科學(xué)教育中的難題：前概念的轉(zhuǎn)變

楊欣

（福建師范大學(xué)，福建福州 350000）

一、前概念是什么

關(guān)于前概念的定義，學(xué)界中的學(xué)者持有各自不同的觀點。最早有學(xué)者主張用“錯誤概念”來代表“前概念”，“錯誤概念”是學(xué)界中最早提出來的觀點，它是指“對事物含糊的(Vague)、不完善的(Imperfect)或者是錯誤的(Mistaken)理解(Understanding)”[1]。錯誤概念是與前概念不一致的概念，其“錯誤”一詞帶有消極的心理暗示傾向，不利于全面地了解學(xué)習(xí)者的已有概念。我國學(xué)者提出前概念即前科學(xué)概念，其實質(zhì)是在進(jìn)行科學(xué)教育之前，人們基于自己的感性認(rèn)識和對客觀世界的理解，從周邊環(huán)境中所獲得的各種經(jīng)驗的總和[2]。而其他學(xué)者認(rèn)為前概念與前科學(xué)概念有一定的區(qū)別，前科學(xué)概念可以是指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)教育之前或之后所形成的與科學(xué)概念不一致或者完全相反的概念，它屬于特定的概念。根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者對前概念所做出的不同界定，本文主要對前概念做如下定義，前概念是指學(xué)生進(jìn)行科學(xué)教育之前，在生活經(jīng)驗中所形成的對客觀世界的觀念和看法，是對個人經(jīng)驗進(jìn)行積累而形成的概念。

二、前概念的特點

前概念具有頑固性、負(fù)遷移性、自發(fā)性和復(fù)雜性等特點。

（一）頑固性

前概念與學(xué)生的日常生活密切相關(guān)，它是基于人們的感性經(jīng)驗和主觀直覺而形成的，不容易發(fā)生改變。因為這些觀念大部分是學(xué)生親身體驗獲得的并且有些觀念能夠在實踐中執(zhí)行，并在實踐中不斷地進(jìn)行加強[3]。所以學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)教育的過程中，他們的觀念容易受到先前經(jīng)驗的影響。

（二）負(fù)遷移性

前概念中的未經(jīng)科學(xué)證實的錯誤概念可能也會對后續(xù)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面影響和妨礙知識的理解和掌握。教學(xué)是基于學(xué)生已有的認(rèn)知經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)知識之前首先要觸動自身原有觀念，所以前概念對學(xué)習(xí)不可避免地產(chǎn)生一定的影響。

（三）自發(fā)性

學(xué)生的前概念是通過對日常生活的觀察和感知而獲得的，它既不是虛構(gòu)的，也不是強迫使學(xué)生接受的，它是學(xué)生自發(fā)地形成對于事物的觀點和看法，并內(nèi)化為自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維方式。

（四）復(fù)雜性

學(xué)生身心發(fā)展的階段性和差異性造成了他們對于同一問題或客觀事物的理解的不一致性，不同的學(xué)生會看到事物的不同方面。學(xué)生對于事物的理解也會在外部環(huán)境的影響下發(fā)生變化，所以學(xué)生的前概念是復(fù)雜多樣的。

（五）內(nèi)隱性

學(xué)生的前概念具有內(nèi)隱性的特點，學(xué)生在日常生活中對某一事物或現(xiàn)象形成自身的觀念時，往往不會表現(xiàn)出來。學(xué)生由于受其身心成熟程度的影響，所以對這些概念會感到模糊或者困惑，并且很難形象地表述出來，這些概念一直存在于學(xué)生的頭腦之中，并且會影響其科學(xué)概念的獲得。

三、前概念產(chǎn)生的原因

研究發(fā)現(xiàn)，前概念形成的具體原因有教師教學(xué)的誤區(qū)、學(xué)生個人生活經(jīng)驗的干擾、學(xué)科和教材方面的影響、社會環(huán)境的影響。

（一）教師層面

首先，教師在教學(xué)中忽視了學(xué)生的先前知識和經(jīng)驗，盲目地進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生頭腦中持有的錯誤概念對后面知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了負(fù)遷移。其次，教師對科學(xué)概念沒有自己理解和思考，在教學(xué)中也會受到自身前概念的影響，從而影響教學(xué)效果。最后，教師缺乏必要專業(yè)培訓(xùn)或?qū)ψ约簩I(yè)知識理解不深[4]。

