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从科学本质看理科教学中的概念转化
【摘 要】初中是理科分科教学的开始,概念转化的成功与否对学生的学习有重大影响.本文从科学本质出发,提出“前概念”是学生理科学习的起点,转变“相异构想”是理科教学的难点,通过对概念转化过程的研究,采用合理的教学策略,不仅可以进行有效的概念转化,也能全面提升学生的科学素养.
【关键词】理科教学；概念转化；前概念；相异构想；科学本质
【中图分类号】G633 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2017）43-0021-03
【作者简介】王伟群,苏州大学（江苏苏州,215123）材料与化学化工学部课程与教学论专业硕士生导师,教授,苏州科技史协会副理事长,首席科普专家.
初中是理科分科教学的开始,是物理、化学、生物、数学等学科的启蒙教育阶段.在这个阶段,学生开始接触相对严谨的科学概念,接受相对规范的科学训练.良好的开始是成功的一半,本课题研究初中生理科“前概念”对知识建构的影响及“相异构想”的矫治策略,对促进学生后续的科学学习有十分重要的作用.四位教师在研究中能结合长期的教学经验分析“前概念”的特点,通过调查、反思,分析“相异构想”对科学概念形成的影响,结合具体学科提出了一些有效的概念转化策略,这些研究使得“前概念”对学生理科学习的影响变得生动和具体,可以引起广大理科教师对这个问题的重视.不同学科间“前概念”相互影响的案例,是可以相互借鉴、参考和使用的教学资源.不同学科教师提出的“相异构想”的转化策略,各有特点,也有共性,这对课题的深入研究起到了引领作用.
“前概念”对科学概念学习的作用和影响,使得“前概念”及其转化的研究成为近十几年来理科教学研究的热点问题.［1］这是因为科学概念是人类认识世界的重要工具和价值体现,也是人类认识发展的重要表现.因此科学概念作为文化基础,是学生核心素养的重要组成部分.
儿童天生就是科学家.每个孩子强烈的好奇心和探究欲,使得他们常常可以像科学家一样,通过自主的探索活动获得对世界的了解和认知.顺应儿童本性,了解科学本质,引导学生进入科学世界,通过概念转化,提升认知世界的能力,进而培养学生科学精神,是理科教学值得研究的课题.
笔者在此处跳脱对具体文章的分析,转而谈谈对理科教学中概念转化的理解.
一、了解前概念是教学的起点
批判理性主义的创始人波普尔认为,科学活动是一个很复杂的过程,“理论不是始于观察,观察中渗透着理论”［2］.也就是说,观察本身不能获得具有中立性、独立性和客观性的事实,科学家的科学研究活动都会受到一个更大的概念框架的调节作用.从科学家提出一个新的科学概念,到科学共同体接受一个新的科学概念,都会受到科学家“前概念”的影响.这些“前概念”,有时会对科学发展起推动作用,有时也会起阻碍作用.
“儿童具有寻求周围世界含义和理解的天然倾向”［3］,因此学生在学习科学概念前,同样存在“前概念”,即已经有在日常经验和学习经验中形成的对事物和现象的看法和观念.学生的学习类似于科学探究,也是以已有的经验为基础通过与外界的相互作用来建构新的理解.研究发现,“学习科学的年轻人在减少,而且还表现出对科学缺乏兴趣”,原因就是“学生普遍反映科学与他们无关”［3］.特别是一些科学概念,完全不同于日常生活的概念,它的概括性、抽象性、精确性和专业性,常常会使很多学生觉得这些术语与他们的生活没有关系,一旦学习者认为学习的任务对他们没有意义,要理解所学的内容就困难了.可见,简单地把科学概念从外界搬运到学生的记忆中,对概念的学习不仅无效,甚至会使学生失去学习的兴趣.“科学概念形成的过程,是一个包含抽象化、类化、检验和辨别的复杂过程,人的日常经验、科学认知能力、已有的自然科学概念体系、正在学习中的自然科学概念的有关特征和无关特征等,都会影响自然科学概念的形成过程”［4］.了解学生的“前概念”,建立起学生将要学习的科学概念与“前概念”之间的关系,才能使学生体会到学习的意义.“前概念”是理科教学的起点.
二、转变相异构想是教学的难点
科学界存在一些普遍的观点：任何一种事物或现象都有其存在的理由和发生的原因.对所观察事物间的相互关系与特性进行抽象,就形成科学概念.科学不仅建立了以概念为单元的知识体系,也形成了以概念为追求的认识传统.科学概念是科学家认识世界的思维工具,它使人摆脱了原始的、直观的了解世界的方式.概念的运用,使人类对世界的认识获得了巨大的进步.而正是这种进步,也造成了科学世界与生活世界的隔阂.
