立足概念建构 优化科学探究实验设计策略 论文.docx

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1、立足概念建构优化科学探究实验设计策略摘要：科学探究实验中存在着动机不明确，仅仅追求形式上的“正确”实验结果和实脸现象，用程序化的探究过程咒替学生思维，学生块乏深层次的探究体舲的备通现象。本文以苏教收科学五年级上册光的行进中光沿直线传播实舲的改进为例，提出基于概念建构的科学探究实舲设计簸珞，优化实脸设计，提高科学探究实脸的效能，提升学生核心素养和关钺能力。关使词：初念建构：光沿直姣传播：实舲创新：笫喀研究小学科学课程标准提出小学科学课程的18个主要概念及75个小概念，涵盖物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域。这些概念是组成科学知识的基本单元，是组成科学学科结构的基础.因此概念教

2、学是小学科学教学的重:要组成，学生掌握扎实的科学知识和形成良好的科学素养，离不开对科学概念的积极建构。科学概念是客观事物的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是对科学事实的一种抽象表征，是学生在观察、实验过程中与思维相结合的一种产物。然而在教师的指导、组织卜.，学生虽然经历了程序化的探究实险过程，学生却常常是“做大于“学”，“学”多于“思”，缺乏深值次的探究体验，只是机械获取科学知识，缺乏科学思想、科学方法的领悟及学习。我们对学生通过传统实验建构“光沿直线传播”概念的学习情况进行了调查，并对原有的探究实验进行了优化，并以此为例，提出基于概念建构的科学探究实验设计策略。一、学情分析“光沿直线传播”

3、的实验来源于苏教版6科学五年级上第二单元光与色彩第课4光的行进h本课是以课标中“识别光源：知道光在空气中沿直线传播的概念”为依据建构的，是学生认识其它光现象的基础“在以往的教学当中，我们都会用到这样的实验：学生假设光沿直线传播，我们把组带孔的卡片沿直线排列，小孔对齐，这时我们打开光源，会在后面的屏上出现一个光斑.左右移动卡片，光斑会发生变化或消失，这就说明了光沿直线传播，这是实验中的一个基本逻辑。经过这样的实验探究，学生是否真正能第建构光沿直线传播的概念呢？我们带着这样的疑问对学生（73人）进行了后测（见表1：后测结果统冲）,并对结果进行了分析。从结果可以看出大多数的学生通过实验验证了光沿直线

4、传播的假设，都知道光沿直线传播。可同时我们也发现了很严重的问题，88%的学生只画出了穿过小孔的那一条光线。这说明：学生.对于这一概念的建构仅仅停留在穿过小孔的那一条光线沿直线传播.其它的光线他没有关注到,在他们脑海中没有形成光束是由一道道光线组成的微观的线性模型概念。这种机械式的、表象性的、不完整的对概念的理解，让学生无法进行知识的迁移，很难解择生活中的现象，比如光斑、影子的形成，小孔成像的原因等.如何帮助学生建构科学的光线模型成为我们教学的核心.二、实优化1.实验效学目标根据后测结果、课标及学生.认知水平，我们将探究实验教学目标设定为：1）探究光在空气中的传播路径，建构光沿直线传播的概念。（

5、2）通过系列实验及现象分析，建立科学的“光线”模型。（3）运用光线模型解释小孔成像的原因。2.实验内容设计怎样才能达到我们的实验目标呢？我们对原有的实验进行了创新，教具进行改进。将传统实验转变为：个乂级的系列实监（表2：光沿直线传播系列实验）。光沿直线传播系列试验第一层级；“一条线”实验1一条光线沿直线传播第二层级“一个面”实殴2：光区平面内每一条光线沿直线传播第三层级；“立体空间”实睑3：立体空间内每一条光线沿直线传播表2：光沿直线传播系列实验通过3个层级的系列实验探究，让学生经历“形象思维”-“抽象思维”一方法规律的“逻辑思维”的过程，逐级进行概念的理解和建构.实验1：一条光钱沿直钱传播：