（二）學(xué)生層面

首先，以偏概全的思維方式，學(xué)生的知識經(jīng)驗不足，對科學(xué)概念容易形成膚淺的認(rèn)知；其次，學(xué)生容易受到先前經(jīng)驗的影響，在日常生活中形成的膚淺的、零散的理解和觀念。最后，學(xué)生還會受到特定的語言和文化背景的影響，從而產(chǎn)生前概念。

（三）學(xué)科和教材層面

在學(xué)科方面，不同的學(xué)科之間會相互影響，影響學(xué)生對于科學(xué)概念的理解。在教材方面，首先是教科書的編寫，教科書在編寫時往往只重視對于科學(xué)概念的講解，卻忽視了學(xué)生的原有認(rèn)知水平和自身已有概念。其次在教科書的內(nèi)容方面，有些教科書為了方便學(xué)生理解知識，經(jīng)常會附加圖片或案例，其中包含的隱性知識也會間接影響學(xué)生科學(xué)概念的獲得。

（四）社會環(huán)境層面

前概念是在學(xué)生的日常生活中形成的，具有很強的情境性，會受到外部政治、歷史、語言和文化環(huán)境的影響。Tertia Jordaan指出語言是社會性經(jīng)驗的重要組成部分，它對前概念已探明的影響主要體現(xiàn)在口語和科學(xué)術(shù)語的語義混淆會干擾學(xué)生對科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)術(shù)語的理解；另一個來源于這個概念內(nèi)涵與外延復(fù)雜性的影響有關(guān)，尤其不同文化背景下，語言與文字隱喻造成其理解本末倒置[5]。

四、前概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式研究

前概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式是進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，國外學(xué)者關(guān)于概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式的研究已經(jīng)非常成熟。依據(jù)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式中所使用的主要教學(xué)策略以及這些教學(xué)模式的適用教學(xué)場景，可將概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式分為五類：1.基于認(rèn)知沖突的教學(xué)模式；2.基于具體情境的教學(xué)模式；3.基于建構(gòu)主義的教學(xué)模式；4.基于概念轉(zhuǎn)變理論的教學(xué)模式；5.適用于概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的科學(xué)教學(xué)模式。

（一）基于認(rèn)知沖突的教學(xué)模式

基于認(rèn)知沖突的教學(xué)模式有努斯鮑姆（Nussbaum）和諾維克（Novick）在1981年提出的三步教學(xué)模式[6]和斯特拉特福德（Stratford）等人在1998年提出的四步教學(xué)模式[7]。該教學(xué)模式側(cè)重于對前概念中的錯誤概念的轉(zhuǎn)變。教學(xué)模式的步驟為揭示學(xué)生的錯誤概念，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，通過一系列的教學(xué)手段（類比和推理），得到學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重組，獲得新概念。

（二）基于具體情境的教學(xué)模式

情境作為學(xué)生學(xué)習(xí)活動的載體，其對學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展和情感反應(yīng)都會產(chǎn)生一定的影響。

基于具體情境的教學(xué)模式有斯托夫萊特（Stofflett）和斯托達(dá)特（Stoddart）在1994年提出的五步教學(xué)模式[8]，布魯恩(Bruun)和克里斯蒂安森（Christiansen）在1997年提出的四步教學(xué)模式，佘（She）在2014年提出的雙重情境教學(xué)模式[9]。該教學(xué)模式認(rèn)為學(xué)生的錯誤概念并不是一成不變的，不同的情境下學(xué)生可能出現(xiàn)不同的錯誤概念，我們在教學(xué)中應(yīng)該鼓勵學(xué)生結(jié)合自己的學(xué)習(xí)情境來進(jìn)行假設(shè)、推理和演繹，從而獲得新概念。

（三）基于建構(gòu)主義的教學(xué)模式

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)知識之前已有一定的日常生活經(jīng)驗，這也就是我們所說的前概念。學(xué)生基于原有的前概念的基礎(chǔ)上，與他人表達(dá)自己的觀點，在與他人的認(rèn)知沖突中促進(jìn)其自身概念的轉(zhuǎn)變和認(rèn)知的建構(gòu)。

基于建構(gòu)主義的教學(xué)模式有費雷柏（Freyberg）和奧斯本（Osborne）在1985年提出的四步教學(xué)模式、德瑞弗（Driver）和奧德姆（Oldam）在1986年提出的五步教學(xué)模式[10]。上述教學(xué)模式的共同特征是都基于學(xué)生原有觀念開展教學(xué)活動，不同之處是費雷柏（Freyberg）和奧斯本（Osborne）的四步教學(xué)模式強調(diào)在教師指導(dǎo)下學(xué)習(xí)者基于已有認(rèn)知經(jīng)驗基礎(chǔ)澄清自己的觀點，在辯論中發(fā)現(xiàn)已有概念的不足，證明新概念的合理性。德瑞弗（Driver）和奧德姆（Oldam）的五步教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生的主動性和反思性，引導(dǎo)學(xué)生對新舊概念進(jìn)行比較，回顧和反思自己的不足。其中費雷柏（Freyberg）和奧斯本（Osborne）的四步教學(xué)模式最適用于小組合作式的課堂教學(xué)之中。