学习和运用科学概念是学生理科学习的重要内容.然而在以“前概念”为起点的概念教学中,学生的“前概念”有些与科学的理解基本一致,有些却与科学概念相违背,这就是“相异构想”,也称为“迷思概念”“相异概念”.这些“相异构想”,可能会使学生在这个充满科学的世界中迷思,也可能会使学生的未来生活或工作质量受到影响,也可能会影响学生与他人正常的沟通交流,无法参与社会公共事务的决策和行动.转变“相异构想”为科学概念是理科教学的重要任务.但“相异构想”是学生为解释周围世界在生活和前期的学习中慢慢构建起来的,常常先入为主,而且会影响学生的思维方式和价值判断,根深蒂固.转化概念是学生理科学习中遇到的难关.这也是吴良根老师他们申报这个课题研究的重要原因：“有一些教学内容,教师尽管进行了详细的讲解和反复的训练,学生还是会一错再错,表现出极强的顽固性；有时候教师很小心地控制着教学的设计与流程,希望能够获得意料中的答案,可是结果却出乎意料,相差甚远.”转变“相异构想”是理科教学的难点.
三、重视过程是概念转变的关注点
库恩的“科学革命”指的是在科学发展过程中的范式转变.当科学从一种范式转化为另一种范式的过程中,“有常态科学缓慢、连续、稳定和积累的变化”,只有在出现反常与危机时,才有可能使前范式发生动摇,但真正科学革命的发生,是新的方式经过竞争与选择才建立起来.“新理论的同化需要重建先前的理论,重新评价先前的事实,这是一个内在的革命过程,这个过程很少由一个人完成,更不能一夜之间实现.”［5］只有新的范式显示更大优势,才能得到科学共同体的承认.在这个过程中,反常的发现是科学革命的导火索,而新范式更大价值的体现是革命成功的保障.
同样,学生的概念转化不可能一蹴而就,往往需要一个过程,有些核心概念的形成可以使学生脱胎换骨,即发生思维方式和价值观念的变化,类似于科学革命,需要一个漫长的过程.概念转化一般经历的过程是：对“相异构想”的认知冲突、科学概念的形成、概念体系的重构、概念发展的分析.对“相异构想”产生认知冲突是概念转化的原动力.只有知道学生的“相异构想”是什么,了解学生产生“相异构想”的原因,才能结合学科特点,选择恰当的方法,创设合适的教学情境.当然这只是概念转化的开始.概念的形成还需要教师帮助学生收集尽可能多的相关证据,引导学生用科学的方法,进行分析、比较、辨别,提取共同的特征信息,并将它进一步抽象概括.概念体系的重构是指在头脑中建立新的知识结构,或是将新概念纳入已有的知识结构,进行概念的同化；也可能是利用新的概念对原有的概念体系进行重新组合,建立新的知识体系.概念发展的分析是指让学生回到“前概念”,通过概念的运用和比较,理解概念转化的意义,体会认知深化的价值.认识概念转化是一个过程,可防止教学的急于求成,有助于教师在学科结构框架下对概念转化进行整体的教学设计,在循序渐进提升学生的认知能力.
四、提升素养是概念转化的终点
形成科学概念,对提高学生的认识世界能力是重要的.这不仅是因为科学概念比学生的“前概念”更接近世界的真实面目,还在于科学概念是学生进一步认识世界的有效工具,是更合理的思维方式和价值观念.德国哲学家海德格尔在评价现代科学与古代科学的不同时就认为：“关键之处不在于是不是从事实出发,而在于接受事实和确立概念的方式；不在于做不做实验,而在于设置实验的意图、基础或‘前概念’；不在于是不是使用了数字和测量,而在于以何种方式、在何种意义上来应用和实施计算和测量.”［6］同样,对学生的“相异构想”进行“概念转化”,不仅在于掌握和运用科学概念,更在于概念转化过程带给学生的思维方式和价值观念的转变,更在于概念转化的科学探究过程中学生所体验的探究乐趣和科学精神.
可见,概念转化本身不是学生学习意义的全部,重视概念转化过程中探究活动的设计,在活动中关注概念转化过程中的意图、方法、观念,促进概念转化中学生思维和观念的变化,才能实现全面的科学教学,提升学生的科学素养,这是概念转化教学的最终目的.■
【参考文献】
［1］王磊,苏伶俐,黄燕宁.初中生化学前科学概念的探查——科学学习心理的研究［J］.心理发展与教育,2000（01）.
［2］卡尔·波普尔.猜想与反驳［M］.傅季重,纪树立,等,译.上海：上海译文出版社,2005.
［3］温·哈伦.科学教育的原则和大概念［M］.韦钰,译.北京：科学普及出版社,2011.
［4］母小勇,张莉华.一个科学概念形成过程的初步实验研究［J］.心理科学,2000（05）.
［5］托马斯·库恩.科学革命的结构［M］.金吾伦,胡新和,译.北京：北京大学出版社,2003.
［6］李章印.科学的本质与追思——海德格尔的历史性分析［J］.哲学研究,2005（08）.
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