從科學本質看理科教學中的概念轉化

【摘 要】初中是理科分科教學的開始，概念轉化的成功與否對學生的學習有重大影響。本文從科學本質出發，提出“前概念”是學生理科學習的起點，轉變“相異構想”是理科教學的難點，通過對概念轉化過程的研究，采用合理的教學策略，不僅可以進行有效的概念轉化，也能全面提升學生的科學素養。

【關鍵詞】理科教學；概念轉化；前概念；相異構想；科學本質

【中圖分類號】G633 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）43-0021-03

【作者簡介】王偉群，蘇州大學（江蘇蘇州，215123）材料與化學化工學部課程與教學論專業碩士生導師，教授，蘇州科技史協會副理事長，首席科普專家。

初中是理科分科教學的開始，是物理、化學、生物、數學等學科的啟蒙教育階段。在這個階段，學生開始接觸相對嚴謹的科學概念，接受相對規范的科學訓練。良好的開始是成功的一半，本課題研究初中生理科“前概念”對知識建構的影響及“相異構想”的矯治策略，對促進學生后續的科學學習有十分重要的作用。四位教師在研究中能結合長期的教學經驗分析“前概念”的特點，通過調查、反思，分析“相異構想”對科學概念形成的影響，結合具體學科提出了一些有效的概念轉化策略，這些研究使得“前概念”對學生理科學習的影響變得生動和具體，可以引起廣大理科教師對這個問題的重視。不同學科間“前概念”相互影響的案例，是可以相互借鑒、參考和使用的教學資源。不同學科教師提出的“相異構想”的轉化策略，各有特點，也有共性，這對課題的深入研究起到了引領作用。

“前概念”對科學概念學習的作用和影響，使得“前概念”及其轉化的研究成為近十幾年來理科教學研究的熱點問題。[1]這是因為科學概念是人類認識世界的重要工具和價值體現，也是人類認識發展的重要表現。因此科學概念作為文化基礎，是學生核心素養的重要組成部分。

兒童天生就是科學家。每個孩子強烈的好奇心和探究欲，使得他們常?？梢韵窨茖W家一樣，通過自主的探索活動獲得對世界的了解和認知。順應兒童本性，了解科學本質，引導學生進入科學世界，通過概念轉化，提升認知世界的能力，進而培養學生科學精神，是理科教學值得研究的課題。

筆者在此處跳脫對具體文章的分析，轉而談談對理科教學中概念轉化的理解。

一、了解前概念是教學的起點

批判理性主義的創始人波普爾認為，科學活動是一個很復雜的過程，“理論不是始于觀察，觀察中滲透著理論”[2]。也就是說，觀察本身不能獲得具有中立性、獨立性和客觀性的事實，科學家的科學研究活動都會受到一個更大的概念框架的調節作用。從科學家提出一個新的科學概念，到科學共同體接受一個新的科學概念，都會受到科學家“前概念”的影響。這些“前概念”，有時會對科學發展起推動作用，有時也會起阻礙作用。

“兒童具有尋求周圍世界含義和理解的天然傾向”[3]，因此學生在學習科學概念前，同樣存在“前概念”，即已經有在日常經驗和學習經驗中形成的對事物和現象的看法和觀念。學生的學習類似于科學探究，也是以已有的經驗為基礎通過與外界的相互作用來建構新的理解。研究發現，“學習科學的年輕人在減少，而且還表現出對科學缺乏興趣”，原因就是“學生普遍反映科學與他們無關”[3]。特別是一些科學概念，完全不同于日常生活的概念，它的概括性、抽象性、精確性和專業性，常常會使很多學生覺得這些術語與他們的生活沒有關系，一旦學習者認為學習的任務對他們沒有意義，要理解所學的內容就困難了?？梢?，簡單地把科學概念從外界搬運到學生的記憶中，對概念的學習不僅無效，甚至會使學生失去學習的興趣。“科學概念形成的過程，是一個包含抽象化、類化、檢驗和辨別的復雜過程，人的日常經驗、科學認知能力、已有的自然科學概念體系、正在學習中的自然科學概念的有關特征和無關特征等，都會影響自然科學概念的形成過程”[4]。了解學生的“前概念”，建立起學生將要學習的科學概念與“前概念”之間的關系，才能使學生體會到學習的意義。“前概念”是理科教學的起點。

二、轉變相異構想是教學的難點

科學界存在一些普遍的觀點：任何一種事物或現象都有其存在的理由和發生的原因。對所觀察事物間的相互關系與特性進行抽象，就形成科學概念。科學不僅建立了以概念為單元的知識體系，也形成了以概念為追求的認識傳統?？茖W概念是科學家認識世界的思維工具，它使人擺脫了原始的、直觀的了解世界的方式。概念的運用，使人類對世界的認識獲得了巨大的進步。而正是這種進步，也造成了科學世界與生活世界的隔閡。

