科學(xué)教學(xué)原則之關(guān)注學(xué)生的科學(xué)前概念

高瀟怡　黃真

2017年教育部頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出讓科學(xué)課程發(fā)揮深化學(xué)生對科學(xué)概念的理解^[1]?？梢姡瑑和茖W(xué)概念的發(fā)展是科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的客觀要求，也是科學(xué)教育的重要內(nèi)容。然而，在實際科學(xué)教育中兒童的科學(xué)概念形成充滿挑戰(zhàn)。教師教了但學(xué)生沒有學(xué)會的現(xiàn)象，在科學(xué)課堂上經(jīng)常發(fā)生。畢竟，影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的最重要因素就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道的（奧蘇貝爾，1968）。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入學(xué)校前他們已經(jīng)形成了關(guān)于周圍世界許多方面的“直覺概念”，而這些直覺概念往往與當(dāng)前科學(xué)界對自然客體的解釋不一致，比如學(xué)生普遍認(rèn)為物體運(yùn)動的方向與力所施加的方向一致;低年級小學(xué)生會認(rèn)為地球是平的。學(xué)生這些直覺概念是他們對這個世界如何運(yùn)轉(zhuǎn)形成的自己的解釋。這些直覺概念被稱為科學(xué)前概念，它們雖然不一定正確，但是因為是基于學(xué)生自己的日常生活經(jīng)驗的，所以具有一定的合理性。

為什么要關(guān)注科學(xué)前概念

建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是簡單機(jī)械地進(jìn)行信息積累和概念疊加，而是學(xué)習(xí)者在自身已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，主動選擇或注意環(huán)境中的信息，并與之相互作用，最終引發(fā)認(rèn)知結(jié)構(gòu)重組的過程。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)與其豐富的經(jīng)驗世界有聯(lián)系，學(xué)習(xí)者在接受正規(guī)的教育之前，對科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)過程早已形成一些自己的想法和觀點(diǎn)?？茖W(xué)是一門建立在前期知識經(jīng)驗上的學(xué)科，學(xué)生所學(xué)到的概念將會成為后期概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，小學(xué)階段科學(xué)教育對學(xué)生科學(xué)知識體系的建立起基礎(chǔ)性作用（France，1986）^[2]。但是如果在開始學(xué)習(xí)基礎(chǔ)概念時學(xué)生的概念沒有得到正確的引導(dǎo)，將嚴(yán)重影響學(xué)生后期概念的學(xué)習(xí)。如果科學(xué)教師和課程設(shè)計者知道學(xué)生關(guān)于科學(xué)概念中會存在的前概念，那么就會有助于產(chǎn)生高效的教學(xué)計劃（O-saki，1990）^[3]。事實上，國際科學(xué)教育研究中已經(jīng)將“關(guān)注學(xué)生科學(xué)前概念”作為科學(xué)課堂有效教學(xué)的重要原則之一（Donovan等，2011）^[4]?？傊?，關(guān)注學(xué)生的科學(xué)前概念對于提升科學(xué)教學(xué)與教育具有重要價值。

兒童的科學(xué)前概念有哪些來源

雖然學(xué)生的科學(xué)前概念是基于個人日常生活經(jīng)驗而產(chǎn)生，但其來源是多樣的，歸納起來總共有7個來源。

·來源于感覺印象。學(xué)生的科學(xué)前概念根植于日常經(jīng)驗。學(xué)生在走進(jìn)科學(xué)課堂之前，已經(jīng)在日常生活中通過對各種自然現(xiàn)象的觀察和體驗，獲得了豐富的關(guān)于科學(xué)方面的感性認(rèn)識，積累了很多日常經(jīng)驗。比如在學(xué)校，教師告訴學(xué)生地球自轉(zhuǎn)。學(xué)生要消除對他們來講是有意義、基于他們自身觀察的概念，且用一個直覺上無法接受的概念取代原有概念。

