小学科学运用前概念优化小学科学课堂教学的实践研究结题报告

运用前概念优化小学科学课堂教学的实践研究结题报告市镇中心小学 内容提要概念是人们对事物本质的认识，逻辑思维的最基本单元和形式。本文中的“前概念”是相对于小学科学课程中新的科学概念而言的，是在学生学习新概念之前已经存在的一些零碎或完整的、正确或不正确的概念，这些前概念主要来源于学生的生活经验和课本知识。我们教师要让学生在前概念的基础上，通过简单的思维加工，产生学生自己的解释或理解，从而实现知识迁移，重新形成一个新的概念。然而在现实中，部分教师并没有对学生的“前概念”引起足够的重视，把教学设计建立在学生“零认识”的基础上，使学生的知识迁移没有基础，新概念的形成困难。结果导致学生学习新知识毫无兴趣，课堂气氛死气沉沉，学习新知识的效率低，且掌握不够牢固；使学生的思维和认知得不到充分发展。这样不仅浪费了宝贵的教学时间，而且长此以往会使学生对学习科学产生抵触的情绪。因此，调查和研究小学生的前概念水平，对提高课堂教学的有效性必将产生重大的作用。 此项研究从调查学生的前概念入手，来了解学生的前概念现状和现有课堂的教学现状，通过对调查结果的分析与研究，进行前概念与优化课堂教学的研究，最后形成实验结论，并进行推广。本课题主要研究小学生的前概念与优化课堂教学之间的一些联系， 还有很多诸如前概念的形成要素、前概念的负迁移等内容不在本课题的研究范围之内，以后会进一步深入研究的。 目 录一、背景及意义（一）前概念的提出1（二）前概念对当前科学课堂教学的影响1二、课题中关键性概念的界定 2三、课题研究目标 3四、课题研究内容 3五、理论依据 3 六、前概念与课堂教学调查（一）学生前概念调查 5（二）小学科学课堂教学调查 10七、运用前概念优化课堂教学的实践研究（一）前概念与问题设计的实践研究14（二）前概念与知识迁移的实践研究15（三）前概念与教材处理的实践研究16（四）前概念与材料准备的实践研究17（五）前概念与教学难点的实验研究19八、研究成果（一）课堂的教学效率大幅提高1 了解前概念，设计课堂提问192 激活前概念，促进知识迁移193 依据前概念，调整教材结构194 找准前概念，突破教学难点195 利用前概念，准备实验材料19（二）学生的科学素养全面提升1 科学概念的掌握212 科学思维的发展223 探究能力的培养224 科学兴趣的提升23（三）教师的教学能力充分发展 1. 理论水平的提高242. 实践能力的发展26九、思考与展望 27 课题研究过程记录 29 附件：一、发表或获奖论文案例原件二、论文案例获奖证书复印件三、教师获奖及公开课证书复印件四、部分学生调查表等相关资料利用前概念优化科学课堂教学的实践研究一、背景及意义（一）前概念的提出现在的学生生活在高速发展的信息化时代，每时每刻都在接收着来自不同渠道的大量信息。这些信息直接或间接地丰富了学生的认知世界，充实了学生的头脑。这些信息的储备及生活经验的沉淀，无形中形成了许多不同形式的关于科学的前概念。这些前概念在一定的时期内主导着学生的思维和行动，对学生的学习起着很重要的作用，一些新概念的形成往往建立在这些前概念的基础之上。教师是让学生在前概念的基础上，通过简单的思维加工，产生学生自己的解释或理解，重新形成一个新的概念，从而实现知识迁移。然而在现实中，部分教师并没有对学生的“前概念”引起足够的重视，把教学设计建立在学生“零认识”的基础上，使学生的知识迁移没有基础，使新概念的形成困难。结果导致学生学习科学无兴趣，课堂气氛沉闷，学习效率低下，且掌握不够牢固；学生的思维和认知得不到充分发展。这样不仅浪费了宝贵的教学时间，而且长此以往会使学生对学习科学产生抵触的情绪。因此，调查和研究小学生的前概念水平，对提高课堂教学的有效性必将产生重大的作用。国外对学生的前概念研究已经形成了自己的科学前概念资料库，但是由于不同国家儿童的生活经验和所受教育不同，所以科学前概念的内容也不同，对成果没有直接借鉴的意义。（二）前概念对当前科学课堂教学的影响建构主义的学习观认为：世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予意义却是由每个人自己决定的。我们是以自己的经验为基础来建构现实，或者说是在解释现实。每个人的经验世界是用我们自己的头脑创建的，由于我们的经验以及对经验的信念不同，于是我们对外部世界的理解便也迥异。所以，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的。所以，学生的学习过程是应该根据自己的经验基础进行建构，每个学生都是以原有的经验为基础，重新进行信息编码来建构自己的理解，学习包含着由于新旧经验冲突引发的概念转变。因此，关注和重视学生的前概念，并科学地利用这些前概念，在现在的教学中显得十分重要了。教师通过各种途径来了解学生的前概念，了解学生已有知识储备的水平，并结合学生的认知水平和心智发展水平，来指导教师合理设计教学过程，让学生的学习过程变成由内向外、发自内心的需求。在这种内心需求的驱动下，学生才会主动去学，乐意去学，提高学生的学习效率，同时也使科学课充满魅力！