对比中美地理教材概念转变学习策略的设计与应用

方　城

（华南师范大学 地理科学学院，广东 广州 510631）

摘要：地理概念是学生学习地理的基础，也是学生地理素养的重要组成部分。概念转变学习策略是基于概念转变模型提出的一种学科概念转变学习策略。基于揭示前概念、引发认知冲突、促进认知顺应这三大地理概念转变学习策略，从诊断性问题、认知冲突辅助文本、合作学习法、新概念的应用、科学史教学、实验教学与野外实习教学六方面对比了中美地理教材概念转变学习策略的设计与应用。

关键词：地理教材对比，概念转变，教学策略，设计与应用

地理概念是学生学习地理的基础，学生地理思维的最基本单元，也是学生科学素养的有机组成部分。[1]维果斯基则将概念分为日常概念和科学概念，认为概念学习不只是概念获得，也包含着前概念转变。[2]概念转变指个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验的影响而发生的重大改变[3]。概念转变研究基于建构主义的学习观，从顺应的侧面来揭示学习的机制。1982年，Posner[4]等提出了著名的概念转变模型（CCM），解释了概念转变的条件以及个体知识经验背景（Posner称为“概念生态圈”）对概念转变的影响，随后又进行了修订和完善。相关研究成果被学科教育大量引进，化学、物理、生物、数学等科学教育领域均出现了关于学科概念转变策略的研究。概念转变教学策略日渐成熟，广泛地应用于科学课程教材设计、课堂教学设计之中，成为一种行之有效的教学策略。

地理是一门跨自然科学与人文社会科学的学科，学生在地理学习的过程中易受前概念影响，造成学习障碍。引进概念转变教学策略有助于提高学生对于地理科学概念的理解和掌握，提高学生的地理学习效率。本文选取美国《科学探索者》教材和广东省使用的人教版、湘教版、中图版三个版本的《普通高中课程标准地理教科书(实验)》, 对其中地理概念转变教学策略的设计与应用进行比较分析。

美国高中《科学探索者》教材由PrenticeH all出版, 帕迪利亚(Padilia. M. J)主编, 共15册(套), 其中文版由浙江教育出版社2003年2月首次出版发行。本套教材的特点是:表述方法科学而又新颖, 力求通过多种方式促进学生对概念的理解。它是美国高中普遍选用的综合理科教材, 也是美国目前最权威的研究性学习教材。[5]

一、地理概念转变学习策略

建构主义认为，学生在学习科学课程之前，头脑里并非是一片空白，科学概念的学习是学生由自己已有知识和观念向科学概念转变的过程。这些学习者头脑中已经存在的经验、观点、认识等称为“前概念”。[6] 前概念产生的原因主要有日常生活经验的干扰，思维惯性的影响，对词义的凭空臆想三个方面，因此前概念具有普遍性和顽固性，传统科学教学无视前概念，认为只要通过传授科学知识，学生的前概念就会被科学概念所代替的观点是不合适的。[7]前概念既是科学概念学习的阻碍，又为进一步学习提供了可能，我们必须予以重视。

1982年,Posner等提出了著名的概念转变模型(CCM),他们认为概念转变需要满足四个条件：（1）对现有的概念不满；（2）新观念的可理解性；（3）新观念的合理性；（4）新概念的有效性；当学习者对原有概念产生不满之后，进而提供的可替换的概念如果具有可理解性、可接受性、有效性三个特点,则新旧概念对新概念的顺应的学习过程就能够发生。[8]另外, Posner等人认为,个体对新概念的接受除了以上逻辑条件之外，还会受到其现有的其它概念的影响, 他们把影响概念转变的个体经验背景称为“概念生态圈”,它具体包括: (1)反例；(2)类比与比喻；(3)认识论信念；(4)形而上学的信念与观点；(5)其它领域的知识；(6)与新概念相对立的概念。后来，概念生态圈又增加了学生学习动机、课堂情境因素、学生的认知因素等条件。[3]综上，概念转变模型阐明了概念转变学习的条件，为地理概念转变学习策略的制定提供了理论依据。

