基于逻辑的小学科学概念定义方式

逻辑学是关于人类思维和思维规律认识的学科。科学中的思维活动脱离不了人类思维的特点和规律，但科学更强调依据事实的思维，强调思维过程的清晰性和肯定性。小学生的科学认识过程运用的思维处于人类思维的早期阶段，因此，对于小学生获得科学概念而言，具有这个年龄段的特点或者早期科学认识的特点。

心理学对概念的研究，提出了概念的双层表征观点，即概念的表征分为原型和核心成分。原型在知觉上是显著的，但对概念的成员资格并不具有完全的诊断意义。核心成分对确定概念的成员资格更具有诊断性，但倾向于相对地隐藏起来，不那么明显，^[3]如“女人”概念。概念的原型就是女人的特征，包括女性的身体特点、服装、发式等，核心则是决定性别的染色体。染色体对性别的判定是权威的，但是这个因素是深深隐藏的。“女人”的原型是明显表现出来的，我们在生活中就是通过原型对女人作出判断，我们也明白这种判断不具有强说服力。对于科学概念的理解，小学生基本处于对概念原型的感知和理解。注意，概念的原型和核心，都是概念的内涵，应该是内涵的两个层次。概念的另外一个属性是外延。我们谈到的“女人”，其外延应该包括女婴、女童、姑娘、大娘、媳妇，等等。

本节我们在了解逻辑学概念定义方式的前提下，重点提炼和讨论小学科学概念的定义方式。首先是属于外延定义的实指定义和列举定义，其次是语词定义且是语词定义中的规定性定义，最后是属于内涵定义的性质定义、发生定义和功用定义。

一、实指定义

实指定义亦称“实指的外延定义”“指示定义”，是通过指出现实对象来揭示被定义项所指称的事物的定义。^[4]实指定义的被定义项是个概念，定义项则是实物，属于逻辑学中外延定义的一种。通过用手指着某个对象，或者借助其他身体姿态，教会儿童认识事物和使用语言，例如：摸着耳朵教儿童说“耳朵”、指着灯教儿童说“灯”，等等。实指定义是儿童学习母语、了解概念最原始、最有效的手段。实指定义建立在语言基础之上，词与物的指称关系是以语言为前提条件的。实指定义是将外在对象指称为语言，词与物要建立起指称关系。

小学科学概念按理解层次主要分为两类：第一类科学概念属于成年人能够准确理解的概念，但处于小学阶段的学生由于认知发展水平没有达到能够理解抽象概念的高度而作出感知性理解。第二类科学概念属于成年人也不能准确理解的科学概念。

由于人类认识的局限性以及科学知识的发展性和可错性，目前还存在许多科学领域的谜团难以解答，对于部分科学概念，科学家也只能根据现有的观察或实验来给出定义。

例如，科学上对“光”的定义是“能够引起人们视觉的电磁波”，但小学生根本不知道什么是“电磁波”，头脑中对“电磁波”没有明确的概念，那么用这种属加种差的方式来定义“光”的概念也就不能被小学生所接受。那么，教师可以通过给学生提供大量丰富的同类典型实物，引导学生亲历科学探究来增加对科学概念的感性认识，让学生从事物外部特征的角度辨别、识别科学概念。教师可以为学生提供阳光、灯光、烛光等多种“光”的实例，使学生在头脑中形成“光”的丰富表象；在对“光”的感性实例进行思维加工的基础上，即通过比较、分类、概括、综合等思维方法，有效辨别“光”有别于其他概念的不同之处，形成“光”的关键特征，获得对“光”的认识。其中特别重要的是将“光”与各种光现象建立联系。

小学中存在很多类似的科学概念。一般说来，科学上的特征实体概念，由于其具有可以指向的实体，又是以呈现的特征为识别标识，很多会用到实指定义方式。科学上的一些概念，如鱼类、鸟类、热、光、电、磁等，在人类的科学认识上有本质性认识，但是对于小学生而言，还只能认识这些概念的原型，即外部表征。因此，采用指认的方式获得这些概念的大量原型，并将这些原型储存在大脑中，能够在具体情境下进行辨别和识别。

二、列举定义

有些科学概念，其核心没有清晰地揭示或小学生还无法感知其核心，可以通过列举符合概念的例子来获得对概念的理解。这种用列举的方式习得概念就是概念的列举定义法，列举定义属于外延定义。如果一个概念所指称的对象数目很少，或者其种类有限，就可以一一列举出来，又称穷举定义。如果一个概念的外延对象数目很大，或者种类很多，无法穷尽地列举，就举出一些例证，以帮助人们获得关于该概念所指称的对象的一些了解，这就是列举定义。^[5]

