如何利用模型帮助学生掌握科学概念

一．概念和科学概念
（一）概念
1．早期的定义：用来表示一群事物的共同属性的符号。
2．普通逻辑学的定义：概念是反映思维对象本质属性和分子范围的思维形式。
3．概念的心理学定义:是反映客观事物共同特点与本质属性的思维形式,是高级认知活动的基本单元,以一个符号,就是词的形式来表现。包括在每个概念下的事物一般都具有共同的属性或特性,比如“笔”虽然多种多样,但都是书写工具。
每个概念都包含内涵和外延两个方面。内涵指的是概念所反映的事物的本质,外延指的是概念的范围。例如：“脊椎动物”这个概念的内涵是有生命、有脊椎,外延则包括一切有脊椎的动物。概念的内涵增加,它的外延就小了。
4．科学教育人士的理解:
概念是有组织的、有不同覆盖程度的、用抽象语言表达的、超越主题和事实的一些观念和思想。
5.我们的理解：概念(Concept)：是组织起来的经验，是基于事实、事件、特性、感知信息进行分类、推理和抽象出来的知识，它使我们能有效地认知、交流、发展我们对世界的认识。
从婴儿开始，人就具有组织经验的能力，对面孔、声音、表情、颜色等等进行分类，形成儿童自己一些概念。来到科学教育课堂的学生并不是一张白纸。这些儿童已经具有的前概念是我们进行科学教育起始的基础。其中有些概念是不正确的，需要通过探究式科学教育来帮助学生建立正确的概念。
（二）前概念与科学概念
1．心理学的分类：
以人们掌握概念的途径不同将概念分成日常概念（前概念）和科学概念。
2．心理学解释的日常概念：
也叫模糊概念或前科学概念,它是在日常交往和个人经验的积累过程中形成的,因此这类概念的内涵中有时包含着非本质特性,而忽略了本质特性。
例如：有些儿童认为鸟是“会飞的动物”，把蜜蜂、苍蝇都看成鸟,而不同意鸡、鸭也是鸟。
3．心理学解释的科学概念：
也叫明确概念,是在科学研究过程中经过假设和检验逐渐形成的,对于个人则主要是在学习条件下获得的。
因此,科学概念的确切内涵可以用言语进行科学的解释。当然,科学概念的内涵也不是一成不变的,随着社会历史的发展,科学的进步以及人类认识的不断深化,概念也在不断地丰富和发展。
4．国内外科学教育领域对科学概念的解释：
一种认为：科学概念是组成科学知识的基本要素，认为“科学概念是组成科学知识的基本单元，是科学知识结构的基础。”他们认为学生掌握一个科学概念，实质上就是掌握同类事物的共同特征。例如：哺乳动物。
又一种认为科学概念是个体对科学知识的理解和看法，“科学概念是用一句完整的话，表达的对事物或现象的理解和解释。反映了事物或现象间的联系，体现的是一种科学的观念”（郁波，2008）。例如：消化系统的不同组成部分,具有不同的功能,目的是使食物被人体吸收。
5．我们的理解：科学概念是指组织起来构成的、系统的科学知识。它来自科学家共同体对世界的认识，同时也帮助科学家组织对世界的观察和发现，它包含的内容是开放的、动态变化的。
科学概念可以是一些自然的语言、如动物、植物、哺乳动物、湿地、水资源等等，也可以是运用一定的语言规则，由科学家建造了更复杂的知识结构的表达，并且和数据、方法、理论和其它概念相连。例如说：“电是一种能量”。
作为一种科学知识，科学概念必须是基于实证研究的，而且是被科学家共同体所接受和承认的。这点和文学作品中出现的概念有根本的不同。在中国不少的教育研究论文中，经常会自己提出许多概念，没有实证，没有体系，别人也看不懂，作为文学作品是可以的，但它不是科学研究论文。科学上对于概念的提出和认定是严格的，必须和一定的理论和体系相关，而且科学知识和科学概念也没有国界。如果科学概念包含的内涵不统一，科学家就无法交流和工作，科学研究这条延绵不断的长河就不能延续。
科学概念又是分层次的，大的概念中包含了较小的概念。概念和概念之间相互联系，这就构成了我们称之为科学模型、理论、和定律。
但是，另一方面，科学概念并不是已经确定就不可以变化的。由于科学知识是不断在发展的，所以科学概念也可以发展，甚至纠正，但都必须基于科学研究的结果。例如我们对“九大行星”的概念就发生了改变。
