基于運(yùn)動(dòng)表象活動(dòng)的小學(xué)生科學(xué)概念建構(gòu)實(shí)踐研究

費(fèi)許峰

真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷中形成的表象是科學(xué)概念建構(gòu)的心理學(xué)基礎(chǔ)。本文從一般性實(shí)驗(yàn)開放經(jīng)歷，結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)梯度經(jīng)歷，單元整組實(shí)驗(yàn)完整經(jīng)歷和游戲型實(shí)驗(yàn)充分感知四個(gè)方面論述了基于運(yùn)動(dòng)表象活動(dòng)的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)促進(jìn)科學(xué)概念有效建構(gòu)的實(shí)踐策略。

1983年，心理學(xué)家加德納提出了著名的“多元智能”理論，他提出運(yùn)動(dòng)智力和心理表象的形成有很大的關(guān)系。兒童正是在直觀的動(dòng)手操作和實(shí)踐體驗(yàn)中積累了豐富的運(yùn)動(dòng)表象、空間表象等，相關(guān)概念的構(gòu)建才成為可能。

一、一般性實(shí)驗(yàn)開放經(jīng)歷

對(duì)比實(shí)驗(yàn)是目前小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中常用的探索、分析、解決問題的科學(xué)方法之一。其核心的一項(xiàng)技術(shù)即控制變量，所謂控制變量是指為了研究某個(gè)問題與影響它多個(gè)因素中的一個(gè)因素的關(guān)系，可將除了這個(gè)因素以外的其他因素人為地控制起來，使其保持不變，再比較、研究該問題與該因素之間的關(guān)系，得出結(jié)論，然后再綜合起來得出規(guī)律的方法。這種方法在整個(gè)小學(xué)階段的探究中應(yīng)用比較普遍，所以可以說對(duì)比實(shí)驗(yàn)是一種比較常態(tài)的實(shí)驗(yàn)。

三上《材料》單元《比較材料的韌性》一課中就開始了對(duì)比實(shí)驗(yàn)思想的滲透：鐵片、木片、塑料片、卡紙片的長、寬、厚要一致，伸出桌邊的長度要一致，掛的重物的重量要一致，觀察每種材料的彎曲程度，以此來判斷它們的韌性，從而逐步構(gòu)建不同材料有不同韌性的概念。

用紙搭建的橫梁

在3～6年級(jí)的教學(xué)中這樣對(duì)比性的探究實(shí)驗(yàn)為數(shù)不少，由于其普遍性，在構(gòu)建概念的過程中應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生積極地、開放性地去經(jīng)歷，使孩子們在充分經(jīng)歷的過程中主動(dòng)形成表象，構(gòu)建相關(guān)的科學(xué)概念。

例如：六上《形狀和結(jié)構(gòu)》單元《抵抗彎曲》一課“增加梁的寬度可以增加抗彎曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗彎曲能力”概念的構(gòu)建。這是一組非常典型的應(yīng)用對(duì)比技術(shù)進(jìn)行探究的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在以往的學(xué)習(xí)中已經(jīng)經(jīng)歷了很多類似的實(shí)驗(yàn)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，所以在該課的教學(xué)中，我引導(dǎo)學(xué)生開放性地經(jīng)歷了方案的設(shè)計(jì)完善、實(shí)驗(yàn)的具體操作等探究過程，目的在于讓學(xué)生在充分經(jīng)歷的過程中主動(dòng)形成構(gòu)建概念的有效表象。教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生討論了可以用紙搭一座橫梁來研究梁的寬度、厚度和抗彎曲能力之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案（圖1），實(shí)驗(yàn)完成后學(xué)生們匯總了獲得的數(shù)據(jù)，交流了觀察到的現(xiàn)象和自己的發(fā)現(xiàn)：

生：我們組發(fā)現(xiàn)增加橫梁的寬度可以提高橫梁抗彎曲的能力。

師：你們?yōu)槭裁催@樣認(rèn)為？

生1：在剛才的實(shí)驗(yàn)中我們用一倍寬的紙條放在了兩本書的中搭了一座橫梁，放了3個(gè)墊圈橫梁就觸底了，兩倍寬的紙橫梁放了7個(gè)墊圈觸底，四倍寬的紙橫梁放了10個(gè)墊圈觸底了，所以我們認(rèn)為增加橫梁的寬度可以增加橫梁的抗彎曲能力。

師：有其他發(fā)現(xiàn)嗎？

生2：我們發(fā)現(xiàn)，一倍、二倍、四倍寬的紙梁和一倍、二倍、四倍厚的紙梁使用的材料是一樣多的，但二倍、四倍厚的紙梁比二倍、四倍寬的紙梁能承受的墊片要多得多，所以我們認(rèn)為增加厚度比增加寬度效果更好。

