基于前概念轉(zhuǎn)變的生物科學(xué)史教學(xué)研究

榮瑩

2017年版《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“在教學(xué)過(guò)程中，教師還必須注意學(xué)生頭腦中已有的前概念，特別是那些與科學(xué)概念相抵觸的錯(cuò)誤概念。課堂教學(xué)活動(dòng)要幫助學(xué)生消除錯(cuò)誤概念，建立科學(xué)概念。”這其實(shí)就是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)，它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程易受先驗(yàn)概念（即前概念）的影響。由此，一線教學(xué)中教師應(yīng)當(dāng)努力探尋學(xué)生已有的前概念（Preconception），引發(fā)認(rèn)知沖突，解構(gòu)迷思概念，建構(gòu)新概念，從而幫助學(xué)生厘清概念體系。教師應(yīng)重視學(xué)生前概念的探測(cè)、解構(gòu)，以便尋找更精準(zhǔn)的概念轉(zhuǎn)換途徑。研究者就“光合作用的發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史”為例，談?wù)劯拍钷D(zhuǎn)換教學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用。

一、以直觀展示探尋異質(zhì)性的前概念

前概念探測(cè)常用方法包括自然觀察、訪談法、紙筆測(cè)試（選擇題、問(wèn)答題、二段式測(cè)驗(yàn)等）、概念圖法、關(guān)系圖法、電腦化測(cè)驗(yàn)等，在具體的案例中可采用一種或多種方法進(jìn)行探測(cè)。筆者就現(xiàn)行蘇科版初中教材進(jìn)行文本分析，分析發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于高中教材中薩克斯實(shí)驗(yàn)及恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)有一定的基礎(chǔ)。然而，來(lái)自不同中學(xué)的學(xué)生認(rèn)知水平和信息儲(chǔ)存、提取情況存在明顯差異，不同學(xué)生的前概念可能存在較大差異。因此，針對(duì)全班45名學(xué)生，研究者利用紙筆進(jìn)行學(xué)生前概念探測(cè)，要求學(xué)生將高中教材中普利斯特利、薩克斯、恩吉爾曼、魯賓、卡門等科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)借助繪圖的形式呈現(xiàn)。以繪圖的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行紙筆測(cè)試，不僅是基于教學(xué)手段多元化的考慮，也可以提高探查趣味性和直觀性，使學(xué)生的思維呈現(xiàn)可視化，從而了解學(xué)生對(duì)概念的理解情況。

二、以概念解構(gòu)追尋差異性的轉(zhuǎn)換策略

學(xué)生前概念與科學(xué)概念之間的差異狀況決定了概念轉(zhuǎn)變的途徑，這也應(yīng)是教師選擇概念轉(zhuǎn)變策略的重要依據(jù)。Tyson提出概念轉(zhuǎn)變包括“豐富”“強(qiáng)重建”“弱重建”三種類型等。研究者試以Tyson的概念轉(zhuǎn)變模式為依據(jù)，對(duì)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變進(jìn)行分類分析，以生成面向不同學(xué)生個(gè)體差異性的轉(zhuǎn)換策略。

1.普利斯特利實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)的豐富組學(xué)生數(shù)為20人（占44.44%）、弱重建16人（占35.56%）、強(qiáng)重建9人（占20%），具體如表1所示。豐富組的學(xué)生能理解實(shí)驗(yàn)的思路，體現(xiàn)對(duì)照實(shí)驗(yàn)特征，但對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的關(guān)注未充分體現(xiàn)，如該實(shí)驗(yàn)是否在光下進(jìn)行。弱重建組學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的大致過(guò)程有一定的了解，但未體現(xiàn)對(duì)照實(shí)驗(yàn)特征，故對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的獲得可能存在一定障礙。強(qiáng)重建組學(xué)生基本無(wú)法理解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程及結(jié)論，如將點(diǎn)燃的蠟燭與鼠單獨(dú)組合成組及將綠色植物、蠟燭和鼠分為一組等。從數(shù)據(jù)占比而言，豐富組和弱重建組學(xué)生共占比80%，故可利用小組合作學(xué)習(xí)的方式讓學(xué)生自行解構(gòu)前概念，即以5人為一小組，其中1人為強(qiáng)重建組，1—2人為弱重建組，2—3人為豐富組。通過(guò)本組中學(xué)生代表的口頭表述、教師提問(wèn)等形式檢測(cè)概念轉(zhuǎn)變程度，促使概念轉(zhuǎn)換的生成。

