科學教育中的難題：前概念的轉變

楊欣

（福建師范大學，福建福州 350000）

一、前概念是什么

關于前概念的定義，學界中的學者持有各自不同的觀點。最早有學者主張用“錯誤概念”來代表“前概念”，“錯誤概念”是學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習者的已有概念。我國學者提出前概念即前科學概念，其實質是在進行科學教育之前，人們基于自己的感性認識和對客觀世界的理解，從周邊環境中所獲得的各種經驗的總和[2]。而其他學者認為前概念與前科學概念有一定的區別，前科學概念可以是指學生在學習科學教育之前或之后所形成的與科學概念不一致或者完全相反的概念，它屬于特定的概念。根據國內外學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，前概念是指學生進行科學教育之前，在生活經驗中所形成的對客觀世界的觀念和看法，是對個人經驗進行積累而形成的概念。

二、前概念的特點

前概念具有頑固性、負遷移性、自發性和復雜性等特點。

（一）頑固性

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

（二）負遷移性

前概念中的未經科學證實的錯誤概念可能也會對后續的學習產生負面影響和妨礙知識的理解和掌握。教學是基于學生已有的認知經驗的基礎上進行的，學生在學習科學知識之前首先要觸動自身原有觀念，所以前概念對學習不可避免地產生一定的影響。

（三）自發性

學生的前概念是通過對日常生活的觀察和感知而獲得的，它既不是虛構的，也不是強迫使學生接受的，它是學生自發地形成對于事物的觀點和看法，并內化為自己的認知結構和思維方式。

（四）復雜性

學生身心發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，不同的學生會看到事物的不同方面。學生對于事物的理解也會在外部環境的影響下發生變化，所以學生的前概念是復雜多樣的。

（五）內隱性

學生的前概念具有內隱性的特點，學生在日常生活中對某一事物或現象形成自身的觀念時，往往不會表現出來。學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生的頭腦之中，并且會影響其科學概念的獲得。

三、前概念產生的原因

研究發現，前概念形成的具體原因有教師教學的誤區、學生個人生活經驗的干擾、學科和教材方面的影響、社會環境的影響。

（一）教師層面

首先，教師在教學中忽視了學生的先前知識和經驗，盲目地進行教學，使學生頭腦中持有的錯誤概念對后面知識的學習產生了負遷移。其次，教師對科學概念沒有自己理解和思考，在教學中也會受到自身前概念的影響，從而影響教學效果。最后，教師缺乏必要專業培訓或對自己專業知識理解不深[4]。

（二）學生層面

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

（三）學科和教材層面

在學科方面，不同的學科之間會相互影響，影響學生對于科學概念的理解。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概念的講解，卻忽視了學生的原有認知水平和自身已有概念。其次在教科書的內容方面，有些教科書為了方便學生理解知識，經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生科學概念的獲得。

（四）社會環境層面

前概念是在學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、語言和文化環境的影響。Tertia Jordaan指出語言是社會性經驗的重要組成部分，它對前概念已探明的影響主要體現在口語和科學術語的語義混淆會干擾學生對科學現象和科學術語的理解；另一個來源于這個概念內涵與外延復雜性的影響有關，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、前概念轉變的教學模式研究

前概念轉變的教學模式是進行概念轉變教學的重要環節，國外學者關于概念轉變的教學模式的研究已經非常成熟。依據概念轉變的教學模式中所使用的主要教學策略以及這些教學模式的適用教學場景，可將概念轉變的教學模式分為五類：1.基于認知沖突的教學模式；2.基于具體情境的教學模式；3.基于建構主義的教學模式；4.基于概念轉變理論的教學模式；5.適用于概念轉變教學的科學教學模式。

（一）基于認知沖突的教學模式

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

（二）基于具體情境的教學模式

情境作為學生學習活動的載體，其對學生的認知發展和情感反應都會產生一定的影響。

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

（三）基于建構主義的教學模式

建構主義學習觀認為學生在學習科學知識之前已有一定的日常生活經驗，這也就是我們所說的前概念。學生基于原有的前概念的基礎上，與他人表達自己的觀點，在與他人的認知沖突中促進其自身概念的轉變和認知的建構。

