科学课上改变学生错误前概念的概念教学

 

内容提要：学生在科学课学习之前，已经有了一些前概念，这些前概念往往是错误的，而且难以改变。科学课中的概念教学要引导学生认识错误概念，产生认知冲突；建构新概念模型；使用新模型，并巩固系统化。

 

新课改已经经历了几年时间了。在这段时间里，许多教师都发表各类文章，宣扬新课改理念的先进性、时代性等。把旧的自然教学统统贬低，认为旧的自然教学方式大大束缚了当前科学教育的发展；认为自然教学中的概念教学、知识教学不符合现阶段孩子的身心发展特点，不能适应时代的需要；我们培养的是能动手、要经历科学探究过程的学生。殊不知：概念教学在科学教学中也同样重要！科学课的宗旨是培养学生的科学素养。科学素养这个词指的是对科学的一种广而宽的基本的理解和能力，而不是要去细致地掌握每一条规律或是所有的博大精深的学问。所谓具有科学素养的人是指那些能够轻松地掌握关键的科学思想和科学技能的人。笔者曾看过这样一个案例：

在美国哈佛大学的毕业典礼过程中，有几位科学家做过这样一个调查：分别给几位博士生一粒种子和一段木料。他们问了这样一个问题：种子这么轻，它们能长成一棵大树，这棵大树的重量比原来的种子多了很多。那么这个重量从何而来？这些博士生的回答大都是水、土壤。他们为什么这样回答？可能大多数的教师都会说这样说没错呀！别急，我们往下看。还是那几位科学家，又来到了小学科学课堂上。在一位老师给学生上《叶的光合作用》一课前，对一位同学进行同样的调查。这个学生的回答和那几位博士生基本上没什么区别。在上了《叶的光合作用》一课后，科学家又问了那位同学同样的问题。那个学生给出的答案是树木增长的重量来自于四种物质：水、土壤、空气、光。接着又说：水占75%、土壤占25%、空气和光0%。为什么？因为他们认为光和空气是没有重量的。那位科学教师看到了这些，感慨地说：我原以为我已经教会他了！

是呀，我们很多老师也曾经这样给学生上过同样的课，也曾经教给学生光合作用的公式，也带着他们做了叶绿素的分解实验。可他们学到了吗？学会了吗？我们都知道叶的叶绿素，在光照的条件下，能将根吸收的水分和叶的气孔进入的二氧化碳合成植物生长所需的有机物，并释放出氧气。有机物的主要成分是碳，这个碳不可能来自水，也不可能来自土壤，恰恰就来自于空气中的二氧化碳。可是我们的学生学过了这节科学课之后，为什么还认为植物的重量来自水和土壤呢？那几位博士生可谓对这些基本知识了如指掌，为什么还会犯这样的错误呢？究其原因，他们大都认为空气是没有重量的。这是这些学生和博士生在科学课学习之前就已有的前概念。而科学教学并没有改变学生这样的观点，给他们以正确的科学概念。

对科学的本质是解释的认识，使人们空前关注科学概念的描述。因为解释是科学的产物，概念是解释的表达方式。解释的产生来源于科学探究的全过程。科学教学的过程性教学很重要，但概念教学也非常重要。科学概念包括科学的观念和对科学的看法。发展学生正确的科学观念，比让他们掌握大量事实性的信息更受到重视。概念是有组织的、有不同覆盖程度的、用抽象语言表达的、超越主题和事实的一些观念和思想。概念是一种组织性的观念，是一种心理图示，具有永恒性、普遍性、抽象性和概念性。

小学科学教育的价值，是使孩子们在接受正式科学教育之初就能够发展起对自然以及对自己周围的世界的理解，建立起自己的观点和想法。如果他们在探索世界的过程中没有被科学地加以引导，那么他们形成的那些观念，就有可能是非科学的，并且可能妨碍到孩子们以后的学习。学生在学习科学概念之前，他们对这些概念大都有了一定的认识和了解，这种已有的认识和了解即为科学学习中的前概念。前概念在学生的科学学习中扮演着非常重要的角色。新概念的形成建立在它的前概念基础之上。学生在某些概念的理解上会自然而然地流露出一些不正确的观念，例如，地球是平的，重物先于轻物落下。当科学概念和前概念比较一致时，学生就容易理解；反之，他们就会觉得很难。在实践中教师发现学生有些错误概念难以改变，例如一个儿童有这样的前概念，即“地球是平的”，如果教师告诉他“地球是圆的”，儿童可能会认为“地球像碟子一样”，中间平坦，四周是圆形的。

