成了许多不同形式的关于科学的前概念。
这些前概念在一定的时期内主导着学生的思维和行动，对学生的学习起着很重要的作用，一些新概念的形成往往建立在这些前概念的基础之上。
教师是让学生在前概念的基础上，通过简单的思维加工，产生学生自己的解释或理解，重新形成一个新的概念，从而实现知识迁移。
然而在现实中，部分教师并没有对学生的“前概念”引起足够的重视，把教学设计建立在学生“零认识”的基础上，使学生的知识迁移没有基础，使新概念的形成困难。
结果导致学生学习科学无兴趣，课堂气氛沉闷，学习效率低下，且掌握不够牢固；学生的思维和认知得不到充分发展。
这样不仅浪费了宝贵的教学时间，而且长此以往会使学生对学习科学产生抵触的情绪。
因此，调查和研究小学生的前概念水平，对提高课堂教学的有效性必将产生重大的作用。
国外对学生的前概念研究已经形成了自己的科学前概念资料库，但是由于不同国家儿童的生活经验和所受教育不同，所以科学前概念的内容也不同，对成果没有直接借鉴的意义。
（二）前概念对当前科学课堂教学的影响
建构主义的学习观认为：
世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予意义却是由每个人自己决定的。
我们是以自己的经验为基础来建构现实，或者说是在解释现实。
每个人的经验世界是用我们自己的头脑创建的，由于我们的经验以及对经验的信念不同，于是我们对外部世界的理解便也迥异。
所以，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。
学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的。
所以，学生的学习过程是应该根据自己的经验基础进行建构，每个学生都是以原有的经验为基础，重新进行信息编码来建构自己的理解，学习包含着由于新旧经验冲突引发的概念转变。
因此，关注和重视学生的前概念，并科学地利用这些前概念，在现在的教学中显得十分重要了。
教师通过各种途径来了解学生的前概念，了解学生已有知识储备的水平，并结合学生的认知水平和心智发展水平，来指导教师合理设计教学过程，让学生的学习过程变成由内向外、发自内心的需求。
在这种内心需求的驱动下，学生才会主动去学，乐意去学，提高学生的学习效率，同时也使科学课充满魅力！
调查和研究小学生的前概念水平，及现有科学课堂教学现状，并进行相互优化的研究，对提高课堂教学的有效性必将产生重大的作用。
二、课题中的关键性概念的界定
“概念”一词，在字典中的解释是：
思维的基本形式之一，反映客观事物一般的、本质的特征。
人类在认识过程中，把所感觉到的事物的共同特点抽出来，加以概括，就成为概念。
从心理学的角度来讲，概念是人们对事物本质的认识，是逻辑思维的最基本单元和形式，概念的最基本的特征是抽象性和概括性。
学生在接受正式的科学课之前，在他们头脑里就已经有了某种解释方案、常识理论、信仰原则和以日常经验为基础的天真的世界观以及直觉知识。
因为学生出生后就开始了探索环境、适应环境的活动，在社会环境的影响下，并与他们的语言发展相关联，他们试图弄懂周围发生的事情，在这种活动中儿童形成了丰富的经验，但他们还没有准确的科学术语和概念。
即使有些问题他们从没有触及过，还没有形成可借鉴的经验，但是一旦新问题出现在他们面前时，他们往往可以基于过去的经验，依据他们的认知能力，对新问题给以解释或提出假设，所以前概念影响着学生的生活。
本文中的“前概念”是相对于小学科学课程中新的科学概念而言的，是在学生学习新概念之前已经存在的一些零碎或完整的、正确或不正确的概念，这些前概念主要来源于学生的生活经验。
三、课题预期目标
（一）通过调查等手段来收集信息，了解学生前概念的现状。
（二）通过调查等手段来收集信息，了解小学科学课堂教学现状。
