高中生物教学中学生前科学概念转变实践研究优秀毕业论文 可复制黏贴.pdf

y1 0 & 1 0 5 1 学校桷号韭盟l 学 号：盟坠盟- 图书分类号 镕：一 福建师范大学 教育硕士学位论文 高中生物教学中学生嘀6 j 科学概念转变实践，开究 t h e e m p i r i c a l r e s e a r c hi n t os t u d e n t s p r e s c i e n c ec o n c e p tt r a n s f o r m a t i o ni n s e n i o rb i o l o g yt e a c h i n g h 巧玲 学科专业方向：堂越越堂：生物 指导教师：堡团拉擐 申请学位级别：j 虹j l j 豇_ 三l 论文提交日期 论文_ 【平阅人 论文答辩日期 答辩委员会主席 学位授予单位 学位授予日期 2 0 0 6 年1 0 月 地旦l 生_ 且 婴避已蛆 担童垭直艘 迦生望且 中文摘要 现代认知学习理论和当代建构主义学习理论的研究表明科学概念的学 习实质是建立在原有观念基础上概念转变过程。如何将概念转变学习理论 更好地运用在实际的生物学教学中，实现概念的有效转变，已经成为生物 学教学中需要探索的实践性问题。 本研究以现代认知学习理论和概念转变理论为指导，以高中生为研究 对象，采用问卷法、访谈法和经验总结法，对高中生的生物学前科学概念 进行了调查统计；分析了学生前科学概念对学生在科学理解生物学原理、 解释生物现象的影响；尝试对学生生物学前科学概念进行分类，并在此基 础上建立不同的教学模式；探讨了不同的概念转变教学模式实施r 1 的策略 和操作方法。 研究通过对学生前科学概念的诊断调查，发现生物学前科学概念普遍 存在于学生认知中，但学生很少发现它的存在，也很少关注其对科学知识 掌握的影响。通过概念转变教学实践探索发现：( 1 ) 建立在前科学概念基 础上的概念转变教学模式，改变了学生的学习方法，增强了概念学习的方 向感。( 2 ) 概念转变教学模式的运用，使学生积极主动参与到概念的意义 建构中，有效实现了前科学概念的转变。( 3 ) 对于不同类型的前科学概念， 要有不同的处理方法，不必全盘否认它的科学性，朴素前科学概念是教学 巾重要的教学资源。( 4 ) 概念转变教学模式有效提高学生对概念的理解， 但要彻底转变学生的旧有观念是一个长期、复杂的过程。并且学生因为日 常经验的不同，该教学模式是否能照搬推广，还值得商榷。 关键词：前科学概念，概念转变，中学生物教学 a b s t r a c t b i o l o g yi sa k i n do fk n o w l e d g es y s t e m ，w h i c hi sm a d eu po fs o m er e l a t e d b i o l o g yc o n c e p t s m a s t e r i n gc o n c e p t si st h en e c e s s a r yp r e m i s et oi n d i v i d u a l l e a r n i n gr u l e sa n ds o l v i n gp r o b l e m sa sw e l la sc o n d u c t i n g c r e a t i o n t h es t u d yo n m o d e mc o g n i t i v el e a r n i n gt h e o r ya n dc o n s t r u c t i v el e a r n i n gt h e o r ys h o w st h a t m a s t e r i n gs c i e n c ec o n c e p ti sb a s e do nt h eo r i g i n a lc o n c e p tt r a n s f o r m a t i o n h o w t oa p p l yt h ec o n c e p tt r a n s f o r m a t i o nt h e o r yt ot h ep r a c t i c a lb i o l o g yt e a c h i n g ， w h i c hl e a d st ot h ee f f e c t i v e c o n c e p tt r a n s f o r m a t i o n ，h a s b e e nap r a c t i c a l p r o b l e m ，w