根据建构主义思想，概念转变学习主要分三步策略：(1)揭示学生前概念；(2)引发认知冲突；(3)实现认知顺应。教师首先通过设计诊断性问题或个别访谈的方式揭示学生的前概念，进而通过提供特殊文本、合作学习、探究实验等方式，呈现具体的有说服力的科学事实,使学生认识到自己原有概念的不足，引发认知冲突，最后再运用类比法、正反例、新情境应用概念、科学史教学、野外实习与实验等方法促进学生的认知顺应，建构新概念。

二、中美地理教材中概念转变学习策略设计与应用的比较分析

1.诊断性问题的设计与应用

根据建构主义思想，促进学生前概念转变的第一步策略是揭示学生的前概念。教材可以在新课的开始之前，设计若干诊断性问题，诊断学生头脑中已有的前概念。如关于“大气受热过程”的编写，美国《科学探索者》教材在开头的第一段设计了诊断性问题：想象自己正走在炽热的撒哈拉大沙漠，再想象自己又来到了冰天雪地的北极，在这两个地方，你各有何感受？为什么两地会有如此大的差异？ 国内三个版本的教材中，仅有中图版在教材的开头设计了诊断性问题：在晴朗的夏日，当太阳刚刚升起的时候，空气还是凉飕飕的，随着太阳的不断升高，气温也随之上升。到中午时，天气已经变得十分炎热了。那么大气是如何受热升温的呢？相比之下，国内的人教版和湘图版教材都是开门见山，直接解释大气受热过程，传授科学知识，教材在其它内容的编写上也基本存在上述差异。

通过比较可以发现，美国《科学探索者》教材和国内的中图版教材注重诊断性问题的设计与应用。教材在每部分内容的开头，都会联系生活现象，设计一到两个诊断性问题，这些问题涉及一些比较容易混淆或者被人忽略的概念内涵，学生在回答此类问题时会将前概念暴露。教师可以利用教材上的这些诊断性问题，揭示学生的前概念，进而通过对话了解学生的想法，弄清学生出现错误概念的原因。学生也可以利用这些诊断性问题，通过外部表达促进自我意识和自我反省，了解自身的前概念，为后续的教学和学习奠定基础。

2. 认知冲突辅助文本的设计与应用

概念转变学习策略的第二步是引发认知冲突。概念转变模型则告诉我们，对原有概念的“不满”是概念转变的首要条件，引发认知冲突是促使学生实现概念转变学习的契机和动力。古泽蒂等人认为，呈现一些特殊的文本可以引发学生的认知冲突，我们称这些特殊文本为“认知冲突辅助文本”。教材中作为新信息的“认知冲突辅助文本”可以激发学生头脑中与信息相关的错误前概念，当学生发现错误前概念无法用于解释新信息时，便引发了认知冲突。比如在学习“环境人口容量”这一概念时，学生易误认为资源是影响环境人口容量的唯一因素。此时，教师可以列举一组香港主要资源数量及其人口数量的信息，使学生意识到“资源是影响环境人口容量的唯一因素”这一前概念无法解释“香港人口之多，资源却如此之少“的现象，引发学生的认知冲突。

然而，通过比较发现，无论美国《科学探索者》教材还是国内的三个版本教材均基本没有设计和使用认知冲突辅助文本，这也说明了认知冲突辅助文本的使用较为灵活性，需针对学生的前概念“对症下药”，较适合教师在课堂教学中有针对性地使用，不适宜编入普遍化使用的教材中。尽管如此，我们还是建议在教材编写的过程中，可以针对一些普遍存在的前概念，设计一些认知冲突辅助文本贯穿于教材文本，或者以资料卡的形式供读者自行阅读使用，充分发挥其作用。

