《概念图在小学科学教学中的应用研究》课题结题报告

《概念图在小学科学教学中的应用研究》课题结题报告

一、研究背景

1.现状述评：科学概念是科学素养中的一项重要内容，儿童学习科学意味着修正和拓展对核心概念的理解，从而能更系统性地认识自然，提高科学素养，因此，概念教学也成为科学探究教学中的重点，随着课程改革浪潮的有序推进，科学探究过程取代了自然常识告知，亲历参与取代了纯粹结论灌输。这是科学课程教学的进步，然而，不可否认的是，一些教师对科学课堂的过程设计与实践过程往往满足于被活动表象所充斥，而缺失了活动本身所应有的价值和内涵，活动过程显得苍白而无力，造成“活动有余，思维不足，概念混淆”的局面，学生探究活动后，还是停留在“好玩”的层面上，对所建构的科学概念不是很清楚，甚至不能用概念来解释问题和实现知识的再创造。因此，如何建构有效的科学探究过程，促进学生真正掌握科学概念，形成概念的整体联系是我们急待研究的问题。其中概念图就是一种较好的方法，它以直观形象的方式表达知识结构，有效呈现思考的过程及知识的关联，引导学生进行意义建构，非常接近人的自然思维过程，既能引导学生自主探究，又能形成整体思维能力。

2.国内外研究现状。通过大量网络文献检索，国外从20世纪60年代运用概念图工作、学习至今，案例很多，成为中小学教学常用方法；国内1999年引入概念图，也有一些概念图教学的文章，以“概念图教学”在CNKI和“Google”网页收索，关于概念图运用到中学物理教学、生物教学等理科教学、医学教学、工程问题研究很多，在常州市教育局教研室网站上收索到瞿晓峰老师的物理学科概念图运用研究论文、张林关于概念图的研究论文，但运用到小学科学教学的案例几乎空白，这为我们提供了研究的基础和信心。

3.选题意义和研究价值：

鉴于此我们设计了《概念图在小学科学教学中的应用研究》这一课题，主要在科学教学中，应用以概念为核心创建概念图的策略，引导学生以框图的形式将概念以及概念之间的意义关系进行重组和优化，便于学习者对整个知识结构的掌握，有利于直觉思维的形成，促进知识的迁移，提高科学探究的效率。研究概念图应用于科学探究教与学的过程中，其价值在于教师把概念图整合于自身的教学过程设计和教学评价，提高教师有效整体设计的效率，这是一种新的教学方式，给一线教师提供有益的教学启示，并且组织学生开展概念构图活动，为学生引导一条全新的学习方式，利用概念进行思维发散，思维过程可视化，从而更系统、有效地参与科学探究过程中，提高学

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习效率。本研究将有助于推进概念图在科学探究中的应用，有助于科学教学的发展，有助于师生们改进教与学的方式，提高师生的科学素养。

二、概念界定

1.概念图。概念图是20世纪六十年代美国康奈尔大学Joseph D. Novak教授提

出的用于表征和揭示知识结构中的意义联系的图表。它是由代表概念的节点和表征概念间关系的连线组成，以视觉再现认知结构、外化概念和命题的一种方法，又称概念构图（concept mapping）、概念地图（concept maps）或概念网（concept webbing）。这种以图示表达人们头脑中的概念、思想、理论等的方法，能把人脑中的隐形知识显性化、可视化，便于人们思考、交流和表达。并被证明是教师帮助学生学会如何学习的一种行之有效的教学策略。

2.概念图教学。以构建概念为核心，引导学生以框图的形式将概念以及概念之间的意义关系进行重组和优化，便于学习者对整个知识结构的掌握，有利于直觉思维的形成，促进知识的迁移，提高学习效率。对于教师和学生来说，是一种全新的教与学的方式。

三、理论依据：

1.奥苏贝尔的有意义学习理论：影响学习的最主要因素是学习者已掌握的知识，当学习者有学习的意向，并把所要学的新知识同原有的知识联系起来时，意义学习便发生了。学习者应会辨别新概念的层次。根据层次，把这些概念放入他们知识结构中相应的位置上。主张用一幅“大的图画”，首先呈现最笼统的概念，然后逐渐展现细节和具体的东西。

2.建构主义的学习理论认为：要记住知识、并懂得意义，新知识就应当与现有知识结构整合。概念图可以把整合过程清晰呈现，使学习者看到概念之间的关系，促进整合过程的形成。概念图还是学生建构知识不错的脚手架。由此，引发了对概念图更深入地实践应用以及研究。

3.脑科学理论：泛脑网络学说认为，人的大脑可从宏观到微观分为回路、神经元群、神经元及分子序列四级层次的网络。人的学习、记忆和思维正是通过这样一个网络系统来进行的。概念图的结构特征充分地符合了这一人脑的生理机制。

四、研究目标和方法

研究目标：

1.在概念图的研制与运用中，提高教师有效设计的能力，从而促进教师的专业成长。

2.用概念图于科学探究，提高学生自主探究能力，培养整体思维，提升素养。

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3．构建新型的基于概念图教学的模式和概念图学习的策略。 4.利用独特的概念图探究文化，形成学科教学特色。 研究方法

1.调查研究法。在课题研究前期要充分调查师生对科学探究的方式方法的使用现状，以便于课题研究的实施。课题中期调查学生对概念图学习的认可度和使用效率，以便有效推进概念图深入研究。

