指向深度理解的科学概念教学

科学课程标准指出，科学观念是在理解科学概念、规律、原理基础上形成的对客观事物的总体认识，其在核心素养目标框架中位于首位。学生的科学观念以概念理解为基础，并在概念内化、概念贯通过程中形成与发展。深度理解科学概念是落实科学课程核心素养目标的必经之路。在《光是怎样传播的》一课教学中（小学科学特级教师执教），学生在自主探究中循证、迁移、解释，加深对现象与本质的认识、实现知识的迁移以及对科学概念的深度理解。

一、锚定概念建构的学习起点

强调知识记忆和重复操作步骤的浅层学习往往导致知识割裂化、碎片化，学生仅仅知道并不代表真正理解，难以形成系统性思考。概念学习与学科知识的逻辑结构相关是螺旋式上升、逐层建构的，学生在进阶建构概念时需经历循证、迁移、解释等阶段的学习，建立知识结构之间的联系，进而在进阶建构概念的过程中发生概念转变，训练科学思维，提升核心素养。

锚定概念建构的学习起点在教学中显得尤为重要。一方面，教师应了解学生是如何学习的，通过调查分析他们的前概念，知道他们的已有经验和认知水平，即明确学习的起点在哪里。另一方面，教师应依据课程标准，梳理出学生在不同学段对于核心概念学习需要达成的目标，再根据教材结构把握核心内容和重难点，串联概念建构的学习逻辑，即学生要到哪里去。

《光是怎样传播的》一课，学生的学习起点在何处？

在科学课程标准中，三四年级学生必做的探究活动包括观察影子形成的原因。在三年级《影子的秘密》一课中，学生通过实验材料即光源、遮挡物、屏产生了影子，并进一步观察到影子有规律的变化，学习改变光源照射的角度、改变木圆柱的摆放，从而制造大小、形状不同的影子。然而对于课程标准所要求的观察影子形成的原因，教学未能充分关注到。在五年级《光是怎样传播的》一课教学中，学生通过整齐排放的卡纸和被移动错位的卡纸，分别观察光能否穿过小孔落在最后面的屏上，他们发现卡纸错位后光无法照射到最终的屏上，以此推测光是沿直线传播的。在对五年级学生进行课后访谈时发现，他们在回答影子究竟是怎样形成的这一问题时，并未说到本质，仅能说出光被遮挡物挡住，所以会出现影子，并不能将光沿直线传播与影子形成之间进行概念贯通，影子形成的原因依然没有得到关注和解决。

因此，教师可以把“影子是怎样形成的"这一问题作为概念建构的起点，使三年级和五年级的教材有效衔接，让学生在深度理解科学概念的过程中将概念内化。

在《光是怎样传播的》课堂教学伊始，教师用手电筒照射小球后询问学生影子将出现在哪个位置，学生头脑中关于三年级曾学过的《影子的秘密》相关记忆被唤醒。学生在推测影子出现的位置时，根据生活经验，认为影子出现在遮挡物的后面，与光源、遮挡物构成一条直线，由此形成假设，即光是沿直线传播的，从而驱动后续探究。

二、优化概念建构的循证素材

学生在概念进阶的过程中通过寻求证据、科学推理逐渐转变概念。通过小组合作学习进人循证环节，让学生在“动手做"的过程中解决问题。教师放手让学生进行探究和实践，引导他们成为学习的主人，从被动接受者转变为主动学习的实践者，这也是他们掌握科学方法、形成科学观念以及树立正确的科学态度、提升科学素养的必然路径。

小组合作学习是以小组为单位、协调各要素展开互动的教学组织形式。高效率的小组合作中，各成员紧密合作，思维碰撞，成员的主动性、创造性能够有效发挥。[2学生在自主设计实验的过程中，寻找丰富、可信、可靠的事实和证据，证明光沿直线传播，实现共性归纳。从论证的角度而言，证据越多则论证越充分，这要求教师为学生提供多种循证素材。证明光沿直线传播的证据有很多，对循证素材的精选与优化至关重要。该课的探究活动，教师共设计5种循证素材，用到的材料非常简单（见表1），但经过巧妙的设计，学生在动手实践的过程中主动思考，借助这些材料解决问题，发展了乐学善学、勇于探究、批判质疑等素养。

熏了烟的空气、滴有牛奶的水、一面磨砂的透明玻璃，使学生分别在气体、液体、固体中观察到光沿直线传播的路径，这是直接证据，有助于他们归纳共性，建构光能在气体、液体、固体中沿直线传播的概念。可以弯曲的吸管和多张打有小孔的卡纸，则为学生提供了反证素材，他们观察到透过笔直的吸管能看到光斑，一旦吸管弯曲后就看不到光斑了，说明光不能沿曲线传播；观察到小孔对齐的卡纸能使光顺利穿过，而移动小孔错位的卡纸则不能，说明光不能沿曲线传播。利用教师提供的正、反论证多种素材，学生自主设计实验，以丰富、可信、可靠的事实和证据，建构光沿直线传播的科学概念。

教师特意给每人一张学习单，每人负责一个实验，轮流设计、完成实验，小组成员共同观察实验现象。在这样的任务驱动下，每个学生都在材料盒中寻找能证明光沿直线传播的证据。学生的思维和观点碰撞，互相启发，提高了循证效率，也让循证过程得以出现多种多样的证据，丰富学生对于光沿直线传播的认识。这实际上也减少了教师对学生的思维限制，给他们自主思考的时间和空间。当学生拿到材料时，各成员一起想办法，寻找更多能证明光沿直线传播的证据。他们并非在教师的指挥下按照一定的步骤完成教师自己的设计，而是真正依靠自己想办法解决探究中的真问题。