6．科学概念可以分成三类
第一类，就直接来自我们对自然界的观察，在我们提出的小学科学教育标准中大多属于这一类。
第二类，是需要和一定的理论相联系的，人并不能直接观察到，如原子、分子、基因等。
第三类，是假说，如达尔文的进化论，由于时间的限制，我们还无法直接验证它。
有关科学概念的解释在“探究式科学教学指导书”中也有不少阐述，例如下面的一段：
科学知识是有系统的知识，科学家在不断进行对自然界以及对人类本身的探究中，形成了对事物的分类，对事物和事件性质、过程的描述和解释。这些对归类事物的本质性的归类描述就是我们通常说的概念、而对概念之间联系的描述形成了通常说的定律、模型和理论。
例如，人类在和自然交往之中，发现了不同类型的石头及其不同的特性和用途。人们给不同的矿石命名，金、银、铜、铁、锡等。根据他们的共同性质，形成了矿石的概念，进而扩大形成了包括泥土、水、风等都是没有生命的物质的分类概念。而人类观察不同的动物和植物等都是有生命的物质。生命和非生命的主要区别在于有生命的物质自己能够自我修复，自我繁殖。达尔文通过观察、比较、研究发现了所有生命物质进化的规律—生存竞争，适者生存。
这些科学概念和科学概念之间的联系涉及的范围不同，有的涉及范围小，有的涉及范围大。对涉及范围小的，我们称它们为特定的概念，而涉及范围大的称为普遍的概念，或大概念。当然这种“大”和“特定”的分类是相对的，而不是绝对的。概念越大，就越抽象，学生掌握就越困难，所以儿童的概念的建立一般从简单到复杂，从初级到高级，从特殊到一般。需要一定的顺序，需要和儿童认知和情感的发展规律相符。在教师进行探究式科学教育时，应该了解儿童所具有的原有的概念（有时是想法）。这些原有的概念可能是正确的，也可能是错误的，要从儿童原有的概念出发，搭建“脚手架”，帮助儿童改善和获得新的概念。在探究式科学教育中常常运用概念联系图来明确教学的目标和不同课案之间的联系。
二．模型
   （一）模型你是否曾经用过画图的方法告诉别人你所要表达的意思?这样的图画就是一种模型。
1．模型的定义：模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下,再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。
模型是复杂事物或现象的具体体现。是对于现实世界的事物、现象、过程或系统的简化描述，或其部分属性的模仿。
在一般的意义下是指模仿实物或设计中的构造物的形状制成的雏型，其大小可以分为缩小型、实物型和放大型。有些模型甚至连细节都跟实物一模一样，有些则只是模仿实物的主要特征。
作为一种现代科学认识手段和思维方法，模型具有两方面的含义：一是抽象化，即根据某一特定目的，抓住原型的本质特征，对原型进行抽象、简化，建构一个能反映原型本质联系的模型，并进而通过对模型的研究获取原型的信息，为形成理论建立基础。二是具体化，把高度抽象化的科学概念、假说和理论具体化为某个特定的模型，以便于人们正确的认知，同时发挥理论指导实践的作用。所以模型作为一种认识手段和思维方式,是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一。
在自然科学研究中，人们通过一定的科学方法，建立一个适当的模型来反映和代替客观对象，并通过研究这个模型来揭示客观对象的形态、特征和本质，这样的方法就是模型方法。
是事物原型的某个表征和体现，同时又是事物原型的抽象和概括。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征。
模型是科学方法，是人们探索求知、获取知识的途径和程序。
2.模型的作用：
方便研究、简化、理想化
3．模型的家族：
4．模型的类别
科学解释往往可以借助于科学模型，科学模型包括物理模型和抽象模型两大类。
（1）物理模型