2．文献资料研究法。在课题研究的整个过程中均要查阅相关的文献资料，认识概念图教学的现状，思考概念图教学的对策、与科学探究的联系点等。

3.行动研究法。对课题研究中，教师的教和学生的学采用行动研究法，立足科学探究过程，提炼相应的策略

4.经验总结法。对概念图教与学的方式进行有效的总结，边实验边总结，形成相应的教学模式和策略。

5.个案研究法。采用个案研究来提升概念图教与学的力度，使本课题更加有说服力。

五、研究内容和主要过程：

课题组组建了一支以市科学中心组为依托的研究团队，创建了课题网站，先后用网络收索和CNKI文献查阅的方法查阅了关于概念图的文献资料，课题组成员通过相互学习交流，思考了概念图的内涵，认识到概念图的起源与国内外研究现状，概念图是以概念、连线、层次为要素的结构，能引领学生自由探究，自由表达，提升科学探究能力。其次学习了概念图运用在小学科学探究的哪些环节，对学生的科学探究起哪些作用，明确了概念图可以优化教师备课、调查学生前概念、帮助学生自由设计实验，提高探究效率等。在此基础上课题组对以下内容作了研究： （一）基于概念图教学的单元整体性备课研究。

课题组通过调查研究发现，以前的备课都是以单独概念为主题，忽略了单元概念中的联系，以致于教师对单元前后科学概念掌握不牢，课堂驾驭能力不强，经常被学生“问倒”，现在利用概念图进行单元整体备课，促进教师从整体上把握科学教材，钻研教材，形成系统的科学概念。我们从以下几方面展开研究：

1.钻研整个单元教材，用概念图列出单元科学概念间的关系，自身形成整体认识。首先认真分析教材，列出概念及概念间的联系。其次在备课中要得到体现，列出单元概念图，形成整体认识。（举例五年级上册《太阳和影子》略。）

2.根据单元概念关系，设计概念图教学策略。单元概念图列好后，研究在每一个课型中怎么用？利用概念图目标指向有哪些？课题组通过研究，确定了概念图主题单

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元分析表：

单元 课例 概念图类型 第 一 单 元 我眼里的生活世界 4.植物 动物 维恩图 人 比较植物 动物和人的相同和不同 3.校园里的动物 气泡图 1.寻找有 生命的物体 2.校园里 的植物 气泡图 维恩图 气泡图 探究有生命的物体 探究植物类型 探究阶段 比较植物特点 总结比较阶段 记录动物名称 探究阶段 比较动物的特点 总结比较阶段 中间环节 观察概念图找出相同点和不同点 记录动物类型 能比较动物特点 内容 在教材中位置 探究阶段 找出有生命的物体 记录植物类型 比较植物的特点 目标指向 通过每一单元的科学概念图主题分析，教师就比较清楚概念图怎样用？用在哪儿？达成哪些目标？课题组成员能勾画概念图来认真分析教材，是我市科学中心组研究教材的一大特色，教材理解可视化，单元备课整体性强，课题组成员在三年多时间里认真分析、研究教材，课堂教学实效得到提升，所执教的市级公开受到教研室领导好评。

3.利用概念图调查学生的前概念，提高教学效率。

本课题主要根据奥苏伯尔的有意义理论，影响学习的最主要因素是学习者已有的学习经验，当学习者有学习的意向，并把所要学的新知识同原有的知识联系起来时，意义学习便发生了。为此用概念图来暴露和了解学生的前科学概念显得尤为重要，课题组成员采用概念图来了解学生的前概念，有利于教师设计教学和有效的预设。如探究“毛细现象”这个概念时就设计了以下概念图：

通过调查学生的前概念发现，大部分学生已经知道餐巾纸、毛巾等生活中常见材料都能吸水，课本中引导部分就是用餐巾纸吸红水来引导学生兴趣，根据前概念的调查，这样的引导就没有新意，学生不能进入有意义的学习，因此课题组教师根据学生

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前概念水平，用报纸制作了一朵纸花，放入水中慢慢绽放，引发认知冲突，进而引导学生思考，学生兴趣浓厚。在这样的研究中，课题组教师都能针对每一节课利用概念图调查学生的前概念，为课堂教学的有效设计和实施起到了推波助澜的作用。三年来，课题组教师的课堂教学设计能力得到增强，在市科学学科基本功竞赛中有7人获一、二、三等奖。

（二）基于概念图优化科学探究的研究

1.利用概念图作为先行组织者，帮助学生选择主题和研究策略。

科学课程标准倡导科学探究应该是学生真正在研究，教师不能逐一做实验，取代学生的自由研究。课题组通过概念图来引导学生按需研究，有用利用概念图来选择研究策略和主题，培养了学生自主探究的能力。如三年级研究塑料的优点时要和5组材料进行比较，一组一组比较很费力，通过呈现概念图来帮助学生选择主题，学生就能根据小组研究能力和生活经验进行选择性研究。

塑料杯—玻璃杯比 塑料尺—木尺比 塑料盆—陶瓷盆比 塑料袋—纸袋比 （√ ） （ ） （√ ） （ ）

2.利用概念图有效设计实验和记录的研究。

课题组通过用概念图来引导学生进行自主设计实验，真正成为探究的主人。具体做法是：中年级：图式填空。根据教师设计好的概念图进行填空，引导思维，设计实验和记录；高年级：自主画图 自主设计。在教师的引导下用各种形式的概念图进行自主设计实验，有效记录，体验自主性探究过程。

磁

铁

以上探究水的特点就是三年级学生用概念图来填空，也可以自己再添加，引导方法创新；研究磁铁是五年级学生，经过一个阶段训练后，学生能自主设计磁铁能吸什么的实验设计，又能个性化的记录，促进了科学探究效率的提升。其中利用概念图来优化科学探究我们经历了两个阶段的研究：

（1）实验方法的创新设计。利用概念图创新实验方法的设计，不同的学生有不同的设计方法，概念图可以充分展示学生的思维，促进创新设计。

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