例如“地形”概念，我们看到的陆地地形主要有平原、高原、山地、丘陵和盆地。列举典型的地形，理解地形概念，这是穷举定义。又如“太阳系”概念，由行星、行星的卫星、小行星、流星、彗星等构成。列举太阳系的具体成员，理解太阳系概念，这是列举定义。

小学生科学认识处于具体感知阶段，需要用各种方式获得丰富的关于科学事物的表象。因此，存在大量以列举定义去获得对科学概念的理解的方式。对于“种子的传播方式”，教材中是这样定义的：“种子的传播有各种各样的方法，例如，巧借风力、动物帮忙，随水漂流和靠自身弹射力量等。”在列举这些例子的同时，把用相应方法传播种子的植物列举出来，这样学生通过这些具体的实例，概念在头脑中有了清晰的反映，对于植物的种子的传播方式这一概念就有了比较深刻的理解。对于“珍稀植物”，就是通过列举银杏、水杉、银杉、人参、珙桐、金花茶这些植物，让学生去理解珍稀植物这个概念的。又如“动物的繁殖方式”，动物的繁殖方式主要有卵生和胎生两种。一般情况下，蚕、蚂蚁等昆虫，鱼类，青蛙、蟾蜍等两栖类，蛇、海龟等爬行动物类以及鸟类等动物都是卵生的，大多数哺乳动物是胎生的，但有一些低等的哺乳运动是卵生的，例如鸭嘴兽。再如“动物的生命周期”，动物出生后，都要经历生长、发育、繁殖、衰老和死亡等生命过程。不同动物的生命过程各不相同。例如蚕经历了卵、幼虫、蛹、成虫的生命过程；蝗虫经历了卵、幼虫、成虫的生命过程；兔经历了胎儿、幼兔、小兔、大兔的生命过程等。再如“简单机械”，杠杆、滑轮、轮轴和斜面都是能帮助人们工作和生活的装置，又称简单机械，等等。

用列举的方式习得概念，可以获得对概念的理解。一般来说，大多数概念都可以用列举定义的方式获得某种程度上的理解。但列举定义的方式没有揭示概念的内涵，完全用列举的方式习得的概念局限性大。因此，列举定义的方式常常与其他习得概念方式，特别是内涵定义方式结合使用（在本章第三节中会详细讨论这种情况）。这样，列举定义对概念理解的作用更为凸显。

三、规定性语词定义

科学是对自然世界无止境的探索过程。考察科学技术发展史发现，不断有新事实、新规律、新方法产生。因此，要对这些新出现的认识成果给予指称，对其含义进行说明或规定，这种概念的习得就是语词定义。描述性语词定义往往涉及哲学层面的大概念，如“物质”“宇宙”等，在小学科学中经常直接使用，也就是不去作出定义。说明性语词定义往往是先存在语词，然后对语词进行解释，与小学生科学认识过程不符，很少用到。小学科学中存在的语词定义，一般是对科学事物的规定，即对某个语词人为地规定某种意义，也就是规定性语词定义。因此，在小学科学学习层面，我们只讨论规定性语词定义。

小学科学中规定性语词定义可以根据规定内容的性质划分为以下几种：

一是方法性规定。如“纬线”，与地轴垂直并且环绕地球一周的圆圈，赤道是最大的纬线圈。“风向”，风吹来的方向叫作风向。“摆”，把细线系在一个支架上，在细线下面拴一个重物，用手横向拉起重物，然后放手，重物就会像吊灯一样摆动起来，这个装置叫作摆。“滑轮”，滑轮是一种边缘有槽的特殊轮子。“定滑轮”，有的滑轮可以固定在一个地方，叫作定滑轮。“动滑轮”，有的滑轮和重物同时移动，叫作动滑轮。“滑轮组”，把定滑轮和动滑轮组合在一起的装置，叫作滑轮组。“轮轴”，像方向盘那样的装置叫作轮轴。“斜面”，斜搭的木板和引桥是斜面。“乐音”，有的声音悠扬和谐，悦耳动听，这种声音叫作乐音。“噪声”，噪声是物体无规律、杂乱地振动产生的声音。“地轴”，地球仪转动时，围绕其旋转的轴叫作地轴。“地球自转”，地球每时每刻都在围绕着地轴转动，地球的这种运动叫作自转。

