科学教育中的难题：前概念的转变

杨欣

（福建师范大学，福建福州 350000）

一、前概念是什么

关于前概念的定义，学界中的学者持有各自不同的观点。最早有学者主张用“错误概念”来代表“前概念”，“错误概念”是学界中最早提出来的观点，它是指“对事物含糊的(Vague)、不完善的(Imperfect)或者是错误的(Mistaken)理解(Understanding)”[1]。错误概念是与前概念不一致的概念，其“错误”一词带有消极的心理暗示倾向，不利于全面地了解学习者的已有概念。我国学者提出前概念即前科学概念，其实质是在进行科学教育之前，人们基于自己的感性认识和对客观世界的理解，从周边环境中所获得的各种经验的总和[2]。而其他学者认为前概念与前科学概念有一定的区别，前科学概念可以是指学生在学习科学教育之前或之后所形成的与科学概念不一致或者完全相反的概念，它属于特定的概念。根据国内外学者对前概念所做出的不同界定，本文主要对前概念做如下定义，前概念是指学生进行科学教育之前，在生活经验中所形成的对客观世界的观念和看法，是对个人经验进行积累而形成的概念。

二、前概念的特点

前概念具有顽固性、负迁移性、自发性和复杂性等特点。

（一）顽固性

前概念与学生的日常生活密切相关，它是基于人们的感性经验和主观直觉而形成的，不容易发生改变。因为这些观念大部分是学生亲身体验获得的并且有些观念能够在实践中执行，并在实践中不断地进行加强[3]。所以学生在进行科学教育的过程中，他们的观念容易受到先前经验的影响。

（二）负迁移性

前概念中的未经科学证实的错误概念可能也会对后续的学习产生负面影响和妨碍知识的理解和掌握。教学是基于学生已有的认知经验的基础上进行的，学生在学习科学知识之前首先要触动自身原有观念，所以前概念对学习不可避免地产生一定的影响。

（三）自发性

学生的前概念是通过对日常生活的观察和感知而获得的，它既不是虚构的，也不是强迫使学生接受的，它是学生自发地形成对于事物的观点和看法，并内化为自己的认知结构和思维方式。

（四）复杂性

学生身心发展的阶段性和差异性造成了他们对于同一问题或客观事物的理解的不一致性，不同的学生会看到事物的不同方面。学生对于事物的理解也会在外部环境的影响下发生变化，所以学生的前概念是复杂多样的。

（五）内隐性

学生的前概念具有内隐性的特点，学生在日常生活中对某一事物或现象形成自身的观念时，往往不会表现出来。学生由于受其身心成熟程度的影响，所以对这些概念会感到模糊或者困惑，并且很难形象地表述出来，这些概念一直存在于学生的头脑之中，并且会影响其科学概念的获得。

三、前概念产生的原因

研究发现，前概念形成的具体原因有教师教学的误区、学生个人生活经验的干扰、学科和教材方面的影响、社会环境的影响。

（一）教师层面

首先，教师在教学中忽视了学生的先前知识和经验，盲目地进行教学，使学生头脑中持有的错误概念对后面知识的学习产生了负迁移。其次，教师对科学概念没有自己理解和思考，在教学中也会受到自身前概念的影响，从而影响教学效果。最后，教师缺乏必要专业培训或对自己专业知识理解不深[4]。

（二）学生层面

首先，以偏概全的思维方式，学生的知识经验不足，对科学概念容易形成肤浅的认知；其次，学生容易受到先前经验的影响，在日常生活中形成的肤浅的、零散的理解和观念。最后，学生还会受到特定的语言和文化背景的影响，从而产生前概念。

（三）学科和教材层面

在学科方面，不同的学科之间会相互影响，影响学生对于科学概念的理解。在教材方面，首先是教科书的编写，教科书在编写时往往只重视对于科学概念的讲解，却忽视了学生的原有认知水平和自身已有概念。其次在教科书的内容方面，有些教科书为了方便学生理解知识，经常会附加图片或案例，其中包含的隐性知识也会间接影响学生科学概念的获得。

（四）社会环境层面

前概念是在学生的日常生活中形成的，具有很强的情境性，会受到外部政治、历史、语言和文化环境的影响。Tertia Jordaan指出语言是社会性经验的重要组成部分，它对前概念已探明的影响主要体现在口语和科学术语的语义混淆会干扰学生对科学现象和科学术语的理解；另一个来源于这个概念内涵与外延复杂性的影响有关，尤其不同文化背景下，语言与文字隐喻造成其理解本末倒置[5]。

