賈欣

科學(xué)素養(yǎng)不應(yīng)視作支離破碎信息及毫不相干技能的簡(jiǎn)單集合，而應(yīng)是一個(gè)內(nèi)容豐富、技能與觀點(diǎn)可以相互支撐的架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)是隨著時(shí)間的推移而發(fā)展變化的。從小學(xué)到高中，學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)建立在他們的既有知識(shí)基礎(chǔ)上，這才能了解他們今后還得學(xué)什么，并為他們?nèi)蘸筮€應(yīng)該學(xué)習(xí)什么作好準(zhǔn)備。

——《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》

從2012年1月開始，北京一線教師、教研員在“做中學(xué)”科學(xué)教育改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)中心及北京教育科學(xué)研究院基礎(chǔ)教育教學(xué)研究中心科學(xué)教研室的指導(dǎo)下，進(jìn)行“兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)進(jìn)程——分子原子理論”的課題研究。依據(jù)研究計(jì)劃，研究小組逐步完成了北京地區(qū)小學(xué)生“分子原子理論”學(xué)習(xí)進(jìn)程框架的預(yù)設(shè)，在此基礎(chǔ)上完成了1-6年級(jí)3個(gè)學(xué)段的測(cè)試題的編制并開展調(diào)研，了解北京地區(qū)小學(xué)生在學(xué)習(xí)進(jìn)程上的概念理解情況，并以此為依據(jù)，對(duì)進(jìn)程框架進(jìn)行修訂?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，開展實(shí)踐教學(xué)，形成一系列課程。在此與各位教師分享、交流研究成果與經(jīng)驗(yàn)。

基于實(shí)證調(diào)研，建立概念進(jìn)程框架

通過(guò)文獻(xiàn)搜索參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，并結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)科學(xué)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和背景的理解，課題組提出了“分子原子概念進(jìn)程”框架的假設(shè)，包括3個(gè)大概念：“物質(zhì)的存在和材料種類的多樣性”，“物體具有（自己的）特征，能夠被測(cè)量和解釋，質(zhì)量、重量和體積是物體的3大特性”及“（不同的）材料具有不同的特性，能夠被測(cè)量和解釋”，并將小學(xué)分成初、中、高3個(gè)年級(jí)段，分別是：1-2年級(jí)、3-4年級(jí)、5-6年級(jí)。每個(gè)大概念在各年級(jí)段分解成符合學(xué)生理解水平的小概念。對(duì)各小概念的理解拼成整體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，最終掌握大概念，這就是拼圖式學(xué)習(xí)進(jìn)程的特點(diǎn)。

在北京隨機(jī)抽取3313名小學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷和訪談?wù){(diào)查，了解學(xué)生對(duì)于“分子原子”相關(guān)概念的理解情況，并依此對(duì)進(jìn)程假設(shè)進(jìn)行修訂，形成進(jìn)程框架，如表l所示。

以大概念A(yù)“物質(zhì)的存在和材料種類的多樣性”為例，小學(xué)生對(duì)5個(gè)子概念的理解水平圖如圖1所示，總體上是隨年級(jí)增長(zhǎng)而逐漸加深理解的，概念A(yù)l和A5在小學(xué)1-6年級(jí)得分率都在80%以上，符合一二年級(jí)學(xué)生的理解水平，可作為低年級(jí)段的基礎(chǔ)；概念A(yù)2、A3、A4在二三年級(jí)之間有轉(zhuǎn)折點(diǎn)，3年級(jí)后穩(wěn)定在80%以上，是教學(xué)干預(yù)的關(guān)鍵期。

依據(jù)概念進(jìn)展模型，開展教學(xué)實(shí)踐

確定教學(xué)內(nèi)容

課題組選取概念A(yù)4“物體占據(jù)空間并有重量”作為教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)實(shí)踐。該概念在低年級(jí)段正確率在60%～70%，中年級(jí)段在80%～90%，到高年級(jí)段上升至90%以上，因此3-4年級(jí)是該概念教學(xué)干預(yù)的關(guān)鍵期，課題組也將課程設(shè)計(jì)在3年級(jí)。

從分子原子理論的進(jìn)程框架及課題組的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析，學(xué)生建立起“物體占據(jù)空間”是需要分別對(duì)“固體、液體和氣體占據(jù)空間并有重量”逐一建立起認(rèn)識(shí)才能達(dá)成最終目標(biāo)的，其概念掌握的路徑如圖2。