學(xué)生的匯報(bào)都是建立在實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上的，很有條理，可見在他們的腦海中已經(jīng)有了搭在兩本書之間的橫梁和整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表象，結(jié)合全班匯總的數(shù)據(jù)很好地建立了“增加梁的寬度可以增加抗彎曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗彎曲能力”這一概念。在3-6年級(jí)科學(xué)教材中類似的對(duì)比實(shí)驗(yàn)還有很多，例如單擺的研究、電磁鐵的研究等等。因此在操作的過程中我們應(yīng)該有意識(shí)、開放性引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷這些實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生主動(dòng)積極的形成表象為構(gòu)建相關(guān)科學(xué)概念服務(wù)。

二、結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)梯度經(jīng)歷

學(xué)生是否能夠順利的構(gòu)建起相關(guān)的科學(xué)概念，很重要的是在一些關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)過程中能否形成有效的、相應(yīng)質(zhì)量的概念表象，關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)的表象一旦形成，構(gòu)建概念就顯得相對(duì)容易了。如六上第二單元《形狀與結(jié)構(gòu)》中4-6課的探究活動(dòng)都是建立在第3課《拱形的力量》所建立的概念的基礎(chǔ)上的，因此關(guān)于“拱形為什么能承受很大的重量”這一概念的構(gòu)建顯得尤為重要。在該概念構(gòu)建過程中的實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)出梯度性的重復(fù)過程。過程如下：用卡紙做一個(gè)拱，在拱上加重物用卡紙做一個(gè)拱，用拱足（書）把拱固定住，在拱上加重物用卡紙做一個(gè)拱，用拱足（書）把拱固定住，增加拱足的重量和厚度，在拱上加重物。探究過程中在拱上加重物重復(fù)了三次，但這三次是梯度性推進(jìn)的，每一次實(shí)驗(yàn)學(xué)生的觀念中都形成一個(gè)相應(yīng)的表象，后一個(gè)表象都是在前一個(gè)表象基礎(chǔ)上的提升，最終構(gòu)建概念。

下面兩個(gè)片段是學(xué)生在匯報(bào)中的一些對(duì)話。

片段一：

生：老師，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的現(xiàn)象。

師：什么現(xiàn)象？

生：我們組實(shí)驗(yàn)時(shí)用4本書與用5本書作為拱的拱足，但拱都只能承受21個(gè)墊片。

師：是嗎？那這現(xiàn)象說明了什么問題呢？可以怎么來解釋呢？

生：用4本書作為拱足比用兩本書能承受更多的墊片，但5本和4本的效果是一樣的，說明拱能承受的重量并不是一直隨拱足的厚度增加而增加的，如果到了一定程度拱足的厚度與所能承受的重量就沒有關(guān)系了。

片段二：

師：在實(shí)驗(yàn)過程還有什么新的發(fā)現(xiàn)嗎？

生：我們組發(fā)現(xiàn)拱的抗彎曲能力與拱的跨度有關(guān)。

生：我們組還發(fā)現(xiàn)有時(shí)候拱足被拱推向兩側(cè)了，拱倒塌了。

師：是的，這說明了什么呢？

生：當(dāng)拱足的重量小于加在拱上的重量時(shí)，拱足就會(huì)被拱推向兩側(cè)，拱也就倒塌了。

學(xué)生的匯報(bào)很精彩，精彩是因?yàn)樗麄儾坏莆樟斯靶文艹惺芎艽笾亓康拿孛?，而且有了自己新的發(fā)現(xiàn)和觀點(diǎn)，學(xué)生之所以有自己新的發(fā)現(xiàn)和觀點(diǎn)，是因?yàn)樗麄儗?duì)這個(gè)問題的實(shí)驗(yàn)探究是經(jīng)過了充分經(jīng)歷的，并且在觀念中形成了清晰的表象。如表象一：實(shí)驗(yàn)時(shí)用4本書與用5本書作為拱的拱足，拱都只能承受21個(gè)墊片，拱能承受的重量并不是一直隨拱足的厚度增加而增，如果到了一定程度拱足的厚度與所能承受的重量就沒有關(guān)系了。表象二：當(dāng)拱足的重量小于加在拱上的重量時(shí)，拱足就會(huì)被拱推向兩側(cè)，拱也就倒塌了。因此，教學(xué)中我們要善于分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，理清實(shí)驗(yàn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系，有計(jì)劃地梯度性推進(jìn)，要善于誘導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)真觀察，善于捕捉稍縱即逝的現(xiàn)象，建立正確、有效的表象，促進(jìn)學(xué)生概念的構(gòu)建。