3.合作学习法的设计和应用

除了使用认知冲突辅助文本之外，合作学习法也是引发学生认知冲突的一种途径。教材通过设计一些合作活动，可以使学生在合作学习中出现不同观点相互对立、交锋。此时学生如果发现自己的观点与其他人不同，他们往往会对自己先前所持的观点产生怀疑，进而引发认知冲突。如关于“热力环流”的编写，人教版教材要求学生“采用小组合作的方式做一个实验”，观察实验现象后小组讨论；随后又引入“海陆风”的生活现象，引导学生小组讨论何时吹海风，何时吹陆风。

通过对比发现，在中美四个版本的教材中，人教版的教材较注重合作学习法的使用，明确要求学生以小组合作学习的方式进行实验，讨论实验现象或者生活现象。国内其他两个版本的教材虽然也有穿插一些思考题，但并未体现合作学习。美国《科学探索者》教材在每章开头会组织学生进行试验，但没有引导学生讨论，合作学习的意图未能从教材上得以体现。

4.新概念的应用设计

新现象使个体对原有概念产生“不满”之后，就会对原有的认知结构进行调整和改变，以便更好地理解和接纳新现象，这一改变原有认知结构的机制称为认知顺应。根据Posner的概念转变模型和概念生态圈理论，新概念的有效性是概念转变模型中需要满足的条件之一。教材中创设新情境引导学生应用新概念，将建构的新概念应用到问题的解决中去，提高对新概念有效性的认识，促进认知顺应的实现。美国《科学探索者》教材在每章内容结束之后都会设计一个“复习”单元，该单元设计了“应用概念”框题。如“风化、侵蚀、土壤”一章，美国《科学探索者》教材在应用概念框题中问到“什么样的侵蚀过程或许能说服人们不购买海边的房子？”如“地表水”一章，美国教材又问到“在冲积平原区，政府采取什么办法来尽力保护人民的生命财产免遭损失？”国内中图版教材则在每节内容结束后设置“案例研究”，利用一个新案例、新情境，引导学生应用学到的新概念去完成案例探究。如“水的运动”一节，案例研究的对象是厄尔尼诺，在呈现了大量关于厄尔尼诺的信息之后，教材引导学生探究厄尔尼诺现象的影响。又如“地壳的运动与变化”一节，案例研究的对象是科罗拉多大峡谷，引导学生探究科罗拉多大峡谷的形成过程。国内湘教版和人教版则采用在正文中穿插设置“活动”的方式，提供新情境，应用新概念。

通过对比发现，无论美国《科学探索者》教材还是国内的三个版本教材在不同位置均创设了新情境供学生应用所学到的概念。国内三个版本的教材创设的情境教材具体，信息量大，便于学生探究学习。相比之下，美国《科学探索者》教材在导入教学内容时创设了内容丰富的情境，但在新概念应用方面的情境则较为抽象，不利于学生充分应用新概念。

5.科学史教学的设计与应用

科学史教学的主要目的是让学生认识到,早期的科学家在解释一些自然现象时与他们一样有类似的前概念,这样会使他们得到一种心理上的支持,增强概念转变的积极性与动机，从而有利于学生的概念转变，同时培养学生的认识论信念以及怀疑与批判的科学精神。[9]美国《科学探索者》教材在“板块构造论”章节中，就结合人类探索大地构造和全球构造理论的历史，设计了“漂移的大陆”、“海底扩张”、“板块构造论”三节层层递进的内容，介绍了早期科学家关于这一自然现象的研究活动及观点，再举例说明这一观点的局限性及当时其他科学家的不同观点，最后再介绍新的研究结论如何产生并弥补旧理论的不足。国内三个版本的教材则都没有出现涉及科学史教学的设计。

通过对比发现，美国《科学探索者》教材较注重科学史教学的设计与应用，国内教材在这方面的建设仍然处于空白，建议在以后教材的修订时多挖掘可应用科学史认知分析策略进行教学的概念，通过科学史的学习，促进学生的认知顺应。