2.薩克斯實(shí)驗(yàn)

以表2為例，對(duì)45份圖示進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，豐富組學(xué)生為12人（占26.67%）、弱重建20人（占44.44%）、強(qiáng)重建13人（占28.89%）。豐富組的學(xué)生能理解實(shí)驗(yàn)的思路，理解何時(shí)該剪下葉片，也能預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，只需再“豐富”實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，如實(shí)驗(yàn)材料的選擇、饑餓處理的時(shí)間等。弱重建組的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的大致過(guò)程有一定的了解，但部分學(xué)生將饑餓處理及遮光、曝光的對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)置在葉片離體狀態(tài)下完成，有的則在遮光處理時(shí)選擇了不同葉片分別進(jìn)行遮光和曝光實(shí)驗(yàn)。強(qiáng)重建組的學(xué)生實(shí)驗(yàn)步驟混亂，無(wú)法清晰表達(dá)實(shí)驗(yàn)思路。從數(shù)據(jù)占比而言，弱重建組學(xué)生占比較高，分析該實(shí)驗(yàn)需豐富或重建的部分，很多可在實(shí)驗(yàn)重做過(guò)程中引發(fā)認(rèn)知沖突，從而實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)換，如饑餓處理的時(shí)間、實(shí)驗(yàn)選材、對(duì)照部分是否需離體完成等。因而，研究者以小組為單位，通過(guò)閱讀資料、小組提問(wèn)等活動(dòng)轉(zhuǎn)換概念，形成統(tǒng)一的小組實(shí)驗(yàn)方案。另外，在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)與前概念沖突的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)去同化、解釋這些新現(xiàn)象。

三、以先行材料導(dǎo)尋補(bǔ)償性的教學(xué)方式

與之前的兩類實(shí)驗(yàn)學(xué)生的前概念不同的是：魯賓、卡門實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，沒(méi)有呈現(xiàn)出豐富組的樣態(tài)。以表3為例，對(duì)45份圖示進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，弱重建學(xué)生36人（占80%）、強(qiáng)重建9人（占20%）。可見，學(xué)生多以原有初中教材為依據(jù)，故對(duì)魯賓、卡門實(shí)驗(yàn)的材料與過(guò)程等方面的認(rèn)知均出現(xiàn)了較大偏差，此外有20%的學(xué)生甚至無(wú)法理解對(duì)照實(shí)驗(yàn)思路，為強(qiáng)重建組。據(jù)此，教師提供魯賓、卡門實(shí)驗(yàn)的先行組織者資料，引導(dǎo)學(xué)生行資料分析，還原實(shí)驗(yàn)過(guò)程和思路，進(jìn)行科學(xué)概念的補(bǔ)償教學(xué)。

提供上述的科學(xué)史材料后，教師則可以借助文本分析，引導(dǎo)學(xué)生理清實(shí)驗(yàn)思路、同位素標(biāo)記法在實(shí)驗(yàn)中的具體運(yùn)用，同時(shí)完成從定性實(shí)驗(yàn)向定量實(shí)驗(yàn)的概念轉(zhuǎn)變。再者，利用圖片、視頻展示等形式，幫助學(xué)生了解模式生物小球藻。這一教學(xué)過(guò)程讓學(xué)生真正理解了魯賓、卡門實(shí)驗(yàn)的真實(shí)發(fā)生歷程，進(jìn)一步幫助學(xué)生建構(gòu)完整且系統(tǒng)的“光合作用發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史”科學(xué)概念。

[本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“促進(jìn)高中生物學(xué)概念建構(gòu)的境脈學(xué)習(xí)策略研究”（課題編號(hào)：B-b/2018/02/151）、江蘇省教研室第十二批立項(xiàng)課題“生命與健康特色課程的實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：2017JK12-L036）系列研究成果]