儿童科学前概念对教学的启示

 

　　

　　一、儿童科学前概念的一般特征：

　　知觉主导思考。意即，学生往往将自己对事件或现象的推理和理解建立在可观察到的一些特点上（如，当糖溶解到水中时，他们认为糖“消失”了，而不是以细小得难以看见的粒子形式继续存在）。在科学课堂上，要引导学生用科学家的模型（概念）以特殊的方式来“观察”现象和实验情境，让学生对不能直接观察到的实体（如光、电流）构造思维模型。学生需要构造和使用一些确定的实体（物体或系统），利用某些参数（如温度、质量、体积）才能以精确的方式来描述它们，并且通过描述各个参数之间的关系来说明它们之间的相互作用过程（如使用力、热、电流等概念）。

　　关注片面。儿童只考虑科学现象中的几个有限方面，科学现象特别明显的知觉特征决定了他们能集中注意的范围。也即学生一般只关注部分，而不太能够从系统的角度考虑和分析现象，把某种现象产生的原因解释为物体的固有属性或物体具有的性质，而不是系统要素之间的相互作用（如，在科学家看来，燃烧过程包含了燃烧着的物质与氧气的相互作用，儿童往往认为物质能否燃烧仅仅由物质本身的特点决定；有的儿童认为铁的东西能最长时间保存冰块是因为铁本身就是冷的，而根本不考虑冰块与容器以及周围空气之间的相互关系）。

　　关注变化而不是关注稳定状态。这也是关注片面的一种表现。儿童往往只会注意到事物发生变化的状态而不是事物的稳定状态，他们只关注事件的结果或者情况随时间的变化（如，当学生看到物体在运动会承认有力的作用存在，而当系统处于平衡态时，他们很少想到此时也有力的存在）。它反映了儿童因果推理的一个重要方面，即只有变化才需要解释，平衡态无须解释。

　　线性因果分析。当儿童解释事物发生的变化时，他们假定一个原因，该原因会按时间顺序产生一系列结果，在寻找解释时，他们认为一系列事件当中总会有一些优选方向，这意味着学生难以理解体系之间相互作用关系的对称性（较难理解反作用力）。按一定顺序来思考问题（按优先方向分析事件），会导致科学家认为是可逆的过程，学生未必会这么看，如学生能认识到加压对密封在罐子里的气体产生什么影响，却对减压产生的影响预测产生困难。

　　不加区分地使用科学概念。在儿童使用的科学概念中，有一部分是概念名称相同但包含的意思不同，而且比科学家使用的范围更加宽泛，这意味着在某些情况下，儿童容易从一种意思滑向另一种意思（如，儿童的重量概念就经常包含着体积、压力和密度的含义，当儿童讲到电、电流时，他可能是兼具了电流、电荷以及电位差等科学概念的特点）。（这个其实成人也存在，当成人对概念不清楚不明了时，常常混用概念，不加区分地使用概念。根据儿童解释事件的水平，他们不会觉得有必要作区分，同样，成人在很多场合也觉得没有必要对概念进行区分。那研究这些到底是有什么意义呢？）

　　依赖情境。儿童往往用不同的概念来解释在科学家看来是同一类的现象。如，在有的儿童选择铝锅来保持汤的温度，因为他认为“咖啡壶能很好地保温，因此铝能很好地保温”；而让他选择一个罐子让水在较短时间内降温时，他选择了金属容器，因为他认为“金属是热导体，热水的热会上升到容器壁，然后穿透出去”。可见，不同的并行概念可以用于各种具有不同知觉特点的情况。学生在个体或小组学习思考中产生的概念与访谈或测试中产生的概念也可能不同。

　　一些概念占据支配地位。有一些前概念是普遍存在的，而且影响儿童对一系列情况的思考，它们往往来自知觉以及一个作用产生一个结果这样的线性因果分析。这些前概念是根深蒂固的，甚至在儿童接受了科学教育之后他们仍旧存在。

 

　　二、科学概念的转变是一个长期过程

　　与所有人一样，儿童往往用已知的知识来解释新事物，由此又不断强化了他们的前概念。只有当学习者不能连贯地解释事物，或者学习者根本不能提出任何有意义的解释，他们只能给出替代的、可能与之相冲突的解释，此时才会发生例外。只有当学习者觉得有必要建构一个连贯的意思时，新概念的学习才有了必须的条件。（这就是教学中要制造认知冲突的原因）