三、搭建概念运用的多重支架

科学概念是对自然界的事物本质属性的抽象概括。学生在循证阶段初步建立了光沿直线传播的科学概念，但此时的概念并未巩固、夯实，教师难以看到学生头脑中的概念图像。学以致用是学习的必经之路，搭建多重支架，使学生在运用概念的过程中，将其头脑中的概念视觉化并巩固消化。运用、夯实科学概念，需要做到形式灵活多样、教学设计有梯度，既可以激发学生对科学概念的应用兴趣，又能够提高理解巩固的效果。[3]

概念学习需要借助输出增强效果，通过任务推进概念的应用。以解决问题为导向，学生便有了应用内化的强烈需求，就会更主动地利用概念进行实践。学生曾在四年级时学习过声音的传播方式，知道声音能向各个方向传播。因此，对于光的传播方式，学生容易出现概念错误。在概念应用阶段，师生一次次模拟光从A点传播到B点，不断巩固夯实光沿直线传播的概念。在模拟实验中，教师设计了三个有层次的体验活动。

首先，让学生用尺子模拟光沿直线传播的路线，这对于他们并没有多少难度，因为尺子本身就是笔直的。

然后，让学生用棉线模拟光沿直线传播的路线，此时他们需要将棉线拉直，这是对直线传播概念的直观呈现。

最后，师生戴上贴有"光"字样的帽子扮演光，从A点走到B点。教师将帽子戴在头上，把自己当作一束光，从A点传播到B点，当教师按照波浪形路线行走时，学生立马纠正，并说明由于光是沿直线传播的，所以不能按照曲线行走。随后由学生扮演光，当他从A点朝着B点走的时候，教师站到了他面前，有了以下对话。

教学片段

师：请你传播到B点。

生：传播不到了。

师：为什么传播不到？

生：因为我撞上了一个障碍物！

师：我有办法了，还是得我来模拟，咱们换个位置。

（继续戴上贴有“光”字样的帽子，绕过学生走向B点。）

生：不可以！光是沿直线传播的，光不可能绕过去。

师：如果中间真有一个障碍物，我有没有办法过去呢？

生：没有办法。

师：没有办法过去的原因是什么？

生：因为那个障碍物把光挡住了。

生：因为光只能沿直线传播。

生：如果障碍物是透明玻璃能传播过去，如果不是透明的就传播不过去。

师：你们真厉害！

在三个有层次的体验活动中，教师逐步放手，让学生大胆尝试。用尺子和棉线模拟光沿直线传播，乃至亲自扮演光，每一次的模拟都是对光沿直线传播的应用，学生将头脑中概念视觉化呈现。在应用概念的过程中，学生理解了光不能以曲线的形式传播，不能绕过障碍物传播，进一步明确了光只能沿着直线传播。

游戏体验是一种寓教于乐的学习方式。教师巧妙地将概念的运用与模拟实验、游戏体验融合在一起，充分调动学生的积极性，使他们的参与度和专注度提升，实现了在玩中学、学中用。

四、抵近概念本质的迁移想象

学生在交流分享获得证据的同时，在头脑中逐步建构了光沿直线传播的概念，但是知其然并不意味着知其所以然，他们对于影子形成原因的理解还停留在一知半解、似懂非懂的状态。学生通过小组合作，自主探究循证，说出光是沿直线传播的，借助模拟体验明确光只能沿直线传播，此时，课堂往往已经接近尾声。但是关于影子形成的原因学生是否真正理解其本质呢？

教师回归“小球的影子是怎样形成的"这一问题，引导学生用画一画的方式将头脑中对这一概念的理解可视化表达，促进他们理解光沿着直线传播所蕴含的核心问题与逻辑。学生在画一画的过程中，需要思考因果逻辑，即正是因为光只能沿直线传播，小球挡住了光，其身后便无法被光照到，于是形成了影子（如图1）。

学生想象，如果光能弯曲传播，那么小球的四面八方都将被光照亮，也就不会形成影子了。学生在三年级《影子的秘密》一课的学习中已经知道光遇到小球会产生影子，该课中他们进一步理解形成影子的原因是光只能沿直线传播，对光沿直线传播这一概念有了更深入的理解。小球的影子贯穿整节课，先从现象出发聚焦光沿直线传播，再回归小球影子形成的原因，直抵本质。

随着学生对影子形成原因的深度理解，教师顺势提问请学生想象，跳出地球的视角，畅游宇宙，进一步思考与讨论地球是不是也有影子。学生认识到，太阳就像手电筒，地球就像小球，当太阳光照射到地球的时候，太阳光就被挡住了，这个时候，如果月球跑到了地球的后面，月球上就会形成地球的影子。在一次次质问和追问中，在奇思妙想、胡思乱想中，学生的思考不断向纵深推进，对影子形成原因的理解越来越深刻。

（作者单位：周莉莉，浙江省杭州市临平区文正小学；邵锋星，浙江省杭州市钱塘区景苑小学）

参考文献

[1]邵锋星.在思维与实践深度融合中培育科学核心素养[J]人民教育，2022（Z2）.

[2]刘增泽，潘苏东.指向物理核心素养的思维外显型概念教学探索[J].天津师范大学学报（基础教育版），2023（05）.

[3]周莉莉.从前概念到科学概念：学科素养形成的路径[J].基础教育课程，2024（07）.