學習和運用科學概念是學生理科學習的重要內容。然而在以“前概念”為起點的概念教學中，學生的“前概念”有些與科學的理解基本一致，有些卻與科學概念相違背，這就是“相異構想”，也稱為“迷思概念”“相異概念”。這些“相異構想”，可能會使學生在這個充滿科學的世界中迷思，也可能會使學生的未來生活或工作質量受到影響，也可能會影響學生與他人正常的溝通交流，無法參與社會公共事務的決策和行動。轉變“相異構想”為科學概念是理科教學的重要任務。但“相異構想”是學生為解釋周圍世界在生活和前期的學習中慢慢構建起來的，常常先入為主，而且會影響學生的思維方式和價值判斷，根深蒂固。轉化概念是學生理科學習中遇到的難關。這也是吳良根老師他們申報這個課題研究的重要原因：“有一些教學內容，教師盡管進行了詳細的講解和反復的訓練，學生還是會一錯再錯，表現出極強的頑固性；有時候教師很小心地控制著教學的設計與流程，希望能夠獲得意料中的答案，可是結果卻出乎意料，相差甚遠。”轉變“相異構想”是理科教學的難點。

三、重視過程是概念轉變的關注點

庫恩的“科學革命”指的是在科學發展過程中的范式轉變。當科學從一種范式轉化為另一種范式的過程中，“有常態科學緩慢、連續、穩定和積累的變化”，只有在出現反常與危機時，才有可能使前范式發生動搖，但真正科學革命的發生，是新的方式經過競爭與選擇才建立起來。“新理論的同化需要重建先前的理論，重新評價先前的事實，這是一個內在的革命過程，這個過程很少由一個人完成，更不能一夜之間實現。”[5]只有新的范式顯示更大優勢，才能得到科學共同體的承認。在這個過程中，反常的發現是科學革命的導火索，而新范式更大價值的體現是革命成功的保障。

同樣，學生的概念轉化不可能一蹴而就，往往需要一個過程，有些核心概念的形成可以使學生脫胎換骨，即發生思維方式和價值觀念的變化，類似于科學革命，需要一個漫長的過程。概念轉化一般經歷的過程是：對“相異構想”的認知沖突、科學概念的形成、概念體系的重構、概念發展的分析。對“相異構想”產生認知沖突是概念轉化的原動力。只有知道學生的“相異構想”是什么，了解學生產生“相異構想”的原因，才能結合學科特點，選擇恰當的方法，創設合適的教學情境。當然這只是概念轉化的開始。概念的形成還需要教師幫助學生收集盡可能多的相關證據，引導學生用科學的方法，進行分析、比較、辨別，提取共同的特征信息，并將它進一步抽象概括。概念體系的重構是指在頭腦中建立新的知識結構，或是將新概念納入已有的知識結構，進行概念的同化；也可能是利用新的概念對原有的概念體系進行重新組合，建立新的知識體系。概念發展的分析是指讓學生回到“前概念”，通過概念的運用和比較，理解概念轉化的意義，體會認知深化的價值。認識概念轉化是一個過程，可防止教學的急于求成，有助于教師在學科結構框架下對概念轉化進行整體的教學設計，在循序漸進提升學生的認知能力。

四、提升素養是概念轉化的終點

形成科學概念，對提高學生的認識世界能力是重要的。這不僅是因為科學概念比學生的“前概念”更接近世界的真實面目，還在于科學概念是學生進一步認識世界的有效工具，是更合理的思維方式和價值觀念。德國哲學家海德格爾在評價現代科學與古代科學的不同時就認為：“關鍵之處不在于是不是從事實出發，而在于接受事實和確立概念的方式；不在于做不做實驗，而在于設置實驗的意圖、基礎或‘前概念；不在于是不是使用了數字和測量，而在于以何種方式、在何種意義上來應用和實施計算和測量?！盵6]同樣，對學生的“相異構想”進行“概念轉化”，不僅在于掌握和運用科學概念，更在于概念轉化過程帶給學生的思維方式和價值觀念的轉變，更在于概念轉化的科學探究過程中學生所體驗的探究樂趣和科學精神。

可見，概念轉化本身不是學生學習意義的全部，重視概念轉化過程中探究活動的設計，在活動中關注概念轉化過程中的意圖、方法、觀念，促進概念轉化中學生思維和觀念的變化，才能實現全面的科學教學，提升學生的科學素養，這是概念轉化教學的最終目的。

【參考文獻】

[1]王磊，蘇伶俐，黃燕寧.初中生化學前科學概念的探查——科學學習心理的研究[J].心理發展與教育，2000（01）.

[2]卡爾·波普爾.猜想與反駁[M].傅季重，紀樹立，等，譯.上海：上海譯文出版社，2005.

[3]溫·哈倫.科學教育的原則和大概念[M].韋鈺，譯.北京：科學普及出版社，2011.

[4]母小勇，張莉華.一個科學概念形成過程的初步實驗研究[J].心理科學，2000（05）.

[5]托馬斯·庫恩.科學革命的結構[M].金吾倫，胡新和，譯.北京：北京大學出版社，2003.

[6]李章印.科學的本質與追思——海德格爾的歷史性分析[J].哲學研究，2005（08）.