（三）通过分析、比较等科学研究方法，对以上调查形成有一定价值的成果。
（四）通过整理分析，得出前概念与课堂教学的联系，并应用于实际的课堂教学之中，提高课堂教学的有效性，形成运用前概念优化科学课堂教学的方法体统。
（五）通过实验来提高学生的科学素养和教师的执教水平。
四、课题研究内容
（一）精心设计学生前概念现状的调查表，并实施调查；整理和分析学生关于小学科学的前概念现状。
（二）通过调查、访谈等手段，整理分析当前科学课堂与学生前概念之间的联系，并得出有价值的结论。
（三）用已得出的“学生前概念与课堂教学联系”结论，进行优化课堂教学的实践。
（四）总结分析实验成果。
五、理论依据
（一）建构主义学习理论
1.建构主义的知识观。
知识不是对现实的纯粹客观的反映，任何一种承载知识的符号系统也不是绝对真实的表征。
它只不过是人们对客观世界的一种解释、假设或假说，它不是问题的最终答案，它必将随着人们认识程度的深入而不断地变革、升华和改写，出现新的解释和假设。
在具体的问题解决中，知识是不可能一用就准，一用就灵的，而是需要针对具体问题的情境对原有知识进行再加工和再创造。
知识不可能以实体的形式存在于个体之外，尽管通过语言赋予了知识一定的外在形式，并且获得了较为普通的认同，但这并不意味着学习者对这种知识有同样的理解。
真正的理解只能由学习者自身基于自己的经验背景而建构起来，取决于特定情境下的学习活动过程。
否则，就不叫理解，而是叫死记硬背或生吞活剥，是被动的复制式的学习。
2.建构主义的学习观。
当代建构主义者主张，世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予意义却是由每个人自己决定的。
我们是以自己的经验为基础来建构现实，或者至少说是在解释现实，每个人的经验世界是用我们自己的头脑创建的，由于我们的经验以及对经验的信念不同，于是我们对外部世界的理解便也迥异。
所以，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。
学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的。
学习过程同时包含两方面的建构：
一方面是对新信息的意义的建构，同时又包含对原有经验的改造和重组。
这与皮亚杰关于通过同化与顺应而实现的双向建构的过程是一致的。
3.建构主义的教学观。
教师不单是知识的呈现者，不是知识权威的象征，而应该重视学生自己对各种现象的理解，倾听他们时下的看法，思考他们这些想法的由来，并以此为据，引导学生丰富或调整自己的解释。
教学应在教师指导下以学习者为中心，当然强调学习者的主体作用，也不能忽视教师的主导作用。
教师的作用从传统的传递知识的权威转变为学生学习的辅导者，成为学生学习的高级伙伴或合作者。
教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的提供者和灌输者。
学生是学习信息加工的主体，是意义建构的主动者，而不是知识的被动接收者和被灌输的对象。
（二）《科学课程标准（3-6年级）》
《科学课程标准（3-6年级）》中指出，科学课程最基本的特点是从儿童身边的自然事物开始学习活动，以形成对自然进行探究的态度、技能和获取关于自然的知识。
重视学生的学习基础、从生活经历中提出的鲜活问题以及教学与周围环境的和谐，要能够根据这些情况适当地调整、补充教学计划和教材内容。
这样的要求，给了科学教师很大的自主空间。
六、前概念与课堂教学调查
（一）前概念调查
学生的前概念具有隐蔽性，一般不容易表现出来，要掌握学生的前概念现状，需要通过科学的方法才能实现。
本次实验中，主要采用问卷调查法，同时也用访谈法、课堂追问法、学生作品反馈法（如让学生写观察日记）等方法辅助实验。
1.编制调查表
