地理前概念的内涵、特征、成因与转变策略——以“热力环流”为例

胡 炀,林建平,邓爱珍,李 龙,李 曈

(1.赣南师范大学地理与环境工程学院,江西赣州,341000;2.江西应用技术职业学院,江西赣州,341000)

在地理学习中,学生习惯用已有的知识经验去看待问题、思考问题,这些知识经验来自日常生活中学生对一些地理现象的观察和体验,以及之前学习过的知识。由于知识经验有限、考虑问题也不够全面,学生对一些地理现象或地理概念的认识大多是含糊的、不全面的、非本质甚至是错误的,学生自己却认为是“正确”“合理”的,并且用这种思维方式去学习地理知识,这就形成了学生头脑中的地理前概念。教师在教学过程中往往容易忽视学生已有的知识经验,没有重视已有的知识经验对学生认知过程的阻碍,因此导致在教学中很多知识点即使讲过很多遍也会有学生不能掌握,同类型的题目做过很多遍也还是会错。正确的地理前概念可以更好地启发引导学生理解地理概念和地理现象,而错误的地理前概念则会阻碍学生对地理知识的理解与掌握,步入问题思考误区,学习中容易反复出错,降低了学习效果。因此,如何消除学生错误的地理前概念,将其转变为地理科学概念是广大学者和地理教师急需思考与解决的问题。

一、地理前概念的内涵

对于前概念,众多学者有不同的定义,维果茨基将前概念定义为“日常概念”,是指学生在以往日常生活实践和辨别学习得来的直观体验和感性认识。[1]曾珍认为前概念是“前科学概念”的简称, 指学习者在接受正规的科学教育之前, 对从周围获得的各种经验进行加工从而形成的概念,是基于感知的认识和理解。[2]也有学者认为前概念是“错误概念”,是对事物含糊的、不完善的或者是错误的理解[3],这显然是不正确的,错误概念与科学概念相悖,而前概念包括片面错误的认知以及不全面的科学概念知识。参考国内外学者对前概念的不同界定,本文对地理前概念作出如下定义:地理前概念是指学生在进行地理概念科学学习之前,在日常生活经验中所形成的对地理现象、地理事物的认知和看法,是个人知识经验积累而形成的地理概念。

地理前概念是学生在地理情境中主观构建的产物,对地理学习产生的影响既有积极的也有消极的。因此在地理前概念教学中,要帮助学生用含糊、不完善的地理前概念知识来认知同化新知识,在新信息和原有的知识经验之间建立适当的联系,促进新知识的学习;帮助学生在片面错误的地理前概念知识与科学知识之间产生认知冲突,顺应新知识的接纳,构建科学概念,形成完整合理的知识体系。这一过程如图1所示。

图1 地理前概念教学流程图

二、地理前概念的成因

建构主义强调,学习者并不是空着脑袋进入学习情境的。在进行地理学习之前,学生已经形成了对地理事物有关的知识经验,对地理现象有自己的看法。经过广大学者的研究发现,学生的地理前概念主要受日常生活经验、望文生义、不当类比、学科渗透、思维定式和旧有概念的局限等因素的影响。

(一)日常生活经验

地理是一门处理和人类生活相关问题的学科,关注人口、资源、环境和区域发展等基本问题,与学生日常生活联系紧密。学生在日常生活中形成的知识经验往往是感性的认知,带有强烈的感情色彩,比较片面、浅显,易产生错误的地理前概念。例如,沟渠是凹陷的,容易错误认为海沟成因是板块张裂作用;阴雨天更加湿冷,晚上气温比晴天低等。

(二)望文生义

当接触到一个新的地理概念时,学生往往会根据地理概念的字面意思进行理解,从而对其存在认知上的偏差,形成前概念。例如,学生认为降水就只是降雨;北京时间是北京的地方时;冰雹发生在冬半年;逆城市化是和城市化相反的过程。

(三)不当类比

类比是推理的一种重要方式,是人们认识新事物或作出新发现的重要思维形式。[4]不当的类比会造成学生对地理概念的曲解。例如,实验中经常将电灯充当太阳作为光源,学生会曲解太阳、太阳光的概念;通过“春小麦春季播种”类比出“冬小麦冬季播种”的错误前概念。

(四)学科渗透

地理是一门综合性和开放性很强的学科,具有自然科学和社会科学性质,内容与其他学科相互交叉、相互渗透。同一知识,不同学科对其定义不同,学生易使用其他学科的知识对地理概念进行理解,造成知识混淆,形成地理前概念。例如,学生在物理学习中认识到“开放环境下物体的温度与气压成反比”,形成“同一垂直面上高空的气压值高于地面”地理前概念;历史知识中,管仲将社会上形形色色的群体划分为四大阶层,按“士农工商”排序,学生容易认为封建社会初期第二产业比重大于第三产业。