·來源于由語詞帶來的曲解或錯誤理解。概念是用一定的語詞記載和標(biāo)志的，借助詞語可以對感性材料進(jìn)行抽象與概括，揭露事物的本質(zhì)屬性和共同特征。但當(dāng)同一個概念的日常概念與科學(xué)概念含義不同時，也導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生一些科學(xué)前概念。比如，在夏天盛冰水的容器冒出的水珠，我們有時會說“出汗”。學(xué)生聽到這種描述也許會把它與人出汗的現(xiàn)象進(jìn)行聯(lián)系，從而導(dǎo)致他們認(rèn)為容器表面潮濕的水來源于容器里面的水而不是來自空氣中的水蒸氣。

·近似概念混淆，進(jìn)行不當(dāng)?shù)念惐?。某些非常相似的概念，通常需要?jīng)過比較才能牢固掌握。概念原型是概念形成的重要途徑之一，學(xué)習(xí)者往往會用類比的方式進(jìn)行新概念的學(xué)習(xí)。例如，關(guān)于云的本質(zhì)，有的學(xué)生會把云當(dāng)作一種用來存放水的容器。

·教學(xué)階段性的影響。由于學(xué)生接受性的限制，概念教學(xué)具有階段性，即同一個概念要分成幾個學(xué)齡段進(jìn)行講授，概念的內(nèi)涵逐漸增加，外延不斷變化。如中學(xué)物理描述物體運(yùn)動的力、位移、速度等幾個物理量，只要求掌握它們的標(biāo)量，到大學(xué)時要用矢量描述，但是學(xué)生很容易用舊有的思想思考新的問題。

·教材或教師語言的誤導(dǎo)。課本經(jīng)常不經(jīng)意間會成為學(xué)生前概念的來源。教材內(nèi)容的順序、概念關(guān)系的介紹、術(shù)語的選用、課本中的插圖等都有可能引起學(xué)生的錯誤理解。課本中水循環(huán)的圖表常常表明水在很大的水體（比如海洋）中蒸發(fā)。沒有水從生物、水池、地面蒸發(fā)的箭頭可能會讓學(xué)生對蒸發(fā)出現(xiàn)的地方產(chǎn)生誤解。教師在使用這些資源教學(xué)中不經(jīng)意的語言和圖表使用有可能也會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生科學(xué)前概念。

·錯誤推理。有時學(xué)生看到同一個現(xiàn)象，但是仍然會因為缺乏批判性觀察和后續(xù)討論而得出不同的結(jié)論。研究中發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生沒有批判性地解釋實驗數(shù)據(jù)而出現(xiàn)相互矛盾的結(jié)論。而且，學(xué)生有可能錯用他們所擁有的正確信息。

·媒體宣傳或其他非科學(xué)渠道?，F(xiàn)代社會隨處可見的網(wǎng)絡(luò)、報紙、雜志、電視等給學(xué)生帶來了數(shù)量巨大的信息，這些信息在幫助學(xué)生拓展視野、增大知識面的同時也成了學(xué)生前概念的來源之一。例如，某媒體曾報道“一種名為分析純的化學(xué)試劑”，文中把表示物質(zhì)純度的等級術(shù)語“分析純”看作是一種化學(xué)物質(zhì)，并介紹說“分析純是一種易燃易爆的化學(xué)物質(zhì)”

科學(xué)前概念探測的方法有哪些

由于科學(xué)前概念具有隱蔽性、頑固性和反復(fù)性的特點(diǎn)，往往通過簡單的事實性知識測驗或單一的方法無法真實且全面檢測到學(xué)生內(nèi)隱的科學(xué)前概念。國際上探測學(xué)生科學(xué)前概念比較常用的方法有：二段式診斷法、概念卡通圖法、出聲思考法、實物操作法、概念圖法和訪談法等（ Gurel等，2015）^[5]。其中概念卡通圖法在我國的研究和實際教學(xué)中應(yīng)用較少。概念卡通圖（如圖1）因其直觀、簡約、趣味和升華的特點(diǎn)往往很容易吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生討論和探究的興趣。概念卡通圖出現(xiàn)之后，英國于1992年啟動了“科學(xué)教育中的概念卡通” （Concept Cartoons In Science Education）研究計劃，對如何將概念卡通運(yùn)用到科學(xué)教學(xué)中進(jìn)行了一系列研究，并將研究成果轉(zhuǎn)化為相關(guān)書籍、軟件、網(wǎng)站，由此為實際科學(xué)課堂概念教學(xué)提供支持。

