论文部分内容阅读
概念在教学中有非常重要的作用，教师抓住概念就不会在授课当中陷入零散的基本事实和基本现象当中，教师就会更多地关注普通知识背后规律性的知识，更容易在教学过程中向学生渗透学科本质，进而促进学生的发展。本文以小学科学的“简单机械”这一主题为例罗列了基本事实和基本现象，归纳出概念，梳理了从基本事实和现象到概念以及到科学主题的逻辑链条。
一、科学主题与科学概念
科学知识领域分为物质科学、生命科学、地球与空间科学等学科。但是我们知道这是人类为了某种方便而化分的，不同学科之间有着密切的联系，我们可以借助一些共性的主题将它们统摄起来。美国加州的科学“框架”提炼了六个科学主题，分别是能量、演化、变化的形式、尺度与结构、稳定性、系统与相互作用。[1]
科学主题是科学中具有统摄性思想的内容，而小学科学课程涉及的知识大多为科学现象和对这些现象的归纳解释。这些现象是基本事实，而对这些事实的归纳解释有一些是表层的，是表象性概念，教师在授课的时候不应该陷入琐碎的基本事实和表象性概念当中，因为对学生来说重要的不是记住这些事实，而是学习这些事实背后蕴含的共性的、有代表性的知识。[2]这些知识具有一定的扩展性和可迁移性，它在地位上低于科学主题，能进一步深化，逐步上升到科学主题，最终上升到哲学层面，影响我们的世界观、情感态度、价值观。这些比一般事实和概念更具有代表性的知识也就是我们说的科学概念。它们之间的上下位关系可以用下图表示。
通过这样逐层的学习，学生获得了一种观念，提升了一种能力。或者说，学生获得的是具有生命力的知识，这种知识不是记忆的，而是能广泛应用的。
二、实例
现以北京版科学教材五年级第五册第三课“简单机械”这一单元为例来分析科学概念。
简单机械这一单元，内容包括杠杆、滑轮、轮轴、斜面、齿轮、简单机械组合。目的是让学生接触简单机械，了解简单机械的作用、原理和特点。
1.事实与表象性概念
事实如下：
（1)杠杆：动力臂大于阻力臂时省力，费距离；动力臂小于阻力臂时费力，省距离。力臂相等时力相等。
（2)滑轮：滑轮是杠杆的变形，定滑轮相当于等臂杠杆，不省力，能改变力的方向。动滑轮相当于动力臂是阻力臂的两倍，可省一半力，距离增加一倍。动滑轮不能改变力的方向。
（3)轮轴：杠杆的变形，轮的半径相当于动力臂、轴的半径相当于阻力臂。轮的半径相对于轴半径越大，越省力，越费距离。
（4)斜面：斜面高度相同的情况下，斜面越长越省力。
（5)齿轮传动：转速越大，扭矩越小；转速越小，扭矩越大。
（6)自行车上的简单机械。自行车变速。
表象性概念：省力杠杆、费力杠杆、杠杆的分类。
2. 本单元的知识上下位关系
（1）能量守恒
本单元一条重要的上下位线索是力与距离的关系。从简单机械是否省力、是否省距离这些基本事实，可以得出简单机械不可能既省力又省距离的结论。这就是功的原理，使用任何机械都不省功。功的原理适用任何机械，无论是杠杆还是斜面或是齿轮。在物理学中，功是力对空间的累积作用。因而不可能既省力又省距离，或者说使用任何机械都不省功。功是能量转化的量度，不省功是能量守恒的表现。因此，科学概念是功的原理，深化为能量守恒，对应科学主题是能量。
（2）转动平衡
从杠杆和杠杆的变形（如滑轮和轮轴）等具体事实可以得出动力和动力臂的乘积等于阻力和阻力臂的乘积这一认识，即杠杆原理或杠杆平衡条件。杠杆平衡是一种转动平衡，也叫力矩平衡。杠杆是定点转动，通常是定轴转动。转动平衡要求力矩矢量和为零，在这里就是杠杆平衡条件。因此，科学概念是杠杆原理，深化为转动平衡，对应科学主题是稳定性。
（3）根据用途来选择使用工具
简单机械可以省力费距离，可以省距离费力，也可以不省力不省距离改变方向。这都有具体实例。简单机械没有好与不好之分，关键要看我们用来做什么。即简单机械的目的是满足我们的用途。因此，科学概念是根据用途来选择使用工具。这是从技术方面来理解知识。其上位观念是技术源于人类的需求和愿望。
三、总结
掌握了功的原理这一科学概念，学生在遇到未知机械，如自行车变速、液压机、汽车换挡变速等情况时就比较容易理解了。掌握了杠杆原理这一科学概念就容易知道，杠杆省力或费力要看力臂，而找力臂关键是找支点。而学生学习了根据用途来选择使用工具这一科学概念就会对技术有更深刻的认识。
教学过程中有一些概念对小学生来说比较难理解，要到初中、高中才学到，比如功的概念、力矩的概念。这时教师不需要急于把这个概念塞给学生，可以用一些方法略作渗透。比如讲功的原理时不能讲功的概念，这就要多强调机械不可能既省力又省距离。再比如讲杠杆原理时，可以转化为使杠杆顺时针旋转的效果与使杠杆逆时针旋转的效果抵消了，杠杆平衡了，这样既可以回避力矩的概念，又联系到了力矩的本质。
如何将科学概念渗透给学生，如何将抽象化为具体，这需要教师创造性的劳动，也是教师价值得以体现之处。
参考文献：
[1]California State Board of Education.Science Framework for California Public Schools: Kindergarten Through Grade Twelve[M]. Development and Supplemental Materials Commission,1990:39.
