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摘 要：科学概念是学生形成科学知识体系的基本单位，是科学知识结构体系形成的基石。本文根据建构主义理论，运用现代新课程理念，从“引发认知冲突”、“创设问题情境”、“运用逻辑推理”三个方面阐述了科学概念建构的方法和过程，达成学生真正理解与掌握概念本质。
关键词：科学概念；建构过程
科学概念（Scientific Concepts）是指组织起来构成的、系统的科学知识。是学生形成科学知识体系的基本单位，是科学知识结构体系形成的基石。当代建构主义认为，知识不是被动吸收的，而是由学生主动建构的。科学概念的形成与自主建构，必须由学生主动参与整个学习过程，重建知识结构。强调学习者的经验，注重以学习者为中心，因此在科学教学过程中如何帮助学生建构科学概念是每一位科学教学工作者必须思考的问题。笔者撰写本文，谈谈个人对科学概念建构的一些看法和建议，希望能为其他科学教师带来一些参考，以此改进教学行为和方法，使学生达到更有效建构科学概念的目的。
1目前科学概念教学中存在的不足
科学概念的重要性是毋庸置疑的，因此教师在平常的教学过程中无不将科学概念的教学放在重点位置，但是由于教学理念的不同造成在概念课的教学过程中侧重点有很大的不同。比如有些教师在教学过程中侧重于概念的记忆和机械训练，轻视概念形成与建构的过程，以致让学生觉得学习科学概念枯燥乏味，同时建立的科学概念也比较薄弱，容易随时间、情境的改变，对概念的理解发生偏差。有些教师在引入新概念时没有给学生足够的铺垫，即对引入该概念的必要性没有足够的感性认识，导致一部分学生只能靠死记概念的内容或者公式，拿到题目时只能靠生搬硬套，若题目稍有改变时就无从下手。
例如：在一次教研活动中一位教师的公开课《能量转化的量度》（九年级上第三章第二节），笔者认为在“功”概念的引入、“什么是做功情形”、“做功公式”三个环节没有从学生建构科学概念的角度去设计，导致整堂课看起來热热闹闹，但学生对功这个概念的建构效果却不尽人意。下面就是这堂课的两个片断：
片断1：什么是做功的情形
视频展示：国庆60周年天安门阅兵式
师：刚才的视频中同学们看到的“团结柱”吊装和“核导弹车”驶过有何共同点？它们都受到什么力作用，向哪个方向运动？
生：团结柱是竖直向上运动的，受到拉力和重力作用。核导弹车是向前运动的，受到重力支持力摩擦
力和牵引力的作用。
师：是什么力使团结柱向上运动的？运动方向呢？
生：拉力方向向上，运动方向也向上。
师：核导弹车呢？
生：牵引力向前，运动方向也向前。
师：我们说这种情形就是做功了。
片断2：功公式的得出
师：刚才同学们已经知道做功的两个必要因素了，那么你知道功的大小和哪些因素有关呢？
生：应该是跟力的大小和运动距离大小有关。
师：你觉得功的大小跟力和距离是什么关系？
生：应该是成正比关系。
师：非常好！完全正确！所以科学上规定：功=力×距离。
该教师在得到“功”、“做功的情形”以及“功的公式”时都是直接得出的，没有进行过概念的建构过程，这就是传统概念教学中存在的弊端：重“知识”轻“过程”。采用这种教学方式后只能运用“题海战术”通过大量做题来弥补对概念理解的缺失，此种做法费时费力且学生的思维能力没有得到任何培养，学生的学习能力不能可持续发展。那么科学概念应该怎样来建构呢？
2科学概念建构的方法
2.1引发认知冲突，开启概念建构之门
认知冲突是指人在原有的观念与新经验之间出现对立性矛盾。一旦引发这种认知冲突，就会引起学生认知心理的不平衡，就能激起学生的求知欲和好奇心。因此，教师在科学概念的教学过程中就要设计一系列的问题和实验，来引发学生的认知冲突，并以此为契机实现科学概念的建构。