h i c hn e e d e df u r t h e rd i s c u s s i o n g u i d e d b y t h em o d e mc o g n i t i v e l e a r n i n gt h e o r y a n d c o n c e p t t r a n s f o r m a t i o n ，t h es t u d y , w h i c hf o c u s e s o nt h em i d d l es c h o o ls t u d e n t s ， i n v e s t i g a t e ss t u d e n t s b i o l o g yp r e s c i e n c ec o n c e p t i o nb ym e a n so fq u e s t i o n n a i r e ， i n t e r v i e wa n de m p i r i c a lm e t h o d t h i ss t u d yf i r s ta n a l y z e st h ee f f e c to fs t u d e n t s p r e s c i e n t i f i cc o n c e p t s ，o nu n d e r s t a n d i n gb i o l o g yp r i n c i p l e s a n de x p l a i n i n g b i o l o g yp h e n o m e n o n ，s e c o n di tt r i e st oc a t e g o r yb i o l o g yp r e s c i e n c ec o n c e p t i o n a n dt h e nc o n s t r u c t s ，s e v e r a lt e a c h i n gm o d e l s ，f i n a l l yi tp r o b e si n t ot h es t r a t e g i e s a n dm e t h o d s a p p l i e d i nd i f f e r e n t c o n c e p t t r a n s f o r m a t i o n t e a c h i n g i m p l e m e n t a t i o n b yt h ei n v e s t i g a t i o n o fs t u d e n t s p r e s c i e n c ec o n c e p t i o n ，t h es t u d y d i s c o v e r st h a tb i o l o g yp r e s c i e n t i f i cc o n c e p tw i d e l ye x i s t si ns t u d e n t s c o g n i t i o n w h i l et h e ya r en o ta w a r eo fi t sp r e s e n c e ，l e ta l o n ei t se f f e c to nm a s t e r i n gs c i e n c e k n o w l e d g e t h es t u d y a c h i e v e st h e f o l l o w i n go u t c o m e s ：( 1 ) c o n c e p t t r a n s f o r m a t i o nt e a c h i n gm o d e lb a s e do np r e - s c i e n t i f i cc o n c e p t st r a n s f o r m s s t u d e n t s l e a r n i n gm e t h o d sa n di n c r e a s e st h e i rs e n s eo fc o n c e p tl e a r n i n g ( 2 ) t h e a p p l i c a t i o no fc o n c e p tt r a n s f o r m a t i o nt e a c h i n gm o d e lm o t i v a t e ss t u d e n t st o a c t i v e l yp a r t i c i p a t e i n m e a