四、前概念转变的教学模式研究

前概念转变的教学模式是进行概念转变教学的重要环节，国外学者关于概念转变的教学模式的研究已经非常成熟。依据概念转变的教学模式中所使用的主要教学策略以及这些教学模式的适用教学场景，可将概念转变的教学模式分为五类：1.基于认知冲突的教学模式；2.基于具体情境的教学模式；3.基于建构主义的教学模式；4.基于概念转变理论的教学模式；5.适用于概念转变教学的科学教学模式。

（一）基于认知冲突的教学模式

基于认知冲突的教学模式有努斯鲍姆（Nussbaum）和诺维克（Novick）在1981年提出的三步教学模式[6]和斯特拉特福德（Stratford）等人在1998年提出的四步教学模式[7]。该教学模式侧重于对前概念中的错误概念的转变。教学模式的步骤为揭示学生的错误概念，引发学生的认知冲突，通过一系列的教学手段（类比和推理），得到学生认知结构的重组，获得新概念。

（二）基于具体情境的教学模式

情境作为学生学习活动的载体，其对学生的认知发展和情感反应都会产生一定的影响。

基于具体情境的教学模式有斯托夫莱特（Stofflett）和斯托达特（Stoddart）在1994年提出的五步教学模式[8]，布鲁恩(Bruun)和克里斯蒂安森（Christiansen）在1997年提出的四步教学模式，佘（She）在2014年提出的双重情境教学模式[9]。该教学模式认为学生的错误概念并不是一成不变的，不同的情境下学生可能出现不同的错误概念，我们在教学中应该鼓励学生结合自己的学习情境来进行假设、推理和演绎，从而获得新概念。

（三）基于建构主义的教学模式

建构主义学习观认为学生在学习科学知识之前已有一定的日常生活经验，这也就是我们所说的前概念。学生基于原有的前概念的基础上，与他人表达自己的观点，在与他人的认知冲突中促进其自身概念的转变和认知的建构。

基于建构主义的教学模式有费雷柏（Freyberg）和奥斯本（Osborne）在1985年提出的四步教学模式、德瑞弗（Driver）和奥德姆（Oldam）在1986年提出的五步教学模式[10]。上述教学模式的共同特征是都基于学生原有观念开展教学活动，不同之处是费雷柏（Freyberg）和奥斯本（Osborne）的四步教学模式强调在教师指导下学习者基于已有认知经验基础澄清自己的观点，在辩论中发现已有概念的不足，证明新概念的合理性。德瑞弗（Driver）和奥德姆（Oldam）的五步教学模式强调学生的主动性和反思性，引导学生对新旧概念进行比较，回顾和反思自己的不足。其中费雷柏（Freyberg）和奥斯本（Osborne）的四步教学模式最适用于小组合作式的课堂教学之中。

（四）基于概念转变理论的教学模式

基于概念转变理论的教学模式有库拉尔（Kural）和科卡居拉（Kocakülah）在2016年提出的基于“热”概念变化的教学模式（Teaching Model for Hot Conceptual Change，TMHCC）。它是 基于Posner等人(1982)的CCM理论的基础上提出的热点概念变化的教学模式(TMHCC)。该模式注重学生已有前概念，打造良好的学习环境，引导学生解释和论证概念，并通过评估进一步验证新概念的正确性。

（五）适用于概念转变教学的科学教学模式

适用于概念转变教学的科学教学模式有艾森卡夫（Eisenkraft）在2003年提出的7E教学模式。7E教学模式是在5E教学模式上的进一步延伸和拓展，其具体内容为激发（Eilicit）、参与（Engage）、探索（Explore）、解释（Explain）、精致化（Elaborate）、评价（Evaluate）、拓展（Extend）。该教学模式更加强调激发学生先前的理解和保证学生概念的转移，注重学生所获得的新概念的深度和广度，注重解决问题的能力。该模式是适用于概念转变的科学教学模式，更加具有代表性和实用性。

五、前概念转变的教学策略

科学概念的转变主要是指学生通过科学课程的学习，将先前从日常生活中所获得的前概念与新知识之间进行同化、顺应和重构，进一步完善自我的认知结构，最终获得与科学概念一致的正确概念的过程。在教学中我们可以采取多种教学策略来帮助学生完成前概念转变。

首先，认知冲突教学策略，是指呈现出问题情境，引发认知冲突，通过小组合作进行概念的类比和推理，从而促进错误概念的转变。主要步骤为首先提出探索性问题，创造学习情境；其次，根据学生认知发展的不同水平，进行分层教学，鼓励学生开展小组合作学习，运用类比和论证的方法引入科学概念，进行有意义的概念建构；最后，评价教学策略的有效性，进一步验证学生对科学概念的理解和前概念的转化。