那怎样对学生进行概念教学，来转变学生原有的错误的前概念呢？

心理模型是指对某一特定系统的功能部分及其相互关系的表征，它是学生理解、推论和预测的基础，那么学生学习和理解科学概念的过程其实就是建构心理模型的过程，学生概念改变的心理过程也就是从不正确心理模型向正确心理模型转变的过程。所以只有支撑错误概念的心理模型发生转变，错误概念才会发生根本的转变，并有良好的长期效果。

学生在学习科学概念之前已经具有理解物理世界的心理模型，这个心理模型往往是不正确的，如果是正确的心理模型，那么就不存在学习的过程，更谈不上改变的过程。学生进入课堂的时候不是带着空白的头脑，而是已经具有表征物理世界的心理模型，只不过这些模型常常是错误的。在概念改变的教学中，第一个步骤是让学生认识到目前持有的心理模型与接触到的资料不相符，于是学生要将自己原有的心理模型与物理系统模型进行比较，如果他们能够认识到两者之间的差异，就会产生认知冲突，从事各种建构活动，例如推论（其中包括自我解释推论）、提问、回答问题、解释、总结等等，于是学生产生新的命题和联结，获得新的组织原则，一个新的心理模型就出现了。

教师能让学生认识到错误概念吗？给学生呈现异常资料时，学生可能会忽视、搁置、拒绝或排斥这些异常的资料，如此种种举动使前概念得以保持；此外，学生可能会对异常资料重新做出解释，或对自己的理论做出表面修改，但这两种举动基本上使他们的前概念得以保持。我们要帮助学生改变自己的核心观念，形成某种新的理论和图式。

一旦学生产生了认知冲突，认识到他们的心理模型是有瑕疵的，下一步就应该进行各种建构活动，创建新模型。新模型必须是可理解的、合理的、有效的。

在这一过程的教学中教师应促进学生进行各种建构活动，提供具体的类比，帮助他们建立正确的新模型。学生的建构活动有推论（其中包括自我解释）、提问、回答问题、解释、总结等等，这些建构活动将有助于概念改变。类比可以明确地用于帮助学生克服一些错误概念，尤其是在一些常见的错误概念中，例如，我们可以把电流比拟为水流系统，在这个系统中电线像水管，电子像水，电池像水泵，而电阻像水管中窄的部分。好的类比具有更显著的语义上的相似性，结构上的对应性，以及实用上的相关性。类比能引发学生对主题的思考，但也应明确比喻的局限性。教师应当指出类比在何处是不适用的，不确切的。此外，教师应尽量使用学生熟悉的那些事物作类比，应清晰地表明类比之间在语义和结构上的相互对应。总之，无论促进学生的建构活动，还是提供相似而具体的模型作类比，都能帮助学生替换不正确的心理模型，建构正确的新模型。

虽然新的心理模型已经建立起来，但整个的建构过程还没有结束，如果要使心理模型真正地成为知识体系中的一部分，还要知道如何运用心理模型，并在此基础上做出解释、推论和预测，这样才算完成整个的概念改变过程。

在转变错误的前概念建立新概念以后，还要提供对新概念进行巩固和系统化的机会。因为孤立的概念很不稳定，很容易受其他因素的影响，也难迁移到其他的情境中。使概念系统化的方法是建立概念图把新旧知识联系起来，还可以通过一些综合活动把知识相互联系起来加以运用。巩固新概念的方法有在不同的情境下运用新概念，通过各种练习进行强化。例如进行一个验证性的实验。大多数学生怀有一个理论开始实验，并意图证实这个理论（即通常所说的证实偏见）。当结果数据与他们的理论相冲突时，大多数学生倾向于忽视这些结果，继续试图证实他们的理论。所以，大多数学生不能判断数据是否驳斥了理论，并且在某种程度上不会系统地检验假设。教师可以传授科学推论，帮助学生以新建的模型为基础做出推论和假设。