从本体的属性看概念转变

从本体的属性看概念转变

一、常概念与科学概念在教学中的隐喻概念转变理论的思想渊源可以追溯到维果茨基在思维和语言上关于儿童日常概念和科学概念的讨论。此前的心理学家们认为儿童的科学概念来自于成人的思维领域,因而在他们的内部并不存在一个概念发展的历史过程。与这些心理学家不同,维果茨基认为科学概念和日常概念都不是一次性获得的,他们的获得在时间上有一个较长的过程。他还指出,学校里教儿童科学概念并不意味着概念发展的结束,而是开始。在日常概念和科学概念之间有着无数次的反复,直至它们成为一个同一的系统。对于儿童来说,将科学概念应用到真实的生活情境和将真实经验并入科学概念框架是同等困难的任务。除非儿童能将学校所学的概念用到他在日常生活就能碰到的现象活情境之中,否则这些概念就可能一直停留在语词、陈述意义上而没有成为真正的概念。West和Pines(1985)曾提出了一个关于日常概念与科学概念在教学中的隐喻,该隐喻包括两根茎:一根由下不断向上长,代表自发概念(日常概念);一根自上往下长,代表科学概念。在教学的影响下,两根茎不断接近并合并、整合,最终走向同一,而这正是儿童概念理解、发展的过程。在科学教学界,1982年由潘斯纳(Posner)等人通过自己的观察、访谈研究,结合皮亚杰的认知建构主义理论以及库恩的“范式更替”理论,提出了著名的“概念转变学习理论”。该理论首先将科学学习过程看作是学生原有概念的发展、修正或转变的过程,并试图解决以下两个问题:(1)原有的概念及其结构(又称之为“概念生态”)的什么特征控制了对新概念的选择?(2)一个核心概念是在什么样的条件下被另外一种概念所取代?并在此研究基础上提出了“概念转变”的四个条件:(1)学习者必须对现在的概念感到不满意,即人们除非感受到自己的概念不具有功能性,否则是不会改变他们所思考的概念的。也就是说,当同化仍然合理时,人们是不会进行调适的。(2)新的概念必须是可以理解的:根据潘斯纳等人的观点,新的概念通常不是反直觉,就是不可理解,所以很难形成概念转变,因此新的概念必须是可理解的才可能进行概念转变。(3)新的概念必须是合理的:假如新的概念与保留在学生记忆中的科学前概念相矛盾,就不可能引起学生强烈的关注。(4)新的概念必须是有效的(fruitful):它不仅有可能解决现有的问题,而且也可以用来解释和预测各种现象。根据潘斯纳的观点,如果满足了上述概念转变的四个条件,学生就会发生概念转变。潘斯纳提出了“概念转变学习理论”之后,西方科学教学研究者结合建构主义理论,在科学教学领域提出了概念转变学习观。概念转变学习观认为科学概念的学习就是学生原有前科学概念通过发展、改变和重建为科学概念的过程,其基本的教学策略就是在了解学生前科学概念的前提下,引发学生的认知冲突,改变学生原有的认知结构以实现概念转变学习。然而,在科学教学实践中,人们发现要改变学生的某些前科学概念是非常困难的,原因可能是儿童的前科学概念是个人的、固执的、强韧的、一致的、稳定的,而这些性质会阻碍学生科学学习过程中概念的转变。这也导致了概念转变学习在理论与实践中的双重困境。基于此,Chi(1992)改变了概念转变理论研究的视角,从本体论的角度来探讨概念转变的机制,并率先提出了概念转变的难易与概念的本质(本体属性)相关的理论,即概念不相容原理。这一理论的提出使人们对概念转变的机制有了新的认识,并重新引起了人们对概念转变学习的重视。二、“跨本体类别”的概念改变科学教学研究者们在研究中发现了这样的一个现象:一方面,有些前科学概念转变成科学概念较为容易,如Vosniadou(1990)对儿童所进行的地球形状的研究指出,儿童认为地球是平的或碟状的,是不同文化中普遍存在的,但随着年龄的增长持有此观点者逐渐减少。