教学中实施概念转变教学的教学策略

教学中实施概念转变教学的教学策略

一、前科学概念和错误概念的含义大量科学实践表明，学生在学习科学课程之前，头脑里并非是一片空白。学生通过日常生活的各种渠道和自身的实践，对客观世界中的各种事物已经形成了自己的看法，并在无形中养成他们独特的思维方式。这种在接受正规的科学教育之前所形成的概念一般称之为前科学概念（pre-scienceconception）或者前概念（preconception）。错误概念通常是指学生在先前的正式教学中形成的错误理解。由教学产生的错误理解可能有以下3个原因：（1）教师本人由于缺乏必要的培训或对自己的专业理解不深而自身概念不清；（2）有些概念不清是由于这些概念世代相传而不易引起人们对它的反思和批判；（3）学生在理解教师讲授的概念时依据的是自己的前概念，因此产生对概念的误解。教学不能无视学生的前概念，不能认为只要通过传授科学知识，科学概念就会代替学生的错误概念。研究表明，学生的错误概念有极强的顽固性。学生甚至在学习了科学课程几周后，又有可能恢复最初的错误概念。为什么错误概念如此顽固呢？这是因为学生花了相当多的时间与精力建构了自己的朴素理论（naivetheories），他们无论在感情上还是在理智上都离不开这些朴素理论。学生头脑中的错误概念含有自己对自然界的先人为主的印象，又是自己切身体验到的东西，同时，学生又要凭借这种错误概念来认识世界。因此，往往对自己早先形成的各种错误概念深信不疑，并试图将这些错误概念迁移到对新环境、新现象的解释中去。因此，这种错误概念有很强的顽固性，不可能通过传统教学那样的知识传递就使学生轻而易举地以科学概念取而代之。总之，学生形成的前科学概念由来已久、根深蒂固，这些前概念中有些是对客观世界的朴素概念（naiveconcept），更多的则完全与科学概念相悖，因此，人们一般把前概念也叫做错误概念（misconception）。在科学教学中，学生认知结构中的错误概念不但会妨碍对新知识的理解，而且会导致学生产生新的错误概念。根据建构主义的观点，学生的错误概念不可能通过传统的知识传授的方式由科学概念所代替，而必须依靠学生自己通过概念转变学习，实现由错误概念向科学概念的转变。因此，加强对学生的前概念，尤其是错误概念向科学概念的转变的研究就成为科学教学中的一项重要任务。为了促进学生进行概念转变学习，必须让他们自主发现自己的原有经验与新发现的现象或事实之间的不一致或矛盾冲突，从而反思和修改原有经验和认识，提出或接受（重建）科学的观念（新解释、新假设和新概念）。这是学习者自主建构的过程，是“同化”与“顺应”的统一的过程。在这一过程中，学生才能自主建构起新观念（新解释、新假设、新概念），从而形成科学的认知结构。毫无疑问，绝大多数科学概念和原理的学习，都需要经历这种由原有概念向新的科学概念的转变和重建过程。二、概念转变学习的策略如何实现概念转变学习呢？根据建构主义思想，促进学生前科学概念和错误概念转变的概念转变学习有三步教学策略。1.揭示学生的前科学概念，这是实现概念转变学习的前提（1）设计诊断性的问题或诊断性试题来揭示学生的前科学概念。如在“新陈代谢的类型”的教学中，针对“自养型”的前科学概念的诊断，教师可以设计如下问题：①“自养”就是自己养活自己吗？“异养”就是自己不能养活自己吗？②能利用外界的无机物的生物就属于自养型吗？③动物喝水，植物也从土壤中吸收水，二者是不是都属于自养型呢？因为“自养”这个概念很容易和日常生活中的“独立生活”相混淆，教师通过这类问题就可以将学生头脑中已有的前科学概念诊断出来。另外，教师可以在布置预习任务时提出诊断性问题。如预习任务1：看书自读关于细胞呼吸的概念，思考：细胞呼吸和我们学过的人体的呼吸是一回事吗？二者有什么相同和不同呢？然后在课堂上由学生来回答这个问题，就可以发现学生关于“呼吸作用”的前科学概念是什么。（2）了解或诊断学生的前科学概念还可以通过个别访谈。具体地说，就是在教学中教师应有意识地引导学生去讨论自己的思想。教师不仅可以借此更好地了解学生的已有观念，而且外部的表达也必然会促使学生自我意识和自我反省，而后者正是进行概念转变学习的一个必要条件。例如，许多学生对生物进化过程中自然选择存在错误认识，教师可以设问：你能说出自然选择的机制吗？学生在回答中必然包括对这一科学问题的理解。如有的学生可能把生物进化过程中发生的适应性变异理解成一种有目的的生物行为等，由此，就能帮助教师弄清楚学生产生错误观念的原因。2.引发学生的认知冲突，这是实现概念转变学习的契机和动力所谓认知冲突，就是指学生的原有认识结构与新现象之间无法包容的矛盾。学生在学习新的科学知识之前，头脑中已经有了原有的认知结构，在学习新知识时，他总是试图以这种原有的认知结构来同化对新知识的理解。当遇到不能解释的新现象时，就会引发认知冲突。一旦引发认知冲突，就能激起学生的求知欲和好奇心，促使学生进行认知结构的同化与顺应。