水平1：認(rèn)識(shí)物體的3種形態(tài)（固體、液體和氣體）的屬性；

水平2：認(rèn)識(shí)固體、液體的共同之處——占據(jù)空間和有重量；

水平3：認(rèn)識(shí)固體、液體、氣體都能占據(jù)空間；

水平4：認(rèn)識(shí)固體、液體、氣體能占據(jù)空間并有重量；

水平5：認(rèn)識(shí)所有物體都能占據(jù)空間并有重量。

課程設(shè)計(jì)思路

根據(jù)“物體占據(jù)空間并有重量”概念的拼圖式進(jìn)程，課題組設(shè)計(jì)了5節(jié)課：固體和液體、空氣、空氣占據(jù)空間、空氣有重量和物體占據(jù)空間。這5節(jié)課的課程目標(biāo)與進(jìn)程中的5個(gè)水平相對(duì)應(yīng)，如表2所示。

第1課“固體與液體”是整體概念進(jìn)程發(fā)展的基礎(chǔ)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)固體和液體，并會(huì)以顏色、大小、軟硬等科學(xué)詞匯去描述固體和液體的屬性；知道固體和液體的共同點(diǎn)：有重量，占據(jù)空間；會(huì)用電子秤測(cè)量物體的重量。

第2課“空氣”開始觸及到這個(gè)系列活動(dòng)中的難點(diǎn)“感受空氣的存在，并學(xué)會(huì)描述空氣”，并尋找空氣與固體、液體的共同特征。

第3課“空氣占據(jù)空間”突出用空氣與固體和液體占據(jù)空間的特征作類比的過(guò)程。在類比中，空氣占據(jù)空間和固體、液體占據(jù)空間構(gòu)成了概念間的關(guān)聯(lián)。

第4課“空氣有重量”這一課延續(xù)類比的思維方法，發(fā)展“空氣有重量”這一概念。這一系列的活動(dòng)設(shè)計(jì)最終將“固體、液體和氣體能夠占據(jù)空間并有重量”的認(rèn)識(shí)，歸納到“物體占據(jù)空間并有重量”的認(rèn)識(shí)上，概念發(fā)展到水平5的階段。

第5課“物體占據(jù)空間”是“物體占據(jù)空間并有重量”這一概念學(xué)習(xí)的總結(jié)課，在此課前，學(xué)生已經(jīng)建立了以下概念：認(rèn)識(shí)物體的3種形態(tài)（固體、液體、氣體）及其屬性；認(rèn)識(shí)固體、液體能夠占據(jù)空間并有重量；認(rèn)識(shí)空氣占據(jù)空間，以及固體、液體、氣體都能占據(jù)空間；認(rèn)識(shí)空氣有重量，以及固體、液體、氣體都能占據(jù)空間并有重量；認(rèn)識(shí)物體都能占據(jù)空間并有重量，達(dá)到了水平5。本課在以上概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)概念之間的聯(lián)系，促使學(xué)生將原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，形成新的知識(shí)。最終鞏固完善“物體占據(jù)空間并有重量”的概念體系。

教學(xué)設(shè)計(jì)舉例

課程l：固體與液體

材料

水、醋、鉛筆、海綿、水槽、燒瓶

教學(xué)過(guò)程

描述物體的屬性

讓學(xué)生描述4種物品的外在特征水、醋、鉛筆，海綿。

讓學(xué)生會(huì)用如下詞匯進(jìn)行描述：氣味、味道、透明度、有重量、彈性……

認(rèn)識(shí)物體的2種存在狀態(tài)：固體和液體

根據(jù)觀察結(jié)果以小組為單位對(duì)4種物品進(jìn)行分類。學(xué)生的分類標(biāo)準(zhǔn)很多，但是往往難以主動(dòng)使用“有無(wú)固定形狀”的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分類的。而固體有固定的形狀，液體沒有固定的形狀，是固體和液體的一個(gè)顯著區(qū)別。

教學(xué)干預(yù)。讓學(xué)生將水和醋裝進(jìn)2種形狀的容器（水槽、燒瓶）里，發(fā)現(xiàn)在圓形的罐子里面它們就是圓形，在長(zhǎng)方形的罐子里面它們就是長(zhǎng)方形。而鉛筆和海綿不像水和醋那樣，放在正方形的盒子里就變成正方形，放在長(zhǎng)方形的盒子里就變成長(zhǎng)方形。得出如下認(rèn)識(shí)，像水和醋這樣會(huì)流動(dòng)，沒有固定形狀的物體叫液體，如圖3。像大豆、海綿這樣不會(huì)流動(dòng)，有固定形狀的物體叫固體。