调查和研究小学生的前概念水平，及现有科学课堂教学现状，并进行相互优化的研究，对提高课堂教学的有效性必将产生重大的作用。二、课题中的关键性概念的界定“概念”一词，在字典中的解释是：思维的基本形式之一，反映客观事物一般的、本质的特征。人类在认识过程中，把所感觉到的事物的共同特点抽出来，加以概括，就成为概念。从心理学的角度来讲，概念是人们对事物本质的认识，是逻辑思维的最基本单元和形式，概念的最基本的特征是抽象性和概括性。学生在接受正式的科学课之前，在他们头脑里就已经有了某种解释方案、常识理论、信仰原则和以日常经验为基础的天真的世界观以及直觉知识。因为学生出生后就开始了探索环境、适应环境的活动，在社会环境的影响下，并与他们的语言发展相关联，他们试图弄懂周围发生的事情，在这种活动中儿童形成了丰富的经验，但他们还没有准确的科学术语和概念。即使有些问题他们从没有触及过，还没有形成可借鉴的经验，但是一旦新问题出现在他们面前时，他们往往可以基于过去的经验，依据他们的认知能力，对新问题给以解释或提出假设，所以前概念影响着学生的生活。本文中的“前概念”是相对于小学科学课程中新的科学概念而言的，是在学生学习新概念之前已经存在的一些零碎或完整的、正确或不正确的概念，这些前概念主要来源于学生的生活经验。三、课题预期目标（一）通过调查等手段来收集信息，了解学生前概念的现状。（二）通过调查等手段来收集信息，了解小学科学课堂教学现状。（三）通过分析、比较等科学研究方法，对以上调查形成有一定价值的成果。（四）通过整理分析，得出前概念与课堂教学的联系，并应用于实际的课堂教学之中，提高课堂教学的有效性，形成运用前概念优化科学课堂教学的方法体统。（五）通过实验来提高学生的科学素养和教师的执教水平。四、课题研究内容（一）精心设计学生前概念现状的调查表，并实施调查；整理和分析学生关于小学科学的前概念现状。（二）通过调查、访谈等手段，整理分析当前科学课堂与学生前概念之间的联系，并得出有价值的结论。（三）用已得出的“学生前概念与课堂教学联系”结论，进行优化课堂教学的实践。（四）总结分析实验成果。五、理论依据（一）建构主义学习理论1. 建构主义的知识观。 知识不是对现实的纯粹客观的反映，任何一种承载知识的符号系统也不是绝对真实的表征。它只不过是人们对客观世界的一种解释、假设或假说，它不是问题的最终答案，它必将随着人们认识程度的深入而不断地变革、升华和改写，出现新的解释和假设。在具体的问题解决中，知识是不可能一用就准，一用就灵的，而是需要针对具体问题的情境对原有知识进行再加工和再创造。 知识不可能以实体的形式存在于个体之外，尽管通过语言赋予了知识一定的外在形式，并且获得了较为普通的认同，但这并不意味着学习者对这种知识有同样的理解。真正的理解只能由学习者自身基于自己的经验背景而建构起来，取决于特定情境下的学习活动过程。否则，就不叫理解，而是叫死记硬背或生吞活剥，是被动的复制式的学习。2. 建构主义的学习观。当代建构主义者主张，世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予意义却是由每个人自己决定的。我们是以自己的经验为基础来建构现实，或者至少说是在解释现实，每个人的经验世界是用我们自己的头脑创建的，由于我们的经验以及对经验的信念不同，于是我们对外部世界的理解便也迥异。所以，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的。 学习过程同时包含两方面的建构：一方面是对新信息的意义的建构，同时又包含对原有经验的改造和重组。这与皮亚杰关于通过同化与顺应而实现的双向建构的过程是一致的。3. 建构主义的教学观。 教师不单是知识的呈现者，不是知识权威的象征，而应该重视学生自己对各种现象的理解，倾听他们时下的看法，思考他们这些想法的由来，并以此为据，引导学生丰富或调整自己的解释。教学应在教师指导下以学习者为中心，当然强调学习者的主体作用，也不能忽视教师的主导作用。教师的作用从传统的传递知识的权威转变为学生学习的辅导者，成为学生学习的高级伙伴或合作者。教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的提供者和灌输者。学生是学习信息加工的主体，是意义建构的主动者，而不是知识的被动接收者和被灌输的对象。（二）科学课程标准(3-6年级)科学课程标准(3-6年级)中指出，科学课程最基本的特点是从儿童身边的自然事物开始学习活动，以形成对自然进行探究的态度、技能和获取关于自然的知识。重视学生的学习基础、从生活经历中提出的鲜活问题以及教学与周围环境的和谐，要能够根据这些情况适当地调整、补充教学计划和教材内容。这样的要求，给了科学教师很大的自主空间。六、前概念与课堂教学调查（一）前概念调查 学生的前概念具有隐蔽性，一般不容易表现出来，要掌握学生的前概念现状，需要通过科学的方法才能实现。本次实验中，主要采用问卷调查法，同时也用访谈法、课堂追问法、学生作品反馈法（如让学生写观察日记）等方法辅助实验。 1. 编制调查表问卷调查是信息收集的一种有效手段，关键在于调查表的设计，设计的质量直接影响调查的价值。