二是命名性规定。鱼的结构中各部位名称：“头、鳃、鳞、鳍”等。种子的结构中各部分的名称：菜豆种子外层的皮叫种皮，菜豆种皮里的豆瓣叫子叶，菜豆的种子有种皮、子叶和“小芽”等部分；“小芽”主要由胚芽、胚轴和胚根组成；子叶和“小芽”合起来叫作胚。“大气层”，在地球的周围围绕着一层厚厚的空气层，这就是大气层。“北极星”，有一颗星星几乎整夜不动地挂在北方的天空中，这就是北极星。“银河系”，通过天文望远镜观测，人们在晴朗的夜晚，遥望天空看到的“银河”，原来是由大约1000多亿颗恒星组成的，人们把这个庞大的恒星集团叫作银河系。“河外星系”，天文学家在银河系外已经发现了10亿多个像银河系一样庞大的恒星集团，人们把银河系外的恒星集团，叫作河外星系。(www.chuimin.cn)

三是纪念性规定。在科学中，有很多新发现的科学现象是用科学家的名字或地名来给予指称的，也有很多物理量规定为科学家的姓名。如“伦琴射线”“喀斯特地貌”“雅丹地貌”，力的单位“牛顿”，频率的单位“赫兹”，温度的单位“摄氏度”等，具有纪念性。小学科学中涉及的纪念性规定不多，主要是力的单位“牛顿”、温度的单位“摄氏度”。

四是划分性规定。如“青春期”概念，“青春期是人从童年到成年的过渡期，是指从生殖器官开始发育到成熟的阶段。”“风力”，风力是指风速的大小，用“风级”表示，通常把风力划分为13个等级，即0～12级。一年分为四季、一年12个月、一天24小时、经度、纬度、震级等。

作为语词定义，规定性语词定义揭示了语词的本身意义。它没有揭示概念的内涵和外延，只是对表达概念的语词意义作了定义。因此，规定性语词定义，不能简单地作为科学规定告知学生，在教学中要明确其指称的意义或定义的目的，使学生顺利地理解和正确使用。规定性语词定义适用的被定义的概念，相对实指定义和列举定义，是更清晰、更易于识别的。小学科学课程标准中涉及的规定性语词定义概念有：物质科学中的东、西、南、北，正电，负电，磁极，磁铁的南极、北极，乐音、噪声；生命科学中的胚，胚轴，胚根，子叶，胚乳，种皮，叶的表皮，叶肉，叶脉，花柄，花托，萼片，花瓣，雄蕊，雌蕊，鳍，鳃，大脑，小脑，脑干；地球科学中的地球自转，地球公转，经线，纬线，地轴，风力，风向。

四、性质定义

有些科学概念是从科学事物的性质或特征方面揭示其核心的，这种习得概念的方式称为性质定义。性质定义属于内涵定义或属加种差定义。性质定义就是从被定义概念所指称的事物性质或特征方面揭示种差定义的形式。^[6]

如“光源：能够发光的物体叫光源。”光源的属概念是物体，其特殊的性质是容易发光。“热的良导体：容易传热的物体。”热的良导体的属概念是物体，其特殊的性质是能够传热。“肉果：果皮肥厚多肉的果实。”肉果的属概念是果实，其特殊的性质是果皮肥厚多肉。

有些性质定义概念揭示了科学事物的多种性质或特征。如“水是透明、无色、无味的液体（没有固定形状，可以流动）”。水的属概念是液体，与其他液体的区别是透明、无色、无味的。由于透明、无色、无味的多种特征要同时存在才符合水的概念，这种定义也称为合取定义。再如“沙质土：颗粒大、黏性小、颗粒之间缝隙大，容易渗水”。沙质土的属概念是土，与其他土的区别是颗粒大、黏性小、颗粒之间缝隙大，容易渗水。颗粒大、黏性小、颗粒之间缝隙大，容易渗水要同时存在才符合沙质土的概念。还有一些性质定义概念是用多种特殊性质或特征之一来表征的。如“湿地”不论是天然的，还是人工的；不论是长久的，还是暂时的；不论是停滞的，还是流动的；不论是淡水的，还是半咸水、咸水的水体，凡是沼泽地、湿原、泥炭地，包括低潮时水深不超过6米的水域，都属此列。”湿地的属概念是水域，符合定义所描述的任一种特征就符合湿地概念。这种多种特征符合其一就符合概念的定义，又称析取定义。再如“植物的向性运动：植物因受外界环境的影响所产生的定向反应运动，如向光性、向重力、向触性。”植物的向性运动的属概念是植物的运动，符合定义所描述的任一种特征就符合向性运动的概念。