認(rèn)識(shí)固體和液體的共同特征之一——有重量

讓學(xué)生用手掂一掂幾種物品的重量，描述并比較各個(gè)物品的重量。

認(rèn)識(shí)固體和液體的共同特征之二——占據(jù)空間

讓學(xué)生描述杯子里面裝入黃豆的樣子，并嘗試用水繼續(xù)占據(jù)杯子里的空間。

板書總結(jié)

在活動(dòng)中結(jié)合學(xué)生的描述和總結(jié)逐漸形成如下板書（如圖4）。

課程2：空氣有重量

材料

氣球、打氣筒、平衡尺、電子稱

教學(xué)過(guò)程

質(zhì)疑引發(fā)思考

教師引導(dǎo)依據(jù)之前對(duì)氣體、固體和液體的研究，比對(duì)各自所屬的特征后，引發(fā)學(xué)生思考“空氣是否有重量”，并請(qǐng)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)解釋他們的想法。

實(shí)驗(yàn)

平衡尺實(shí)驗(yàn)。證實(shí)空氣有重量，在平衡尺兩端分別掛上1個(gè)充了氣的氣球和一個(gè)沒充氣的氣球，看平衡尺兩端的狀態(tài)，并畫在記錄單上（如圖5）。

電子稱稱量。證實(shí)空氣有重量，稱量排球在充氣和放氣2種狀態(tài)下的重量，通過(guò)數(shù)據(jù)比較，分析原因，強(qiáng)化“空氣是有重量的”這一概念。

總結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論“空氣有重量”，并結(jié)合之前的課程，得出結(jié)論“氣體與固體、液體的共同特征是占據(jù)空間，有質(zhì)量”。板書如圖6。

通過(guò)這5節(jié)課的教學(xué)實(shí)踐，課題組發(fā)現(xiàn)對(duì)于拼圖式學(xué)習(xí)進(jìn)程中的概念學(xué)習(xí)也需要一系列課程的“拼圖”。任何學(xué)習(xí)進(jìn)程都包括起始點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)及每個(gè)發(fā)展水平的定位。學(xué)習(xí)進(jìn)程呈現(xiàn)了對(duì)一個(gè)特定科學(xué)概念發(fā)展進(jìn)程的預(yù)設(shè)。由此可見，在學(xué)習(xí)進(jìn)程研究過(guò)程中，課題組關(guān)注的是各個(gè)概念點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)與發(fā)展，這樣的研究基礎(chǔ)務(wù)必要通過(guò)具有概念發(fā)展內(nèi)在聯(lián)系的系列教學(xué)活動(dòng)來(lái)展開。當(dāng)然從目前課題組的研究來(lái)看，課題組還不能夠完全確定這4個(gè)教學(xué)活動(dòng)實(shí)施過(guò)程上的模式，它們可能在一個(gè)學(xué)期里連續(xù)教學(xué)，也可能在不同的時(shí)間段分別展開，這些還需要通過(guò)后期的評(píng)測(cè)與研究進(jìn)一步確定。

另外有一點(diǎn)需要說(shuō)明的是，在這一系列活動(dòng)中，課題組用了“重量”而非“質(zhì)量”概念，這與進(jìn)程研究是有關(guān)系的。學(xué)習(xí)進(jìn)程研究是學(xué)生圍繞核心概念建立認(rèn)識(shí)的過(guò)程，小學(xué)階段的學(xué)生，必定要經(jīng)歷具體到抽象的認(rèn)識(shí)過(guò)程，“重量”是兒童從小就接觸的、在日常生活中形成的概念，因此，使用“重量”一詞符合學(xué)生這個(gè)階段的認(rèn)知水平。如果課題組強(qiáng)行讓學(xué)生接納“質(zhì)量”這個(gè)詞，課題組想學(xué)生可以使用，但這完全不是從分子原子微觀角度理解之后形成的概念，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程與這項(xiàng)研究的初衷是相悖的，所以“重量”和“質(zhì)量”概念的出現(xiàn)要以學(xué)習(xí)進(jìn)程的發(fā)展為依據(jù)。從此項(xiàng)研究所設(shè)定的概念框架來(lái)看，在6年級(jí)以后的學(xué)習(xí)階段，伴隨學(xué)生對(duì)分子原子微觀層面概念學(xué)習(xí)的深入，“質(zhì)量”這個(gè)詞才開始出現(xiàn)，在更高的學(xué)習(xí)階段還將要學(xué)會(huì)區(qū)分“重量”和“質(zhì)量”。