例如：在一次教研时笔者听到《物质在水中的溶解》（八年级上第一章第七节）一课是這样设计的：
本课就是围绕建构“饱和溶液”概念这条主线，通过活动1引发了学生的认知冲突（两支试管中硝酸钾晶体溶解速度为什么不同？），然后通过讨论使认知重新建立平衡（原来A组本来就是饱和溶液），从而初步建构了饱和溶液的概念。通过活动2认知平衡又被打破，又引发了学生新的认知冲突，刚刚建构的饱和溶液概念显然不够完善，于是在实验和讨论中再一次建构了饱和溶液概念。在教师的追问和少数学生的发言中，又一次引发了学生的认知冲突，通过活动3最后建构了饱和溶液的概念。因此在概念课的教学中，教师可以通过问题和实验来引发学生的认知冲突，学生就会迫不及待地想重新建立认知平衡，从而实现了科学概念的建构。
引发认知冲突的方法适合于这样一类概念，即学生对此有一定的前概念，譬如：在学“电磁感应”前教师可以这样说：前面我们已经知道电可以生磁，那磁能生电吗？就引发了学生的认知冲突，从而开始建构电磁感应的概念。
2.2创设问题情境，提供概念建构载体
若要使学生主动建构科学概念，就要使学生处在一个问题情境中，以问题为载体，在解决一个个问题中逐渐建构科学概念。同时，解决问题的过程中又是运用科学概念的过程，不但可以检验科学概念掌握情况还可以加深对科学概念的理解。因为，只有通过运用，学生才能掌握科学概念；同时，在运用过程中对科学概念理解上的缺陷才能暴露出来，以便进一步加深学生对科学概念的理解。在建构比较复杂的概念时教师的引导特别重要，要以“问题链”的形式将相关内容有机地串联在一起，将大难点化成一系列有内置联系的小问题，然后引导学生积极参与。
例如：在学习《光合作用》（八年级下第二章第五节）一课中，要验证光合作用的条件是“光照”，产物是“淀粉”，教师可以设计如下“问题链”（右侧为学生讨论后得出的解决方案）： 在完成问题二后，教师就让学生先总结出一个初步的方案：①遮光；②光照；③碘液染色。
让学生来对这个方案进行评价，马上有学生提出：叶片上原来有淀粉怎么办？于是又依次引出后面三个问题，在解决后面三个问题后，再次总结得出实验方案：①暗处理；②遮光；③光照；④脱色；⑤漂洗；⑥碘液染色。最后，根据实验方案利用所需的器材完成实验。
在验证光合作用需要二氧化碳、水，产物是氧气的实验方案设计过程中，教师可以让学生模仿上述实验的设计过程，通过改变其中某个变量的控制实现整个实验方案的设计。
本课是以问题情境为载体，以设计实验的形式达到建构“光合作用”概念的目的，学生在解决一个个问题的过程中，一步步地建构起概念，并且运用刚刚建构的概念去解决问题达到巩固概念之目的。在学习“浮力”知识时，也可以运用上述方法实现概念的建构。
2.3运用逻辑推理，突出概念建构过程
有些科学概念比较抽象，无法通过创设一个情境或设计几个探究实验就能建构起来的，必须通过严密的逻辑推理，在推理的过程中让学生逐渐感知：新概念引入的必要性；概念建构的过程；概念的内涵和外延。
例如：在听了上述那位老师的《能量转化的量度》后，本人进行了反思并对该课的教学设计进行了改进，在一次接待课中，笔者是这样设计的：
片断1：新课的引入
师：同学们，我们来做一个游戏“声东击西”，就是你们用手托着书，我说向上，你们就向下托书，我说向下，你们就向上托书，向左、向右以此类推。（师生游戏）
师：刚才同学们向上托起书，消耗了什么能量？
生：化学能。
师：书的能量怎么变？
生：书的势能增加了。
师：能量怎么转化？
生：化学能转化成机械能（势能）。
师：到底有多少化学能转化成机械能？我们有什么方法来量度能量的转化多少？
生：不知道。
师：为此科学上引入“功”这个概念来量度能量转化的多少，如果知道做功的多少就能知道有多少能量转化过去。
片斷2：什么是做功的情形