我们在设计调查表之前先一起学习儿童心理学、统计学等知识，最大限度提高调查信息的信度和效度。1) 调查表编制的依据我们根据教科版小学科学教材的内容，并观察和留意学生的一般生活规律，设计与教材内容有密切联系的调查内容。2) 调查表样表表1 三年级上册第一单元单元调查表 1. 请你说出几种生活中见过的植物。2. 请你描述一下其中的一种植物的形状。3. 我们见过很多的植物，请说出这些植物都有哪些相同点？表2 四年级下册第一单元调查表1. 给你电池、导线、小灯泡，你能接亮小灯泡吗？2. 导线一般用什么材料做成的？3. 你认为哪些材料可以做导线？为什么？4. 哪些材料不能做导线？为什么？5. 如果小灯泡不亮，可能什么地方出了故障？表3 六年级上册第二单元调查表1. 我们要做一个桥面，你认为_比较合适。A.拱形 B.平面 C.凹形2. 斜拉索桥的拉索主要的功能是_。 A.美观 B.连接线 C.固定桥面3. 瓦楞纸的形状主要作用是 _。A.增加厚度 B.增加承受力 C.增加透气性4. 建筑物中的梁，_比较坚固。 A.又宽又厚 B.又窄又厚 C.又宽又薄2调查的实施1) 选择样本镇中心小学，三至六年级的部分学生。每个年段的一班为对照班，二班为实验班。如果实验成功，年段中的其他班级作为我们实验成果的推广班级。2) 调查时间按照正常的教学进度，在每单元或每节课之前进行问卷调查。3. 调查结果与分析我们对三至六年级的部分学生进行了问卷调查，下面列举四年级上册溶解单元的调查进行分析，调查对象为四（2）班第二小组10人。表4 四年级上册溶解单元的调查表调查内容调查结果结果分析生活中见过哪些溶解现象？5种以上3种以上2种以上学生拥有丰富的关于溶解现象的前概念，但需要教师来激活。3人7人10人液体和气体有溶解现象吗？有没有学生的前概念有一定的模糊性。9人1人你认为溶解的快慢可以改变吗？举例说明。都认为可以改变溶解速度举出3个以上例子举出5个以上例子学生有很多关于改变溶解速度的生活经验。10人6人面粉在水中会溶解吗？会溶解不会溶解学生对生活中看到的现象根深蒂固，很难改变。10人0人可以把盐水中的盐分离出来吗？可以分离不可分离学生的前概念不是完全正确的。9人1人 通过对调查表的精心设计和繁琐的调查工作，并对调查结果进行筛选整理、仔细分析，形成了有价值的调查结论。1) 前概念现状前概念的丰富性小学生从出生到现在已经有了十多年的生活经验，接触到了很多的科学现象，因而在学生的头脑中无意识地形成了很多关于科学的前概念，但这些前概念往往停留在感性认识的水平上，缺乏严格的推理和验证。这些概念只是学生看得见、摸得着的，零碎的生活经验，与科学课本中的系统而又严谨的概念相比是有一定的差距的。如果在教学中，能从学生的这些前概念出发，深化、完善，逐渐形成新的概念，这样概念的形成的过程是符合学生认知规律的，更是学生学起来轻松，理解透彻的概念。前概念的隐藏性学生头脑中的前概念是无意识的，是以一些生活经验为主的，潜移默化形成的，且学生又有先入为主的特点，所以这些前概念以潜在形式存在，平时是不会轻易表现出来的，具有一定的隐藏性。只有当我们有意识地去问、或去做时，学生的这些前概念才会被激活，而产生一定的思维、思想和动作。所以，我们教师要善于去激活学生潜在的、隐藏的一些前概念，来为我们的科学课堂教学服务。前概念的稳定性由于有些前概念在学生的大脑中长期存在，且又在长期的生活经验下强化，加上学生的思维又具有直观性，形成了非常顽固的前概念。这些前概念在一定的程度上影响着正常的科学教学。如铁在水中是沉的，一些学生就无法解释铁制的轮船为什么会在水中浮起来。所以教师要善于利用学生已经存在的前概念，来引导学生完善和充实这些前概念，建立和转化成新的概念。前概念的模糊性不同的学生，有着不同的文化背景和生活差异，所以这些学生所形成的前概念也有着不同的理解和含义，且学生的知识经验有限，辩证思维不发达，考虑问题不深入，往往被表面现象所迷惑，看不到事物的本质，而形成一些错误的前概念，而这些错误的前概念可能对我们的课堂教学产生负面的影响。如学生对磁铁的理解，绝大多数的学生认为磁铁只能吸铁，而事实并非如此，教师要根据学生的前概念来设计教学过程，纠正错误的前概念，防止出现负迁移。2) 学生的认知水平认知包括感觉、知觉、注意、思维、想象、创造、问题解决。认知能力是指认知的水平，提高儿童的认知能力就是提高儿童的认知水平。下面是我们对三至六年级学生关于认知的调查（调查对象为三至六年级每个年段10人）。表5 三至六年级学生关于认知的调查调查内容调查结果结果分析5秒钟图案记忆三年级四年级五年级六年级小学生的记忆力在提高。平均6个平均6个平均8个平均10个课堂听课暗中调查。三年级四年级五年级六年级学生的注意力由无意注意向有注意发展，注意品质逐渐提高。认真听课6人认真听课8人认真听课9人认真听课10人看一段视频，进行口头表达。三年级四年级五年级六年级小学生的语言表达能力随着年龄在发展。30秒50秒50秒70秒能让我们飞起来的方法有多少种？三年级四年级五年级六年级低年级学生的想象力丰富。高年级学生想象趋于现实，思维向抽象逻辑思维过度。