顧美麗

摘要：以初中科學(xué)“機(jī)械運(yùn)動與力”這一主題為切入點(diǎn)，分析并梳理華師大版科學(xué)教材中相關(guān)部分的知識，篩選并提煉出該主題下的核心概念，結(jié)合教學(xué)實(shí)例探討“機(jī)械運(yùn)動與力”主題下一系列核心概念的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：機(jī)械運(yùn)動與力；核心概念；教學(xué)策略

從自然課堂到科學(xué)課堂，有一個(gè)重要的變革，那就是更注重學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。分層教學(xué)，讓不同層次的學(xué)生都得到發(fā)展；以學(xué)定教，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)作為教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的依據(jù)；學(xué)為中心，讓學(xué)生的探究活動成為整個(gè)課堂教學(xué)過程的中心。然而，教師仍存在著這樣一個(gè)誤區(qū)：科學(xué)實(shí)驗(yàn)+小組合作=科學(xué)探究，純粹的知識記憶的淺層次教學(xué)現(xiàn)象、大量習(xí)題的重復(fù)訓(xùn)練的應(yīng)試教學(xué)現(xiàn)象在教學(xué)實(shí)踐中仍普遍存在。

2011年7月，美國國家研究理事會頒布了《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨科學(xué)概念和核心概念》，該框架認(rèn)為科學(xué)教給學(xué)生的應(yīng)該是核心概念，而不是零碎的、分散的知識?？茖W(xué)核心概念提供了知識的組織構(gòu)架，它有助于學(xué)生建立系統(tǒng)的科學(xué)概念體系，有助于學(xué)生進(jìn)行知識的鏈接和拓展，發(fā)展連貫性的知識體系，為深度學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。筆者以初中科學(xué)“機(jī)械運(yùn)動與力”這一主題為切入點(diǎn)，在認(rèn)真研讀《初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》的基礎(chǔ)上，分析并梳理華師大版科學(xué)教材中相關(guān)部分的知識，篩選并提煉出該主題下的核心概念，結(jié)合教學(xué)實(shí)例探討“機(jī)械運(yùn)動與力”主題下一系列核心概念的教學(xué)策略。

1核心概念的界定

周光召先生在為《科學(xué)教育的原則和大概念》一書作序時(shí)寫道：“科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實(shí)，而是應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些重要的科學(xué)觀念，用恰當(dāng)、生動的方法，幫助孩子們建立一個(gè)完整的對世界的理解，初步形成科學(xué)態(tài)度，掌握科學(xué)方法，了解科學(xué)精神，構(gòu)建一個(gè)人健康協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)。”其中“重要的科學(xué)觀念”所指的即是核心概念。那么，究竟什么是核心概念？

核心概念最早是西方科學(xué)教育者提出來的，不同學(xué)者有不同的表述方式，如“關(guān)鍵概念”、“大概念”、“基本概念”等等。2013年4月正式頒布的《美國新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》篩選核心概念的標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）在多個(gè)學(xué)科或工程學(xué)科中意義顯著，或是組織某個(gè)學(xué)科的關(guān)鍵概念；

（2）為理解或研究某些復(fù)雜想法和解決問題提供了關(guān)鍵工具；

（3）能與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)歷相關(guān)聯(lián)，或能與社會及個(gè)人關(guān)注焦點(diǎn)所需要的科學(xué)技術(shù)知識相關(guān)聯(lián)；

（4）可在多個(gè)年級段教學(xué)，隨著年級段遞增，可逐步復(fù)雜，逐漸深入。

綜上，筆者認(rèn)為初中科學(xué)的核心概念是指對學(xué)生發(fā)展最有價(jià)值最有意義的科學(xué)核心知識，它處于初中科學(xué)知識領(lǐng)域的中心，教師通過圍繞核心概念組織教學(xué)內(nèi)容，達(dá)成對以往科學(xué)教育課程中零散概念的整合，在此基礎(chǔ)上組織科學(xué)實(shí)踐活動，使學(xué)生的“學(xué)”與“做”融為一體，在實(shí)踐中理解和建構(gòu)科學(xué)概念。

2“機(jī)械運(yùn)動與力”主題核心概念的梳理

初中科學(xué)課程是以對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識為基礎(chǔ)、以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的綜合課程。筆者以《初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》為基準(zhǔn)，以“機(jī)械運(yùn)動與力”這一主題為切入點(diǎn)，分析并梳理了華師大版初中科學(xué)教材中的相關(guān)知識，篩選并提煉出該主題下的核心概念。