师：要想知道做功多少，就必须先知道什么情况下做了功。让我们先来看这几个动作（如下表），完成这张表格，请一位同学上台表演各个动作，由台下同学分析完成表格内容。（学生上台表演动作，台下学生分析并填表格）
师：我们发现1、2两次椅子的能量增加了，说明人的化学能转化成了椅子的机械能，转化了多少能量可以用功来量度，因此我们就说1、2两次，人对椅子做了功，3、4两次人没有对椅子做功。
片断3：功公式的得出
师：能量转化了多少可以用功来量度，可是功等于什么？用什么来计算功呢？下面让我们来进行一下“思想实验”。
（笔者注：此处的“思想实验”并不是指在现实中无法做到的实验，而是没有做实验仅是让学生在头脑里进行理性的推理。）
生：我认为第2次是第1次的3倍。
师：为什么？
生：因为1、2两次力的大小都一样，第2次的距离是第1次的3倍，所以砖块获得的能量也是3倍。
师：请用科学语言再来表述一下，砖块获得的能量与什么有关？成什么比例？
生：当力的大小相同时，砖块获得的能量多少与距离有关而且是成正比。
师：第1次和第3次比较呢？
生：第3次也是第1次的3倍，因為距离相同，第3次的力是第1次的3倍。
师：模仿刚才那位同学的表述方法，你也来说一说。
生：当距离相同时，砖块获得的能量多少与力的大小有关且成正比。
师：那么第2次和第3次比较呢？
生：一样大。
师：为什么？
生：因为第2次的力是第3次的1/3，而距离却是第3次的3倍，所以我认为两者是一样大的。
师：天才啊！你们已经创造了计算功的方法了，也就是拿力和距离相乘就等于功。科学家也是这么想的。科学上规定：功=力×距离
在概念的建构过程中，教师采用游戏和一串问题链，使学生在形成概念之前获得丰富的感性材料，并让学生认识到引入此概念的必要性，如：“为了知道有多少化学能转化成机械能，我们引入‘功’这个概念，用它来量度能量转化的多少”使学生的认识由感性上升到理性。在“什么是做功的情形”这一环节的探究中，原来的教学设计仅仅是通过对“团结柱的吊起”、“核弹车的前进”两个情形的受力情况和通过的距离方向进行比较，得出这两种情况就是做功。而改进后的设计，则是让学生从“托椅子”、“推椅子”两个动作中椅子能量变化的角度，去分析得出做功的情况，进而得到做功的两个必要因素。因为“功”是能量转化的量度，所以，从能量转化角度去分析有没有“做功”，更符合学生思维的顺序和概念建构的过程。在“功公式”得出的环节中，是通过一个“思想实验”，让学生在实验当中真切感受到功的大小确实跟力的大小和距离大小成正比，得出“功的公式”就水到渠成了。
运用逻辑推理来建构科学概念适合于这样一类概念，它们的引入或建构过程是基于严密的逻辑推理得出的。譬如在“呼吸运动”中“膈肌”和“肋间外肌”的运动情况就可以用这种方式来建构的：吸气←肺内气压小于大气压←胸腔容积扩大←肋骨和胸骨向上向外运动←肋间外肌、膈肌收缩；呼气则反之。这种从结果逆推出原因的方法使学生根本无需死记硬背，就建构起了概念。因此在科学概念的教学中应注重概念形成过程的教学，让学生沿着前人思维活动的足迹去重演知识的产生与发展过程，从中发现、体验、掌握形成概念的方法和学习科学思维的方法，在概念的形成过程中培养学生的思维能力，使学生学会学习。
3总结
科学概念的教学要注重概念建构过程的教学，教师尽量去创设一定的情境引发学生的认知冲突，从而开启概念建构之门，或者创设问题情境，让学生在解决一个个问题中，既建构了概念，又运用概念去解决问题，达到巩固概念的目的，还可以运用推理的方法，让学生在推理过程中自主建构起科学概念，在活动中提升学生的思维，帮助学生真正建构起科学概念。
参考文献：
[1]韦钰，[加]P.Rowell.探究式科学教育教学指导[M].北京：教育科学出版社，2005.
[2]郁波.关注科学概念[R].昆明：教科版小学科学教材培训，2006.