在科学研究过程中，经常用模型来代表非常庞大或者极其微小的事物，比如太阳系中的行星、原子模型、地球的截面模型、声波模型等。这些模型是物理模型一能直观反映真实物体形状的图画或三维结构。
物理模型是用实物的替代物或用绘画的方式来再现事物的结构与关系。
物理模型的意义在于可通过视觉了解实物的形象，在科学教育中有极大的效用。
在这些实例里，模型的建立使我们能观察到无法看到的事物的内部结构，如原子的内部、地球的内部以及声波等，但它们都有特定的行为方式，这使得科学工作者能够设计模拟装置，让我们认识到该事物所应该具有的行为。
（2）抽象模型
抽象模型是指能描述事物活动规律的数学方程式或者描述性文字，如s=vt，用水流比喻“电流”这个抽象概念等。‘
抽象模型突出事物的主要因素，建立抽象模型不仅是为了使问题简化，处理方便，也是为了反映和突出事物的本质特征。例如伽利略让小球从弯曲的斜槽上自由下落，当斜槽充分光滑时，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球为达到初始高度，将运动很远。如果末端完全水平，小球将一直运动下去，永不停止。正因为伽利略构建了光滑斜面这一理想化的模型，才有惯性定律的重大发现。还有“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我们周围的宇宙并不是静态的、恒定的、而是动态的、膨胀的。从而冲破了传统观念的束缚，为研究宇宙的起源和演化扫清了道路。因此抽象模型的建立是为了突出物质的基本特征及其基本规律，使物质的规律和特征简单、明晰，而将其加以抽象，保留对所研究问题起决定影响的主要因素，这种科学抽象的产物就是抽象模型。
模型的分类标准很多。按结构形式分为4种：
实物模型
图示模型：用图形、图表、网络符号等把系统的实际状态加以抽象的表现形式。
模拟模型
数学模型
（图表包含多种形式：柱形图、折线图、记录表、循环图、流程图、概念图等。）
5．模型的特点
（1）模型的逼真性
物理模型是用实物的替代物或绘画的方式来再现事物的结构与关系。所以模型尽可能逼近研究对象，才能达到通过建模对现实对象进行理解、分析的目的。
（2）模型的渐进性
稍微复杂一些的实际问题的建模通常不可能一次成功，要经过上一节课描述的建模过程的反复迭代，包括由简到繁，也包括删繁就简，以获得越来越满意的模型。
（3）模型的强健性
模型的结构和参数常常是由对象的信息如观测数据确定的，而观测数据是允许有误差的。一个好的模型应该具有下述意义的强健性：当观测数据(或其他信息)有微小改变时，模型结构和参数只有微小变化，并且一般也应导致模型求解的结果有微小变化。
（4）模型的条理性
从建模的角度考虑问题可以促使人们对事物的分析更全面、更深入、更具条理性，这样即使建立的模型由于种种原因尚未达到实用的程度，对问题的研究也是有利的。
（5）模型的技艺性
有入说，建模目前与其是一门技术、不如说是一种艺术，是技艺性很强的技巧。经验、想象力、洞察力、判断力以及直觉、灵感等在建模过程中起的作用往往比一些具体。的科学知识更大。．
（6）模型的局限性
这里有几方面的含义：第一，模型是现实对象简化、理想化的产物，所以它与事物的原形在结构上或功能上只是相似的关系；第二，由于．人们认识能力和科学技术包括数学本身发展水平的限制，还有不少实际问题很难得到有着实用价值的科学模型。如一些复杂的机理，影响因素众多、测量手段不够完善、技艺性较强的生产过程等；第三，还有些领域中的问题今天尚未发展到用建模方法的阶段，如中医诊断过程，目前所谓计算机辅助诊断也是属于总结著名中医的丰富临床经验的专家系统。
建模过程是一种创造性思维过程，除了想象、洞察、判断这些属于形象思维、逻辑思维范畴的能力之外，直觉和灵感往往也起着不可忽视的作用。当由于各种限制利用已有知识难以对研究对象做出有效的推理和判断时，凭借相似、类比、猜测、外推等思维方式及不完整、不连续、不严密的，带启发性的直觉和灵感，去“战略性”地认识对象，是人类创造性思维的特点之一，也是人脑比按程序逻辑工作的计算机、机器人的高明之处。历史上不乏在科学家的直觉和灵感的火花中诞生的假说、论证和定律。