6、.第层级的实验探究使用的还是教材中的实验。打开手电，将3张带孔卡片，放在假设的光的传播路径上。当卡片沿直线排列，小孔对齐时，屏上会出现一个光斑。实验说明：穿过小孔的这一条光线沿直线传播。通过后测我们已经发现学生关注的只是穿过小孔的这条光束,其它的光线他们并没有关注到。我们寻找原因发现：手电筒发出的光从学生观察的平面上看起来比较窄（如图1）.是我们对教具进行了改进，改变光源。招传统手电筒改为可变焦手电筒（如图3）,同时将手电筒的聚光透镜拆除（如图4），扩大手电筒的光区面积（接近180度）（见图2）。这时学生就会美注到，除了穿过小孔的这条光线，其它的光线还有那么多呢，是不是也是沿直线传播的呢？图1

7、创新实验图2.图3可支鲁手电管图4实验2,光区平面内每一条光线沿直线传播在实验1的基础上，学生会观察到小孔之外还有很多光线，这时给学生提供多组带孔的卡片，学生就会用之前实验1的方法，在白板上摆放多组卡片，自主探究平面内的其它光线是否沿直线传播。他们会像之前一样依次去进行求证，其它光线是如何行进的。最终呈现的实验场景如图5,白板上挖满了带孔的卡片，而且每一组沿直线投放的带孔卡片后面出现一个光斑。此时就说明，这些穿过小孔的光线都是沿直线传播的。可是此时学生会说，边上还有这些空隙当中还有一些光线，它们没有穿过小孔，那这些光线是不是也是沿直线传播的呢？我们怎样求证呢？于是，我再次对教具进行了调整。将手

8、电筒固定在可以旋转的转台上，使发光点与旋转轴位于一条直线，如图6。旋转转手电筒，让平面光区内的每一条光线都穿过这些小孔。我们可以看的很清楚.很神奇，后面的光斑没仃发生变化。此时就说明，这个平面内每一条光都穿过r这些小孔，它们都是沿直线传播的.学生对于光沿直线传播的认识经历了第二个层级的实验探究，它认识到在这个平面内有许多条光线，而且每条光线都是沿直线传播。图5图6实验3：立体空间内每一条光线沿直线传播学生的认识是不断发展的，有的学生.发现老师这个手电筒发出的光不仅限于在这一个平面内，它是一个立体的，“上面这儿也有光”。这些光线是不是也是沿直线传播呢？是不是也可以用之前的方法进行求证呢？通过对前

9、面两组实验的分析，类比，学生推测只要把带孔纸板举起来，置于立体空间中，梢微调整三张纸板的角度即可.依据学生认识的发展，同时根据便于操作的实验需求，我再一次对教具进行改进，将一组带孔卡片用强力磔铁和夹子固定在透明直尺上（如图7）并沿直线排列。将尺子倾斜抬起，使卡片与光源成一定角度.打开光源，调整直尺角度，直到光屏出现光斑。这个实验相当于把第二层级的实验放到一个立体空间当中。我将实验3设定为演示实验，所以提前预设了一组沿直线投放带孔的卡片，上卜转动光源，可以看到光斑位置没有改变。那么依据之前的实验逻辑，这就说明了在这个立体空间里有许多光线，每条光线都沿直线传播。图7图8学生进行了3个层级的实验探究

10、，对于光沿宜线传播这个概念的建构也经历/由“一条直线”一“一个平面”-“立体空间”三个乂级的发展变化，通过这一系列的创新实验，学生们有效完整的建构了光在空气中沿直线的概念，认识到光是从光源出发向各个方向沿直线传播。三、教学过程设计当手电打开时,光是怎样传递到屏上的？能不能把的想法画在实验台的白板上.给大家准备了io个带孔卡片，孔的位置是相同的.把卡片放在你所认为的光的传播路径上.看一看出什么样的现象？怎样解驿这种现象？通过实验我们发现穿过Bi孔的光是沿直线传播的,那光区里的其它光线都是沿直线传播的吗？怎样证？又有什么发现?上面这些光是也是沿直线传播的吗？怎样改证？有什么发现？用呈现学生实验1：