5种4种2种2种通过调查并进行分析，得出小学生的记忆从无意记忆向有意记忆发展；小学生思维发展由具体形象思维向抽象逻辑思维发展；且语言表达能力逐渐提高，符合一般儿童发展的规律。所以我们认为：参与实验学生的认知水平与绝大多数学生的认知水平相当，基本上能够接受教科版小学科学教材的实施。 （二）、小学科学课堂教学调查1听课我们实验人员对学校开设的科学课制订了“推门听课”制度，通过听课这一主要途径，让我们实验组了解一线科学老师的课堂现状，现把其中的两节课的部分课堂实录来进行分析。六年级上册工具与机械 听课地点：教室 执教：蔡老师师：生活中很多的工具，都有科学根据的，是吗？生： 是的。师：这个科学依据就是机械原理，你能用机械原理再来发明几个实用 的工具吗？生：剪刀，螺丝刀师：以上师生对话中，教师忽视了学生已有的生活经验，应该让学生从已经认识的常用工具出发，让学生说出这些工具应用了哪些简单的机械原理，教学目标也只是让学生说出不同工具的简单机械原理。而这位教师直接让学生进行了创造性思维，没有从学生已有的前概念出发来设计问题，所以学生所能说出来的也就是一些常见的工具，没有得出一些创造性的、具有价值的结论，教师的预设没有成功。又如三年级下册我们知道的磁铁听课地点：教室 执教：孙老师师：同学们见过磁铁吗？生：见过。师：同学们玩过磁铁吗？生：玩过。师：那么磁铁能吸铁吗？生：能。师:下面我们来做一做，到底磁铁能不能吸铁。 （大概花了十五分钟左右的时间让学生做这个实验） 上面这个片段，这位老师让学生花十五分钟的时间，来做一个学生已经有生活经验、并做过多次、且又能直接说出实验结果的实验，不仅浪费了宝贵的课堂时间，更让学生做了一次毫无意义的实验，这种实验毫无探究价值可言。这个问题主要是教师没有了解学生的前概念，或低估了学生的前概念造成的。2访谈访谈也是本次实验中了解科学课堂现状的主要手段之一，下面举例分析一下几次访谈的内容：五年级下册物体在水中是沉还是浮课后访谈。对象：五年级学生。地点：操场问：什么样的物体会在水中沉下去？举例说明。答：石头、铁、橡皮泥、钥匙、泥土等等。问：什么样的物体会在水中浮起来？举例说明。答：棉花、纸、乒乓球、海绵、树叶等会在水面上浮起来。问：那么老师是如何让你们知道物体的沉浮的呢？答：老师给我们准备了很多的材料，让我们一个一个试，然后让我们记录哪个物体是沉的，哪个物体是浮的，一节课下来，我们还来不及做完老师给我们准备的材料呢。问:你认为怎样的物体会在水中沉下去呢？答：就是比较重一点的物体会在水中沉下去。问：你认为怎样的物体会在水中浮起来？答：比较轻的物体会在水中浮起来。问：老师在课堂上有没有对你们的实验结论进行更深入的研究？答：没有。 从以上访谈中我们发现，学生对沉浮具有非常丰富的生活经验，这些比较零碎的生活经验主导着的学生对沉浮概念的理解。同时我们也感觉到学生通过这一节课的学习，没有改变对沉浮的理解，也就是说，这位学生还没有形成一个非常完整和辩证的沉浮概念。其主要原因还是老师对学生的前概念了解不清楚，实验时低估了学生对沉浮的前概念，做一些学生已经非常了解的实验，而得出结论后且高估了学生的前概念，没有对实验结论的完整性加以展开、深化。其实教师只要在学生前概念的基础上稍加引导和点拨，并做适当的演示，学生马上可以把前概念转化成新的概念。而这位老师只是按照教材的顺序来施教，是比较典型的教教材。又如四年级上册水能溶解一些物质，访谈对象：某老师；地点：办公室。问：水能溶解一些物质一课你准备如何来导入？答：我先让学生说一说什么是溶解？问：你认为学生能说出“溶解”的真正含义吗？答：我也不知道，如果学生说不完整，我就自己补充。问：你准备怎样过渡到活动二呢？答：我把盐和面粉分别让学生放入水中，搅拌后进行观察。 根据以上访谈进行分析:我们认为这位老师对教材还是熟悉理解的，但没有对教材作适当的处理。溶解的概念其实在学生中早已存在，只是不完整而已，所以这位教师可以给学生创设一个情景，引发学生的对前概念的质疑。如问学生：放在水中的盐到那儿去了？可不可以用简单的方法再把盐取出来？为什么放在水中的面粉过一段时间后还会沉淀下来？你认为是盐溶解了还是面粉溶解了等问题。让学生对已有的前概念产生质疑后引发思考，达到重新修改自己的前概念，从而形成一个概念转化的目的，最终使学生的头脑中形成一个系统、完整关于溶解的新概念。3课堂教学调查总结通过我们访谈、听课等手段，积累了一定的材料，并经仔细分析后，对现有小学科学课堂教学的现状有了一定的了解。当然这其中包含了很多的优点，但也存在着一些不足之处，现总结如下：1) 课堂问题设计脱离学生实际课堂提问是教师实施教学的基本手段之一，是师生进行互动的有效途径。如何保持良性的课堂互动，教师的问题设计非常关键。一个不成功的提问会使一堂课互动陷入困境，而一个成功的提问则会调动学生的气氛，触发学生的求知欲。 调查中的许多课堂，教师的提问脱离学生的前概念基础，课堂气氛调动不起来。其主要原因是教师没有彻底了解学生的前概念状况，教师的教学过程没有根据学生的前概念来设计，这样使教师提出的问题严重脱离实际，使新的科学概念无法建立在已有的前概念的基础之上，学生学起来更加困难。2) 教学情境创设不合理学生的前概念具有一定的隐蔽性，一般情况下是不会显现出来的，只有当老师有意识地进行激发后，才会激活这些前概念，为我们的课堂教学服务。