当然，直觉和灵感不是凭空产生的，它要求人们具有丰富的背景知识，对问题进行反复思考和艰苦探索，对各种思维方法运用娴熟，相互讨论和思想交锋，特别是不同专业的成员之间的探讨，是激发直觉和灵感的重要因素。所以由各种专门人才组成的所谓团队工作方式越来越受到重视。
（二）建模什么是建模？即建立系统模型的过程，又称模型化。建模是研究系统的重要手段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模。建模就是一个实际系统模型化的过程。实际系统的种类繁多，试图描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。可以通过对系统本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模；也可以通过对系统的实验或统计数据的处理，并根据关于系统的已有的知识和经验来建模。还可以同时使用几种方法。
还可以这样理解，所谓模型建构(简称建模),广义上泛指人类描述和解释自然现象的一切概念化过程,它是一个包括定义变量、检验和评价和修改模型的循环过程。基本上,科学知识的发展即为一个产生模型与修正模型的过程。学生使用他们已知的知识去整合新的信息,进而延伸他们的知识。在整合的过程中,来自于现象观察、直接经验、或是经由许多表征的交互作用经由心智的运作建模型。仅如此,模型的建亦可通过讨论、理解、评估他人的模型、或是通过检验呈现的模型来进一步了解我们自己的心理模型,看它是否能让我们进一步去理解、描述、解释和预测现象或事件。如果符合,则模型将会被强化,或为稳定,模型即可以被使用。如果经由这些过程必须否定模型时,则模型必须进行改变,此时所需的是修正模型,或是拒绝模型,或是重新建构一个新的模型。有鉴于此,我们认为模型建构活动是一种基于模型的建构性学习活动,它是一个模型形成、运用、详细阐述的反复过程。
建立模型能帮助人们理解他们无法直接观察到的事物或现象。比如用不同颜色的橡皮泥来模拟细胞核和细胞中的各种细胞器，就可以建立细胞的结构模型。借助于这个模型，人们能够对肉眼无法直接观察到的细胞及其结构产生具体的、直接的感官感知，便于人们认识和掌握。
三．利用模型建立并掌握科学概念   模型给人们一种认识事物的思路、角度和方法。模型提供观念和印象，是非常吸引学生的生动的感性材料，是学生知识结构的重要组成部分。要有效进行一个模型建构，教师应该只是提供一定的指导，由学生自己动手动脑进行模型建构。
以下介绍几个的教学实例，尝试在课堂教学中运用模型和模型的方法，通过学生的动手操作，相承对科学概念的掌握。
（一）利用现有模型，建立科学概念
1.利用现有的模型，建立物体的结构这样的科学概念。
例如：利用已有的花的构造模型、人体骨骼模型等建立花的构造、骨骼的数量、特点及作用的概念。
《骨骼》：提问引出骨骼的作用—研究骨骼的方法（触摸、模型、资料、X光）——触摸感知“解暗箱”（数量、形状特点、名称、作用）——出示人体骨骼模型，安排学生到前台进行指示和描述，及时修正错误概念—骨骼保健。
2.利用现有的模型，建立事物规律与成因的概念
例如：探究风的成因
难点：自然界中空气是怎么流动成风的？
解决这个难点的第一个环节是这个传统的模拟实验，因为这个实验对小学生来说比较难，因此在实验前教师必须向学生讲清实验方法。我分两层进行，首先a：点燃卫生香，不点燃实验箱内的蜡烛，把卫生香放在实验箱的侧口处，观察香烟流动的方向。b：点燃实验箱内的蜡烛，把卫生香放在实验箱的侧口处，观察香烟流动的方向。c：熄灭实验箱内的蜡烛，把卫生香放在实验箱的侧口处，观察香烟流动的方向。以上实验反复几次，发现什么归律？思考是什么条件造成不同的实验现象。通过这层实验和学生共同分析发现：
箱内外温度不同（既出现冷热差别）时，空气才能流动起来。