2.1“機(jī)械運(yùn)動”部分核心概念梳理

“機(jī)械運(yùn)動”相關(guān)內(nèi)容主要分布在華師大版科學(xué)八年級上冊第一章第一節(jié)。在描述物體機(jī)械運(yùn)動時(shí)，需要選取另外一個(gè)物體作為標(biāo)準(zhǔn)，這一作為標(biāo)準(zhǔn)的物體稱為參照物。參照物不同，對同一物體運(yùn)動狀態(tài)的描述不同，進(jìn)而理解運(yùn)動與靜止的相對性。對物體運(yùn)動狀態(tài)的描述，包括運(yùn)動的快慢和方向，引入速度概念以比較物體運(yùn)動的快慢，利用公式計(jì)算勻速直線運(yùn)動的速度及變速直線運(yùn)動的平均速度。

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對于這部分內(nèi)容的要求表1：

參照科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，分析并梳理教材中所呈現(xiàn)的相關(guān)知識，對“機(jī)械運(yùn)動”這一部分核心概念進(jìn)行如下篩選和提煉，見圖2：

2.2“力”部分核心概念梳理

“力”相關(guān)內(nèi)容集中分布在華師大版科學(xué)八年級上冊的前三章。作為力學(xué)部分內(nèi)容的開篇，教材通過一系列的活動體驗(yàn)，通過對各實(shí)例的觀察和分析引出力的定義，歸納總結(jié)出力的作用效果：（1）使物體改變運(yùn)動狀態(tài)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)“運(yùn)動與力”奠定知識基礎(chǔ)；（2）使物體發(fā)生形變，這是學(xué)習(xí)力的測量的理論基礎(chǔ)。從力的三要素角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識生活中常見的力（重力、摩擦力、彈力、壓力、浮力），通過實(shí)驗(yàn)探究影響重力、摩擦力、浮力大小及壓力作用效果的影響因素。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生辨析作用力反作用力與平衡力間的異同。在理解壓強(qiáng)概念的基礎(chǔ)上，探究液體壓強(qiáng)（對容器底部、側(cè)壁及內(nèi)部）的特點(diǎn)，通過活動親身感受流體（液體、氣體）壓強(qiáng)與流速的定性關(guān)系。在認(rèn)識浮力的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識阿基米德原理和浮沉條件，并解釋生活和生產(chǎn)中常見現(xiàn)象。

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對于這部分內(nèi)容的要求如表2

參照科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，分析并梳理教材中所呈現(xiàn)的相關(guān)知識，對“力”這一部分核心概念進(jìn)行如下篩選和提煉，見圖3：

2.3“機(jī)械運(yùn)動與力”部分核心概念梳理

“機(jī)械運(yùn)動與力”這一內(nèi)容分布在華師大版科學(xué)八年級上冊第一章第四節(jié)。運(yùn)動和力是初中科學(xué)的核心內(nèi)容。早在兩千多年前，人們就開始研究運(yùn)動和力的關(guān)系。亞里士多德認(rèn)為，力是維持物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。直到伽利略和牛頓時(shí)代，才形成運(yùn)動和力關(guān)系的正確認(rèn)識。牛頓第一定律指出了運(yùn)動和力的關(guān)系，即力不是維持運(yùn)動的原因，而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。

課標(biāo)對于這部分內(nèi)容的目標(biāo)和活動建議如表3：

參照課標(biāo)，結(jié)合教材中所呈現(xiàn)的相關(guān)知識，對“機(jī)械運(yùn)動與力”這一部分核心概念進(jìn)行如下整理，見圖4：

3“機(jī)械運(yùn)動與力”主題核心概念的教學(xué)策略

3.1概念遷移，理清前概念對核心概念學(xué)習(xí)的影響endprint

3.1.1促進(jìn)正確前概念的“正遷移”

正確的前概念是科學(xué)學(xué)習(xí)的良好基礎(chǔ)和鋪墊，它的正遷移作用可成為科學(xué)核心概念學(xué)習(xí)的資源和新的生長點(diǎn)。力是物體對物體的作用，這個(gè)概念看上去非常簡單，卻是一個(gè)十分抽象的科學(xué)概念。力是真實(shí)存在的，力的概念和學(xué)生的日常生活有著非常密切的聯(lián)系。因此，力這一核心概念的教學(xué)可以立足于學(xué)生已有的對力的認(rèn)識展開。