(五)思维定式

思维定式是一种惯性思维,指人用某种固定的思维模式去分析问题和解决问题,由过去的感知影响当前感知的一种思维方式。学生面对新的地理概念仍用固有的认知去思考问题,形成错误的地理前概念。

(六)旧有概念的局限

地理概念并不是一成不变的,其定义随着科学研究的深入、时代的发展而不断更新,因此学生学习地理概念是一个渐进的过程,易受旧有的地理概念影响,阻碍地理新概念的接收。例如,20世纪80年代初,科学家发现南极上空臭氧含量大幅下降,出现臭氧空洞现象,学生脑海中有了臭氧空洞概念,经过全球合作限制氟氯碳化物的排放,南极上空臭氧空洞得到修复,但学生在思考全球性环境问题时仍存有臭氧空洞的概念。

三、地理前概念的特征

每个学生脑海里都若隐若现地存在着地理前概念,在地理学习中会受其影响。地理前概念具有顽固性、生成性、负迁移性、隐蔽性和普遍性与差异性。

(一)顽固性

地理前概念与学生日常生活现象联系紧密,大多来源于学生的生活经历,是对物质世界的直接体验和主观直觉而形成的,例如,在学习水循环知识时,学生认为从高山流下的水奔腾向大海流去,一去不复返,并不会回到高山,这正是受到“水往低处流”这一生活经验的影响,在自然状态下,学生在生活中看到的是高处的水流向低处,水在没有受到动力的作用下不会流向高处。所以地理前概念在日常生活中不断强化,学生对此深信不疑,具有顽固性。

(二)生成性

每个学生在进入地理课堂之前,脑海里已自发地生成了对地理现象的各种经验性认识,并内化为学生的地理认知结构和思维方式。它是学生通过日常生活中地理现象的观察和体验而主动建构的,不是虚构的,真实影响学生对地理概念的理解。例如,很多同学会认为光年是一个时间单位,但其实它是一个距离单位。

(三)负迁移性

建构主义学习观认为学习是由个体学习者基于自己的经验背景建构知识的过程,学生是主动的信息构建者,因此学生在学习地理知识时,不可避免会根据自己的知识经验建构地理概念,而地理前概念包括片面错误的地理认知,对后续的地理学习会产生消极影响,阻碍学生对科学地理知识的理解和掌握。例如,学生脑海里存在“距离热源近,温度高”地理前概念,延伸出“青藏高原海拔高,距离太阳更近,温度也更高”“一月初,北半球温度较低,为远日点;七月初,北半球温度较高,为近日点”等错误地理前概念。

(四)隐蔽性

地理前概念作用于师生的思维和行为,但不容易被师生自己察觉,具有隐蔽性。在教学过程中,当学生发现自己脑海里理解的概念与老师讲解相异时,受其身心成熟程度的影响,学生害怕自己的想法不正确而不敢开口,会隐藏其地理前概念,从而影响学生科学概念的获得。

(五)普遍性与差异性

面对某一个地理概念时,每个学生都会在脑海中对其进行自己的认知理解,构建起该地理概念的前概念,具有普遍性;每个学生都具有地理前概念,但其脑海中的前概念却因人而异,学生身心发展的阶段性、生活经验、知识结构以及思维方式的不同都会导致学生对地理概念理解的不一致,不同的学生会看到地理事物的不同方面,因此地理前概念具有差异性。例如,很多学生想当然地认为南方的植被主要是常绿阔叶林,因此冬季南方的树木不会落叶,而具有生活经验的南方学生经历过冬季树木落叶的场景,更容易地理解常绿阔叶林也会落叶。不同学生对于寒潮、台风、梅雨等前概念的定义也各有差异。

四、地理前概念转变策略

地理前概念的顽固性、负迁移性会阻碍学生科学概念的学习,所以教师在教学中应该具体了解学生的脑海中的前概念知识,创设问题情境,使学生产生认知冲突,将错误的前概念转变为科学概念,促进新知识的学习。本文以“大气热力环流”知识点教学为例,探析学生地理前概念转变为科学概念的教学策略。

(一)了解学生地理前概念

大气热力环流知识点概念比较抽象,知识的内在逻辑性较强,热力环流的形成过程不易被学生注意,因此教学案例需要是常见的自然现象,如通过海陆、山谷、城郊风向的日变化来反映大气环流的日变化。在学生的学习过程中,易受到以下地理前概念影响导致认知错误:①开放环境下物体的温度与气压成反比,所以同一垂直面上,高空气温低于地面,高空气压高于地面;②高空的大气水平运动早于近地面的大气水平运动;③接受热量少的高空空气堆积因重力因素下沉,并非冷却收缩下沉;④地表受热不均导致大气的水平运动;⑤白天山顶温度比山谷低。本节内容与物理学科知识相互联系、渗透,在教学中应铺设比热容与温度、热胀冷缩、气压与海拔等相关物理概念,辅助学生理解大气热力环流的形成,提高学生的学习兴趣。