n i n gc o n s t r u c t i o n ，w h i c h r e s u l t si n c o n c e p t t r a n s f o r m a t i o ne 虢c t i v e l y ( 3 ) a sf o rd i f f e r e n tk i n d so fp r e - s c i e n t i f i cc o n c e p t s ， w es h o u l dd e a lw i t hi tr e s p e c t i v e l ya n da v o i di g n o r i n gi t ss c i e n c en a t u r e s i m p l e p r e s c i e n t i f i cc o n c e p ti s ak i n do fi m p o r t a n tt e a c h i n gs o u r c e ( 4 ) t h ec o n c e p t t r a n s f o r m a t i o nt e a c h i n gm o d e le n h a n c e ss t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go fc o n c e p t s h o w e v e r ，t r a n s f o r m i n gs t u d e n t s o r i g i n a lc o n c e p ti sal o n ga n dc o m p l e xc o u r s e d u et ot h ed a i l ye x p e r i e n c ed i f f e r e n c e ，t h i st e a c h i n gm o d e lc a nn o tb ew i d e l y u s e d k e yw o r d s ：p r e - s c i e n c e 7 c o n c e p t i o n ，c o n c e p tt r a n s f o r m a t i o n ，b i o l o g yf o rs e n i o r m i d d l es c h o o l 中文文摘 科学概念是思维的基本形式和知识的最基本单位，是组成知识的“细胞”。生物科 学概念的学习，不仅可以建立该领域意义性的知识及其结构体系，而且能促进学生思维 能力和积极情感的发展。然而，传统的生物学概念教学在关注学生的前科学概念、创设 条件促使学生概念转变、深刻透彻地理解概念，真讵实现概念掌握，培养学生学习的兴 趣、理解概念形成过程，领会科学概念的学习方法，形成科学素养等方面存在着弊病和 缺陷，传统的生物学概念教学方法越来越受到质疑和挑战。现代认知学习理论和当代建 构主义学习理论的研究表明：学生在学习某一个科学概念之前的大脑对于这一科学概念 并非毫无观念，科学概念的学习本质上是建立在原有观念( 前科学概念) 上的概念转变 过程。但目前在关于生物前科学概念方面仍缺乏实证性的研究，缺少对学生的生物学i j 科学概念的实例的收集整理分析，及在自u 概念基础上结合生物学科特点制订的有范式作 用的教学模式。所以，本研究认为探讨建立在现代认知学习理论和当代建构主义学习理 论基础上的高中生生物学概念转变实践研究，是一个值得研究而又有实际意义的问题， 是符合当前新一轮科学教育和课程改革需要的。 本研究采用文献法、调查统计法和经验总结法，根据本人对高中生物学教学多年的 经验，结合国内外的概念转变理论研究，致力于开展对高中学生生物学i ； 科学概念的诊 断调查、统计整理，尝试对学生表现出来的前科学概念进行分类，并结合高中生物教学 的实践，摸索基于“为概念转变而教”的教学模式运用这种教学模式，对高中生物学概 念转变教学提出建议。归纳而言，本研究致力实现以下几方面的任务： 1 收集整理现代认知学习理论和当代建构主义学习理论中有关概念转变学习的 理论成果，在学习心理学方面对本研究提供重要的理论支持。 2 测查学生对生物学前科学概念的认识及概念学习方法，了解建立在前科学概念转变基 础上的概念学习潜力和学生的心理基础。 3 对高中生生物学| j i 概念丌展调查统计、分析，这是对教材和教参一个很好的补充，也 为教师在实际教学中提供有价值的借鉴。 4 在考虑学生的前概念特点的基础上结合教学实践经验制订出概念转变教学策略和教 学模式，为教师教学实践，构架课程、选择教学等提供直观可操作的范式和教学基本框 架，使高中生物学教学更好地适应学生，这是我们研究的最终目的。 _ 在经过历时一年的不懈努力的研究，紧密结合教学实践过程，及时全程跟踪了学 生对生物学概念的学习情况，取得比较满意的研究成果： 1 对高中生生物学概念学习方法和对前科学概念认识的调查分析表明：学生对科学概念 的先有观念的认识是不足的，有很大的发展空间；学生在学习生物学概念过程中，缺乏 能动性，缺乏i f 确的思维训练和学习方法；利用利用认知冲突为发展学习所用，丌展合 作讨论及科学实验等方法是符合学生心理特点的。概而言之，对学生学习积极性的调动 和概念学习方法的指导是非常迫切而必要的。 2 丌展覆盖高二生物学全部教学内容的学生l ； 科学概念诊断，设计尘物学概念两个维度 的分类标准：概念的抽象程度和生命的主要结构层次。统计了学生对各类生物学概念表 现出来的i j i f 科学概念，这些资料作为教学参考在生物学教学实践中有很大的推广价值。 分析后表明：生物学自口概念在学生中具有相当的广泛性；各生物学概念的盼概念出现的 错误水平不同，有的具有一定的合理性，而有的则表现明显错误概念；各生物学前科学 概念出现不均匀分布，越抽象的概念出现错误概念可能性越高，具体概念表现较多朴素 观念。而体现微观生命现象的的生物学概念出现的臆断错误也越多。 3 根据生物学前概念错误水平的不同，以实现概念的意义建构为主要目的，建构三种概 念转变教学模式：“朴素生物学概念不合理因素重新解释教学模式”、“己知知识领域和 未知知识领域间架桥教学模式”、“以引发解决认知冲突为基础的概念重建教学模式”。 分别以修难朴素科学概念和重建错误概念为目标。 4 三种概念转变教学模式的实施中。总结了有实际指导意义的教学实施策略。提出真正 实现概念的建构，必须在学习情境的创设、学生反审能力的培养、科学思维的训练、和 随机通达教学方面加强的观点。 5 通过概念转变教学实践探索发现：( 1 ) 建立在自口科学概念基础上的概念转变教学模式， 改变了学生的学习方法，增强了概念学习的方向感。( 2 ) 概念转变教学模式的运用，使 学生积极主动参与到概念的意义建构中，有效实现了前科学概念的转变。( 3 ) 对于不同 类型的前科学概念，要有不同的处理方法，不必全盘否认它的科学性，朴素前科学概念 是教学中重要的教学资源。( 4 ) 概念转变教学模式有效提高学生对概念的理解，但要彻 底转变学生的旧有观念是一个长期、复杂的过程。并且学生因为同常经验的不同，该教 学模式是否能照搬推广，还值得商榷。 但是，由于前科学概念的实践研究，需要与大量的教学实践紧密结合，本研究尚 不完整，需要进一步深入探究。如对概念转变的评价方式、概念转变教学更完善的教学 模式及学生在概念学习方而的微观认知规律等方面，都是本人在本研究雄础j ：最感兴趣 和最想继续研究的问题。我也相信关于前概念转变的研究在我国教育理论越发受到关 注、教育技术越发现代化的今天，一定会取得更多的研究成果。 引言 1 问题提出 时代的进步，心理学、教育学研究的深入，促使教育观念发生着深刻的变化。1 9 9 6 年，国际2 1 世纪教育质量委员会向联合国科教文组织提交的教育一财富蕴藏其中 的报告中，将教育的主题确定为“学会学习、学会合作、学会生存、学会做事”四大 主题。在这一背景下，各国开始对自己国家的教育作深层次的反思。2 0 0 1 年6 月，我国 教育部颁布了基础教育课程改革纲要( 试行) ，在纲要里对我国基础教育目标进行了 重新界定。2 0 0 3 年7 月教育部制订的生物课程标准明确了高中生物课程的总目标为： 通过高中生物课程的学习，学生将在以下几方面得到发展：获得生物科学和技术的基本 知识，了解并关注这些知识在生活、生产和社会发展中的应用；提高对科学和探索未知 的兴趣。养成科学态度和科学精神，树立创新意识，增强爱国主义情感和社会责任感。 认识科学的本质，理解科学、技术、社会的相互关系，以及人与自然的相互关系，逐步 形成科学的世界观和价值观。初步学会生物科学探索的一般方法，具有较强的生物学实 验的基本操作技能、收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维能力、分 析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力。初步了解与生物科学相关的应用领域， 为继续学习和走向社会作好准备。课程标准从知识、能力、情感态度和价值观三方面提 出了课程的具体要求。生物课程目标的变化必然引起生物学教育内容、教学过程、方法、 手段、评价等一系列的变化。 