那么如何有针对性的去激发学生头脑中与教学内容相关的前概念呢？这就需要教师花时间去准备了。给学生创设一定的情境也是其中的一个方法。被调查的许多的课堂中发现，很多教师没有进行合理的情境创设，使学生的前概念没有被完全激发，这样的课堂效率低下，教学目标的达成较为困难。3) 教材处理不科学现行的教材更新较快，说明我们的学生认知水平的更新也很快，同时也说明我们的教材确实有需要改进的地方。如有的地方高估学生的认知，有的地方则是低估，有的地方的探究活动过于细致等。作为一线的教师，我们要善于根据学生的前概念现状，对教材作出合理的调整，使教材更有操作性，使教学有事半功倍的效果。而被调查的几个课堂来看，教师基本上是按照教材的要求来实施教学的，没有进行因材施教和对教材作合理的调整、处理。其主要的原因还是在于教师对学生的前概念现状掌握不够，导致教学过程设计过渡依赖于教材的编版。4) 教学难点突破困难既然是教学难点，说明这个知识点的突破较为困难。如何去突破这个难点是每个教师需要认真下功夫的。随着教学现代化的发展，我们可以借助现代设施来突破教学中的重难点，这是一种方法。当然，我们也可以借助学生的前概念来突破教学难点。这种方法的优点是建立在学生的前概念的基础上，操作方便，学生的理解和记忆也很方便。但在我们的调查过程中，很少有教师借助学生的前概念来突破教学难点的。七、运用前概念优化课堂教学的实践研究通过对学生的前概念的调查和对现有科学课堂教学的调查，获得了大量的一手资料，课题组人员进行整理、分类、类比等科学的方法进行研究分析，认为学生的前概念与课堂教学有着密不可分的联系，只要教师能正确运用前概念来设计教学过程，会大幅提高课堂教学的有效性；反之，如不能正确运用前概念来设计教学过程，忽视学生丰富的前概念基础，则会使教师的教学事倍功半。我们实验组认为学生的前概念与课堂教学之间的主要联系有五条：前概念与问题设计、前概念与知识迁移、前概念与教材处理、前概念与难点突破，并分别对以上的观点进行了长时间的分组实验，现把部分实验过程作详细描述和总结。（一）前概念与问题设计的实践研究在四年级下册各种各样的岩石一课中，教学“给岩石分类”这一环节时，我在对照班提出了这种的问题：同学们，现在请你们给这些岩石分分类，看看有多少种分类方法？话音一落，同学生便纷纷举手，主要的分类方法集中在按大小分和按颜色分；而在实验班级上课时，问题是基于前概念来设计的：刚才我们会用各种的词语来描述岩石的不同属性（刚学过的内容，已经成为了学生的前概念），请大家回忆一下岩石有哪些属性？然后请大家给这一堆岩石分类，看看有多少种分类的方法？结果学生纷纷举手抢着回答：按大小分、按轻重分、按颜色分、按光滑程度分、按颗粒粗细分、按岩石纹理分，学生的回答要明显好于对照班，课堂气氛也要好于对照班级，同样，教学效果也要明显好于对照班。又如三年级下册的热胀冷缩一课中，在对照班级中问：今天我们学习了热胀冷缩，我们在冬天应该注意什么？较多的同学回答是要多穿衣服，显然这样的回答是不符合教材的目标，也不符合教师提问的本意。在实验班级中，把问题基于前概念来设计：同学们，同体积的水变成冰后体积会增大，那么我们在冬天应注意什么呀？这样的问题设计唤醒了学生的前概念，同学们纷纷举手。成功之处在于这些问题是基于前概念来设计的，故很顺利地完成教学任务并过渡到新的教学环节上来了。我们不仅在正常的课堂上进行前概念与问题设计的实验，还在各类竞赛课和教研课中进行实验，实验后执教老师一致认为效果好，效率高，很多的公开课受到一线科学教师的关注和好评，多次让我们课题组人员上公开课和教研课，实验期间课题组人员担任过省级公开课、宁波市级公开课和市级公开课。（二）前概念与知识迁移的实践研究在教学三年级下册改变物体在水中的沉浮一课时，作了如下基于前概念的设计：上课一开始，老师就拿着一块橡皮泥说：“这儿有一块橡皮泥，如果把它放入水中，是沉还是浮？”话音刚落，就听到学生异口同声地说：“沉的！”老师早料到他们会这样回答，因为在他们的前概念中认为橡皮泥这么重，在水中肯定是沉的，而且，有的学生也玩过橡皮泥，有过把橡皮泥扔入水中的经历。老师马上又问：“我们有什么办法让这块橡皮泥浮起来呢？”这一下，同学们被“难住”了，都表示不可能浮起来。这时学生原有的知识经验与现实的问题形成了强大的认知冲突，也就是这种矛盾冲突激活了他们学习新内容的强烈兴趣。学生们围绕着这个中心问题，纷纷展开了讨论。同学们的方法都是认为在水中加盐。十分钟后，讨论还是没有结果。这时，老师给大家提示：上节课，我们已经学过了物体在水中的沉浮，我们学到了什么本领？有一个学生很快就回答上来，说：“物体在水中的沉浮与物体的大小和轻重有关。”这时，教室里安静了下来，此时无声胜有声，似乎把大家的思绪带出了“死胡同”。几秒钟后，教室里又热闹了起来：“老师，老师，我知道了，改变橡皮泥的大小就能使橡皮泥浮起来”，“老师把橡皮泥做成一只小船就能浮起来了”这时的老师，脸上堆满了成功的喜悦！以上过程中，教师只是对学生的前概念作了适时提醒，让学生的思维走出了“死胡洞”，切入新的思维方向。前概念与学生的知识迁移过程就是学生思维的过程，所以我们在实验过程中一直围绕学生的前概念对思维的影响，并寻找学生的前概念与新概念之间的思维切入点。