好多版本的教材和许多教师在教学中就到此为止，因此学生对风的形成的概念理解的较模糊。为此我又安排了第二层实验：d.点燃箱内的蜡烛，堵住实验箱的上口，把卫生香放在实验箱的侧口处，观察香烟流动的方向。结果烟不进入箱内，在口外向上流动。引导学生思考这又说明了什么？从分析讨论中学生这时发现只有箱内的热空气跑出去，冷空气才能跑进来，才会有空气的流动。在这一环节中，教师关注学生思维发展的轨迹，通过层层递进的四步模拟实验，使学生真正明白了风形成的条件。建立了：“空气在蜡烛的热作用下，体积膨胀，密度减小，比冷空气轻就会上升,腾出一定的空间，这时旁边的冷空气就会流过来补充热空气上升后流下的空间，当热空气源源不断的上升，冷空气源源不断的流过来补充时，就形成了风。”这一科学完整的概念。
第二个环节探究自然环境中风的形成。知道了实验箱内外的风是怎样形成的了，自然环境中的风是不是也是这样形成的哪？我是通过让学生探究教室门口风的形成，来帮助学生实现这一迁移的。提问：能用温度计、卫生香、火柴等材料，检验并说明教室门口是否有风形成？学生在以上概念学习的基础上，经过小组讨论会想到：把点燃的卫生香放到教室门口，观察烟流动的情况：如果向上说明没风；如果向某个方向流动说明有风。然后测一测室内温度和室外温度，比较烟流动的方向，以此解释教室门口的风是怎样形成的。课上根据实验现象的研讨分析，学生发现：当室外炎热温度较高，室内比较凉爽温度较低，室外热空气上升，室内的冷空气向外流动，补充室外热空气上升流下的空间，形成由内向外的风，使门口的烟流向门外。当室内温度较高，室外比较凉爽温度较低时门的上方烟向外飘，门下方的烟向内飘，因为室内的热空气从门的上方向外流动，在室内流下的空间就由室外的冷空气从门的下方流进来补充，从而在门口的不同位置就形成了不同方向的风。（这个实验要根据当时具体情况来定，教师最好安排在室内、室外温差较大时进行，效果会更明显。）
这样学生对风的形成的认识由实验箱迁移到教室内外，教师继续引导学生思维
扩散，告诉学生在自然界中由于地球表面的海洋、陆地、冰川等物体吸收太阳光热量的能力和夜晚散发热量的能力不同，不同地区自然会出现不同的冷热差别，也就会形成自然界中的风。
第三步，结合生活实际中的自然现象巩固上面建立的概念。1.冬天为什么冷风总会从门缝儿钻进室内？2.北京地区冬天为什么总刮西北风？在分析、研讨中学生发现：冬天，室内温度较高，室外温度较低。室内热空气向屋顶流动，室外冷空气就会从门缝儿流进室内，我们就常常会感到在门缝儿、窗缝儿形成的冷风。因为北京地区地形特点是：东南面是渤海，海水散热慢，所以温度较高；西北面是西北高原，散热较快，所以同东南面相比温度较低。因此东南面较热的空气上升，西北面的冷空气会流过去补充，从而形成了由西北刮向东南的西北风。因为科学探究的内容来源于学生的生活实际，更应回归到学生的生活中，这样学生会感到学的知识有用，他们就会喜欢学，逐渐就会养成对常见的自然事物爱问为什么？想探究的好习惯。从而也达到了巩固概念应用概念的目的。
课后小结：通过闻香味、看香烟、制造风等观察、实验等探究活动，充分调动学生的多种感官，把看不见、摸不着的空气流动可视化使学生真正理解：“空气能流动，空气的流动形成风”。突破了学生概念建立的第一个难点。然后通过模拟实验探究自然状态下空气是怎样流动形成风的；学生知道了风形成的条件后，通过实际测量室内外温度，观察分析教室门口儿的空气是怎样流动成风的，学生对风的形成的认识从实验箱迁移到教室内外；当学生建立了自然界中风形成的完整概念后，再通过分析生活中常见的自然现象，使学生更深更透的理解了本概念。学生在这样的学习过程中，不仅掌握了“可视化”的探究方法，类比推理等思维能力也得到了发展。[NextPage] （二）现场制作模型，建立科学概念
1.利用现场制作的模型，建立自然事实这样的科学概念。
例如：制作地球仪、制作土壤的剖面、火山的喷发等模型。
又如：毛线游戏与食物网
首先，通过直观图片找联系，通过模型建构，帮助学生建立食物链概念。
出示有直接食物关系的两种动物，让学生认识，找二者有什么关系？由简单