适合使用性质定义的概念，包括一些定义性实体概念，如光源，热源，导体，绝缘体等；也包括很多特性概念，如导电性，导热性，透明度，溶解等；还包括一些转义概念，如重力，弹力，摩擦力，浮力，能，能量等。

五、发生定义

有些科学概念是从科学事物的发生、来源方面揭示其核心的，这种习得概念的方式称为发生定义。发生定义也属于内涵定义或属加种差定义。发生定义就是从被定义概念所指称的事物的发生、来源方面揭示种差的定义形式。

首师大版《科学》教材第六册“勺柄是怎样变热的”一课，对“热传导”这一科学概念是这样描述的：温度不同的两个物体接触时，温度高的物体会向温度低的物体传递热；同一个物体，也会从温度较高的部分向温度较低的部分传递热。这个概念是从热传导的发生条件（接触）和发生过程（传递）进行定义的，属于概念的发生定义。首师大版《科学》教材中“流动的空气”一课，对于“风”“自然界的风”分别是这样描述的：空气流动形成风；自然界的风是在空气有冷热差别的条件下形成的。从概念的描述看，这两个概念是从风的发生、来源角度进行定义的，也属于概念的发生定义。“转动是物体绕一个固定轴的运动”，转动有明确的属概念——“运动”，其独特的发生方式是绕固定轴运动。如果一个叶柄上只生有一个叶片，那它就是单叶；如果一个叶柄上生有两个或两个以上小叶，那它就是复叶。一个叶柄上生长出的叶片数量是“单叶”“复叶”的种差，也就规定出单叶、复叶的区别。

适合使用发生定义的概念，主要是以来源、结构和产生过程为特定内涵的特性概念，如生命科学中的特性概念：繁殖，种子繁殖，营养繁殖，胎生，卵生，食物链，神经系统，消化系统等；地球科学中的特性概念：地震，火山，地球水循环，阴、晴、雨、雪、风等；物质科学中的特性概念：直线运动，曲线运动，转动，滚动，振动，蒸发，沸腾，凝结，光的反射等。

六、功用定义

有些科学概念，是从科学事物的功能和作用方面揭示其核心的，这种习得概念的方式称为功用定义。功用定义属于内涵定义或属加种差定义。功用定义就是以某种事物的特殊用途作为种差的定义形式。^[7]

首师大版《科学》第三册“茎的组成”一课，“在植物的茎里有运输水分的管道，叫导管”，植物茎中的导管，是从其功能上与其他管道作出区别，属概念是管道。这种定义方式就是功用定义。首师大版《科学》教材第一册“流动的水”，学习“水能”概念，“水流冲击小水轮使小水轮转动的能就是水能”，属概念是能，而与其他能的区别是从水流的作用上体现的，就是功能、作用上的种差，也属于功用定义。其他的如“土壤是陆地表面能够生长植物的物质。”土壤的属概念是物质，与其他物质的区别是存在于陆地表面、具有能够生长植物的功能。“人的各种活动主要由神经系统控制，脑是控制中心。”脑的属概念是控制中心，与其他控制中心的区别是具有通过神经系统控制人各种活动的特殊功能与作用。生物学上的很多概念都是通过功能与作用揭示其内涵的，如“繁殖”“胃”“小肠”“肌肉”等。

适合使用功用定义的概念，主要是从产生、来源、结构、功能、作用上进行区分的定义性实体概念，如物质科学中的音调，音量，阴影等；生命科学中的根、茎、叶、花、果实、种子，（动物的）眼、耳、鼻、皮肤、翼，（人的）眼、耳、鼻、皮肤、四肢等；地球科学中的恒星，行星，卫星，星座，大气层，岩浆岩，沉积岩，变质岩，地壳，地幔，地核，煤炭，石油，天然气等。

科学概念是对科学事物本质的揭示，应该从内涵上定义。实指定义、列举定义都是外延定义，严格讲都不是概念定义。但是这些外延定义，对小学生理解概念和习得概念却具有重要作用。实指定义是最不严谨的，但通过这种方式可使小学生获得大量概念的原型，可以进行辨别和识别，是后续科学认识的基础。列举定义也不能揭示概念的核心成分，但其易于感知的特点却能有效地帮助学生理解概念。发生定义、功用定义、性质定义属于内涵定义，在小学科学概念习得过程中，大量地与列举定义结合使用，显示出小学生概念形成的形象性特点。在小学科学概念教学中，教师要区分不同性质的概念，有针对性地采用不同的概念习得方式，帮助与促进小学生对科学概念的理解。