科学教学改革的新视域:概念转变学习

关广鹏 侯跃平

摘 要：当代认知建构主义认为，学习是学习者通过原有认知结构与从环境中接受的感觉信息间的相互作用主动建构信息意义的过程。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和认识，而且会导致产生新的错误概念。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法由科学概念代替学生的错误概念，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一项新的、重要的任务，同时也是当前科学教学改革的一个新的视域。

关键词：教学改革；前概念；科学概念；概念转变学习

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2011）01-0048-04

一、概念转变学习理论：一种改进学习的新观点

在建构主义理论基础上发展起来的概念转变学习（conceptualchangelearning）理论，认为科学学习就是学生原有概念的改变、发展和重新建构的过程，是学习者的前概念向科学概念的转变过程。教学中，有些学生虽然正确解答了测验题目，但一旦用深层提问去考察其知识的真实性时，就常常暴露出与原来正确解答不相一致的错误概念。这种现象说明，学习并未真正发生，教学是不成功的。总结西方学者的有关研究，概念转变学习理论主要有以下五种基本思想。

（一）学习是转变概念。

概念转变学习观认为，学习是个体探究、理解、感受客观事物及其概念形成过程中的质的转变，而不仅仅是个体拥有的知识总量的变化。教学的主要任务是帮助学生像科学家那样去理解各种事物，转变或加深对周围世界的认识，让学生获得探究具体学科领域的学习方法。

（二）学习是内容和过程的统一。

概念转变学习观认为，学习过程（如何学）和学习内容（学什么）是统一的整体，我们不能离开具体学科内容或教学背景去谈所谓的“完善”的、“基本学习过程”或传授所谓改进学习的各种方法，也不能离开传授的教学内容和学生学习的具体方法去比较教学方法的一般差异和学习技能的普遍意义。

（三）教师必须了解学生的学习现状、典型的学习过程和策略，并据此改进自己的教学。

学习是学生改变自己概念的过程，教学就是发现学生已有的概念并帮助学生的概念得到发展。为此，教师必须充分了解学生相关学科知识的现有概念、概念模式和学生对教育背景的知觉情况，充分运用学生的原有概念创设教学的矛盾冲突。要转变学生的概念，仅仅告诉学生“正确”的概念是没有用的，应使学生在一个激励性的情景中去解决他们对学科内容的现有概念、思维方式与新的教师期望的概念、思维方式间的矛盾冲突，因为概念转变需要学生对新旧观念的积极综合和相互作用。了解学生的概念模式不但要了解学生掌握的学科知识（概念的“内容结构”），而且也要了解学生掌握的该学科特有的研究问题的方法论知识（概念的“句法结构”），并设计各种方法引发正确概念的产生。

（四）教师必须了解学生对问题的态度和看法。

概念转变学习观认为，学生的学习行为和思想与学习背景及其对这个背景的知觉密切相关。因此，要改进学习教师就应了解学生对学习的基本态度和看法。

（五）必须进一步密切教育研究与教学实践的关系。

概念转变学习观主张把教育研究的结构作为教师教学的根据，教师应进行广泛的课堂行动研究来达到理论与实践的结合。

二、推介国内的一项实证研究──“中学生力学概念转变的心理机制研究”

该项研究是综合应用教学实验、测验、访谈等多种方法研究中学生力学概念转变的心理机制，主要包括力和速度的概念、力与速度之间的关系、加速度与运动之间的关系、力与运动之间的关系四个方面。从而为促进学生力学概念的有效转变提供依据。笔者认为，该项研究对促进当前中学物理教学改革具有重要的启发和借鉴意义。其研究结果如下（引用时略有改动）：

（一）力和速度概念转变的心理机制。

主要是对力、合力、速度概念三方面进行研究。

由表1和表2可知，影响转变的因素主要是思维定势和相关概念的干扰，概念转变的心理机制主要有三种：

第一，理解接受。这种转变方式是与同化有联系且有共同之处的一种更高水平的理解概念的方式，是在理解概念时主动修正自己的认知结构或对概念的正误进行分辨，从而提高认知水平或有创见地理解概念的方式。力的概念转变的主要障碍之一是学生能否理解施力物体和受力物体是同时存在的；

第二，实例分析。通过分析与所研究的概念相关的实例，运用演绎的方法推导出特殊的规律，从而对所研究的概念有新的认识。也指学生通过身边的实例，并且结合理论来分析，使原来错误的认识转变过来；

第三，对比联系。通过同一概念内相关问题的对比，转变概念。

（二）力和速度之间关系概念转变的心理机制。

主要是对力和速度之间的关系、从速度考察力以及力引起速度的变化三个方面进行研究。

通过上面分析可知，学生对力和速度之间关系概念的转变主要有三种方式：

第一，实验推导。先通过实验产生感性认识，然后再通过逻辑推理得出合理的解释，从而使自己头脑中的原有的错误概念转变为科学概念。

第二，逻辑推理。逻辑推理是指根据一个判断或一些判断得出另一个新的判断的思维形式。学生通过这一心理机制使一些比较难理解的概念通过严密推理，使前概念转变为科学概念。

第三，变式思维。指对同一概念从多个维度进行分析，揭示不同的描述方式间的内在联系，从本质上认识所学概念，避免对概念的孤立、机械的记忆。

（三）加速度和运动之间关系概念转变的心理机制。

主要是对加速度、加速度和速度之间的关系、物体运动状态的改变、加速度和运动之间的关系四个方面进行研究。

通过上述分析可以看出，加速度和运动之间关系概念的转变方式主要有四种：

第一，抽象概括。抽出事物的本质属性或特征，在此基础上，把所有反映出的事物本质属性结合为一个整体，形成关于事物的整体的和一般的认识，进而把这种一般的认识推广到同类事物，把握同类事物的共同性和一般性。