根据生物学课程标准生物学科的知识主要是由生物科学的概念构成的，概念是 思维的基本形式和知识的最基本单位，是组成知识的“细胞”。对生物学科学概念的学 习深化了人类对生命现象和生命规律的认识，简化了人类认识的具体过程。生物科学概 念的学习，不仅可以建立该领域意义性的知识及其结构体系，而且能促进学生思维能力 和积极情感的发展。掌握概念是个体学习规则、解决问题乃至进行创造的必要i ；i 提。传 统模式上的概念学习常常仅对概念开展分析，把一些概念认定为是显而易见的的，然后 直接进入科学观点的教学过程中。这种教学模式忽视了学生已有观念对学习的影响，在 课堂上只是把科学概念灌输给学生，容易造成学生对科学概念的不理解，导致机械学习。 由此可见，传统的生物学概念教学在关注学生的前科学概念、创设条件促使学生概念转 变、深刻透彻地理解概念，真正实现概念掌握，培养学生学习的兴趣、理解概念形成过 程，领会科学概念的学习方法，形成科学素养等方面存在着弊病和缺陷，传统的生物学 概念教学方法越来越受到质疑和挑战。 现代认知学习理论和当代建构主义学习理论的研究表明：学生在学习某一个科学概 念之前的大脑对于这一科学概念并非毫无观念，科学概念的学习本质上是建立在原有观 念( 前科学概念) 上的概念转变过程。建立在现代认知学习理论和当代建构主义学习理 论基础下的“概念转变”教学，为了达到促进学生学习和发展的目的，不仅仅关注了学 科知识的内容，还要关注学生已有的知识经验。例如，在美国中学化学教材现代教 师用书中，就设有“普遍的错误概念”这样的专栏，主要向教师介绍学生在某些问题上 存在的错误概念。这些信息在提醒教师在教学中注意这一问题，并采取有效教学策略转 变学生的这一错误概方面有相当实际的价值。而目前我国理科教科书的编写也开始注意 学生前科学概念的引发，例如，在新版的普通高中课程标准实验教科书的中都单独 设置了“你已经知道了什么? ”、“请你先说”等栏目，来引发学生的已有经验或前科学 概念。但目前在关于生物前科学概念方面仍缺乏实证性的研究，缺少对前科学概念的实 例的收集整理分析，及在前概念基础上结合生物学科特点制订的有范式作用的教学模 式 所以，本研究认为探讨建立在现代认知学习理论和当代建构主义学习理论基础上的 高中生生物学概念转变实践研究，是一个值得研究而又有实际意义的问题，是符合当前 新一轮科学教育和课程改革需要的 2 研究目的和任务 本研究采用文献法、调查统计法和经验总结法，根据本人对高中生物学教学多年的 经验，结合国内外已有的相关研究，致力于开展对高中学生生物学前科学概念的诊断调 查、统计整理，尝试对学生表现出来的前科学概念进行分类，并结合高中生物教学的实 践，摸索基于“为概念转变而教”的教学模式运用这种教学模式，对高中生物学概念转 变教学提出建议。归纳而言，本研究致力实现以下几方面的任务： 1 收集整理现代认知学习理论和当代建构主义学习理论中有关概念转变学习的理论成 果，在学 - 2 , b 理学方面对本研究提供重要的理论支持。 2 测查学生对生物学前科学概念的认识及概念学习方法，了解建立在前科学概念转变 基础上的概念学习潜力和学生的心理基础。 3 对高中生生物学前概念开展调查统计、分析，这是对教材和教参一个很好的补充， 也为教师在实际教学中提供有价值的借鉴。 4 在考虑学生的前概念特点的基础上结合教学实践经验制订出概念转变教学策略和教 学模式，为教师教学实践，构架课程、选择教学等提供直观可操作的范式_ 币| l 教学基本框 架，使高中生物学教学更好地适应学生。这是我们研究的最终目的。 第。章前科学概念定义与特点 1 前科学概念的定义 前科学概念( p r e - s c i e n c ec o n c e p t i o n ，f o r e s c i e n c ec o n c e p t i o n ) 又称为前概 念( p r e c o n c e p t i o n ) 、先有观念，也被建构主义认知心理学称为日常概念或模糊概念 ( 苏联心理学家维果茨基称为“自发概念”) 。关于前概念，德国多特蒙德大学的 d k n a c h t i g a l l 教授定义为：“前概念是学生在没有接受正式的教育前，对所感知的 现象、生活中的常识与经验进行总结加工所得出的认识和理解。”杨治良、罗承仞在 他们合著的心理学问答一书中这样定义：“不经过专门教学而在同别人进行r 常 交际和积累个人经验的过程中掌握概念，这样的概念是日常概念和前科学概念”。袁 维新在生物教学中错误概念的诊断与矫治一文中说道：“学生通过日常生活的各 种渠道和自身的实践，对客观世界中的各种生物现象已经形成自己的看法，并在无形 中形成了独特的思维方式，这种在接受正规科学教育前所形成的概念一般称之为前科 学概念。”