二者食物关系导入，切入主题：食物链就是动植物之间的食物关系。以调出学生已有认知，让学生建立2种动物间的吃与被吃的简单食物联系。
话题：农田里可能还有什么？由此自然导出农田里的其它生物：野兔、蛇、
蝗虫、青蛙、白菜、菜青虫、小麦。
一共8种动植物，教师贴在黑板上，由此，让学生看着它们说一说这些动植物之间有食物关系吗？顺应学生的想法进行板书：
此环节目的：利用多种动植物图片，调动学生前概念，建立多种动植物之间一条吃与被吃的稍复杂的联系。
建构食物链概念
指导学生找规律，这3条食物链有什么共同的地方？
此环节目的：通过类比归纳活动，由此指导学生建构食物链的概念：都以植物开始，都以凶猛的野兽结束，中间都是植食动物或低等食肉动物。指导学生思考，分析：为什么食物链都是以植物开始？又为什么以动物结束？
由此问题思考，挖掘以前所学寻找出生产者（植物能进行光和作用给自己和动物制造食物）和消费者（靠植物或其他动物为食物）的概念认识
其次，利用直观图片，把众多食物链联系起建立认知模型，初步形成食物网概念。
通过模型不仅可以将陌生的、非直观和不确定的事物、思想转换为熟悉的、直观的、确定的东西，从而在头脑中形成科学概念和建立理论；同时还能使抽象的理论和知识具体化、丰富化，使学生更深刻、更直观地把握科学概念的本质和特征。
让学生根据黑板的动植物尽可能的写出更多的食物链来。（让学生把概念加以应用并为后面复杂食物关系——食物网做准备）
对照学生写出的多条食物链，指导学生进行分析，你发现什么了？（每一种动植物都和其他很多动植物有食物关系）
板贴，利用箭头作食物网。
调整摆图顺序：生产者放下边，低级消费者放中间，高级消费者放上边。
再用箭头联结表示吃与被吃的关系。
让学生以小组为单位（2个小组结合），每个人分别扮演其中的一种动物或植物，然后把食物关系进行拉线。
规则：每人胸前挂动植物图片
植物手里拿好多个线团，谁吃植物谁去它手里拉一个线头出来。
吃这些植食动物的动物去植食动物手里拉线团。以此类推，一直拉到最凶猛的动物手中。
让学生仔细观察拉好的毛线网，你发现什么了？
出示食物网概念：生物间错综复杂的网状食物关系。
在食物网形成后，教师下达命令，让“白菜”松手，其他动植物仔细观察会出现什么现象？目的：让学生建立认识：一种动植物受到破坏，整个农田里的很多动植物就都会受到影响，从而上升到生态联系的认识。
2.利用现场制作的模型，建立事物之间的关系的科学概念
例如：种子的构造
为有效地学习本课，教学前老师们曾经设计多个问题、采用访谈和出测试题的方式，侦测学生的前概念水平。
对于“种子是有生命的，它可以发育成一株植物”内容的前测
有的老师曾用《小猫种鱼》的故事对学生进行课前访谈“为什么农民伯伯种玉米收获玉米，种花生收获花生，而小猫种鱼却不能收获？”访谈中有一部分学生能述说出玉米、花生这样的种子可以生长，种在地里不腐烂，而鱼是在水中靠卵繁殖的，种到地里腐烂了。但大部分同学不能清楚的表达出最本质的原因是因为种子是有生命的，它可以长成一株植物。
还有的老师进行过这样的访谈“你认为花生与石头、螺丝钉的区别是什么？”访谈中大多数学生认为花生能吃而另两种不能吃，没有学生从有无生命方面来区分它们。
以上访谈结果说明学生对种子有生命，能长成一株植物，虽有一些认识但很模糊，这与他们缺乏实际的种植体验是分不开的。
“对种子的构造认识”的前测
有的老师以同学们经常吃的花生种子为前测内容，“请回忆或猜想花生仁里面是什么样的，画下来。”
从图中可以看出，学生对常食用的花生种子的内部是不了解的。
又有的老师以“种子里面会是什么样的？”为前测题目，可以看到学生的想法多种多样，但与事实还有很大差距。
种子可以发芽，长成新的植物，那么种子里面会是什么样的猜想
可以看到学生们的猜想丰富了许多，精彩了许多。
综合上述前测分析：学生们的猜想虽然具有想象性、推断性，但都和事实有很大差异。这表明学生们对身边种子，尤其是种子的内部关注的较少。他们没有解剖种子的需求，没有解剖种子的经验，更没有对种子内部进行过认真的观察与描述。