实验结果发现：掌握学生新旧概念的思维切入点，能帮助学生快速形成和理解新的科学概念。我们把这种关注学生思维过渡的成功经验写成了论文给学生思维的时间和空间，此论文在2008年市小学科学优秀论文评比中荣获二等奖。（三）前概念与教材处理的实践研究四年级下册点亮我的小灯泡及让更多的灯泡亮起来这两课，教学时，总显得时间分配上不合理。所以，我们对这两节课作了仔细研讨，重新查阅了学生的调查表，调查表中发现：学生用一节电池、小灯泡和导线让灯泡亮起来的操作，在生活中已有接触，除极个别的学生以外，都能成功连接，让小灯光亮起来。这时我们才知道教材低估了学生的前概念，我们觉得花一节课的时间来完成点亮我的小灯泡的教学任务显得有点浪费。于是我们对教材作适当的调整，干脆把这两节课的内容合并起来上。前一节课的内容只作了简单讲解，重点放在后面一课，让学生用不同的方法点亮更多的小灯泡。这样安排，既节省时间，又留下更多的时间来探究教学的重难点，结果教学效果非常好。与该案例相似的还有磁铁单元、微小世界单元等。学习四年级上册天气一单元，单元内容没有较明显的难点，而且通过我们的调查，发现绝大多数的学生对本单元的知识点都能理解。所以，我们重点放在让学生去动手操作，有关这单元的内容在课堂上讲得少了，花更多的时间让学生学会一般气象现象的测量和管理。这样，一方面给学校的师生带来了每天的气象信息，另一方面也培养了学生的动手能力，提升学生的科学素养。我们的教材是教学专家所精心编制的，但教材的适用范围广，且各个地区的学生经历不同，有着不同的前概念。所以我们要充分了解学生的前概念和深入理解教材的内涵，要设计符合我们自己学生的教学过程来。这就是因材施教，真正做到用教材教，不是教教材，这也是对教材的发展和深化。（四）前概念与材料准备的实践研究三年级下册，被压缩的空气一课，在对照班上课时，按教材的内容按顺序来上课，基本上能够完成教学目标。在实验班上课时，我给学生准备了学生平时常玩的压缩空气的玩具，有火箭、空气枪、喷雾器、充气动物等，学生玩得兴致勃勃，不时发出阵阵欢笑声，最后给学生说出这些工具的原理，不仅让学生轻松达到了教学目标，更让学生对探究压缩空气产生了浓厚的兴趣。又如四年级磁铁的磁性一课，通过我们的调查知道学生对磁铁这种材料比较熟悉，对其属性有一定的了解，所以课前布置作业，让学生从家里带来各种形状的磁铁，课堂上让学生进行小组交流，并要求他们找出这些磁铁的相同点和不同点。于是学生带着老师的问题，边讨论边探究。学生用自己心爱的且又熟悉的磁铁进行探究，情绪高涨，探究效率高，很快得出了正确的结论。在这个活动中，学生不但熟悉了各种磁铁的形状，而且在短时间内知道了磁铁的两极及其特征。实验材料的准备与学生的前概念有着密切的联系，课题组人员对这块内容进行了深入研究，发现基于学生前概念而准备的实验材料对提高探究活动的有效性有着很大的帮助。为此，我们把基于学生前概念来准备实验材料的一些经验和方法写成了论文谈实验材料的“四性”。该论文阐述怎样根据学生的前概念来选择实验材料，分别从实验材料的趣味性、操作性、调控性和结构性入手，把我们实验过程中的一些案例进行展开，来提高探究活动的有效性，内容具有一定的操作性，值得一线老师借鉴，得到同行们肯定。该文章投稿后，发表在CN刊物教学月刊08年第四期中，与全国的科学教师一起分享。（五）前概念与教学难点的实践研究四年级上册声音的传播一课的教学，学生对抽象的“声波”概念很难理解，于是就对学生说：“大家肯定玩过水，当我们把小石子扔到水里时，水面会出现什么现象？”学生很快回答：“水波纹”。教师接着就说：“对，声波也像水波一样，也会从中心出发，向周围各个方向传播，当然，水波纹是平面的，而声波则是立体的。”这样一说，学生对声波的理解就形象了、具体了。又如教学“电流”时，学生也很难理解这个概念，我就把“电流”比作自来水管中流动的水，学生们豁然开朗。在教学声音是怎样产生的一课，学生对概念当中的“往返运动”理解困难，于是老师就让学生抛乒乓球，然后让乒乓球自由落下，在地面上自然弹跳，并让学生把乒乓球自由弹跳的运动轨迹画下来，最后告诉大家：像乒乓球一样，来回做同样的运动叫“往返”。这样一来，学生对“往返”迎刃而解了。教学难点的突破是一堂好课的关键所在，但要突破确实需要下功夫，我们的研究为突破教学难点开辟了一条新途径。实验过程中我们积累了许多关于前概念来突破教学难点有价值的经验，其中，基于前概念的图式教学是其中的一条成功经验，课题组曾对其进行过深入的研究，并形成了图式教学在探究活动中的应用论文。该论文从探究趣味化、思维显性化、迁移有序化、难点轻松化等角度进行深入阐述，并例举了许多用前概念来突破教学重难点的成功案例，让读者有一种豁然开朗之感。论文图式教学在探究活动中的应用一文在宁波市2009年小学科学学科优秀论文评比中荣获二等奖，在市2009年小学科学学课优秀论文评比中荣获一等奖，论文的获奖意味着我们的研究取得了一定的成果。八、研究成果近三年研究时间，无论是从学生科学素养的提升，还是从教师的教学能力发展，都有了丰硕的成果，现把我们的研究成果总结如下：（一）课堂教学的效率大幅提高1. 