基于前概念转变的生物科学史教学研究

荣莹

2017年版《普通高中生物学课程标准》指出：“在教学过程中，教师还必须注意学生头脑中已有的前概念，特别是那些与科学概念相抵触的错误概念。课堂教学活动要帮助学生消除错误概念，建立科学概念。”这其实就是概念转变教学，它强调学习者学习过程易受先验概念（即前概念）的影响。由此，一线教学中教师应当努力探寻学生已有的前概念（Preconception），引发认知冲突，解构迷思概念，建构新概念，从而帮助学生厘清概念体系。教师应重视学生前概念的探测、解构，以便寻找更精准的概念转换途径。研究者就“光合作用的发现的科学史”为例，谈谈概念转换教学的实践应用。

一、以直观展示探寻异质性的前概念

前概念探测常用方法包括自然观察、访谈法、纸笔测试（选择题、问答题、二段式测验等）、概念图法、关系图法、电脑化测验等，在具体的案例中可采用一种或多种方法进行探测。笔者就现行苏科版初中教材进行文本分析，分析发现学生对于高中教材中萨克斯实验及恩吉尔曼实验有一定的基础。然而，来自不同中学的学生认知水平和信息储存、提取情况存在明显差异，不同学生的前概念可能存在较大差异。因此，针对全班45名学生，研究者利用纸笔进行学生前概念探测，要求学生将高中教材中普利斯特利、萨克斯、恩吉尔曼、鲁宾、卡门等科学家的经典实验借助绘图的形式呈现。以绘图的形式对学生进行纸笔测试，不仅是基于教学手段多元化的考虑，也可以提高探查趣味性和直观性，使学生的思维呈现可视化，从而了解学生对概念的理解情况。

二、以概念解构追寻差异性的转换策略

学生前概念与科学概念之间的差异状况决定了概念转变的途径，这也应是教师选择概念转变策略的重要依据。Tyson提出概念转变包括“丰富”“强重建”“弱重建”三种类型等。研究者试以Tyson的概念转变模式为依据，对学生的概念转变进行分类分析，以生成面向不同学生个体差异性的转换策略。

1.普利斯特利实验

实验的丰富组学生数为20人（占44.44%）、弱重建16人（占35.56%）、强重建9人（占20%），具体如表1所示。丰富组的学生能理解实验的思路，体现对照实验特征，但对实验条件的关注未充分体现，如该实验是否在光下进行。弱重建组学生对实验的大致过程有一定的了解，但未体现对照实验特征，故对实验结论的获得可能存在一定障碍。强重建组学生基本无法理解实验的过程及结论，如将点燃的蜡烛与鼠单独组合成组及将绿色植物、蜡烛和鼠分为一组等。从数据占比而言，丰富组和弱重建组学生共占比80%，故可利用小组合作学习的方式让学生自行解构前概念，即以5人为一小组，其中1人为强重建组，1—2人为弱重建组，2—3人为丰富组。通过本组中学生代表的口头表述、教师提问等形式检测概念转变程度，促使概念转换的生成。

2.萨克斯实验

以表2为例，对45份图示进行分类统计分析，丰富组学生为12人（占26.67%）、弱重建20人（占44.44%）、强重建13人（占28.89%）。丰富组的学生能理解实验的思路，理解何时该剪下叶片，也能预期实验结果，只需再“丰富”实验细节，如实验材料的选择、饥饿处理的时间等。弱重建组的学生对实验的大致过程有一定的了解，但部分学生将饥饿处理及遮光、曝光的对照实验设置在叶片离体状态下完成，有的则在遮光处理时选择了不同叶片分别进行遮光和曝光实验。强重建组的学生实验步骤混乱，无法清晰表达实验思路。从数据占比而言，弱重建组学生占比较高，分析该实验需丰富或重建的部分，很多可在实验重做过程中引发认知冲突，从而实现概念转换，如饥饿处理的时间、实验选材、对照部分是否需离体完成等。因而，研究者以小组为单位，通过阅读资料、小组提问等活动转换概念，形成统一的小组实验方案。另外，在實验实施过程中，当出现与前概念冲突的实验现象时，引导学生利用已有的知识结构去同化、解释这些新现象。

三、以先行材料导寻补偿性的教学方式

与之前的两类实验学生的前概念不同的是：鲁宾、卡门实验的学生，没有呈现出丰富组的样态。以表3为例，对45份图示进行分类统计分析，弱重建学生36人（占80%）、强重建9人（占20%）。可见，学生多以原有初中教材为依据，故对鲁宾、卡门实验的材料与过程等方面的认知均出现了较大偏差，此外有20%的学生甚至无法理解对照实验思路，为强重建组。据此，教师提供鲁宾、卡门实验的先行组织者资料，引导学生行资料分析，还原实验过程和思路，进行科学概念的补偿教学。

提供上述的科学史材料后，教师则可以借助文本分析，引导学生理清实验思路、同位素标记法在实验中的具体运用，同时完成从定性实验向定量实验的概念转变。再者，利用图片、视频展示等形式，帮助学生了解模式生物小球藻。这一教学过程让学生真正理解了鲁宾、卡门实验的真实发生历程，进一步帮助学生建构完整且系统的“光合作用发现的科学史”科学概念。

[本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“促进高中生物学概念建构的境脉学习策略研究”（课题编号：B-b/2018/02/151）、江苏省教研室第十二批立项课题“生命与健康特色课程的实践研究”（课题编号：2017JK12-L036）系列研究成果]