问卷调查是信息收集的一种有效手段，关键在于调查表的设计，设计的质量直接影响调查的价值。
我们在设计调查表之前先一起学习儿童心理学、统计学等知识，最大限度提高调查信息的信度和效度。
1）调查表编制的依据
我们根据教科版小学《科学》教材的内容，并观察和留意学生的一般生活规律，设计与教材内容有密切联系的调查内容。
2）调查表样表
表1三年级上册第一单元单元调查表
1.请你说出几种生活中见过的植物。
2.请你描述一下其中的一种植物的形状。
3.我们见过很多的植物，请说出这些植物都有哪些相同点？
表2四年级下册第一单元调查表
1.给你电池、导线、小灯泡，你能接亮小灯泡吗？
2.导线一般用什么材料做成的？
3.你认为哪些材料可以做导线？
为什么？
4.哪些材料不能做导线？
为什么？
5.如果小灯泡不亮，可能什么地方出了故障？
表3六年级上册第二单元调查表
1.我们要做一个桥面，你认为____比较合适。
A.拱形B.平面C.凹形
2.斜拉索桥的拉索主要的功能是____。
A.美观B.连接线C.固定桥面
3.瓦楞纸的形状主要作用是____。
A.增加厚度B.增加承受力C.增加透气性
4.建筑物中的梁，____比较坚固。
A.又宽又厚B.又窄又厚C.又宽又薄
2．调查的实施
1）选择样本
周巷镇中心小学，三至六年级的部分学生。
每个年段的一班为对照班，二班为实验班。
如果实验成功，年段中的其他班级作为我们实验成果的推广班级。
2）调查时间
按照正常的教学进度，在每单元或每节课之前进行问卷调查。
3.调查结果与分析
我们对三至六年级的部分学生进行了问卷调查，下面列举四年级上册《溶解》单元的调查进行分析，调查对象为四
（2）班第二小组10人。
表4四年级上册《溶解》单元的调查表
调查内容
调查结果
结果分析
生活中见过哪些溶解现象？
5种以上
3种以上
2种以上
学生拥有丰富的关于溶解现象的前概念，但需要教师来激活。
3人
7人
10人
液体和气体有溶解现象吗？
有
没有
学生的前概念有一定的模糊性。
9人
1人
你认为溶解的快慢可以改变吗？
举例说明。
都认为可以改变溶解速度
举出3个以上例子
举出5个以上例子
学生有很多关于改变溶解速度的生活经验。
10人
6人
面粉在水中会溶解吗？
会溶解
不会溶解
学生对生活中看到的现象根深蒂固，很难改变。
10人
0人
可以把盐水中的盐分离出来吗？
可以分离
不可分离
学生的前概念不是完全正确的。
9人
1人
通过对调查表的精心设计和繁琐的调查工作，并对调查结果进行筛选整理、仔细分析，形成了有价值的调查结论。
1）前概念现状
①前概念的丰富性
小学生从出生到现在已经有了十多年的生活经验，接触到了很多的科学现象，因而在学生的头脑中无意识地形成了很多关于科学的前概念，但这些前概念往往停留在感性认识的水平上，缺乏严格的推理和验证。
这些概念只是学生看得见、摸得着的，零碎的生活经验，与科学课本中的系统而又严谨的概念相比是有一定的差距的。
如果在教学中，能从学生的这些前概念出发，深化、完善，逐渐形成新的概念，这样概念的形成的过程是符合学生认知规律的，更是学生学起来轻松，理解透彻的概念。
②前概念的隐藏性
学生头脑中的前概念是无意识的，是以一些生活经验为主的，潜移默化形成的，且学生又有先入为主的特点，所以这些前概念以潜在形式存在，平时是不会轻易表现出来的，具有一定的隐藏性。
只有当我们有意识地去问、或去做时，学生的这些前概念才会被激活，而产生一定的思维、思想和动作。
所以，我们教师要善于去激活学生潜在的、隐藏的一些前概念，来为我们的科学课堂教学服务。
③前概念的稳定性
由于有些前概念在学生的大脑中长期存在，且又在长期的生活经验下强化，加上学生的思维又具有直观性，形成了非常顽固的前概念。
这些前概念在一定的程度上影响着正常的科学教学。
如铁在水中是沉的，一些学生就无法解释铁制的轮船为什么会在水中浮起来。