在罗星凯、周中权在他们合著的学生头脑中的前科学概念研究一文中 也有类似的表述。显然多数学者对“前概念”的定义没有太大的差异。 生物学科学概念的教学以相应的某一生物学科学概念为单位进行。本研究认为 引入“前概念”的目的是为了研究它们在科学概念的教学中的积极和消极的作用，以 便采取适合生物学科特点的教学方法和教学策略。因此，结合众家的观点及本研究的 特点提出“生物学前概念”定义：“生物学前概念是学生在习得某一特定的生物学概 念之前，通过自己的观察、实践与体验产生的对该概念的理解和认识。” 2 2 前科学概念的特点 现代认知学习理论的大量研究揭示出广泛性、顽固性、不连贯性和隐蔽性是前科学 概念的重要特点。 2 1 广泛性 前概念的广泛性体现在两个方面。首先，学生在正规学习生物学之前已经有大量 的生活经验，也接触了许多形形色色的生物学现象，并且由于现代各种便捷的媒体传 播的大量知识信息，因此学生头脑中的生物学前概念涉及的生物学内容相当广泛。不 仅对那些利用各种感官能直接感知的，日常生活中经常可以接触到的事物有较多的静 概念，对一些微观的、比较抽象的生命科学知识也存在不少的i j i 概念。不过，这种广 泛性始终是相对的前者形成较多的前概念，而对于后者，形成的i j 概念相对较少。如 在高中阶段，学生对涉及生命的形态结构、生理功能、生殖发育部分均有着较多的前 概念，而对生命活动调节、生命物质基础、遗传物质基础、现代进化理论等涉及分子 生物学则前概念较少。 第二，前概念存在于不同年龄和学习层次和不同文化背景的学生中，不同的个体 会以不同的方式内化外部经验，以构建他们自己的思维体系，即学生的“个体概念” ( p e r s o n a li d e a s ) 会影响他们对信息的获得和对观察现象的解释。许多的研究表明， 不同学生对同一自然现象和实验的解释是不同的。但学生的前概念不仅因人而异，又 同时存在共性。例如，1 9 2 9 年，皮亚杰在他的经典著作c j l 童关于世界的概念( t h e c h i i d sc o n c e p t i o no ft h ew o r l d ) 中表明，儿章关于生命概念的形成可以分为 四个阶段：最小年龄段( 3 - 7 岁) 认为生命是能动的或有用的东西，如有声响的玩具； 7 - 8 岁段，把运动作为生命的特征，如汽车；9 - i l 岁段，把自发运动作为，匕命的特征， 如河流、太阳；大年龄段( 1 卜1 2 岁) ，认为生命就是植物和动物。皮亚杰的观点提出 后，几十年来相关的研究也越来越多。而随着社会、经济和环境的变化，现在的儿童 的日常经验和接触面与皮亚杰时代有了很大的变化，但大量的研究仍表明学生的前概 念存在共性。甚至不同的国家的学生也会拥有相同的前概念。有人对学生理解“植物 是如何制造有机物”的进行了研究( w a n d e r s e e ，1 9 8 3 ) 。这项研究包括从五年级到大 学二年级学生，研究他们如何理解植物生长中光合作用和土壤的作用以及绿色植物最 初的食物来源。虽然高年级学生表现为更正确的理解，但所有年级学生都出现了前科 学概念化概念。包括： 随着植物的生长土壤会减轻重量， 土壤是植物的食物，根吸收土壤， 植物直接将太阳能转变为物质，植物主要释放二氧化碳， 叶的主要功能是捕获雨水和空气中的水蒸气， 植物的根从土壤中获得养料并将其贮藏在叶中， 叶绿素是植物的养料，在秋天和冬天的大气中叶绿素是无用的，所以叶子不能获 得养料 2 2 稳固性 2 0 世纪7 9 年代末至8 0 年代初，西方科学教育界对观念转变的基本观点是，必 须以公认的科学观代替学生的原有观点( 即前概念) ，但随后的研究表明，这很难做 到。袁维新研究证实，学生的原有观念具有很高的顽固性，在特定的情景中依然会“存 活”，甚至在他们学习了生物学课程几周后又恢复最初的错误概念。他在关于初中生 的生物学前概念的调查研究中发现，7 2 0 名被调查者中4 5 的被调查者认为菊花是一 朵花；仅有2 4 的被调查者认为一粒玉米是一个果实；6 8 的被调查者认为癌症有传 染性，并对此表示忧虑，9 2 的被调查者担心接触癌症患者会给自己带来危险。这写 都表明传统传授教学是低效的。当然，学生记忆不可能是永久的，遗忘后来学习的科 学概念，而回复久有观念的现象也表明前科学概念的稳固性、顽固性。币是学生原有 观念的顽固性，导致学生在科学概念的学习过程中，公认的科学概念和学生头脑中的 前概念混合存在。使得学生在解决实际问题时产生了矛盾和错误。 