另一方面,有些前科学概念的转变却异常困难,如Linder(1992)在对大学生对于声音前科学概念的研究中发现,即使是大学物理系的学生仍持有这样的前科学概念:声音是一个“实体”,可借着分子的移动而穿梭在介质之中,声音是一种藉由“推动力”而做的有限度移动的物质,在这里的推动力通常是指流动的空气。为什么有的前科学概念易发生转变,而有的前科学概念却难以发生转变呢?Chi(1992)的概念转变不相容假说认为,概念转变的难易与概念的本质有关。所谓的概念转变应分为两种类型:一是“本体类别内”的概念转变,二是“本体类别间”的概念转变或称为“跨本体类别”概念转变。她认为这样的区分有助于我们对概念转变机制的认识。Chi进一步从本体论(ontology)的角度来分析概念结构。根据她的观点,概念可以分为三个不同的本体类别:物质本体类别、关系本体类别和过程本体类别,而每个不同的本体类别正面又可以有自然所属的“次级概念”。所谓“物质本体类别”指的是具有特定属性的范畴,如金属、有机物、生物、分子等等;所谓“关系本体类别”指的是依赖于相互作用而产生的范畴,如力学理论、守恒、平衡、食物链等等;而所谓的“过程本体类别”是指随时间的改变而发生的一种变化的范畴,如声音的传播、溶质溶解、扩散运动、生物进化、心肺循环等过程都属于过程本体类别。根据以上Chi对概念所作的本体分类,所谓的“本体类别内”的概念改变,是指概念改变的发生是在同一本体类别内的概念上下的转变,而不是跨越不同的本体类别。也就是说,类别内的概念改变为同一类别内的概念归属改变,这种改变可视为理解与信念的修正。举例来说,“植物”与“动物”能以“生物”作为一个新的上阶类别合并两者,但是“植物”就不能变成“动物”。又如“鲸鱼”常被误认为是“鱼”,但经由增加对鲸鱼的了解,使既有的知识表征逐渐与哺乳类的特性连结,则鲸鱼的分类就不再属于鱼类而是哺乳类。如直接告知学习者鲸鱼是哺乳类,这种类别的改变基本上仍在物质类别中,只不过是从一个分枝到另一个分枝。再如,学生通过深入学习钠的相关属性———具有金属光泽、易导热导电和具有良好的延展性,从而很容易改变“钠是非金属”这一前科学概念。另外,在科学教学实践中,有许多科学概念的获得过程能够解释此种形式的转变。这种转变的方式往往以概念重组进行,重组以增加、删除、普遍化和区分属性的方式来改变概念结构。这些都是仅仅属于局部的变化,不需进行本体认知结构上的重大改变,因此这种类型的概念转变属于类别内的概念改变。所谓的“跨本体类别”的概念改变,是指概念改变的发生是在科学概念从一个本体类别转变成为另一个本体类别。这种类别间的转变与类别内的概念改变有着根本的不同:类别内的概念转变仅是一般信念的修正,而“跨本体类别”的概念转变则可以视为根本的概念改变。以物理学为例,许多物理学上的概念(如力学、电学、热和温度)较难发生概念改变,是因为学生原有的科学前概念是属于物质本体类别,但科学家对这些概念的界定却是属于过程本体类别,学习者必须跨越本体类别才能获得正确的科学概念。在科学教学中,儿童在这些概念的学习上是较为困难的。例如,由于电流概念在儿童的原有概念中是属于物质的本体类别,他们通常会有电流“会储存在电池中”或“有重量,有体积”的前科学概念,而没有认识到这些概念事实上牵涉到粒子的交互相作,它们应属于过程本体类别。再如,对于小学生来说很难理解的生态平衡、能量守恒、质量守恒等概念,由于它们都属于关系本体类别,关系本体类别的最高范畴是系统,因此,学生在尚未建立起一定的系统思想之前要完全理解这些概念是很困难的。若把不同的本体类别看成不同的“范式”,那么不同本体类别之间的概念就具有所谓的“范式的不可通约性”,因而此类型的概念转变较之于类别内的概念转变要困难得多。从上述的讨论可以得到以下两个结论:(1)“本体类别内”的概念转变与“本体类别间”的概念转变过程是不相同的。也就是说,不同类型的“概念”,其转变的机制是不同的,包括了类别内和类别间两种转变机制。