所以说，引发认知冲突是促使学生实现概念转变学习的契机和动力。如何引发学生的认知冲突呢？笔者在这里介绍几种做法。（1）直接呈现学生的错误观念，然后予以批驳，接着再呈现正确的科学观念。例如，在“生物固氮”一节的教学中，针对“共生固氮”和“自生固氮”的问题，教师列举历届学生经常暴露的错误观念——根瘤菌因为是共生固氮所以是异养型，圆褐固氮菌是自生固氮所以是自养型。组织学生进行讨论，教师加以引导，学生得出“共生固氮”和“自生固氮”是指固氮的状态，不是指微生物的代谢类型，代谢类型的划分标准和固氮类型的划分标准是不同的。（2）先呈现与错误观念无直接关系的新信息，以此来激活学生头脑中与新信息相关的原有的错误观念，进而促使学生对原有的错误观念与新信息之间的异同点做出比较，由此引发认识冲突。例如，教师在讲述“高级神经中枢的功能”一节时，告诉学生人体的四肢和躯干都在大脑皮层有相应的投射区，因此刺伤手指时，在大脑皮层形成痛觉，这个痛觉对应着躯体和四肢的相应部位，人就会感觉到手指痛，这和学生日常形成的观念不同，很多学生认为痛觉是在受到伤害的部位形成的，而不是在大脑皮层形成的。（3）通过合作学习中学生的讨论与对话引发认知冲突。社会建构主义认为知识具有社会性，即通过社会性相互作用，可以加速知识的意义建构。在这种社会建构中，认知冲突是由他人的不同观点引发的。对于每个学习者来说，由于对问题认识的深度和广度不同，对事物的理解都会受到自身条件、认知水平的限制，尤其会受到原有认知结构的影响。因此，对同一问题的认识往往会因人而异，有的较全面，有的较片面，有的较深刻，有的则完全错误。这样，学习者之间就会产生不同观点之间的对立、交锋，从而引发学习者的认知冲突。即当学习者发现自己所持的观念与他人不同时，他们往往会对自己先前所持有的这些观点产生怀疑，进而引发认知冲突。总之，只有通过这种认知冲突，学习者才易于接受新的、正确的科学观念，实现认知结构的转变。3.鼓励认知顺应，这是实现概念转变学习的关键（1）举出概念的正例和反例来凸显概念的本质特征和非本质特征，以此引导认知顺应。按照皮亚杰的观点，学生改变原有认知结构的主要机制是顺应。所谓顺应，是指对原有认知结构的调整和改变，以便更好地理解和接纳新现象。也就是说，当新知识与原有认知结构有较大的差异或矛盾时，必须将原有的认知结构进行调整和改变，通过顺应学习才能接纳新知，解决认知矛盾，实现由原有的前概念向新的科学概念的转变。例如，教师在讲“单倍体”概念时，可设计一组习题或者问题，这些问题分别是“单倍体”概念的正例和反例。反例是：①小麦是六倍体，其花药离体培养得到的个体是单倍体；②由四倍体马铃薯的配子发育而成的个体是单倍体。正例是：①蜜蜂的雄蜂是未受精的卵细胞发育成的个体，是单倍体；②二倍体马铃薯的花药离体培养得到的个体是单倍体。通过对这些正例和反例的思考，学生可以比较得出“单倍体的本质特征是由配子发育而来的个体”，而这个“单倍体的体细胞中有几个染色体组是非本质特征”的结论。（2）通过在新情境中不断的应用习得的概念并为学生的练习提供反馈，来实现认知顺应。这一步是概念教学由知识向技能转化的关键，这一关键用一个词概括，就是变式练习，即让学生运用概念的关键特征，在富有变化的情境中练习判断概念的正反例证。学生做出反应后，教师还要给学生提供反馈，纠正错误。经过变式练习，学生能运用概念的正确特征对正反例证做出正确分类，就说明学生以技能的形式习得了概念。例如，关于生长素促进生长的两重性的概念，教师可以以“生长素促进生长的两重性”为核心词，从两重性的含义、两重性的例子（根的向重力性，顶端优势）及各自的原理、两重性在不同植物器官的表现形式（根和芽）、两重性的实质、两重性的验证等各个角度来设计习题。通过变式练习，学生能够正确区分出两重性的实质是高浓度抑制生长、低浓度促进生长，促进还是抑制生长的浓度范围因植物器官、组织的不同而不同，这个不同还是由于不同器官对生长素的敏感性不同导致的，等等。通过变式练习，对学生形成各种高考大纲中要求的能力，如理解能力、实验与探究能力等都有很好的促进作用。（3）通过探究性实验来引发和解决认知冲突，实现认知顺应，重建新的科学概念。例如，关于绿色植物有氧呼吸的概念，大多数学生根据直观经验，误认为绿色植物白天只进行光合作用，晚上才能进行呼吸作用。他们认为光合作用比呼吸作用重要，因为光合作用能够合成有机物。为了消除学生这一错误概念，可以让他们做测量绿色植物（白天）有氧呼吸释放的实验。将新鲜绿叶放入锥形瓶内，瓶内注水，并用弯管与盛有溴代麝香草酚蓝试剂（BTB）的试管相连接。学生通过观察发现，瓶内产生的气体进入BTB试剂内，试剂逐渐由蓝色变成红黄色，这是由于绿叶通过呼吸作用产生的进入试剂的结果，从而使学生认识到绿色植物白天也能进行呼吸作用。在这里，实验实际上发挥了两重作用：一是通过实验观察，引发认知冲突，使学生陷入认知失衡状态；二是通