了解前概念，设计课堂提问学生的认知过程是有规律的，是循序渐进的，所以，我们在设计提问时，应充分考虑到学生的前概念基础。如果教师不考虑学生已有知识水平，提出一些不符合学生已有知识储备的问题，学生就会觉得一头雾水，无法着落思维的起点，那怎能提高学习效率呢？注重学生的前概念，设计一些符合学生前概念基础的，有坡度的问题，才能使学生轻松衔接新旧知识，实现新旧概念的自然过渡。2. 激活前概念，促进知识迁移教师要帮助学生在已有前概念的基础上，构建新的知识，这就要求教师找准新旧知识的激活点，这个点让学生的前概念与现实产生巨大矛盾，这样的认知冲突会引发学生强烈的求知欲，并形成自主探究学习的内需驱动力，让这种自觉的探究活动来达到对前概念的进一步修复和完善，实现知识的迁移，轻松自然形成新的科学概念。3. 依据前概念，调整教材结构新教材为我们提供了丰富多彩的教学内容，但因学生有着不同的生活经历即拥有不同的前概念，难免会使教材对个别人缺乏针对性和偏离前概念的现象。所以，我们不能只教教材，要充分掌握学生的前概念，并根据前概念合理调整教材结构，使教学内容更有针对性，更符科学性，更具有操作性。4. 找准前概念，突破教学难点在科学探究过程中，难免会遇到一些一时难以理解的知识点。这时，我们要借助学生的前概念，教学过程从学生已知的或熟悉的事物入手，由浅入深，用前概念来帮助学生理解和消化新的概念，这样形成的概念深刻而灵活，使教学过程有事半功倍的效果。5. 利用前概念，准备实验材料 学习科学要以探究为核心，说明科学课需要探究，而探究需要材料，且探究材料是学生获取科学知识、解决科学问题、提高科学素养的载体，也是学生感受科学、体验科学价值的重要资源。因此教师选择材料对学生的探究活动起着关键性的作用，选择材料时要从学生的前概念出发，让材料具有趣味性、操作性、调控性、结构性等特点，让材料影响学生对科学知识的理解和探究能力的形成。 通过近三年的研究，我们对运用前概念优化课堂教学的实践研究形成了以上五条观点，通过本校的推广，效果令人满意。为了更好、更大范围来推广我们的研究成果，我们对这个实验的详细过程写成了论文关注学生前概念，设计教学环节，此论文在宁波小学科学优秀论文评比中荣获了二等奖，在市的小学科学论文评比中荣获一等奖。总之，在每个学生的脑海中储备着大量的前概念，我们要善于了解和挖掘学生的前概念，根据学生的前概念，设计课堂教学环节。使教师教得轻松，学生学得愉快，达到教与学的和谐统一（图一）。学生认知过程与前概念挂靠修改完善前概念与前概念冲突形成新科学概念念接收反馈信息与前概念相适应目的性探究活动纠正前概念帮助指导巩固概念教师预设呈现事物现象图一课堂教学中的前概念转化过程（二）学生科学素养全面提升1. 科学概念的掌握 随着教师对科学前概念的重视及在课堂中的广泛应用，使学生对前概念会慢慢形成一个条件反射，在对现实产生矛盾或学习新的科学概念时总会引发与之相关的前概念，并在两者之间进行比较，引发矛盾冲突，在这样的矛盾下实现前概念的修复，实现前概念的转化，使学生掌握概念的速度更快。久而久之，学生会把这种习惯带出课堂，走进生活，因此也改变了学生的生活，他们会有意识地、主动地去接受生活中多样的概念，哪怕是不正确的，这就是学生的科学素养之一。前概念优化课堂教学推广后，教师的课堂教学更加轻松，学生学习也更轻松，期末笔试成绩也有明显提高。表6是05级三班学生几年来的期末笔试成绩，从数据中可以看出有明显提高趋势。表6 科学期末测试（笔试）成绩2006学年2007学年2008学年优秀率30%48%58%合格率95%96%98%2. 科学思维的发展随着课题实验的展开，老师善于在科学课中创设教学情境，促进学生对新概念的意义建构，并利用学生原有生活经验对学生进行积极干预，促进前概念的良性转化，教师长期引导学生通过判断和推理来认识和修复科学概念、掌握和理解科学规律，使学生的心智不断成熟，儿童思维不断发展。表7是实验前后学生思维习惯比较，可以看出学生思维能力有所提高，外化为科学素养的发展。表7 实验前后的思维习惯指标时间学习习惯情况优良及合理安排研究前26.248.625.2研究后54.939.45.7独立思考研究前9.642.338.1研究后60.627.112.3推理表达研究前52.129.318.6研究后78.518.62.93. 探究能力的培养学习科学要以探究为核心，探究既是学习科学的目标，又是学习科学的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。科学课程向学生提供充分的科学探究机会，使他们在像科学家那样进行科学探究的过程中，体验学习科学的乐趣，增长科学探究能力，获取科学知识，形成尊重事实、善于质疑的科学态度。我们利用学生的前概念来优化课堂教学，学习新的概念，教师要给学生提供充分暴露前概念的机会，并让学生与现实现象产生矛盾，这种矛盾的激化，让学生产生强烈的求知欲和动手欲，让学生主动亲历实验过程，来消除这对矛盾，从而更新学生的前概念，形成一个新的科学概念。这个过程就让学生在无形中形成了难能可贵的科学素养有目的的探究习惯。2008年11月，我们科学教研组组织学生撰写观测日记，其中不乏佳作，这些佳作的形成离不开学生良好的探究习惯。