江苏南京市五老村小学（210002）肖 娟

师：我们照镜子为什么能成像呢？

生1：因为有光，光将这个屋子照亮了。

生2：光照在镜子上，我们就能看到镜子里的样子。

……

通过多次试教，笔者发现学生很难将光的反射和照镜子建立联系。即使在学生已经获知几乎每样东西都可以反射光的概念的基础上，在解释照镜子为什么能成像这一现象时，学生仍然采用先前的经验，没有将新的概念迁移到新的情境中，没有转变以前的认识方式。问题出在哪呢？

韦钰院士翻译的温·哈伦所著的《科学教育的原则和大概念》一书，介绍了科学家对全球科学教育的一些看法：科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而应当慎重选择一些重要的科学概念。科学是复杂的，为了掌握这种复杂性，似乎需要一个由概念、理论和原理组成的巨大阵列。科学包含大大小小无数的概念，底层孤立的小概念可以聚合成相关的较大概念，一直延续下去，可以归纳成数目较少的核心概念（大概念）。

小学科学课程的教学目标是培养学生的科学素养，并为他们继续学习、成为合格公民和终身发展奠定良好的基础。科学教育的对象不是科技工作者，而是接受教育的每一个人。在日常生活中，人们经常面临的是有关科学、技术、工程、数学（STEM）的综合问题，而不单单是科学问题。对他们而言，与之经验联系更为明显、紧密的大概念更为有用。同时，神经科学研究发现，相互联系的大概念，较之没有联系的小概念，在遇到新情况时更容易被运用。所以，在教学过程中，除促使学生的前概念转变为科学概念、错误概念转变为正确概念、模糊概念转变为清晰概念之外，还要让孤立的概念转变为具有内涵和外延的概念，即小概念转变为大概念。而完成这个概念转变的过程即为学习的过程。

图1展示了学生在学习过程中各个方面的相互关系，三个要素是相互关联的。在大概念理念的指导下，如何设计三要素以提升学生学习效果呢？

图1 学生在学习过程中各个方面的相互关系

一、创设趣味情境，保护学生的求知欲

小学生以形象思维为主，有趣且来源于生活的活动可以提升学生的探究兴趣，引导学生认识到科学是与生活息息相关的。苏教版教材五年级上册《照镜子》一课中设计了阳光打靶的趣味活动，活动来源于学生的生活，贴近学生的认知。大部分学生已经知道这是光的反射现象，极少数学生将反射和折射混淆。阳光打靶游戏能够很好地帮助学生认识到光遇到物体后行进路线发生改变的现象。但是阳光打靶和照镜子之间有什么关系呢？光的行进路线改变与照镜子成像之间有什么联系呢？

为解决上述问题，笔者前置了一个小游戏——黑暗中看画。趣味游戏引导学生想办法看到暗室里的画。漆黑的室内为什么看不见画呢？怎样在不打开室内灯的情况下看清楚画呢？为什么借助镜子就可以将光引到画上呢？为什么光照到画上，我们就能看见呢？一个个问题可以帮助学生纠正之所以能看见物体，是因为人眼发出光芒的错误认知，建立看见物体需要有光的正确但模糊的概念。基于前概念光在空气中沿直线行进，根据光源、光斑等明显的实验现象，学生能够大胆猜测出光行进路线在遇到镜子后发生改变。由此，学生对光在空气中沿直线行进的概念就转变为光在行进中遇到镜子，行进路线会发生改变。

只有镜子可以改变光的行进路线吗？学生会提到玻璃、光盘等表面光滑的物体，这是学生的前概念。其他表面粗糙的物体呢？如，木板、泡沫板、抹布等。实践是检验真理的唯一标准，科学家在遇到类似问题时也需要进行试验研究。怎么研究呢？本课设计中，笔者依据真实情境，为学生简化对应模型。在黑暗的环境中，学生借用模型可以清楚地看到木板、泡沫板、抹布等表面粗糙的物体也可以改变光的行进路线，发生光的反射现象。这样，学生将光在行进中遇到镜子时行进路线会发生改变的概念扩展为光在行进中遇到很多物体时行进路线都会发生改变，遇到的物体表面越光滑反射效果越明显。

镜子除了用来阳光打靶，还可以用来干什么呢？照镜子为什么能成像呢？学生已经掌握很多物体都可以反射光的概念，能成功迁移到照镜子成像的新情境中吗？结果是不尽如人意的，只有少数学生能够成功转变概念，毕竟很多物体都可以反射光的概念跟他们的常识是相违背的。此时，需要教师为学生创设新情境，让学生在情境中继续像科学家一样进行研究。本课中，笔者让学生在黑暗的环境中照镜子，在有手电筒光的环境中照镜子，比较手电筒光照射到脸上和照射到镜子上时成像的效果，从而发现光对于照镜子成像的重要作用，进而让学生理解照镜子为什么能成像的道理。

二、倡导探究学习，突出学生的主体地位

像科学家一样主动去探究周围世界，学生能够更加清楚地知道科学概念的发展，而不是被动接受教师提供的事实和概念。因此，教师应采用探究式教学方式，突出学生学习的主体地位。

探究的问题最好由学生自己提出，或是让学生感觉是自己提出的。“怎样将外界的光引进来？”“其他物体能不能改变光的行进路线呢？”“照镜子需要什么条件？”这些问题都是教师为学生创设情境后，学生自主提出来的。对于这些问题，学生或多或少有一些想法。例如，表面光滑的物体也可以改变光的行进路线；灯光照在镜子上，才能看到镜子里的人像。这是未实验前的前概念，是对探究问题的假设。小组实验后汇报，学生可以清楚地将实验的现象、说明的问题以及他们最终得出的结论跟全班同学分享。