“种子各部分的作用，即与新植物关系”的预测。
老师们曾在教学的不同环节对学生关于“种子各部分的作用，即与新植物关系”进行过侦测：
有的老师在教学导入阶段，教师出示菜豆和菜豆苗，提问：“这些菜豆苗是用菜豆种子种出来的，那么你认为在种子的生长过程中，它的每个部分有什么作用？种子的哪部分将来可能会长成新植物的哪部分呢？”从学生个人猜想和集体交流后的猜想，我们可以发现：学生最常见的错误认识认为
在种子萌发初期看到的“芽”是新植物的茎和叶，它们本身就具有提供营养的作用，30名学生中只有1人认为它是新植物的根；100%的学生认为种子出土之后我们首先看到的那两片“小叶”是真正的叶子，没有人知道它是种子中提供营养的“子叶”。
有的老师带领学生了解种子的构造后，对“种子各部分的作用，即与新植物关系”进行过预测。从图中我们可以看出，尽管已经历了
解剖、观察的体验，但学生的猜想还是片面的。
这说明学生们没有种植种子的经验，也没有进行过全程观测，很难将种子的各部分与其今后的生长变化建立起对应的联系。为此，我们将以下两个内容确定为教学难点。
难点归纳
本课的难点主要有两个：
1、知道种子是有生命的，它可以发育成一株新植物；
2、种子各部分的作用（即种子结构与新植物生长发育的关系）。
为解决学生出现的这些实际困难，使学生从小建立“生命结构与生命体生长发育的关系”的核心概念及双子叶种子植物的知识体系，为今后的植物学学习奠定扎实的基础，在小学教学中引导学生突破这些难点是很有必要的。
突破教学难点的策略
针对以上情况，结合概念转变策略中的——加强学生实践体验增强感性认识的策略。我们调整了教学的先后顺序，将种植种子并观察记录的活动提到课前进行，为有效突破教学难点做了全方位的准备。
难点1：知道种子是有生命的，它可以发育成一株新植物
根据对学生的前期访谈及学生缺乏种植经验的特点，首先组织学生展开种植种子的活动，以活动丰富学生的种植体验，使学生在种植、观察中切实感受到种子是在不断生长变化的。然后通过在课堂上的观察记录交流、实物展示交流，从而明确种子随着生长变化成为了一株新植物。最后通过教师板书的适时跟进，进一步明晰种子是有生命的个体。
组织学生课前种植活动
课前教师谈话“同学们平时吃过菜豆、花生、红豆、绿豆吧，你们种植过它们吗？观察过它们的生长变化吗？”学生真没几个种过的，即使偶有种过种子的也大都种在土壤中，观察不到种子的变化过程。此时，教师为学生提供了教学中将解剖的泡涨的种子“菜豆、花生、花豇豆、红豆、绿豆”，保证每人都有包括菜豆种子在内的两三种种子，并以透明种植在杯中的形式呈现给学生，利于学生每天进行观察记录。同时引导学生重点观察菜豆种子的生长变化，为课上学习时主要围绕菜豆种子的生长变化和解剖奠定基础，也为解剖观察多种双子叶种子的构造，归纳形成概括的认识做了铺垫。
通过为期一周的观察、记录，学生真实的鉴证了种子生长成一株植物的过程，真切的感受到种子是有生命的。
课上交流观察
上课伊始教师组织学生交流：“在一周前，大家对一些种子进行了种植和观察，你种的种子都发生了什么变化？可以进行实物展示也可以配合着观察记录进行说明。”这时教师引导学生进一步明确种子向下长出了根，向上长出了茎和叶，成为了一株新植物。明晰种子的生长变化是因为它是具有生命的个体，并通过广泛的交流促使学生达成共识。请看课上交流录像片段
板图跟进
当学生交流种子尤其是菜豆种子的生长变化后，教师适时的板画出菜豆种子长成了一株植物的样子，不仅凸显了种子生长变化的情况，更利用板书提纲携领的有效形式展现重点内容。同时，此时的板图还为后期种子的内部构造与新植物生长发育间的联系埋下伏笔。请看课上交流录像片段：
难点1小结：通过以上的课前种植观察、课上交流明晰、板图跟进强化的活动。促使学生真实的感受到种子经历了生长变化的过程，这样的过程说明它具有生命，可以长成一株植物。完成了对难点一的突破。
难点2、种子各部分的作用（即种子结构与新植物生长发育的关系）。