（四）基于概念轉(zhuǎn)變理論的教學(xué)模式

基于概念轉(zhuǎn)變理論的教學(xué)模式有庫拉爾（Kural）和科卡居拉（Kocakülah）在2016年提出的基于“熱”概念變化的教學(xué)模式（Teaching Model for Hot Conceptual Change，TMHCC）。它是 基于Posner等人(1982)的CCM理論的基礎(chǔ)上提出的熱點概念變化的教學(xué)模式(TMHCC)。該模式注重學(xué)生已有前概念，打造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生解釋和論證概念，并通過評估進(jìn)一步驗證新概念的正確性。

（五）適用于概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的科學(xué)教學(xué)模式

適用于概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的科學(xué)教學(xué)模式有艾森卡夫（Eisenkraft）在2003年提出的7E教學(xué)模式。7E教學(xué)模式是在5E教學(xué)模式上的進(jìn)一步延伸和拓展，其具體內(nèi)容為激發(fā)（Eilicit）、參與（Engage）、探索（Explore）、解釋（Explain）、精致化（Elaborate）、評價（Evaluate）、拓展（Extend）。該教學(xué)模式更加強調(diào)激發(fā)學(xué)生先前的理解和保證學(xué)生概念的轉(zhuǎn)移，注重學(xué)生所獲得的新概念的深度和廣度，注重解決問題的能力。該模式是適用于概念轉(zhuǎn)變的科學(xué)教學(xué)模式，更加具有代表性和實用性。

五、前概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略

科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變主要是指學(xué)生通過科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，將先前從日常生活中所獲得的前概念與新知識之間進(jìn)行同化、順應(yīng)和重構(gòu)，進(jìn)一步完善自我的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，最終獲得與科學(xué)概念一致的正確概念的過程。在教學(xué)中我們可以采取多種教學(xué)策略來幫助學(xué)生完成前概念轉(zhuǎn)變。

首先，認(rèn)知沖突教學(xué)策略，是指呈現(xiàn)出問題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，通過小組合作進(jìn)行概念的類比和推理，從而促進(jìn)錯誤概念的轉(zhuǎn)變。主要步驟為首先提出探索性問題，創(chuàng)造學(xué)習(xí)情境；其次，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的不同水平，進(jìn)行分層教學(xué)，鼓勵學(xué)生開展小組合作學(xué)習(xí)，運用類比和論證的方法引入科學(xué)概念，進(jìn)行有意義的概念建構(gòu)；最后，評價教學(xué)策略的有效性，進(jìn)一步驗證學(xué)生對科學(xué)概念的理解和前概念的轉(zhuǎn)化。

建構(gòu)主義教學(xué)策略注重學(xué)生學(xué)習(xí)的自主建構(gòu)和學(xué)習(xí)的真實情境。我們在進(jìn)行教學(xué)前要考慮到前概念對科學(xué)教育的影響，首先明確學(xué)生已知的前概念，創(chuàng)設(shè)學(xué)生主體教學(xué)情境；其次在學(xué)生交流和合作中，鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的觀點，澄清錯誤概念，進(jìn)行概念的遷移；最后加強學(xué)生對新概念的運用，注重科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，提高學(xué)生抽象思維能力，形成正確的思維方式。因為學(xué)生前概念與日常生活緊密相關(guān)，所以具有頑固性，這就提醒我們在教學(xué)時要注意概念的反復(fù)性，提醒我們要運用多種教學(xué)策略。