[2]胡玉华.对生物学核心概念及其内涵的研究[J]. 生物学通报，2011(10)：33-36.
（作者单位：北京教育学院教师教育数理学院）
（责任编辑：林静）
一、科学主题与科学概念
科学知识领域分为物质科学、生命科学、地球与空间科学等学科。但是我们知道这是人类为了某种方便而化分的，不同学科之间有着密切的联系，我们可以借助一些共性的主题将它们统摄起来。美国加州的科学“框架”提炼了六个科学主题，分别是能量、演化、变化的形式、尺度与结构、稳定性、系统与相互作用。[1]
科学主题是科学中具有统摄性思想的内容，而小学科学课程涉及的知识大多为科学现象和对这些现象的归纳解释。这些现象是基本事实，而对这些事实的归纳解释有一些是表层的，是表象性概念，教师在授课的时候不应该陷入琐碎的基本事实和表象性概念当中，因为对学生来说重要的不是记住这些事实，而是学习这些事实背后蕴含的共性的、有代表性的知识。[2]这些知识具有一定的扩展性和可迁移性，它在地位上低于科学主题，能进一步深化，逐步上升到科学主题，最终上升到哲学层面，影响我们的世界观、情感态度、价值观。这些比一般事实和概念更具有代表性的知识也就是我们说的科学概念。它们之间的上下位关系可以用下图表示。
通过这样逐层的学习，学生获得了一种观念，提升了一种能力。或者说，学生获得的是具有生命力的知识，这种知识不是记忆的，而是能广泛应用的。
二、实例
现以北京版科学教材五年级第五册第三课“简单机械”这一单元为例来分析科学概念。
简单机械这一单元，内容包括杠杆、滑轮、轮轴、斜面、齿轮、简单机械组合。目的是让学生接触简单机械，了解简单机械的作用、原理和特点。
1.事实与表象性概念
事实如下：
（1)杠杆：动力臂大于阻力臂时省力，费距离；动力臂小于阻力臂时费力，省距离。力臂相等时力相等。
（2)滑轮：滑轮是杠杆的变形，定滑轮相当于等臂杠杆，不省力，能改变力的方向。动滑轮相当于动力臂是阻力臂的两倍，可省一半力，距离增加一倍。动滑轮不能改变力的方向。
（3)轮轴：杠杆的变形，轮的半径相当于动力臂、轴的半径相当于阻力臂。轮的半径相对于轴半径越大，越省力，越费距离。
（4)斜面：斜面高度相同的情况下，斜面越长越省力。
（5)齿轮传动：转速越大，扭矩越小；转速越小，扭矩越大。
（6)自行车上的简单机械。自行车变速。
表象性概念：省力杠杆、费力杠杆、杠杆的分类。
2. 本单元的知识上下位关系
（1）能量守恒
本单元一条重要的上下位线索是力与距离的关系。从简单机械是否省力、是否省距离这些基本事实，可以得出简单机械不可能既省力又省距离的结论。这就是功的原理，使用任何机械都不省功。功的原理适用任何机械，无论是杠杆还是斜面或是齿轮。在物理学中，功是力对空间的累积作用。因而不可能既省力又省距离，或者说使用任何机械都不省功。功是能量转化的量度，不省功是能量守恒的表现。因此，科学概念是功的原理，深化为能量守恒，对应科学主题是能量。
（2）转动平衡
从杠杆和杠杆的变形（如滑轮和轮轴）等具体事实可以得出动力和动力臂的乘积等于阻力和阻力臂的乘积这一认识，即杠杆原理或杠杆平衡条件。杠杆平衡是一种转动平衡，也叫力矩平衡。杠杆是定点转动，通常是定轴转动。转动平衡要求力矩矢量和为零，在这里就是杠杆平衡条件。因此，科学概念是杠杆原理，深化为转动平衡，对应科学主题是稳定性。
（3）根据用途来选择使用工具
简单机械可以省力费距离，可以省距离费力，也可以不省力不省距离改变方向。这都有具体实例。简单机械没有好与不好之分，关键要看我们用来做什么。即简单机械的目的是满足我们的用途。因此，科学概念是根据用途来选择使用工具。这是从技术方面来理解知识。其上位观念是技术源于人类的需求和愿望。
三、总结
掌握了功的原理这一科学概念，学生在遇到未知机械，如自行车变速、液压机、汽车换挡变速等情况时就比较容易理解了。掌握了杠杆原理这一科学概念就容易知道，杠杆省力或费力要看力臂，而找力臂关键是找支点。而学生学习了根据用途来选择使用工具这一科学概念就会对技术有更深刻的认识。
教学过程中有一些概念对小学生来说比较难理解，要到初中、高中才学到，比如功的概念、力矩的概念。这时教师不需要急于把这个概念塞给学生，可以用一些方法略作渗透。比如讲功的原理时不能讲功的概念，这就要多强调机械不可能既省力又省距离。再比如讲杠杆原理时，可以转化为使杠杆顺时针旋转的效果与使杠杆逆时针旋转的效果抵消了，杠杆平衡了，这样既可以回避力矩的概念，又联系到了力矩的本质。
如何将科学概念渗透给学生，如何将抽象化为具体，这需要教师创造性的劳动，也是教师价值得以体现之处。
参考文献：
[1]California State Board of Education.Science Framework for California Public Schools: Kindergarten Through Grade Twelve[M]. Development and Supplemental Materials Commission,1990:39.
[2]胡玉华.对生物学核心概念及其内涵的研究[J]. 生物学通报，2011(10)：33-36.
（作者单位：北京教育学院教师教育数理学院）
（责任编辑：林静）