[3]张红霞.中小学科学教师新课程培训教材：科学究竟是什么[M].北京：科学教育出版社，2003.
关键词：科学概念；建构过程
科学概念（Scientific Concepts）是指组织起来构成的、系统的科学知识。是学生形成科学知识体系的基本单位，是科学知识结构体系形成的基石。当代建构主义认为，知识不是被动吸收的，而是由学生主动建构的。科学概念的形成与自主建构，必须由学生主动参与整个学习过程，重建知识结构。强调学习者的经验，注重以学习者为中心，因此在科学教学过程中如何帮助学生建构科学概念是每一位科学教学工作者必须思考的问题。笔者撰写本文，谈谈个人对科学概念建构的一些看法和建议，希望能为其他科学教师带来一些参考，以此改进教学行为和方法，使学生达到更有效建构科学概念的目的。
1目前科学概念教学中存在的不足
科学概念的重要性是毋庸置疑的，因此教师在平常的教学过程中无不将科学概念的教学放在重点位置，但是由于教学理念的不同造成在概念课的教学过程中侧重点有很大的不同。比如有些教师在教学过程中侧重于概念的记忆和机械训练，轻视概念形成与建构的过程，以致让学生觉得学习科学概念枯燥乏味，同时建立的科学概念也比较薄弱，容易随时间、情境的改变，对概念的理解发生偏差。有些教师在引入新概念时没有给学生足够的铺垫，即对引入该概念的必要性没有足够的感性认识，导致一部分学生只能靠死记概念的内容或者公式，拿到题目时只能靠生搬硬套，若题目稍有改变时就无从下手。
例如：在一次教研活动中一位教师的公开课《能量转化的量度》（九年级上第三章第二节），笔者认为在“功”概念的引入、“什么是做功情形”、“做功公式”三个环节没有从学生建构科学概念的角度去设计，导致整堂课看起來热热闹闹，但学生对功这个概念的建构效果却不尽人意。下面就是这堂课的两个片断：
片断1：什么是做功的情形
视频展示：国庆60周年天安门阅兵式
师：刚才的视频中同学们看到的“团结柱”吊装和“核导弹车”驶过有何共同点？它们都受到什么力作用，向哪个方向运动？
生：团结柱是竖直向上运动的，受到拉力和重力作用。核导弹车是向前运动的，受到重力支持力摩擦
力和牵引力的作用。
师：是什么力使团结柱向上运动的？运动方向呢？
生：拉力方向向上，运动方向也向上。
师：核导弹车呢？
生：牵引力向前，运动方向也向前。
师：我们说这种情形就是做功了。
片断2：功公式的得出
师：刚才同学们已经知道做功的两个必要因素了，那么你知道功的大小和哪些因素有关呢？
生：应该是跟力的大小和运动距离大小有关。
师：你觉得功的大小跟力和距离是什么关系？
生：应该是成正比关系。
师：非常好！完全正确！所以科学上规定：功=力×距离。
该教师在得到“功”、“做功的情形”以及“功的公式”时都是直接得出的，没有进行过概念的建构过程，这就是传统概念教学中存在的弊端：重“知识”轻“过程”。采用这种教学方式后只能运用“题海战术”通过大量做题来弥补对概念理解的缺失，此种做法费时费力且学生的思维能力没有得到任何培养，学生的学习能力不能可持续发展。那么科学概念应该怎样来建构呢？
2科学概念建构的方法
2.1引发认知冲突，开启概念建构之门
认知冲突是指人在原有的观念与新经验之间出现对立性矛盾。一旦引发这种认知冲突，就会引起学生认知心理的不平衡，就能激起学生的求知欲和好奇心。因此，教师在科学概念的教学过程中就要设计一系列的问题和实验，来引发学生的认知冲突，并以此为契机实现科学概念的建构。
例如：在一次教研时笔者听到《物质在水中的溶解》（八年级上第一章第七节）一课是這样设计的：