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

（四）基于概念轉變理論的教學模式

基于概念轉變理論的教學模式有庫拉爾（Kural）和科卡居拉（Kocakülah）在2016年提出的基于“熱”概念變化的教學模式（Teaching Model for Hot Conceptual Change，TMHCC）。它是 基于Posner等人(1982)的CCM理論的基礎上提出的熱點概念變化的教學模式(TMHCC)。該模式注重學生已有前概念，打造良好的學習環境，引導學生解釋和論證概念，并通過評估進一步驗證新概念的正確性。

（五）適用于概念轉變教學的科學教學模式

適用于概念轉變教學的科學教學模式有艾森卡夫（Eisenkraft）在2003年提出的7E教學模式。7E教學模式是在5E教學模式上的進一步延伸和拓展，其具體內容為激發（Eilicit）、參與（Engage）、探索（Explore）、解釋（Explain）、精致化（Elaborate）、評價（Evaluate）、拓展（Extend）。該教學模式更加強調激發學生先前的理解和保證學生概念的轉移，注重學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變的科學教學模式，更加具有代表性和實用性。

五、前概念轉變的教學策略

科學概念的轉變主要是指學生通過科學課程的學習，將先前從日常生活中所獲得的前概念與新知識之間進行同化、順應和重構，進一步完善自我的認知結構，最終獲得與科學概念一致的正確概念的過程。在教學中我們可以采取多種教學策略來幫助學生完成前概念轉變。

首先，認知沖突教學策略，是指呈現出問題情境，引發認知沖突，通過小組合作進行概念的類比和推理，從而促進錯誤概念的轉變。主要步驟為首先提出探索性問題，創造學習情境；其次，根據學生認知發展的不同水平，進行分層教學，鼓勵學生開展小組合作學習，運用類比和論證的方法引入科學概念，進行有意義的概念建構；最后，評價教學策略的有效性，進一步驗證學生對科學概念的理解和前概念的轉化。

建構主義教學策略注重學生學習的自主建構和學習的真實情境。我們在進行教學前要考慮到前概念對科學教育的影響，首先明確學生已知的前概念，創設學生主體教學情境；其次在學生交流和合作中，鼓勵學生發表自己的觀點，澄清錯誤概念，進行概念的遷移；最后加強學生對新概念的運用，注重科學技術的應用，提高學生抽象思維能力，形成正確的思維方式。因為學生前概念與日常生活緊密相關，所以具有頑固性，這就提醒我們在教學時要注意概念的反復性，提醒我們要運用多種教學策略。

六、科學教育的啟示

（一）科學教育應注重學生的前概念

在進行科學教育的過程中，學生學習知識的過程其實就是科學概念重組與轉變的過程，其中前概念是學生學習的基礎，而前概念通常是從個人主觀層面出發而形成的對自然現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。所以在科學教育的過程中，我們需要正確地認識前概念的本質、特點和形成原因，并有針對性地進行教學。在教師層面，教師自身首先要做到正確地理解科學概念，避免受自身前概念的影響，其次是要做到為學生創造相對公平的環境，避免學生受其社會、語言、文化因素的影響，最后要求教師在日常教學實踐中，采用多樣的方法去探測學生已有概念，對科學知識的講授不局限于教材，還要運用計算機和媒體的發展，定制特定的數據庫、語義網絡、視覺化工具等，用于學生的概念建構與重組；在學生層面，我們引導其對生活經驗進行總結，并在教育教學中提高其邏輯思維能力，形成科學概念；在環境層面，我們應將科學概念滲入到學生的日常生活中，營造科學的家庭氛圍，利用媒體等科技手段幫助學生進行前概念的轉變。

（二）科學教育應注重課程開發

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

（三）科學教育應注重教師教學技巧

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

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