另外“本体类别内”的概念转变是不适用于“本体类别间”的概念转变的;而且我们不能认为“本体类别间”的概念改变是完全改变,而是视根本的概念改变为新知识的获得或发展,原有的概念可能还是保留着。(2)不同的概念,其转变的难易程度是不同的。如果概念的转变仅牵涉类别内的转变,那么概念的转变是容易发生的。科学上有些事实性的概念就属此种,如生物、哺乳动物、金属、无机物等等。如果概念的转变涉及到类别间的转变,如力学、电学、热学、进化、化学平衡、生态平衡、扩散概念等等,这类概念的转变是较少发生并且不易发生的。科学教学中某些概念的转变需要跨越本体类别,这就导致了学习困难。三、概念的演进过程根据概念不相容原理的观点,概念转变的难易与概念的本质(本体属性)具有很高的相关性。因此,儿童对某些科学概念的学习存在着很大的困难,并非因为这些科学概念本身是复杂的、抽象的或是动态的,而是因为学生原有的前科学概念与预期学习的科学概念属于不同的本体类别。这一观点就给科学教学理论带来了新的视野:第一,在科学教学中,教师不仅要诊断出学生的前科学概念,而且必须要对学生的前科学概念和学生预期学习的科学概念作出具体的分析,以确认哪些概念是属于物质本体类别,哪些是属于关系或过程本体类别;并分析学生的前科学概念和学生预期学习的科学概念之间是不是同属一个本体类别。这是进行有效概念转变教学的前提,也是选择与确定适当教学策略的基本依据。第二,概念不相容原理表明,学生要进行“跨本体类别”概念学习是非常困难的,因此,在科学教学中并不是所有的教学主题都适合“自主探究与自主发现”。Chi曾指出,“跨本体类别”概念,若让学生自己去探究、去发现,那就如同现实中的科学发现过程一样,而科学发现的过程往往是“科学共同体”社会建构的过程,其发现的机制与学生的探究发现是不同的,因此这对于学生来说是一件非常困难的事。所以,在科学教学中,“自主探究”与“自主发现”的教学主题最好限定在“本体类别内”的概念学习,否则会事倍功半。第三,概念不相容原理给学生的“创造力”的培养提供了可操作性的理论依据。学生的“创造力”的培养一直是科学教学所追求的重要目标之一。但传统的科学教学中,学生的“创造力”的培养由于没有可操作性的理论依据,往往流于形式。而根据概念不相容理论的观点,“创造力”是指学生对一个概念可以从不同的取向去表征和理解,这里的不同取向可以视为概念在不同本体类别上的差异。在科学史上,许多具有“创造力”的发现正是因为成功地跨越了本体类别的边界。在科学教学中,培养学生的“创造力”就是通过一定的教学策略引导学生成功地进行“跨本体类别”概念的转变。第四,概念不相容原理也表明,“类比”策略在科学教学中有着重要而独特的价值。较之于“认知冲突”,“类比”可以使学生产生更大尺度知识的转变,这对于学生进行“跨本体类别”概念学习更为有效。在科学教学中,教师应适切地应用类比策略以启发学生的想象空间,并将学生前科学概念连接到预期学习的科学概念上,以达成概念转变的目的。布朗和克莱门特提出并验证了类比策略在概念转变教学中的应用。该策略包括四个基本的步骤:(1)创设一个“靶子”问题,用以暴露儿童正在讨论的相关主题的前科学概念。例如,大多数初学物理的儿童对于静止在桌面上的书会受到向上的力这一点,普遍存在错误的观点,认为桌子是被动的,不可能对书施加向上的力;(2)教师举出一个符合儿童直觉的类比例子(例如让儿童用手托住一本书),这个例子被称之为“锚例”,“锚例”的直觉含义是初学者所持有的和科学理论基本相容的信念,这种信念可以是明确的,也可以是缄默的;(3)教师要求儿童在“锚例”和目标概念之间做出明确类比,并试图建立类比关系;(4)如果儿童没有接受这种类比,教师再试图找到一种架桥类比(或者一系列架桥类比),即在目标和“锚例”之间插入“概念化的中介物”。例如,儿童虽然不能理解在