霍华德( h o w a r d ，1 9 8 7 ) 从图式角度分析了学生在学习了科学概念后仍出现错 误概念的原因。他认为：1 概念须长时间形成，学生的各种图式均在形成过程中：2 学生认为用已有图式已足够应付日常生活，因而将学校肇所学的都存入已有图式中， 看不出有改变已有图式的必要性；3 有些课程在短时间内介绍了许多概念，使学生不 能深入思考达到全部理解。因而他们往往求助于机械学习。而现行的考试也往往鼓励 学生进行机械学习而不是理解；4 有些新图式与学生的已有图式发生严重冲突，学生 往往拒绝接受新图式。 2 3 不连贯性 学生在很小的时候就形成了对自然界的看法，大多来自于他们的直接经验、日常 生活或各种媒体。如儿童在与小动物接触玩耍的经验基础上建立了关于动物的概念和 看法。这些看法通常与公认的科学概念不同，但却符合学生的认知规律。但由于学生 在生活中对自然现象的接触又具有局限性，因此，他们的认识往往也是片面的，不连 贯的。这与科学概念有很呔的差别，各种相关科学概念彼此联系构成一定的完整的、 连贯的概念系统。前概念的片面性会造成学生在不同背景下对同一生命现象的不同解 释。学生在学习科学概念的过程如同在头脑中开辟了不同的储藏室，有些地方放着自 己的经验( 前科学概念) 而有的地方存放着书本中的知识。例如，在回答“花生富 含营养的可食用部分是哪里? ”的问题时，大部分学生能回答“花生仁( 子叶) ”；但 在回答“花生种子萌发时营养哪里提供? ”时，学生几乎不能回答“花生仁( 子叶) ”。 2 4 隐蔽性 前科学概念是学生内隐的思维结果，在潜移默化中形成，因此其表现带有隐蔽性， 平时并不表现出来，不易被教师察觉，同时前概念产生一种思维的惯性，学生自己也 很难发现。当学生在接受教师的科学概念教学时，学生马上就可以联想到前科学概念， 对科学概念的学习很掌握构成干扰。即使学生在学习了科学概念之后，在解释教材内 容或复述概念，解答较明显的、单线索的问题时，会应用所学的科学概念来解决问题。 但在解释复杂问题或在实际情景中，常常不自觉地又使用他们的前概念。这说明| 概 念不仅稳固、难以消退，也说明i j i 概念以潜在的形式存在。如学生在解答 5 面考题“什 么是茎”、“什么是根”，学生会觉得这是很简单的问题，并能在卷面上用科学的术语 描述，而在交谈中询问他们“什么是茎”、“什么是根”，他很可能不假思索回答“茎 就是植物的地上部分，根就是植物的地下部分”这一潜在错误概念。 4 第二章概念转变学习理论 前科学概念的这些特点及它们对科学概念学习的重要影响，促使教育科学研究者 不断去探索“如何促进学生前科学概念的转变”，即概念转变的方式途径和影响因素。 概念转变理论成为近年来科学教育研究中的核心问题之一。西方科学教育研究者根据 建构主义理论。提出概念转变学习观。概念转变学习观( c o n c e p t u a lc h a n g el e a r n i n g ) 认为，学习就是学生原有概念的转变、发展和重建的过程。概念转变( c o n c e p t u a l c h a n g e ) 就是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。概念的转变是学习过程中新、旧经验相互作用的集中体现，是新经验对已 有经验的改造。也就是个体前科学概念转化成科学概念的过程。下面就概念转变的方 式和途径的研究成果综述如下： 1 概念转变学习条件理论研究 1 1 概念转变模型的建立 发生在学生头脑中的概念转变的机制是什么呢? 波斯纳等人( p o s e n e re l a l ，1 9 8 2 ) 在1 9 8 2 年提出了概念转变学习的条件理论概念转变模型( c o n c e p t u a l c h a n g em o d e l ，c c m ) 。这一理论提出了概念转变的四个条件( c o n d i t i o n s ) ：1 学习者 对当前概念产生不满( d i s s a t i s f i e d ) 。个体面对原来概念所无法解释的事实，从而引 发认知冲突，这可以有效地导致对原概念的不满，才可能作出调整。2 新概念的可理 解性( i n t e l l i g i b i l i t y ) 。3 新概念的合理性( p l a u s i b i l i t y ) 。4 新概念的有效性 ( f r u i t f u l n e s s ) 。概念的可理解性、合理性、有效性之间密切相关，其，“格程度逐级 上升，人对概念有一定的理解是看到概念的合理性的前提，而看到概念的合理性又是 意识到其有效性的前提。 