基于“血管科学概念细化表”的前科学概念探查

王 威 吴 霞

(四川师范大学生命科学学院 成都 610101)

李宛蓉

(四川省简阳市简阳中学 641400)

学生具有的概念常常与科学概念的涵义不一致甚至相反，是对事物的非本质认识，即前科学概念[1]。课堂教学中把握学生的前科学概念能有效提高课堂概念教学的效率，更快帮助学生形成科学概念。前科学概念出现的原因有日常生活体验、浅表认知、负迁移等，其中负迁移指一种学习对另一种学习产生干扰[2]。

1 研究问题的确定

血管是血液流动的管道，是初中生物学重要概念“血液循环系统包括心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液，其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、废物和激素等物质”的子概念。血管与学生生活息息相关，但因其存在于人体内，难以产生形象认知。因此，学生极易产生前科学概念。本文主要探查学生血管部分存在的前科学概念。

2 研究方法

2.1 问卷的设计 概念的定义能够帮助学习者在已有知识和新知识之间建立起必要的联系，是概念学习中一个重要的环节[3]。Merrill和Tennyson提出了定义概念的公式：概念名称是高一级概念的名称，它具有相关属性1的值、相关属性2的值等[4]。例如，“动脉”即高一级概念名称，“动脉大多分布较深” 是相关属性“分布”的值，“动脉管壁厚”是相关属性“结构”的值。

“血管科学概念细化表”在梳理血管科学概念的基础上，通过对四个子概念和七个维度的划分，形成23个科学概念片段(表1)，对应血管科学概念的相关属性[5]。以23个科学概念片段为基础，从概念的“相关属性”出发，编制研究工具，经过多位生物学一线教师的反复修改，最终问卷共20题，内容涵盖全部科学概念片段。

题号与测试内容对应关系见表1，题号用T表示，

表1 血管科学概念细化表

第1题即为T1；测试内容为该题所包含的概念片段。为便于测试，将部分科学概念片段进行融合，包含至一个题目中。例如，科学概念片段A-a、B-a、C-a合并为T1题，题目内容为“人体的血管有3类，它们的名称分别是________”。个别科学概念片段包含内容较多，则对应多个题目。例如，科学概念片段A-b、B-b、C-b中涵盖管壁厚薄、管壁细胞构成、管腔大小等内容，因此在问卷中分开进行测试，共对应T12～T16题。

2.2 研究过程 研究对象确定为四川省成都市某初中八年级学生，随机抽取50名学生，共发放问卷50份，回收50份，其中有效问卷48份。本问卷赋分依据为是否正确回答出科学概念片段内容，答对赋1分，答错或未答赋0分。利用SPSS17.0对统计结果进行问卷的信度分析，信度系数为0.789，达到可接受水平。最后，基于文本分析对部分学生进行访谈，分析学生前科学概念产生的原因。

3 研究结果与分析

回收问卷，对各题学生答对的人数进行统计，如图1所示。

图1 测试题答对人数统计图

从统计图可以看出，学生回答错误率超过一半的题为第2、3、4、5、6、8、15、16、19题。第2题为作图题，与“分布”相关；第3、4、5题对应相关属性“分布”；第6、8题对应相关属性“功能”；第15、16、19题对应相关属性“结构”。由此可见，学生在血管科学概念出现前科学概念主要为对血管的分布、功能和结构的认识模糊不清。

为了深入分析学生出现前科学概念的原因，研究者在错误率超过一半的题目所对应的答错学生中随机抽取1/3进行访谈，分析结果如下。

3.1 关于动脉和静脉分布深浅的前科学概念 超过90%的学生在相关属性“分布”上存在前科学概念。通过访谈发现，学生此前科学概念主要来源于日常生活体验：学生认为动脉对于人体有重要作用，因此机体为了保护动脉，将动脉都埋藏在人体的深处；而相对于静脉，学生则认为分布在人体较浅的位置，如手背、额头的“青筋”这些都是静脉的体现。

3.2 关于动脉和静脉功能的前科学概念 超过50%的学生在相关属性“功能”上存在前科学概念，即动脉的功能是将血液运进心脏，而静脉是将血液运出心脏。通过访谈发现，学生此前科学概念主要来源于概念间的负迁移，学生认为动脉血中富含营养，而心脏的跳动是需要营养的，因此动脉将动脉血运进心脏为其提供营养。由此可见，学生产生此前科学概念的原因是“动脉血中富含营养”的概念对“动脉功能”的概念产生了负面影响。

3.3 关于三类血管管腔大小的前科学概念 超过80%的学生在相关属性“结构”上存在前科学概念，认为三类血管中动脉的管径最大，静脉次之，最小的是毛细血管。访谈发现，学生在形成了“动脉中血流速度最快”“动脉的管壁最厚”“动脉血富含营养”三个概念后，产生错误的逻辑思维，将“血流得快”“管壁厚”等同“管腔大”。认为动脉血富含营养，更大的动脉管腔可以包含更多的营养，最终产生了负迁移，形成动脉管腔最大的前科学概念。

3.4 关于静脉瓣膜存在位置的前科学概念 80%的学生在相关属性“分布”上存在前科学概念。学生能够从“静脉瓣膜”四个字判断出静脉瓣膜存在于静脉中，但由于学生认知结构中已存在“房室瓣膜”的概念，理所当然地认为瓣膜与心脏有关，从而顺理成章地认为静脉瓣膜的位置应在静脉与心脏的连接处。由此可见，“房室瓣膜”的概念对学生“静脉瓣膜的分布位置”的理解产生了负迁移。

4 落实科学概念正迁移的教学建议

结合研究结果，建议在血管的教学中，将概念与概念之间的负迁移转化为正迁移，即一个概念的把握对另一个概念的形成产生正面影响。教师可以在教学中强调概念之间的逻辑关系，帮助学生基于已掌握的科学概念，对新概念进行理解。以下以“动脉”概念中相关属性间的逻辑关系为教学思路，阐释在教学中如何落实科学概念的正迁移，概念相关属性关系如图2所示。

图2 “动脉”概念相关属性关系图

图2中圆圈中是相关属性；实验线方框中是科学概念片段；虚线方框中是过渡思维。研究结果显示出学生对相关属性“外部联系”中的科学概念片段“动脉中血液流速快”掌握较好，而在相关属性“结构”“功能”“分布”上存在前科学概念。教师可以帮助学生在已经掌握相关属性“外部联系”的基础上，转变相关属性“结构”“功能”“分布”存在的前科学概念，落实科学概念的正迁移。教学中首先强调动脉中血液流速快的直接原因是动脉压大，而根本原因是随着心脏的跳动，动脉将血液由心脏运输到全身。动脉压大需要“动脉的管壁更厚，管壁的弹性更大，大多分布在身体深处”来保护动脉。另一方面，根据动脉中血流速度快，为保证进出心脏的血液量相等，静脉的管径必须大于动脉的管径。即单位时间内，通过管道的液体量相等，所以动脉的流速大、管径小。

(基金项目：四川省社会科学“十三五”规划2016年度课题“类比材料呈现方式对类比课堂教学效果的影响”，No.SC16B071；四川师范大学校级科研项目青年培育项目“四川省中学生生物学重要概念前科学概念探查研究”，No.16QP01；四川师范大学校级教改项目“师范生教学训练的高效策略与实施方案的研究”，No.201608；四川省大学生创新创业计划项目“中学生物学教学资源的开发与利用”，No.201510636036)