本课就是围绕建构“饱和溶液”概念这条主线，通过活动1引发了学生的认知冲突（两支试管中硝酸钾晶体溶解速度为什么不同？），然后通过讨论使认知重新建立平衡（原来A组本来就是饱和溶液），从而初步建构了饱和溶液的概念。通过活动2认知平衡又被打破，又引发了学生新的认知冲突，刚刚建构的饱和溶液概念显然不够完善，于是在实验和讨论中再一次建构了饱和溶液概念。在教师的追问和少数学生的发言中，又一次引发了学生的认知冲突，通过活动3最后建构了饱和溶液的概念。因此在概念课的教学中，教师可以通过问题和实验来引发学生的认知冲突，学生就会迫不及待地想重新建立认知平衡，从而实现了科学概念的建构。
引发认知冲突的方法适合于这样一类概念，即学生对此有一定的前概念，譬如：在学“电磁感应”前教师可以这样说：前面我们已经知道电可以生磁，那磁能生电吗？就引发了学生的认知冲突，从而开始建构电磁感应的概念。
2.2创设问题情境，提供概念建构载体
若要使学生主动建构科学概念，就要使学生处在一个问题情境中，以问题为载体，在解决一个个问题中逐渐建构科学概念。同时，解决问题的过程中又是运用科学概念的过程，不但可以检验科学概念掌握情况还可以加深对科学概念的理解。因为，只有通过运用，学生才能掌握科学概念；同时，在运用过程中对科学概念理解上的缺陷才能暴露出来，以便进一步加深学生对科学概念的理解。在建构比较复杂的概念时教师的引导特别重要，要以“问题链”的形式将相关内容有机地串联在一起，将大难点化成一系列有内置联系的小问题，然后引导学生积极参与。
例如：在学习《光合作用》（八年级下第二章第五节）一课中，要验证光合作用的条件是“光照”，产物是“淀粉”，教师可以设计如下“问题链”（右侧为学生讨论后得出的解决方案）： 在完成问题二后，教师就让学生先总结出一个初步的方案：①遮光；②光照；③碘液染色。
让学生来对这个方案进行评价，马上有学生提出：叶片上原来有淀粉怎么办？于是又依次引出后面三个问题，在解决后面三个问题后，再次总结得出实验方案：①暗处理；②遮光；③光照；④脱色；⑤漂洗；⑥碘液染色。最后，根据实验方案利用所需的器材完成实验。
在验证光合作用需要二氧化碳、水，产物是氧气的实验方案设计过程中，教师可以让学生模仿上述实验的设计过程，通过改变其中某个变量的控制实现整个实验方案的设计。
本课是以问题情境为载体，以设计实验的形式达到建构“光合作用”概念的目的，学生在解决一个个问题的过程中，一步步地建构起概念，并且运用刚刚建构的概念去解决问题达到巩固概念之目的。在学习“浮力”知识时，也可以运用上述方法实现概念的建构。
2.3运用逻辑推理，突出概念建构过程
有些科学概念比较抽象，无法通过创设一个情境或设计几个探究实验就能建构起来的，必须通过严密的逻辑推理，在推理的过程中让学生逐渐感知：新概念引入的必要性；概念建构的过程；概念的内涵和外延。
例如：在听了上述那位老师的《能量转化的量度》后，本人进行了反思并对该课的教学设计进行了改进，在一次接待课中，笔者是这样设计的：
片断1：新课的引入
师：同学们，我们来做一个游戏“声东击西”，就是你们用手托着书，我说向上，你们就向下托书，我说向下，你们就向上托书，向左、向右以此类推。（师生游戏）
师：刚才同学们向上托起书，消耗了什么能量？
生：化学能。
师：书的能量怎么变？
生：书的势能增加了。
师：能量怎么转化？
生：化学能转化成机械能（势能）。
师：到底有多少化学能转化成机械能？我们有什么方法来量度能量的转化多少？
生：不知道。
师：为此科学上引入“功”这个概念来量度能量转化的多少，如果知道做功的多少就能知道有多少能量转化过去。
片斷2：什么是做功的情形
师：要想知道做功多少，就必须先知道什么情况下做了功。让我们先来看这几个动作（如下表），完成这张表格，请一位同学上台表演各个动作，由台下同学分析完成表格内容。（学生上台表演动作，台下学生分析并填表格）