根据学生们前测现状，我们认为，提前的种植活动与长期的观察记录有利于扭转学生片面的、错误的认识，建立种子为新植物提供原型、营养、保护作用的认知。教学时教师就以此为突破口，引导学生根据种子外部的生长变化推想其内部的构造会怎样？哪部分提供营养？哪部分保护种子？试着将新植物生长发育与种子结构建立初步联系。更通过解剖观察实物认识种子的基本构造，促使其联系更加明晰。最后，将种子结构与新植物生长发育进行对比、联系，形成正确的认识。
根据新植物生长发育推想种子结构及作用，初步建立联系
种植活动已经为种子构造的认识进行了预热，这时，由新植物生长发育推想种子结构及作用已到了最佳时机。首先教师提出问题，引导学生进行讨论：“以菜豆种子为例，它已经长成一株新植物，有根、茎、叶，它的内部具有怎样的器官才能长出根、茎、叶呢？种子能够生长必须要有营养，哪部分为种子成长提供了营养呢？哪部分起到保护种子的作用呢？”然后，让学生将推想画在菜豆种子轮廓图上。
从图中可以看到，这时学生的推想已不再是随意的猜想，而具有丰富的实践经验作参考，学生不仅有依据地推想两片子叶上可能生有幼小的植物，还对两片子叶间着生的小芽有了推测。更对各部分的作用有了初步的看法。这正是学生种植、观察种子成长过程所致。由此能看出学生的推想更具合理性与接近性。但大家的想法还有很大差异，正是学生认知冲突的激发点。由此而进入实证环节。
实证、解剖观察，再次建立联系
教师带领学生进行解剖种子的实验：先解剖并观察一粒菜豆种子，发现菜豆种子的构造，并由教师板画在黑板上，同时将各部分的名称逐一介绍出来；再通过解剖并观察几粒不同生长阶段的菜豆种子，观察其内部、外部的生长变化；再解剖红豆、花豇豆、绿豆等不同生长阶段的双子叶种子，观察其内部、外部的变化，促使学生将种子的构造与其各部分的作用再次建立联系。
比较分析、归纳概括，建立对应联系
当学生对菜豆等种子的构造及不同阶段萌发的不同状况有了完整认识后，教师引导他们再次观察种植杯中的植物幼苗。比较观察种子的哪部分已经发育成幼苗的哪部分？在生长发育的过程中，谁提供了营养，谁起到了保护作用？由于学生经历了由种子外部到内部的逐层深入观察，由种子后期变化到前期状态的倒序了解。此时进行种子结构与新植物生长发育关系的比较分析、归纳概括水到渠成。学生发现种皮起到了保护胚的作用，因为当种子长成植物后种皮已经脱落了；子叶慢慢的枯萎，已经耗尽了养料；胚根长成植物的根；胚芽长成植物的茎和叶。
难点2小结：通过以上的逐层活动，根据新植物生长发育推想种子结构及作用，初步建立联系；实证、解剖观察，再次建立联系；比较分析、归纳概括，建立对应联系。至此，促使学生明确种子中最重要的部分是胚，种子的种皮具有保护胚的作用，子叶为种子萌发提供营养，胚根将发育成植物的根，胚芽将发育成植物的茎和叶。从而突破了第二个学习难点。
3．利用现场制作的模型，建立事物规律与成因的概念
例如：认识雨的成因的教学中，在学生已经学习过凝结、云的成因的基础上，首先让学生观察思考下雨时的天气现象，如：下雨前后的天空有什麼不同？下雨前:云很多,天空很暗.下雨后:云变少了,天空亮了很多.雨后天空的云减少,云到哪里去了。促使学生猜想雨的形成原因：水蒸气遇冷凝结成云，云里的水多，承受不住，降落为雨。再让学生思考，怎样证明猜想是否正确呢？能亲自观察吗？自然界中的天气系统太大了，难以观察。能不能做个小型的便于观察的模型呢？要制造这样一个模型，水蒸气从哪来？用什么东西冷却水蒸气？这样逐渐引导学生建立一个雨的形成的模拟装置来证明猜想是否正确。
在实验中，一般用烧杯中的水代表自然界中的水，用装有冰块的铁盘代表高空中的冷空气，用从铁盘中滴下的水滴代表真正的雨水。实验结束后，老师再引导学生认识更加科学的雨的成因“空气中的水蒸气在高空受冷凝结成小水点或小冰晶，小水点或小冰晶相互碰撞、并合，变得越来越大，大到空气托不住的时候便会降落下来，当低空温度高于O℃时，便是雨”学生更容易接受。
在这个模拟实验中，只抽取本质要素，用简单的模型模拟复杂的天气系统使复杂的问题简单化，有利于学生概念的发展。
还有很多利用图表进行概念建构的方式……