11、直线传播光线沿实验2,光区平面内每号直线传播实验3,立体空间内每一条光普斗宜线传播你能解骅小孔成像的原因吗?四、基于播念建构的科学探究实殴设计策略1 .通过“前测”搭建“已知”和“未知”的桥梁基于科学概念建构的探究实验,要以学生前概念为切入点,找到学生认知冲突的关键点，发现学生学习的“盲区”，并据此为学生设计合适的探窕实验，提供概念转变或概念建构的脚手架，让学习有“方向”的进行。学生进入课堂前总是带着相关的科学前概念。在进行“光沿直线传播”概念教学时,通过“前测”探明学生原有的“光线”概念，找到形成“原概念”的原因，通过设计逐级推进的系列探究实验，帮助学生逐步建构完整的“光线”模型。因此在每个

12、填元开始时教师要认真做好诊断性评估，主动了解学生在每个单元中存在哪些误解。师生在此基础上经过教学互动，而发生概念转变，从而形成或建构出正确的理解。2 .实验现象和结果是学生的思维发展的“素材”探究实验的过程要呈现学生对现象进行比牧、分析、归纳、演绎等思维活动，思做结合，培养学生科学素养.教材上的光沿直线传播实验只是简单让学生用三张带孔纸板验证生活经验，学生缺少深度的思维参与。建构主义学习理论认为，学习是主动建构知识和新旧经验交互作用的过程。教师i不仅要帮助学生在探究过程中获得对信息的正确理解，同时还要能够重新解释，并在此基础上再重新建构知识。实验不仅要凭着本身的特点去激发和满足学生的好奇心，更

13、要强调实验的过程，使学生获得探索新知的经历,运用科学思维的机会。学生在实验设计、操作、观察中能不停的思考、形成对科学概念的正确理解，优化学生对科学知识的意义建构。实验不仅是验证假设的过程，更应该是学生思维参与的探究过程。3 .在实验设计当中还原真实情境，搭建实验与认知之间的桥梁课堂上学生是通过教师设计的探究实验来认识世界，建构知识体系的所以探究实验应该尽可能还原事物、变化或过程本来的面貌或关键特征，避免实验现象本身“失真”带来的错误概念,比如教材中的光沿直线传播实验中的手电光源及汽车灯光的图例很容易让学生产生光是一个柱状光束的错误概念.所以实验设计后，教册应该通过后测等方式检验实验内容及方法设

14、计的科学性和准确性，是否实验材料、操作过程、观察方式等本身会对学生的概念建构形成障碍。实验设计要把学生的注意力从对材料的操作，转移到问题意识、实证意识、探究技能等科学核心素养上。通过良好的设计为学生的概念建构搭建认知桥梁。总之，只有立足概念建构、立足学生自身实际，才能够让科学探究实验的设计更加深入,有效，提升学生的科学素养。1李恭.在书学睨徐中追求思维逍阶J.小学教学研尤，2020,No.736(30):13-15.2赵丽慧.把报“五要去”提高科学尖脸效学有效性J.小学科学(技师版).2020,No.261(09):45.何泗金.4学生探究过程中速构科学概念J,小学科学(技部版)，2020,No.261(09):64.14恭峰黎.忌于经验前测的和中物理其至光学前慨念的引导笠喀JJ.新智,2020,(16):80-81.5韦杰刘生,基于儿殳立场教华“小孔成像”J,湖北我.育科芋谭).2020(05)6司志云.科学在光彩何笄行一无的行进实检改逝的点滴思考J.科学大众科学教育.2017(09)7柯长明.手田，“运做随思遣光的行选3效学实录与分析Q.现代技育科学小学教师.2015(06)8沈亚萍.科学译堂如何体现科学本席J.实脸教学与仪器.2011(10)9藜狭权.概,念转变的科学教学M.北京：科学枇有出板社.2009.