三、單元整組實(shí)驗(yàn)完整經(jīng)歷

從培養(yǎng)形象思維能力的角度出發(fā)，探索性實(shí)驗(yàn)的效果優(yōu)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樘剿餍詫?shí)驗(yàn)做于科學(xué)概念建立之前，實(shí)驗(yàn)所獲得的一系列表象，恰好用來進(jìn)行思維加工，使形象思維與邏輯思維相得益彰，生動(dòng)、形象、具體地歸納出現(xiàn)像或規(guī)律。這樣獲得的現(xiàn)象或規(guī)律，既有利于學(xué)生理解，又有利于學(xué)生概念的構(gòu)建，因此，在當(dāng)前以單元探究為主線的科學(xué)學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)創(chuàng)造條件，認(rèn)真實(shí)施探索性學(xué)生實(shí)驗(yàn)，注意對(duì)整個(gè)單元的探究活動(dòng)進(jìn)行全面的系列安排，使前一個(gè)探索實(shí)驗(yàn)和構(gòu)建的概念為后續(xù)的學(xué)習(xí)服務(wù)，從而把探索性實(shí)驗(yàn)貫穿單元概念構(gòu)建的始終。

以六上《能量》單元核心概念“電能生磁，能量有多種形式，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化”的構(gòu)建為例，該單元共設(shè)置了七組探究實(shí)驗(yàn)，在探究的過程中，這七組實(shí)驗(yàn)是以單元整組推進(jìn)的形式出現(xiàn)的，學(xué)生在經(jīng)歷了一個(gè)個(gè)探究實(shí)驗(yàn)后，分別形成了相對(duì)獨(dú)立的表象，在完成整個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生之前形成的各個(gè)表象之間就相互串聯(lián)了起來，學(xué)生觀念中就形成了一個(gè)新的表象，最后幫助學(xué)生構(gòu)建單元“電能生磁，能量有多種形式，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化”的核心概念。我們現(xiàn)在的教材都是以單元為單位設(shè)置的，在教學(xué)中我們應(yīng)該樹立單元整組教學(xué)的觀念，在構(gòu)建科學(xué)概念的時(shí)候以整組有結(jié)構(gòu)展開的形式讓學(xué)生始終處在一種探索的環(huán)境中，幫助學(xué)生形成相應(yīng)的表象，并利用上述經(jīng)歷獲得的表象，使形象思維與邏輯思維相配合，從而最終構(gòu)建概念。

四、游戲化的實(shí)驗(yàn)快樂感知

在科學(xué)課中引入游戲，讓學(xué)生在生動(dòng)活潑的氣氛中，在歡樂愉快的活動(dòng)中，在激烈的競賽中，不知不覺地就學(xué)到了科學(xué)知識(shí)，或者懂得了深?yuàn)W的科學(xué)道理，從而在學(xué)生的心靈深處留下深刻的印象。

六年級(jí)上《輪軸的秘密》的教學(xué)中，我安排了“小女生戰(zhàn)勝大力士”這樣一個(gè)游戲活動(dòng)：請班上的一位小女生和一位個(gè)子高大的男生比賽。規(guī)則是：女生手握螺絲刀柄，男生手握螺絲刀的刀桿。老師說開始，兩位同學(xué)同時(shí)向相反的方向旋轉(zhuǎn)，看誰能取勝。結(jié)果手握螺絲刀柄的女生贏了。請這位女同學(xué)來說說取勝的原因。通過游戲活動(dòng)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，對(duì)螺絲刀而言，在刀柄（輪）上用力比在刀桿（軸）上用力省力。

今后的生活和學(xué)習(xí)中如果碰到有關(guān)輪軸問題的時(shí)候，學(xué)生就會(huì)在腦海里浮現(xiàn)出科學(xué)課堂上那個(gè)生動(dòng)的游戲場面。自然而然地從游戲畫面中抽象出了正確的科學(xué)概念：作用在輪上的力比作用在軸上的力省力。

今年上半年，我校與兄弟學(xué)校進(jìn)行校際交流。同事上了一堂五下年級(jí)《空氣的熱脹冷縮》的課?！霸鯓咏忉尶諝獾臒崦浝淇s現(xiàn)象？”這個(gè)環(huán)節(jié)中也設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬空氣微粒運(yùn)動(dòng)的游戲。請一部分同學(xué)扮作空氣微粒，站在中間，另一部分同學(xué)則手拉手繞著“微?！眹梢蝗Γ鳛椤皻馇颉?。當(dāng)“空氣微粒”安靜地挨個(gè)站在中間時(shí)，拉手的同學(xué)需要圍成多大的圈？在地上做好記號(hào)。然后請“空氣微?！眰兪治枳愕富蜃鲃×疫\(yùn)動(dòng)，這時(shí)拉手的同學(xué)需要圍成多大的圈？

這個(gè)“模型”游戲?qū)ⅰ拔⒂^世界”放大，讓學(xué)生們扮演一個(gè)個(gè)空氣分子，模擬空氣分子的熱運(yùn)動(dòng)。把一種看不見、摸不著，但又實(shí)際存在的現(xiàn)象用一種模擬的方法展現(xiàn)在我們眼前。直觀地解釋了自然界熱脹冷縮的現(xiàn)象，同時(shí)也為后續(xù)研究固體熱脹冷縮現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。

【作者單位：杭州市富陽區(qū)環(huán)山鄉(xiāng)中心小學(xué) 浙江】