　　但教学中，常见学生在学习时没有改变前概念的例子。如，一些情况下，教学的结果似乎就是把科学词语“嫁接”到学生的前概念之上，教师所使用的术语（如压强）却是暗指别的意思（如抽吸），学生在自己的词汇表中增加了新术语如“热导体”、“绝热体”，但没有从根本上改变他们的传热概念（图式）；在一些情况下，学生修改新概念以符合他们当时的思维方式，如在学习氧气在燃烧中的作用过程中，学生很快接受了氧气是燃烧的必要条件，但没有发展出化合作用的概念，因为他们认为氧气被“烧光”了。

　　整合新概念并且一以贯之地加以应用是一个长期的过程。当新概念与儿童原有的观点相冲突时，儿童原有的观点可能成为学习的障碍。要整合这些新概念，儿童必须对他们的前概念的组织结构进行重大调整，从而导致他们的思维方式发生“革命”（同化、顺应和平衡的原理）。甚至在革命发生的时候，新旧概念仍然能够共存。因此，短期教学很难实现促进学生的科学概念发生转变这一教学目标，因为在一节课甚至一系列课程结束的时间内，儿童不会立即接受新概念或陡然改变他们已有的概念。不过，随着时间的推移，他们会逐渐积极地在越来越多的场合应用已被科学界公认的科学概念。

 

　　三、编制课程时需要注意的问题

　　科学教学大纲（英国）假设儿童已经构造了一定的基本概念，然而事实并非如此。这意味着编制课程时需要修定教学的起点——从我们认为学生已经获得的概念入手。了解学生的科学前概念对于拟定具体的学习任务是很重要的，如果我们知道哪些前概念是普遍存在的，我们就可以设计出挑战或扩展这些概念应用范围的活动。

　　有助于改进学生学习科学概念效果的策略：

　　（1）提供机会让学生表达自己的概念。利用小组讨论、全班集体讨论或者让学生把自己的概念写出来、画出来，或用其他方式表示出来，让他们表达自己是如何思考的。

　　（2）引入差异性事件。观察一件出乎意料的事情会刺激学生去思考这究竟是怎么回事，由此产生的概念冲突可能会使学生对自己已有的概念感觉不满意，因而感觉到有必要转变概念。但差异性事件本身的作用是有限的。除非学生已经意识到他们据以对事物作出预测的一有概念是什么，否则他们不会把事件当作差异性事件（意思是要让学生先明确自己对现象有什么样的解释和理解，然后再制造认知冲突，如果学生不能明确自己的概念，是不会认为理解存在冲突的）。即便概念冲突是在学生自己身上产生的，这本身也不会产生替代性的概念图式。

　　（3）苏格拉底式的诘问。当学生的概念不一致或者互不相关时，苏格拉底式的诘问就有助于学生意识到他们的思维缺乏一致性，因而更加连贯地重构他们的概念。

　　（4）鼓励学生生成各种概念图式。如果学生要建构他们自己能真正掌握的意义，就必须积极主动地反思自己的思考。然而，教师和学生在课堂上都把得到“正确答案”视为是最重要的，学生会利用教师的提问方式、试题中的措辞、课本上问题中包含的不相关提示等，寻求正确答案。仅仅因为教授或书本告诉并不意味着学生会以我们想要的方式理解这些概念，因此，应该鼓励儿童去思考对事件的各种可能的解释，而且自己作出评价。（这在目前的课堂教学模式和评价方式下，是最不容易撼动的，但却是非常重要的。）

　　（5）在实际中练习应用概念。对科学家来说，一个实验的结果给出了一系列相关现象的一般信息，使用的特定对象和仪器“代表了”一定范围的情况。但儿童不会把这种既定的实验安排所产生的特征看作是一般的、普遍的，他们从试验中学到的知识可能只限于在与实验条件相同的情况下应用（如热胀冷缩现象，为观察明显教师使用有颜色的液体，学习完后让学生预测矿泉水是否会热胀冷缩，学生答不会，因为没有颜色等案例）。因此，让学生弄明白实验结果的应用范围和局限性是很重要的，让学生多在实际中练习应用概念，学生会对新概念产生信心并且认为它们是有用的。（课堂上应该提供真实性评价，但其时机和频度等如何选择和控制？）

 

　　以上摘录整理自：《儿童的科学前概念》（Children's Ideas In Science）由【英】罗莎琳德。德赖弗（Rosalind Driver）、【法】埃迪特。盖内（Edith Guesne）、【法】安德烈。蒂贝尔吉安（Andree Tiberghien）主编，刘小玲译，上海科技教育出版社2008年12月出版。