概念轉變理論在小學科學教學中的運用

王璞+孫銘明

一、概念轉變理論的形成

許多教師在教學中都發現，不同的學生對一個新知識的理解與體驗相差很大。有些學生對要學習的知識能夠迅速地接受和運用，一點就通，而有的學生對新知識的學習則顯得木訥和陌生，需要讀兩三遍新知識才能熟練。由此可見，學生并不是空著腦袋來學習新知識的，在接觸新事物之前，每個學生都有自己的科學前概念。

科學前概念的形成是一個積累的過程，學生的年齡思維特點、日常的生活經驗以及社會文化背景都會影響他們科學前概念的形成。首先，學生處于不同的年齡階段，認知發展水平不同，思維特點也就存在差異;第二，學生日常的生活經驗不同，在頭腦中儲存的知識也就不同;第三，社會文化的差異導致學生文化觀念的不同。隨著學生接受正規的學校教育和判斷事物能力的提高，科學前概念也會不斷更新、發展以適應新概念。

有關學生科學前概念的研究最早要追溯到皮亞杰1929年出版的《兒童關于世界的概念》中對兒童自然觀念的探討，但他并沒有明確提出概念轉變理論。20世紀70年代以來，發展心理學中的認知學派對兒童科學前概念及概念轉變進行了大量的研究。直到1982年，康奈爾大學教育系的鄱斯納、斯特萊克、修森和格特左戈四位教授在《科學教育》第66卷第2期上聯名發表了《科學觀念的順應：建立觀念轉變理論》一文。文章以皮亞杰的認知發展機制理論、庫恩的科學進化論和奧蘇泊爾的關于有意義接受學習的理論為基礎，大大推動了概念轉變理論的研究與教學。

首先，根據皮亞杰的認知發展階段論可知，個體的認知圖式是通過同化和順應不斷發展，以達到一種適應新環境的平衡狀態。也就是說，當個體面對新刺激時，如果能同化新刺激，那么新刺激納入原有圖式;如果不能同化新刺激，那么個體就會改變自己以順應環境。其次，根據庫恩的科學進化論的觀點，科學發展是一個辯護的過程，是一個范式更替的過程。在常規科學的發展階段，范式是占據優勢的，可能存在一兩個反常個案;隨著個案越來越多，就出現了范式危機，引起人們對范式的思考;危機不斷升級，就會產生科學革命，出現一個更為合理的、客觀的新范式。最后，奧蘇泊爾的有意義接受學習理論指出，有意義學習的實質是符合所代表的新知識和學習者的認知結構中已有的適當觀念，建立起非人為的和實質性的聯系。有意義接受學習的關鍵就在于學生要將新知識與認知結構中已有的知識進行聯系，產生概念的轉變，從而接受新知識。

二、概念轉變理論的發展基礎

1.基于建構主義學習理論的發展

建構主義理論認為世界是客觀存在的，但對事物的理解卻由每個人自己決定。不同的人由于原有的經驗不同，對同一問題也會給出不同的答案。學習不是教師簡單地把知識傳授給兒童，而是兒童從已有的經驗出發，主動對信息進行加工處理，建構出自己的理解或生成個人的意見。因而，即使兒童面對原來沒有接觸過的事物，當問題出現時，他們依然會基于已有經驗，建構出對問題的理解和解決方案。個人建構主義者強調學習過程中個體建構知識，而社會建構主義者則更強調社會文化背景以及參與合作對個體建構的意義。

通過對比概念轉變理論和建構主義理論，我們可以發現，它們都強調兒童原有的經驗對建構新知識的影響，同時都認為學習是一個從主觀到客觀的建構過程。但是，建構主義理論沒有明確指出存在一個客觀正確的概念，而概念轉變理論更強調存在一個客觀正確的概念，引導兒童由前概念向新概念的轉變，對于新事物的學習，由于兒童原有經驗的不同，他們會主觀地建構出各種不同的新概念進行學習。當然，這些新概念是具有歷史性的，也是不斷發展更新的。因而，概念轉變理論是基于建構主義學習理論的發展。