师：我们发现1、2两次椅子的能量增加了，说明人的化学能转化成了椅子的机械能，转化了多少能量可以用功来量度，因此我们就说1、2两次，人对椅子做了功，3、4两次人没有对椅子做功。
片断3：功公式的得出
师：能量转化了多少可以用功来量度，可是功等于什么？用什么来计算功呢？下面让我们来进行一下“思想实验”。
（笔者注：此处的“思想实验”并不是指在现实中无法做到的实验，而是没有做实验仅是让学生在头脑里进行理性的推理。）
生：我认为第2次是第1次的3倍。
师：为什么？
生：因为1、2两次力的大小都一样，第2次的距离是第1次的3倍，所以砖块获得的能量也是3倍。
师：请用科学语言再来表述一下，砖块获得的能量与什么有关？成什么比例？
生：当力的大小相同时，砖块获得的能量多少与距离有关而且是成正比。
师：第1次和第3次比较呢？
生：第3次也是第1次的3倍，因為距离相同，第3次的力是第1次的3倍。
师：模仿刚才那位同学的表述方法，你也来说一说。
生：当距离相同时，砖块获得的能量多少与力的大小有关且成正比。
师：那么第2次和第3次比较呢？
生：一样大。
师：为什么？
生：因为第2次的力是第3次的1/3，而距离却是第3次的3倍，所以我认为两者是一样大的。
师：天才啊！你们已经创造了计算功的方法了，也就是拿力和距离相乘就等于功。科学家也是这么想的。科学上规定：功=力×距离
在概念的建构过程中，教师采用游戏和一串问题链，使学生在形成概念之前获得丰富的感性材料，并让学生认识到引入此概念的必要性，如：“为了知道有多少化学能转化成机械能，我们引入‘功’这个概念，用它来量度能量转化的多少”使学生的认识由感性上升到理性。在“什么是做功的情形”这一环节的探究中，原来的教学设计仅仅是通过对“团结柱的吊起”、“核弹车的前进”两个情形的受力情况和通过的距离方向进行比较，得出这两种情况就是做功。而改进后的设计，则是让学生从“托椅子”、“推椅子”两个动作中椅子能量变化的角度，去分析得出做功的情况，进而得到做功的两个必要因素。因为“功”是能量转化的量度，所以，从能量转化角度去分析有没有“做功”，更符合学生思维的顺序和概念建构的过程。在“功公式”得出的环节中，是通过一个“思想实验”，让学生在实验当中真切感受到功的大小确实跟力的大小和距离大小成正比，得出“功的公式”就水到渠成了。
运用逻辑推理来建构科学概念适合于这样一类概念，它们的引入或建构过程是基于严密的逻辑推理得出的。譬如在“呼吸运动”中“膈肌”和“肋间外肌”的运动情况就可以用这种方式来建构的：吸气←肺内气压小于大气压←胸腔容积扩大←肋骨和胸骨向上向外运动←肋间外肌、膈肌收缩；呼气则反之。这种从结果逆推出原因的方法使学生根本无需死记硬背，就建构起了概念。因此在科学概念的教学中应注重概念形成过程的教学，让学生沿着前人思维活动的足迹去重演知识的产生与发展过程，从中发现、体验、掌握形成概念的方法和学习科学思维的方法，在概念的形成过程中培养学生的思维能力，使学生学会学习。
3总结
科学概念的教学要注重概念建构过程的教学，教师尽量去创设一定的情境引发学生的认知冲突，从而开启概念建构之门，或者创设问题情境，让学生在解决一个个问题中，既建构了概念，又运用概念去解决问题，达到巩固概念的目的，还可以运用推理的方法，让学生在推理过程中自主建构起科学概念，在活动中提升学生的思维，帮助学生真正建构起科学概念。
参考文献：
[1]韦钰，[加]P.Rowell.探究式科学教育教学指导[M].北京：教育科学出版社，2005.
[2]郁波.关注科学概念[R].昆明：教科版小学科学教材培训，2006.
[3]张红霞.中小学科学教师新课程培训教材：科学究竟是什么[M].北京：科学教育出版社，2003.