六、科學(xué)教育的啟示

（一）科學(xué)教育應(yīng)注重學(xué)生的前概念

在進(jìn)行科學(xué)教育的過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程其實就是科學(xué)概念重組與轉(zhuǎn)變的過程，其中前概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而前概念通常是從個人主觀層面出發(fā)而形成的對自然現(xiàn)象和事物的理解和看法，其中有的概念是正確的，有的是錯誤的，有的是不全面的。所以在科學(xué)教育的過程中，我們需要正確地認(rèn)識前概念的本質(zhì)、特點和形成原因，并有針對性地進(jìn)行教學(xué)。在教師層面，教師自身首先要做到正確地理解科學(xué)概念，避免受自身前概念的影響，其次是要做到為學(xué)生創(chuàng)造相對公平的環(huán)境，避免學(xué)生受其社會、語言、文化因素的影響，最后要求教師在日常教學(xué)實踐中，采用多樣的方法去探測學(xué)生已有概念，對科學(xué)知識的講授不局限于教材，還要運用計算機和媒體的發(fā)展，定制特定的數(shù)據(jù)庫、語義網(wǎng)絡(luò)、視覺化工具等，用于學(xué)生的概念建構(gòu)與重組；在學(xué)生層面，我們引導(dǎo)其對生活經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，并在教育教學(xué)中提高其邏輯思維能力，形成科學(xué)概念；在環(huán)境層面，我們應(yīng)將科學(xué)概念滲入到學(xué)生的日常生活中，營造科學(xué)的家庭氛圍，利用媒體等科技手段幫助學(xué)生進(jìn)行前概念的轉(zhuǎn)變。

（二）科學(xué)教育應(yīng)注重課程開發(fā)

學(xué)生的前概念是進(jìn)行科學(xué)教育的重要問題，如何合理推斷出學(xué)生前概念對科學(xué)教育的影響，這在概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式中有所體現(xiàn)。因此，在進(jìn)行科學(xué)教育之前，我們應(yīng)該采取合適的教學(xué)模式來了解學(xué)生的前概念，根據(jù)學(xué)生所持有的前概念來進(jìn)行課程的開發(fā)和教科書的編寫，在課程開發(fā)的過程中注重科學(xué)概念之間的邏輯銜接。教材作為學(xué)生學(xué)習(xí)的載體，也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)設(shè)計，如在教材的案例和圖解中應(yīng)當(dāng)注意其科學(xué)性，不應(yīng)該采用模糊的或者未經(jīng)科學(xué)論證的圖片。在課程設(shè)計中，要有針對性地了解學(xué)生對科學(xué)概念的理解程度和思維水平的高低，要采取多種教學(xué)方法了解學(xué)生的前概念，如繪制概念圖、診斷性評價等。在課程開發(fā)中針對不同階段的學(xué)生制定不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓其掌握相應(yīng)的科學(xué)理論和實踐操作，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和研究能力，提高我國科學(xué)教育的水平。

（三）科學(xué)教育應(yīng)注重教師教學(xué)技巧

根據(jù)國外概念轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，可知學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)是主動學(xué)習(xí)知識的過程。首先，教師的教學(xué)不應(yīng)該局限于某種理論的指導(dǎo)，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生已有的前概念，進(jìn)行循序漸進(jìn)地教學(xué)。教師在引導(dǎo)學(xué)生探討和交流的過程中，可以根據(jù)學(xué)生不斷變換的概念營造合適的學(xué)習(xí)情境，鼓勵學(xué)生進(jìn)行概念的評估和論證。其次，教師應(yīng)該掌握比喻和類比的教學(xué)技巧，在教授某一科學(xué)主題的案例時，應(yīng)當(dāng)選用一種符合學(xué)生日常思維且容易接受的例子，讓學(xué)生通過類比接受新的科學(xué)概念。最后，教師的教學(xué)機制尤為重要，教師要在深入了解學(xué)生已有前概念和思維發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，靈活地變換問題和幫助學(xué)生，促成有意義的認(rèn)知沖突。在小組合作學(xué)習(xí)和分層教學(xué)的過程中，對不同發(fā)展水平的水平采用不同的教學(xué)模式和教學(xué)策略，對那些學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生，我們可以采用基于認(rèn)知沖突理論的教學(xué)策略，對那些學(xué)習(xí)水平較差的學(xué)生可以采用基于建構(gòu)主義的教學(xué)策略，其根本目的都是為了通過呈現(xiàn)與學(xué)生已有前概念不一致的概念或情境，來激發(fā)學(xué)生的好奇心或詫異感，從而產(chǎn)生解決問題的內(nèi)在動力，消除前概念中的錯誤部分，完成前概念的轉(zhuǎn)變過程。

總之，通過借鑒國外概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式和教學(xué)策略，我們可以更好地進(jìn)行科學(xué)教育。概念轉(zhuǎn)變是一個長期而復(fù)雜的過程，為此，我們必須以學(xué)生的前概念為基礎(chǔ)，營造真實的教學(xué)情境，在教學(xué)中善于運用概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)模式和教學(xué)策略，增進(jìn)師生和生生之間的交流與合作，促進(jìn)學(xué)生更好地完成科學(xué)教育。