教學(xué)片斷1：力的概念及其作用效果

環(huán)節(jié)一：感受“力”，挖掘前概念

演示實(shí)驗(yàn)如圖5：①手壓金屬片，此時(shí)金屬片受到力的作用嗎？

②手松開金屬片，小木板被彈飛，此時(shí)小木板受到力的作用嗎？

用文字進(jìn)行描述，并記錄在黑板磁貼上：

通過教師的兩次實(shí)驗(yàn)演示，引導(dǎo)學(xué)生判斷在這一過程中是否存在力，思考判斷力存在的理由，統(tǒng)一描述的句式，為后續(xù)的教學(xué)做鋪墊。

小組合作：利用實(shí)驗(yàn)盒中的物品：海綿、橡皮筋、鐵球、磁鐵、小車，產(chǎn)生力，并采用之前的描述方式將過程記錄在黑板磁貼上，見圖6。

小組合作利用實(shí)驗(yàn)盒中的物品產(chǎn)生力，并將過程記錄在黑板磁貼上，通過這一探究活動，充分挖掘?qū)W生已有的關(guān)于“力”的前概念，形成后續(xù)的教學(xué)資源。

環(huán)節(jié)二：定義“力”，建構(gòu)新概念

對部分小組的描述進(jìn)行分析，通過教師的反問，生生之間的互動使同學(xué)們認(rèn)識到?jīng)]有生命的物體也能產(chǎn)生力，引導(dǎo)學(xué)生通過對力產(chǎn)生過程的分析，歸納產(chǎn)生力的條件，自然地引出力的定義：力是物體對物體的作用。

環(huán)節(jié)三：探究“力”，拓展新概念

借助上一探究活動生成的教學(xué)資源，引出力的作用效果這一概念，課堂教學(xué)由力的定義過渡到下一環(huán)節(jié)。學(xué)生以力的作用效果作為依據(jù)，對幾個(gè)過程進(jìn)行分類，在分類中發(fā)現(xiàn)力能改變物體的形狀，同時(shí)關(guān)注力對小車的改變，拍攝各小組活動的過程，通過再一次的分類，歸納小車的變化包括運(yùn)動快慢和運(yùn)動方向的改變，引出運(yùn)動狀態(tài)的概念。教師反問小車運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的原因，總結(jié)力能改變物體的運(yùn)動狀態(tài)如圖7。

3.1.2消除不正確前概念的“負(fù)影響”

對科學(xué)現(xiàn)象、過程、材料的片面或錯(cuò)誤理解而產(chǎn)生的前概念，將會成為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的障礙，這些錯(cuò)誤的前概念如果得不到及時(shí)糾正，將影響核心概念的同化和順應(yīng)。早在兩千多年前，人們就開始研究運(yùn)動與力的關(guān)系。亞里士多德認(rèn)為，必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動；沒有力的作用，物體便要停止運(yùn)動，即力是維持物體運(yùn)動的原因。沒有對運(yùn)動與力進(jìn)行深入探索的初中學(xué)生往往也認(rèn)同這樣的觀點(diǎn)。因此，在這一核心概念的教學(xué)過程中，通過情境的創(chuàng)設(shè)暴露錯(cuò)誤的前概念，在引發(fā)認(rèn)知沖突的同時(shí)，借助實(shí)驗(yàn)解構(gòu)迷思概念，在實(shí)驗(yàn)探究的過程中建立其正確的認(rèn)識以解釋日常生活中的現(xiàn)象或解決新的問題，實(shí)現(xiàn)對科學(xué)概念全面的、準(zhǔn)確的理解。

教學(xué)片斷2：牛頓第一定律

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突

播放視頻“大力士拉卡車”如圖8

思考：卡車最初處于什么狀態(tài)？后來卡車為什么會運(yùn)動？

當(dāng)大力士使盡了全身力氣，大卡車又將怎樣？

追問：大力士不再對卡車施加力的作用，這一過程中大卡車在水平方向上，真的沒有受到力的作用？如何使大卡車真正處于亞里士多德所描述的“不受力”的狀態(tài)？運(yùn)動的物體不受力后真的將處于靜止?fàn)顟B(tài)？