建构主义教学策略注重学生学习的自主建构和学习的真实情境。我们在进行教学前要考虑到前概念对科学教育的影响，首先明确学生已知的前概念，创设学生主体教学情境；其次在学生交流和合作中，鼓励学生发表自己的观点，澄清错误概念，进行概念的迁移；最后加强学生对新概念的运用，注重科学技术的应用，提高学生抽象思维能力，形成正确的思维方式。因为学生前概念与日常生活紧密相关，所以具有顽固性，这就提醒我们在教学时要注意概念的反复性，提醒我们要运用多种教学策略。

六、科学教育的启示

（一）科学教育应注重学生的前概念

在进行科学教育的过程中，学生学习知识的过程其实就是科学概念重组与转变的过程，其中前概念是学生学习的基础，而前概念通常是从个人主观层面出发而形成的对自然现象和事物的理解和看法，其中有的概念是正确的，有的是错误的，有的是不全面的。所以在科学教育的过程中，我们需要正确地认识前概念的本质、特点和形成原因，并有针对性地进行教学。在教师层面，教师自身首先要做到正确地理解科学概念，避免受自身前概念的影响，其次是要做到为学生创造相对公平的环境，避免学生受其社会、语言、文化因素的影响，最后要求教师在日常教学实践中，采用多样的方法去探测学生已有概念，对科学知识的讲授不局限于教材，还要运用计算机和媒体的发展，定制特定的数据库、语义网络、视觉化工具等，用于学生的概念建构与重组；在学生层面，我们引导其对生活经验进行总结，并在教育教学中提高其逻辑思维能力，形成科学概念；在环境层面，我们应将科学概念渗入到学生的日常生活中，营造科学的家庭氛围，利用媒体等科技手段帮助学生进行前概念的转变。

（二）科学教育应注重课程开发

学生的前概念是进行科学教育的重要问题，如何合理推断出学生前概念对科学教育的影响，这在概念转变的教学模式中有所体现。因此，在进行科学教育之前，我们应该采取合适的教学模式来了解学生的前概念，根据学生所持有的前概念来进行课程的开发和教科书的编写，在课程开发的过程中注重科学概念之间的逻辑衔接。教材作为学生学习的载体，也应该进行相应的科学设计，如在教材的案例和图解中应当注意其科学性，不应该采用模糊的或者未经科学论证的图片。在课程设计中，要有针对性地了解学生对科学概念的理解程度和思维水平的高低，要采取多种教学方法了解学生的前概念，如绘制概念图、诊断性评价等。在课程开发中针对不同阶段的学生制定不同的学习任务，让其掌握相应的科学理论和实践操作，有利于培养学生的科学素养和研究能力，提高我国科学教育的水平。

（三）科学教育应注重教师教学技巧

根据国外概念转变教学模式，可知学生的学习应当是主动学习知识的过程。首先，教师的教学不应该局限于某种理论的指导，教师应该根据学生已有的前概念，进行循序渐进地教学。教师在引导学生探讨和交流的过程中，可以根据学生不断变换的概念营造合适的学习情境，鼓励学生进行概念的评估和论证。其次，教师应该掌握比喻和类比的教学技巧，在教授某一科学主题的案例时，应当选用一种符合学生日常思维且容易接受的例子，让学生通过类比接受新的科学概念。最后，教师的教学机制尤为重要，教师要在深入了解学生已有前概念和思维发展水平的基础上，灵活地变换问题和帮助学生，促成有意义的认知冲突。在小组合作学习和分层教学的过程中，对不同发展水平的水平采用不同的教学模式和教学策略，对那些学习水平和学习能力较强的学生，我们可以采用基于认知冲突理论的教学策略，对那些学习水平较差的学生可以采用基于建构主义的教学策略，其根本目的都是为了通过呈现与学生已有前概念不一致的概念或情境，来激发学生的好奇心或诧异感，从而产生解决问题的内在动力，消除前概念中的错误部分，完成前概念的转变过程。

总之，通过借鉴国外概念转变的教学模式和教学策略，我们可以更好地进行科学教育。概念转变是一个长期而复杂的过程，为此，我们必须以学生的前概念为基础，营造真实的教学情境，在教学中善于运用概念转变的教学模式和教学策略，增进师生和生生之间的交流与合作，促进学生更好地完成科学教育。