所以教师要善于利用学生已经存在的前概念，来引导学生完善和充实这些前概念，建立和转化成新的概念。
④前概念的模糊性
不同的学生，有着不同的文化背景和生活差异，所以这些学生所形成的前概念也有着不同的理解和含义，且学生的知识经验有限，辩证思维不发达，考虑问题不深入，往往被表面现象所迷惑，看不到事物的本质，而形成一些错误的前概念，而这些错误的前概念可能对我们的课堂教学产生负面的影响。
如学生对磁铁的理解，绝大多数的学生认为磁铁只能吸铁，而事实并非如此，教师要根据学生的前概念来设计教学过程，纠正错误的
前概念，防止出现负迁移。
2）学生的认知水平
认知包括感觉、知觉、注意、思维、想象、创造、问题解决。
认知能力是指认知的水平，提高儿童的认知能力就是提高儿童的认知水平。
下面是我们对三至六年级学生关于认知的调查（调查对象为三至六年级每个年段10人）。
表5三至六年级学生关于认知的调查
调查内容
调查结果
结果分析
5秒钟图案记忆
三年级
四年级
五年级
六年级
小学生的记忆力在提高。
平均6个
平均6个
平均8个
平均10个
课堂听课暗中调查。
三年级
四年级
五年级
六年级
学生的注意力由无意注意向有注意发展，注意品质逐渐提高。
认真听课6人
认真听课8人
认真听课9人
认真听课10人
看一段视频，进行口头表达。
三年级
四年级
五年级
六年级
小学生的语言表达能力随着年龄在发展。
30秒
50秒
50秒
70秒
能让我们飞起来的方法有多少种？
三年级
四年级
五年级
六年级
低年级学生的想象力丰富。
高年级学生想象趋于现实，思维向抽象逻辑思维过度。
5种
4种
2种
2种
通过调查并进行分析，得出小学生的记忆从无意记忆向有意记忆发展；小学生思维发展由具体形象思维向抽象逻辑思维发展；且语言表达能力逐渐提高，符合一般儿童发展的规律。
所以我们认为：
参与实验学生的认知水平与绝大多数学生的认知水平相当，基本上能够接受教科版小学《科学》教材的实施。
（二）、小学科学课堂教学调查
1．听课
我们实验人员对学校开设的科学课制订了“推门听课”制度，通过听课这一主要途径，让我们实验组了解一线科学老师的课堂现状，现把其中的两节课的部分课堂实录来进行分析。
六年级上册《工具与机械》听课地点：
教室执教：
蔡老师
师：
生活中很多的工具，都有科学根据的，是吗？
生：
是的。
师：
这个科学依据就是机械原理，你能用机械原理再来发明几个实用的工具吗？
生：
剪刀，螺丝刀……
师：
……
以上师生对话中，教师忽视了学生已有的生活经验，应该让学生从已经认识的常用工具出发，让学生说出这些工具应用了哪些简单的机械原理，教学目标也只是让学生说出不同工具的简单机械原理。
而这位教师直接让学生进行了创造性思维，没有从学生已有的前概念出发来设计问题，所以学生所能说出来的也就是一些常见的工具，没有得出一些创造性的、具有价值的结论，教师的预设没有成功。
又如三年级下册《我们知道的磁铁》听课地点：
教室执教：
孙老师
师：
同学们见过磁铁吗？
生：
见过。
师：
同学们玩过磁铁吗？
生：
玩过。
师：
那么磁铁能吸铁吗？
生：
能。
师:
下面我们来做一做，到底磁铁能不能吸铁。
（大概花了十五分钟左右的时间让学生做这个实验）
……
上面这个片段，这位老师让学生花十五分钟的时间，来做一个学生已经有生活经验、并做过多次、且又能直接说出实验结果的实验，不仅浪费了宝贵的课堂时间，更让学生做了一次毫无意义的实验，这种实验毫无探究价值可言。
这个问题主要是教师没有了解学生的前概念，或低估了学生的前概念造成的。
2．访谈
访谈也是本次实验中了解科学课堂现状的主要手段之一，下面举例分析一下几次访谈的内容：
五年级下册《物体在水中是沉还是浮》课后访谈。
对象：
五年级学生。
地点：
操场
问：
什么样的物体会在水中沉下去？
举例说明。
答：
石头、铁、橡皮泥、钥匙、泥土等等。