2.以科學哲學認識論為依據的發展

科學哲學的認識論是一個循環更新的過程。它從客觀事實出發，運用歸納、演繹等思維方法形成科學認識，結合實驗的驗證與支持上升為科學理論。當人們在科學理論的應用過程中發現反常，產生質疑，出現科學的危機，這時候科學就會有一個大的發展，形成新的科學事實。以此不斷循環，科學也會不斷得到發展。由此可見，概念轉變理論在一定程度上與科學的認識過程是非常相似的。“概念轉變也是一個不斷循環的過程，當學習者碰到新、舊概念之間不一致的情況時，就會產生一種認知沖突感。這需要學習者對兩者進行分析和判斷，思考各自的合理性、正確性，并最終對新、舊概念做出權衡和調整，從而產生新概念。”

由此可以看出，兒童的概念發生轉變時要滿足四個條件：第一，兒童對已有的知識概念產生不滿和懷疑。只有兒童發現已有的知識不能解決出現的問題時，才會對已有的知識產生質疑;第二，新概念具有可理解性。兒童對新概念有一定的初步了解，并建立整體一致的表面特征;第三，新概念具有合理性。兒童將新概念與其他已有的概念進行比較，發現它們之間相互一致，并沒有沖突，因此相信新概念是真實的;第四，新概念具有有效性。新概念不僅能夠解釋當前的問題，而且對將要面臨的新問題也有一定的預測性和解決能力。

三、概念轉變理論在小學科學教學中的運用

1.教師要對兒童的科學前概念給予足夠關注

由于兒童的科學前概念不同，因而他們對科學現象和概念的理解相差很大。教師需要給兒童提供足夠的空間，通過提問開放式問題、畫圖、實驗、小組討論等方式，讓兒童有機會自信地說出自己對現象的理解，更重要的是說出自己是如何思考的，以便教師了解兒童的前概念，針對兒童前概念的差異性，進行合理的教學。這樣既能使原有經驗與新概念相一致的兒童保持科學探索的欲望，又能使新、舊概念相矛盾的兒童認識到原有概念與新概念之間的沖突以及新概念的合理性，認清科學現象和科學概念的內部關系。

2.保持兒童對科學的好奇心，讓兒童親歷科學探究

兒童的學習興趣多半來自于好奇心，所以教師要提高兒童對新概念的興趣。對于新、舊概念發生沖突的兒童，教師不是一味地批評兒童原有概念的錯誤性，告訴兒童新概念是正確的，而是要讓兒童在真實的情境和問題解決的過程中進行科學探究，發現原有概念的不足和新概念的合理性，保持對科學的好奇心，親歷科學探究，進而培養科學態度、發展科學能力。2001版《科學（3-6年級）課程標準》指出：“讓探究成為科學學習的主要方式。”可見，親歷科學探究在兒童概念轉變的過程中起到了促進作用。

3.合作性的學習環境對成功的概念轉變教學非常重要

合作學習是一種互助性的學習，合作性的學習環境為兒童提供了自由討論、互相交流的機會。在合作的過程中，兒童能夠把被動學習變為主動學習，發現自己原有概念的不足，從而產生認知沖突。同樣，兒童與同伴交流也能夠接觸一些新鮮事物，增加頭腦中的知識。對于一些實際問題，教師要放手讓兒童進行小組討論、合作學習，在這一過程中，教師盡可能地關注各組的動態，給予適時的、適當的點撥。對于沒有提出有效問題的小組，教師可以引入差異性事件，使學生感到原有知識的不足和沖突，認為有進行改變的必要，促進學生新概念的轉變。

4.科學史在概念轉變的過程中也是不可或缺的

傳統意義上來說，教師在課堂上引導兒童學習科學概念、探尋科學現象，但探尋結果總是一成不變的、與書上知識相統一的結論。這就造成了兒童認為科學是真理，是不會變化的，兒童原有概念在本質上并沒有發生轉變。事實上，科學是可錯的，也是不斷發展的。教師可以用豐富生動的、簡單有趣的科學史小故事進行教學，介紹科學概念的由來和發展、科學現象的發現過程，甚至是科學家在進行實驗時出現的一些小插曲。這樣不僅能讓兒童消除對科學的神秘感，認識到原來自己的發現過程和科學家一樣，也會遇到挫折與失敗，從而產生認同感，有勇氣繼續進行科學探索，而且能夠豐富科學課的教學內容，培養兒童對科學的學習興趣。

（責編 鐘偉芳）