6.实验教学与野外实习教学的设计与应用

探究实验和野外实习均有利于让学生直观地看到科学现象，从而让学生自觉地将实验现象与错误前概念进行对比，产生对自己现有概念的“不满”，引发认知冲突。同时，探究实验和野外实习可以帮助学生通过观察，进一步确认科学概念，转变原有的错误前概念，建构新的科学概念。可见，实验教学和野外实习教学是引发学生认知冲突，促进学生认知顺应的有效手段。美国《科学探索者》教材每章都会设计一个两页的地学实验，实验类型有地学实验、网络实验、地学制图实验、设计实验四种，如“地表水”一章的地学实验是：模拟河流流速和坡度，该实验要求学生测量水从不同坡度和深度流过管道的时间，绘制数据表并描述河水流速与坡度之间的关系。此外，美国《科学探索者》教材还设计有探索实验和技能实验，每一个探索实验用来介绍这一章的内容，如“气象学”一章的探索实验是模拟冷气团，如“火成岩”一章的探索实验是鉴别矿物。技能实验则主要是以数学为基础的练习，通常需要解释数据并作图，主用来训练地理研究技能，与本文定义的实验有差异。国内中图版教材在每节课的开头设置了“探索”框题，该框题有一部分内容是实验，如“大气的热状况与大气运动”一节，探索实验为“模拟海陆热力性质差异”。国内湘教版和人教版教材则较少设计实验。

通过对比发现，美国《科学探索者》教材较注重实验教学与野外实习教学，涉及了类型多样的实验供教师和学生使用，引发认知冲突，促进认知顺应。国内中图版教材在每一节的开头也设计了实验，有利于学生在做实验的过程中观察科学现象，引发认知冲突，导入新课内容。国内人教版和湘教版教材在这方面的建设则显得略逊一筹。

三、比较中美教材概念转变教学策略设计与应用的启示

通过对比中美教材概念转变教学策略的设计与应用，我们可以发现，美国《地理探索者》教材较注重诊断性问题、科学史教学、实验教学与野外实习教学的设计与应用，这是国内中图版与湘教版教材所不注重的。但美国《科学探索者》教材在新概念的应用、合作学习法的设计和应用两方面则不如国内教材。国内教材方面，中图版教材与美国《科学探索者》教材较类似，同样注重诊断性问题、实验教学与野外实习教学的设计与应用，在这两方面均优于湘教版和人教版。人教版合作学习法的设计和应用方面则要优于中图版和湘教版。而在认知冲突辅助文本的设计与应用方面，中美教材均不注重，在这方面的设计均处于空白。

地理概念是地理学习的基本单元，由于受日常生活等因素的影响，学生在学习地理科学概念时往往容易受前概念的影响，而概念转变学习的教学策略正是针对前概念提出的有效教学手段。中美教材关于概念转变学习策略的设计与应用总体不足，国内的教材在某些策略的应用上仍处于空白。这启示国内地理教育界应当加强对概念转变学习的关注，将该领域的最新研究成果应用于地理教材中，同时广大的一线教师也应该根据学生前概念的不同，补充相关材料，帮助学生实现从前概念到科学概念的转变。

参考文献：

[1]江晔.地理概念教学的问题与对策[J].课程·教材·教法,2013,04:75-79.

[2]丛立新,曾琦.国内概念教学的研究现状及意义[J].教育科学研究,2006,04:34-36.

[3]张建伟.概念转变模型及其发展[J].心理学动态,1998,03:34-38.

[4]Posner G J, Strike K A, Hewson P W, Gertzog W A. Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, 1982, 66:211 -227.

[5]吴圆媛,李家清,覃丽灵. 中美地理教材中概念表述的比较[J]. 内蒙古师范大学学报(教育科学版),2007,04:134-137.

[7]袁维新.概念转变学习:一种基于建构主义的科学教学模式[J].外国教育研究,2003,06:22-27.

[8]周友士.基于建构主义的数学概念转变学习[J].数学教育学报,2004,03:19-22.

[9]唐小俊.促进概念转变的教学策略研究[J].教育探索,2008,06:11-12.