(二)创设问题情境,引发认知冲突

学生总是对脑海中已有的概念深信不疑,要将其转化为科学概念,就要创设与学生前概念产生冲突的问题情境,让学生充分暴露错误概念,反思自身概念与科学概念之间的差异,由被动接受式学习转向主动探究,激发探求新知的热情。

笔者通过创设气压大小与温度、高度关系的问题情境,让学生猜想高空与近地面的气压高低之分,发现学生容易认为温度与气压成反比,同一垂直面上高空气温低于近地面,则高空气压高于近地面。因此笔者抓住这一契机引导学生观察某地近地面与高空的气温、气压数据图,学生通过观察发现:该地气温与气压都随着高度增加而减少,高空气压低于近地面,并非高于近地面。这一结论与学生的前概念相冲突,暴露了学生的错误概念,顺应后续知识的学习。

笔者通过补充气压知识得出“同一地点,海拔越高,气压越小”的结论,接下来,笔者引导学生阅读“大气热力环流”形成示意图,借助示意图推导热力环流的形成过程:A地近地面空气受热膨胀上升,空气密度减小形成低压区,高空空气密度增大形成高压区;B、C两地高空空气受冷收缩下沉,空气密度减小形成低压区,近地面空气密度增大形成高压区;在同一水平面上,大气由高压区流向低压区,形成热力环流。通过推导,学生基本掌握“热力环流”的核心知识——形成过程。这时笔者提出问题:A地高空为高压区,近地面为低压区,为何A地高空气压值低于近地面?学生又陷入认知冲突,难道刚才得出的结论存在错误?前概念再次受到冲击。因此笔者进行概念澄清:气压的高低是相对于同一水平高度而言的,高压的数值并不一定大于低压的数值。通过创设问题情境,引发认知冲突,学生的前概念已经得到重建,建构了“垂直方向上,温度与气压成正比;水平方向上,近地面温度与气压成反比,高空温度与气压成正比”的科学概念。

学生反思自身概念变化过程,通过不断与前概念制造认知冲突,师生不断揭示与解决冲突情境,澄清概念,错误的前概念被摒弃,转变为科学概念。学生亲身体验获得的科学概念更加深刻。

(三)借助地理实验,消除错误前概念

借助热力环流液体实验演示, 学生可以直观了解热力环流的形成过程,并根据获得的感性认识消除错误的前概念,建构科学概念。

实验准备:环流探测装置、两个烧杯分别装热水和冷水、温水一盆、红蓝色素各一瓶、测温计。

实验步骤:第一步,在环流探测装置里分别加入红蓝色素各五滴;第二步,在环流探测装置里分别加入等量温水,没过最低水位线;第三步,将环流探测装置红色试管放在热水烧杯里,蓝色试管放在冷水烧杯里;第四步,等待几分钟后,用温度计分别探测两烧杯水温;第五步,打开水阀后静置观察。

师:我们用液体流动来模拟热力环流空气的运动,请同学们猜测打开水阀后红蓝水会怎样运动呢?

学生甲:垂直方向红水上升,蓝水下沉,水平方向上方的红水流向蓝水早于下方的蓝水流向红水。因为像烟囱排放烟雾的扩散过程一样,高空的大气水平运动早于近地面的大气水平运动。

学生乙:红水上升,流向蓝水,蓝水再下沉,流向红水。因为接受热量少的高空空气堆积因重力因素下沉的。

学生丙:首先垂直方向红水上升,蓝水下沉,然后水平方向上方的红水流向蓝水,下方的蓝水流向红水,形成环流。

课堂上同学们观点各异,引出学生的前概念,再一次产生认知冲突。接下来展示实验结果,根据实验结果概括热力环流形成原理:地面冷热不均导致空气的垂直运动(上升或下沉);同一水平面存在气压差异,导致空气的水平运动,最终形成热力环流。借助地理实验的结果,学生消除错误的前概念,深刻认识热力环流原理,最终形成新的知识体系。

地理前概念是地理教学的重要组成部分,也是高中地理教学的一个难点,利用学生存在的前概念进行教学是地理教育学与教育心理学相结合的一种有效尝试。教学中巧妙利用前概念能使新旧知识过渡自然,符合学生的认知规律,能产生很好的教学效果。