问：
什么样的物体会在水中浮起来？
举例说明。
答：
棉花、纸、乒乓球、海绵、树叶等会在水面上浮起来。
问：
那么老师是如何让你们知道物体的沉浮的呢？
答：
老师给我们准备了很多的材料，让我们一个一个试，然后让我们记录哪个物体是沉的，哪个物体是浮的，一节课下来，我们还来不及做完老师给我们准备的材料呢。
问:
你认为怎样的物体会在水中沉下去呢？
答：
就是比较重一点的物体会在水中沉下去。
问：
你认为怎样的物体会在水中浮起来？
答：
比较轻的物体会在水中浮起来。
问：
老师在课堂上有没有对你们的实验结论进行更深入的研究？
答：
没有。
……
从以上访谈中我们发现，学生对沉浮具有非常丰富的生活经验，这些比较零碎的生活经验主导着的学生对沉浮概念的理解。
同时我们也感觉到学生通过这一节课的学习，没有改变对沉浮的理解，也就是说，这位学生还没有形成一个非常完整和辩证的沉浮概念。
其主要原因还是老师对学生的前概念了解不清楚，实验时低估了学生对沉浮的前概念，做一些学生已经非常了解的实验，而得出结论后且高估了学生的前概念，没有对实验结论的完整性加以展开、深化。
其实教师只要在学生前概念的基础上稍加引导和点拨，并做适当的演示，学生马上可以把前概念转化成新的概念。
而这位老师只是按照教材的顺序来施教，是比较典型的教教材。
又如四年级上册《水能溶解一些物质》，访谈对象：
某老师；地点：
办公室。
问：
《水能溶解一些物质》一课你准备如何来导入？
答：
我先让学生说一说什么是溶解？
问：
你认为学生能说出“溶解”的真正含义吗？
答：
我也不知道，如果学生说不完整，我就自己补充。
问：
你准备怎样过渡到活动二呢？
答：
我把盐和面粉分别让学生放入水中，搅拌后进行观察。
……
根据以上访谈进行分析:
我们认为这位老师对教材还是熟悉理解的，但没有对教材作适当的处理。
溶解的概念其实在学生中早已存在，只是不完整而已，所以这位教师可以给学生创设一个情景，引发学生的对前概念的质疑。
如问学生：
放在水中的盐到那儿去了？
可不可以用简单的方法再把盐取出来？
为什么放在水中的面粉过一段时间后还会沉淀下来？
你认为是盐溶解了还是面粉溶解了等问题。
让学生对已有的前概念产生质疑后引发思考，达到重新修改自己的前概念，从而形成一个概念转化的目的，最终使学生的头脑中形成一个系统、完整关于溶解的新概念。
3．课堂教学调查总结
通过我们访谈、听课等手段，积累了一定的材料，并经仔细分析后，对现有小学科学课堂教学的现状有了一定的了解。
当然这其中包含了很多的优点，但也存在着一些不足之处，现总结如下：
1）课堂问题设计脱离学生实际
课堂提问是教师实施教学的基本手段之一，是师生进行互动的有效途径。
如何保持良性的课堂互动，教师的问题设计非常关键。
一个不成功的提问会使一堂课互动陷入困境，而一个成功的提问则会调动学生的气氛，触发学生的求知欲。
调查中的许多课堂，教师的提问脱离学生的前概念基础，课堂气氛调动不起来。
其主要原因是教师没有彻底了解学生的前概念状况，教师的教学过程没有根据学生的前概念来设计，这样使教师提出的问题严重脱离实际，使新的科学概念无法建立在已有的前概念的基础之上，学生学起来更加困难。
2）教学情境创设不合理
学生的前概念具有一定的隐蔽性，一般情况下是不会显现出来的，只有当老师有意识地进行激发后，才会激活这些前概念，为我们的课堂教学服务。
那么如何有针对性的去激发学生头脑中与教学内容相关的前概念呢？
这就需要教师花时间去准备了。
给学生创设一定的情境也是其中的一个方法。
被调查的许多的课堂中发现，很多教师没有进行合理的情境创设，使学生的前概念没有被完全激发，这样的课堂效率低下，教学目标的达成较为困难。
3）教材处理不科
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