第二，逻辑推理。指根据一个判断或一些判断得出另一个新的判断的思维形式。在推理过程中，学生应用了相关推理、比例推理、组合推理等方法。

第三，实例演绎。实例分析是通过分析与所研究的概念相关的实例，运用演绎的方法推导出特殊的规律，从而对所研究的概念有新的认识。

第四，理解接受。如物体运动状态的改变，学生在注意到物体运动状态的改变是通过速度来判断的，而有关速度变化的类型与速度的关系是不难理解的，这样学生通过自己理解就能判断出物体运动状态的改变。

（四）力和运动之间关系概念转变的心理机制。

主要是对加速度大小的表征、力和运动之间的关系、力和运动之间关系的应用三个方面进行研究。

通过上述分析可以看出，力和运动之间关系的概念转变主要有三种：

第一，逻辑推理。指根据一个判断或一些判断得出另一个新的判断的思维形式。例如：对于合外力决定物体的加速度，学生通过教师引导这样理解：物体的运动状态发生改变需要有合外力的作用；物体的运动状态发生改变速度就发生改变；速度发生改变就有加速度。所以合外力是加速度的决定因素。

第二，实验联系。即把某一类实验事物的共同特征与人们曾遇到过的概念联系起来，从而获得新的设想。

第三，抽象思维。即以概念为思维材料，以概念、判断和推理的形式来反映自然界事物的运动规律，达到对自然界客观事物的本质特征和内在联系的认识过程，从而形成正确的概念。

三、概念转变学习的教学模式和教学策略

（一）教学模式。

概念转变学习即由学生的前概念转变为科学概念，这一过程需要以学生已经存在的概念结构作为重建的基础。这一模式一般程序是：（1）定向。教师创设特定的探究性问题情境，为学生的自主探究学习定向；（2）概念引出。引导学生回忆自己的不充分的思想（错误概念）尝试解释问题；（3）概念重建。这一环节可以通过实验、讨论、澄清和交换概念，揭示和解决冲突情境，建构新概念，并作出恰当评价；（4）概念应用。学生应用新概念解决新情境问题；（5）反思概念变化。通过将新概念与自己先前已有概念的比较，反思概念转变学习的过程。

（二）教学策略。

如何实现概念转变学习呢？1982年纳斯鲍姆和诺维克（Nassbaum&Novick;）根据建构主义思想，提出了促进学生错误概念转变学习的三步教学策略（或称三步教学法），其基本内容包括：

1．揭示学生的前概念，这是实现概念转变学习的前提。

了解或诊断学生的前概念的最有效方法是进行个别访谈。具体地说，在教学中，教师应有意识地引导学生暴露自己的思想。教师不仅可以借此更好地了解学生的已有概念，而且外部的表达也必然会促使学生的自我意识和自我反省，而后者正是概念转变学习的一个必要条件。如：当一个密闭烧瓶中一半的空气被抽出以后，瓶内的空气会发生什么变化？研究者请有关谈话学生在黑板上画一幅瓶中剩余空气的图形，并作出描述和解释。这种方法能使教师清楚地揭示学生有关烧瓶中剩余空气状态的前概念。

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，就是学生原有认知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，头脑绝不是一片空白，而是有了形形色色的原有认知结构，在学习新知识时，他总是试图以这种原有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望和好奇心，促使学生进行认知结构的同化和顺应。引发认知冲突的方法很多，教师即可通过师生合作学习中的讨论和交流，交换师生间对同一问题的概念的不同看法，使学生在认知冲突中接受新的正确的科学概念。也可设置专门的教学情境，使学生处于某种认知冲突之中，从而激发其克服错误概念的强烈动机。

3．鼓励认知顺应，这是实现概念转变学习的关键。

按照皮亚杰（J. Piaget）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，必须将原有认知结构进行调整和改变，通过顺应学习才能接纳新知识，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。

在科学教学中，一般可以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。这里，实验实际上发挥了两个作用：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；二是通过实验现象的观察，进一步确认了科学概念，并修改或转变了原有的错误概念。或者教师在提出经验性的证据并加以讨论之后，应给学生提供同化新概念的支持和帮助，并对现有的概念作详尽论述，使学生对情境中的问题所持有的概念进行重新建构。这里，教师必须精心选择案例，以便通过实例分析消除学生头脑中错误的选择性概念，建立起科学的概念。

总而言之，我们认为，关于概念转变学习的研究，是当前科学教学改革的需要，是运用建构主义理论指导科学教学的需要。如何发现学生头脑中那些朴素的、不全面的、甚至是错误的概念（前概念），采用何种教学策略帮助学生将这些前概念转变为科学概念，仍然是摆在我们面前需要深入探讨的重大问题。

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