表8是部分观测日记获奖名单。表8 部分观测日记获奖名单题目奖 次获奖者我要飞得更高一等奖蔡炀绿豆发芽一等奖周叙吟神奇的“天气预报员”一等奖陈青波谁给窗户蒙上了“面纱”一等奖诸怡意4. 科学兴趣的提高捷克教育家夸美纽斯说过：“兴趣是创造一个欢乐和光明的教学环境的主要途径”。学生毕竟还是孩子，兴趣是他们做事的主要动力。所以激发学生兴趣，调动学生积极性，是我们科学老师首先要考虑的问题。而我们的实验是让学生在前概念的基础上来完成我们的教学任务，这个过程在本质上是给学生一条学习的捷径，让复杂问题简单化，使学生的学习更轻松。这样的结果是学生有了学习的自信，更有了学习的自尊，让学生享受成功喜悦的同时，掌握了更多的科学知识，使学生对科学的学习更有自信，更有兴趣，形成了学习的良性循环。表9是02级3班，三年来对“喜欢上科学课”的调查统计，从表中可以直观地看出，这班学生对科学课的兴趣呈明显提高态势。表9 02级3班喜欢科学课人数统计题目喜欢科学课人数总人数比例06学年355267.3%07学年425280.7%08学年495392.4%（三）教师的教学能力充分发展1. 理论水平的提高通过本课题的研究和推广，教师的理论水平随着课题的推进而提升，几年来，教师的论文和案例频频获奖。如论文关注学生前概念，设计教学环节一文，把课题实验过程中的一些经验和方法写成了论文，并在宁波市小学科学学科优秀论文评比中荣获二等奖，在市小学科学论文评比中荣获一等奖。论文的获奖是对我们课题研究成果的肯定，极大鼓舞着参与实验的老师们，使我们由“教书匠”逐渐转变为“学者型”、“反思型”的教师，提高了教育科研能力和创造力。表10是我们教师在课题实验过程中，发表或获奖的论文和案例。表10 论文获奖或发表统计序论文案例获奖或发表1谈实验材料的“四性”CN刊物教学月刊中发表2不断磨砺 日臻成熟CN刊物学习方法报中发表3关注学生前概念，设计教学环节宁波市二等奖4运用科学前概念设计教学环节市一等奖5图式教学在探究活动中的应用宁波市二等奖、一等奖6应重视学生的前概念在“教育科研”发表7给学生思维的时间和空间市二等奖8给学生创设良好的思维环境全省交流9小学科学课堂思维培养策略全省交流10提高探究有效性的策略全国交流表11是我们教师在课题实验过程中，获奖的案例。表11 案例获奖统计序论文案例获奖1这个小灯泡为什么不亮宁波市二等奖、市二等奖2科学课的材料要科学市一等奖3不可忽视的前概念市三等奖4新课程课堂实现三维目标的尝试市三等奖5发霉的面包也可以吃全市交流6科学教师的语言要科学市三等奖2. 实践能力的发展近三年的课题的研究促进了教师专业发展和自身成长，教师们养成了备课必备学生的好习惯，教师的实践能力得到了发展。通过这个实验，课题组教师在各类各级竞赛中屡屡获奖，教师的知名度明显提高，表12是课题组人员在本课题实验期间的荣誉统计。表12 教师荣誉统计级别荣 誉省级浙江省“课堂教学能手”浙江省“领雁工程”骨干培训对象宁波市级宁波市农村中小学骨干教师培训优秀学员宁波市十佳师德楷模市级市教坛新秀市第五届骨干教师市课程改革先进个人市优秀科技辅导员课题实验成果不仅在自己学校进行推广，还应用于各类比赛课和教研课上，教学效果好，受到广大科学教师的高度关注。表13是课题组教师在课题实验期间的公开课统计。 表13 教师公开课统计序课题级别参加人数1能量与太阳省级公开课202听听声音省级公开课3503运动与摩擦力省级公开课5004运动与摩擦力宁波市级公开课225昼夜交替现象市级公开课356传热比赛市级公开课75同时，老师们以本课题的研究为契机，参与各类业务竞赛，并取得了较好的成绩。表14是实验期间教师其他业务竞赛获奖统计。表14 教师其它业务竞赛统计级别荣 誉省级浙江省优质课三等奖宁波市优质课一等奖宁波市级市优质课一等奖教具制作“抵抗弯曲综合教具” 宁波市三等奖市级科学毕业评价试题编写获市一等奖第二届科学毕业评价试题编写获市一等奖教学设计听听声音获市设计竞赛二等奖市级给全市科学教师作专题讲座九、思考与展望新课程改革给科学课提供了广阔的发展前景，虽然，摆在我们面前的问题和困难还有许多，但是，我们有信心和能力，只要能够将自己融入新课程改革的洪流中，不断探索，就一定会在现有的基础上取得令人欣慰的成果，也一定能够无愧于时代对我们的期望和使命。应用前概念来优化科学课堂的话题是一个永恒课题，只在不断深化其内涵，拓展其外延，才能赋予这一课题的新活力。在下阶段我们将继续开展研究：1、借助课题研究，进一步推动本校教研和新课程的理论学习，切实转变教育观念，积极有效地投入新课程改革的实验当中。2、认真研究总结“运用前概念优化课堂教学的实践研究”课题中存在的一些问题，进一步进行实验。3、继续研究诸如“前概念的负迁移”等本课题没涉及且与前概念相关的一些问题。本课题主要研究小学生的前概念与优化课堂教学之间的一些联系， 还有很多诸如前概念负迁移等内容还没有研究，我相信以后的深入研究，会给我们的小学科学带来更为灿烂的明天。参考文献：科学课程标准(3-6年级)教育部基础教育司 北京师范大学出版社 建构性学习张建伟 孙燕青 著 上海教育出版社网络上关于建构主义的理念探究式科学教育韦钰 著 教育科学出版社