環(huán)節(jié)二：借助實(shí)驗(yàn)，解構(gòu)迷思概念

撤去拉力后的小車所受到的阻力，我們無法消除，但可以嘗試著去探究水平面上不同大小阻力對水平運(yùn)動速度相同的小車運(yùn)動情況的影響如圖9。

得出結(jié)論：水平面越光滑，小車運(yùn)動時(shí)所受阻力越小，通過距離越大，速度減小越小。在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，推理得到：運(yùn)動的物體如果不受力，它的運(yùn)動速度將保持不變，這便是伽利略所得出的結(jié)論。借助這一實(shí)驗(yàn)探究，修正了學(xué)生原有的認(rèn)知——力是維持物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。

環(huán)節(jié)三：呈現(xiàn)科學(xué)史，完善對核心概念的認(rèn)識

笛卡爾在伽利略的基礎(chǔ)之上對運(yùn)動的方向進(jìn)行了補(bǔ)充。而牛頓則概況了伽利略、笛卡爾等人的研究成果，對靜止的物體不受外力作用時(shí)的情況進(jìn)行了探討，得出結(jié)論：一切物體在沒有受到外力作用時(shí)，它們的運(yùn)動狀態(tài)保持不變，包括保持靜止或保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。思考：在整個(gè)大力士拉卡車的過程中，卡車由靜止到運(yùn)動再到靜止的原因是什么？力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。

3.2實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，創(chuàng)設(shè)直觀情境促進(jìn)核心概念的建構(gòu)

教學(xué)中，通過創(chuàng)設(shè)概念情景，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識，利用對原有實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)和創(chuàng)新，將一些抽象的、看不見的東西直觀地呈現(xiàn)出來，使學(xué)生對核心概念的理解更加方便、有效。

教學(xué)片斷3：重力、壓力、摩擦力、浮力的方向

在重力、壓力、摩擦力、浮力方向的教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生常常無法分辨“豎直向下”與“垂直向下”，對于摩擦力的方向是與相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的方向相反這一點(diǎn)較難理解。這時(shí)，對于看不見、摸不著的力的方向，我們借助于水平面和重錘線幫助學(xué)生區(qū)分“豎直向下”和“垂直向下，”利用轉(zhuǎn)換法借助于壓力、摩擦力和浮力的作用效果“顯示”出壓力和摩擦力的方向。

3.3過程演繹，準(zhǔn)確把握核心概念的內(nèi)涵和外延

人的認(rèn)識規(guī)律總是從簡到繁，從易到難，由淺入深。一個(gè)完整的科學(xué)概念的形成和掌握需要有一個(gè)發(fā)展的過程。追求一步到位式講深講透的做法是不符合學(xué)生的認(rèn)識規(guī)律的。學(xué)生形成、領(lǐng)悟、鞏固核心概念先從直觀表象開始，經(jīng)歷感覺、知覺，進(jìn)而進(jìn)行分析、綜合、概況等思維過程。演繹核心概念的形成過程，踏著科學(xué)家的研究足跡，提出問題、建立猜想、搜集證據(jù)、得出結(jié)論，在經(jīng)歷完整科學(xué)探究的過程中，體會學(xué)者的睿智和科學(xué)的魅力。

教學(xué)片斷4：阿基米德定律

阿基米德原理是一個(gè)是實(shí)驗(yàn)定律，它是在前面定性研究浮力基礎(chǔ)上的定量研究，即要讓學(xué)生知道浸在液體里的物體所受浮力的大小等于該物體排開液體所受重力的大小。那么，如何在探究影響浮力大小因素的過程中關(guān)聯(lián)到G排液這一物理量呢？

4小結(jié)

通過在日常的教學(xué)實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，核心概念的教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，掌握科學(xué)合理的探究方法等具有較好效果，同時(shí)通過分析并處理所教章節(jié)的主要內(nèi)容，嘗試促進(jìn)正確概念的正遷移，消除錯(cuò)誤概念的負(fù)影響，創(chuàng)新優(yōu)化課堂實(shí)驗(yàn)，演繹再現(xiàn)生成過程等方式，對幫助學(xué)生自主搭建知識結(jié)構(gòu)框架，系統(tǒng)建立科學(xué)概念體系等方面都起到了積極地促進(jìn)作用。endprint