经历了这个探究活动，学生不仅发展了很多物体都可以改变光的行进路线的概念，已有概念得到转变、升级，而且学会了如何将真实情境转换为模拟情境，能够像科学家一样，简化问题，抽取关键、核心因素，用模型研究复杂问题，能体会到团结协作的重要性。作为一个小组，大家相互帮助，共同解决探究过程中的个个难题。经历了一个个探究活动，学生不仅找到特定问题的答案，对大概念有更深刻的理解，而且学习能力和学习态度也有了较大的发展。

当然，不是所有环节都要探究，有些部分可以直接告知，如反射和折射的区别，这样帮助学生扫除障碍，搭建转变核心概念的脚手架。这要求教师理解大概念以及趋向大概念的发展方向。

三、活用评测方法，调控学生的学习进程

评测手段包括形成性评测和终结性评测两种方式。形成性评测是一种在教学过程中能帮助教师实时了解学生学习情况的评测手段，为教师及时调整教学计划、改进教学方法提供参考。终结性评测一般是在教学告一段落，为了解教学效果而进行的评测手段。在教学中，为及时调控教学进程，达成教学目标，形成性评测是一种常用的评测手段。

形成性评测主要作用是带来反馈，反馈的对象不仅是施教者的教师，也包括受教者的学生。学生根据反馈结果知道学习活动的目的以及为实现目标需要做出的努力，从而有效管理自己的学习活动，增加课堂的参与度。教师根据反馈结果来判断学生的能力，调控后续的教学活动，从而使教学活动不至于太复杂，超越学生的学习能力，也不至于太简单，调动不了学生的学习积极性。但评测的标准若是设置不合理，将会影响上述作用的发挥。评测的标准应根据具体的课程目标，短期的课程目标逐步趋向长期目标，最终发展为大概念。

为发展科学大概念而使用形成性评测手段，教师可以做什么呢？提问是收集学生学习信息的有效的方法。提问的方式有很多。如果想知道学生的具体想法，可以问：“你是怎么想的？”这类简答题；当学生回答有困难时，教师会给一些提醒，如“什么是……”这样的选择题；当学生还是无法做出判断时，教师只能继续妥协，变选择题为判断题——“什么是不是……”。从简答题、选择题到判断题，问题的开放程度逐步降低，学生思考的时间和维度也在降低，即使做出了正确的回答，也不一定是思索后的结果，可能是恰巧蒙对了。错误的反馈妨碍了教师对学生学习信息的收集，导致教师不能正确地把控学习的进程和效果。因此，为保证教学活动的开放性，让学生先前的经验充分显性化，以便教师因势利导地开展有效的教学活动，课堂上应多一些简答题，少一些选择题和判断题。例如，《照镜子》一课就是由几个问题串起来的：“为什么看不到墙上的画呢？怎样才能看见墙上的画呢？你是怎么做到的呢？只有镜子能反射光吗？照镜子为什么能看到里面的像呢？”

对于问题的回答，学生可以有多种方式，如口述、画图、书写和概念图等。图2（a）（b）（c）是学生用画图的形式来解释为什么外面的光能照射到室内的图画上。图（a）清晰地揭示出该学生没有明确光是运动的这样一个事实；图（b）反映出该学生忽视了光是连续行进的事实；图（c）表明该学生的认识趋近科学的概念。学生之间相互讨论、交流，在解说与倾听的过程中逐步认识到原有想法的不足，模糊的概念变得越来越清晰。

图2：学生解释为什么外面的光能照射到室内的画上

口述是课堂上常见的表达方式。本节课中需要学生充分表达自己的想法。在研究几乎所有物体都能反射光的基础上，教师提问：“照镜子为什么能成像呢？”“因为有光。”“为什么有光就能成像呢？”学生无法解释清楚，说明“几乎所有物体都能反射光”的知识没有成功迁移到新的问题上。这时，教师需要为学生构建照镜子之所以能成像是因为物体能够反光的概念搭建新的脚手架。经历过在黑暗的环境下借用手电筒照镜子的活动后，有学生能够说道：“手电筒的光照射到人脸上，人脸能够反射光，将光反射到镜子后，又在镜子表面发生反射，最后照射到我们眼里，所以我们能看到镜子里的自己。”通过口述，可以看出学生已经成功地将照镜子成像与光的反射建立联系。但只有少数学生能说清楚还不行。要让少数学生的想法成为全班的共识，教师就要放慢节奏，让更多的学生说一说自己的想法。思想的碰撞有助于学生概念的转变和科学概念的建构。

本课中，笔者通过创设趣味情境，将学生的前概念显性化，了解到学生的生活经验中已经有了“镜子能够反射光”的前概念。在寻找替换材料的活动中激发学生的认知冲突：是不是只有镜子能改变光的行进路线？引导学生自己寻找证据、解释证据，交流与分享，最终构建了“几乎所有物体都能反射光”的更宽泛概念。这样，思维有了跨越性发展，想法变得更为有用。概念由孤立的转变为具有内涵和外延的，属于螺旋式的学习进程。学生能解释室外的光为什么能照到室内的画上，却无法解释照镜子为什么能成像的理由，即无法用已有的概念去解释本质相同、但出现在不同的背景下的现象。教师需要帮助学生建立二者之间的联系，将碎片化的概念联系起来，发展为更大的概念——物体可以被看见，因为它们自身发光或是因为产生反射光，都可以被人眼检测到。这个概念的发展过程属于拼图式学习进程。无论哪种学习进程都是为了发展为更大的概念，无论哪种概念的发展，都是为了提升学生的综合素养，使他们不断地探究科学世界。