概念的理解有3個層次，分別是符號或文本理解、現(xiàn)象感知、本質(zhì)認(rèn)識（石翡，丁邦平，2014）^[6]。學(xué)生能夠用術(shù)語或?qū)I(yè)詞匯作答，以及對事實性知識的識記，并不代表學(xué)生真正理解了該概念，研究方法需要對現(xiàn)象背后的認(rèn)識進(jìn)行深層挖掘。探測題目的內(nèi)容和呈現(xiàn)形式選擇會影響到科學(xué)前概念的具體內(nèi)容及探測的程度。因此科學(xué)前概念探測的內(nèi)容應(yīng)該選擇學(xué)生熟悉且跟他們相關(guān)的刺激材料，提高情境的真實性和相關(guān)性，以便讓學(xué)生愿意投入任務(wù)。另一方面，不同的探測方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，比如二段式診斷法診斷效果較準(zhǔn)確，但是編制難度較大，且對低年級學(xué)生難度較大;出聲思考法和訪談法能深入了解學(xué)生的理解程度，但是耗時長且數(shù)據(jù)較難處理;概念圖法能展示學(xué)習(xí)者結(jié)構(gòu)化的知識，但低年級學(xué)生使用起來較困難;概念卡通圖有助于揭示學(xué)習(xí)者對現(xiàn)象的深層理解，但對生活化的主題需要一定的專業(yè)積累。因此，在選取科學(xué)前概念探測方法時，應(yīng)綜合考慮方法本身的特點(diǎn)、探測對象年齡特點(diǎn)、探測內(nèi)容、探測可操作性等因素。

盡管教師有時認(rèn)為自己已經(jīng)盡心盡力在教學(xué)生，但是如果教師沒有考慮學(xué)生的科學(xué)前概念并為概念轉(zhuǎn)變而教，那么教師在科學(xué)概念教學(xué)上只會徒勞無獲。因此，科學(xué)概念教學(xué)必須以兒童已有概念為起點(diǎn)，從而進(jìn)展到更為科學(xué)的概念。概括說來，針對學(xué)生科學(xué)前概念轉(zhuǎn)變，教師首先要承認(rèn)學(xué)生擁有科學(xué)前概念這一事實的合理性。其次，如果沒有充分考慮學(xué)生具體擁有的科學(xué)前概念并為之設(shè)計教學(xué)的話，那么學(xué)生就很難真正掌握新的概念和信息。再者，要為學(xué)生敢于暴露其科學(xué)前概念提供心理安全環(huán)境。最后，需為科學(xué)前概念轉(zhuǎn)變提供時間，科學(xué)前概念具有頑固性、穩(wěn)定性和長期性，其轉(zhuǎn)變是一項長期工程。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，北京師范大學(xué)出版社，2017

[2] France Lawrenz. Misconception of physical science concepts among elementarY school teachers. School Science and Mathematics， 1986

[3]O-saki K.M.， W.D.Samiroden. Students Conceptions of Living and Dead. Biology Education， 1990 （24）

[4]多諾萬，布蘭思福特.學(xué)生是如何學(xué)習(xí)的，課堂中的科學(xué).廣西師范大學(xué)出版社.2011

[5]Derya Kaltakci Gurel， Ali Eryilmaz， McDermott， Lillian Christie.A Review and Comparison of Diagnostic Instruments to Identify Studentsl Misconceptions in Science. Eurasia Journal of Mathematics Science& Technology Education， 2015 （11）

[6]石翡，丁邦平，科學(xué)前概念中西方研究進(jìn)展追蹤——文獻(xiàn)計量學(xué)視角揭示的中西方差異.比較教育研究，2014（6）