亨森( h e w s o n ) 把学习者对前概念的不满称为概念转变的心理状态；把概念的可 理解性、合理性和有效性称为概念的状态( c o n c e p t u a ls t a t u s ) ， 即可理解的 ( i n t e l l i g i b l e ) 、可相信的( p l a u s i b l e ) 及可广泛应用的( f r u i t f u l ) 等三个状态。学 习者对于概念所处的状态愈高，学习者发生概念转变的可能性也就愈高：也就是说， 概念转变是发生在学习者能够充分理解与应用新概念时。他还提出，不仅新概念的状 态，原有概念的状态也会对概念转变产生影响，两者之间存在交互作用。这里应注意， 概念的上述三种状态不是概念实际上如何，而只是个体所看到、所意识到的可理解性、 合理性和有效性，是个体对新、旧信息整合过程的元认知拄。监控。根据波斯纳的观点， 如果满足了上述概念转变学习的四个条件，学生所持有的错误概念就会被科学概念所 替代或改变。 1 2 概念生态 波斯纳等人概念转变模型诞生后，在科学学习研究领域引起了广泛的影响。同时， 人们也对概念转变模型提出了一定的批评。( 1 ) 不要只看到概念内容的改变而忽视了 学习者的认识方法上的改变，g i l c a r r o s c o s a 发现，学生的错误概念往往是与他 们认识世界的直觉经验方法相联系的。( 2 ) 不要用纯认知的观点来解释概念转变过程， 应该看到动机的、态度的影响。d r e y f u s 等的教学实验发现，学生的积极的态度、较 高的责任感对概念转变很重要，漠不关心的学生很难产生认知冲突感，另外，消极的 自我印象、过高的焦虑或消极的态度等，也会妨碍认知冲突的产生。( 3 ) 不要过于强 调儿童日常经验中的核心信念对具体概念的限制，概念转变常常并不是随核心信念的 改变而整个地改头换面，而是一个一个地进行的，这与科学理论的革命不同。( 4 ) 一 个概念的转变并不一定是一步完成，最初的概念与科学概念之间有一段过渡，这个过 程是渐进的，有时两种概念同时都在使用，或者是把原有概念和科学概念柔和成新的 混合概念。 这些研究结果，让波斯纳等人再次重新审视学生概念转变的困难，认为影响学生 概念学习的因素不单单只需要满足概念转变的四个条件，还应该有更多的因素参与概 念转变的过程，他们把影响概念发展的个体的经验背景称为“概念生态”( c o n c e p t u a l e c o l o g y ) 。在学生的概念转变学习中，构成概念生态的要素对学生学习的过程产生着 非常重要的影响，而且概念生态中的要素也有相当多的交互作用，它们是影响学生建 构新概念的原因。概念生态包括以下七个因子： ( 1 ) 认识论信念( e m s t e m 0 1 0 9 i c a lc o m m i t m e n t s ) 。个体具有的认识论信念会影响其 对概念所处的状态。通过对学生有关认识论信念的了解可以帮助教师决定学习者所处 的概念状态。 ( 2 ) 原有概念( p r i o r k n o w l e d g e ) 。学习者的原有概念通常来自于过去的经验。知识 的学习必须与学习者本身的经验有所关联。非正式教育环境所接触的课程、阅读、媒 体、朋友及亲人，都是学生概念与知识获取的来源，特别是参与课外的科技活动，对 于学生科学概念的发展有重大的帮助。 ( 3 ) 学习的本质( t h en a t u r eo fl e a r n i n g ) 指学生如何获取知识，例如，记忆的 方式或理解的方式。 ( 4 ) 概念的本质( t h en a t f l r eo fc o n c e p t i o n s ) 。概念的本质探讨的是学习者如何呈 现知识。常被学生用来解释概念的方式主要有反例( a n o m a l i e s ) 、模拟( a n a l o g i e s ) 、 隐喻( m e t a p h o r s ) 、范例( e x e m p l a r s ) 或图像( i m a g e s ) 等方式，这些呈现方式都是概念 本质的一部份。 ( 5 ) 问题解决的策略( p r o b l e m - s o l v i n gs t r a t e g i e s ) 。当学习者解决问题时，其概 念生态潜在地影响学习者形成假设、澄清假说，进而解决问题的过程。对于某一特定 问题，并不是所有概念生态的组成因子都会有影响，而这样的限制会随问题的不同而 有所不同。所以，对不同概念范围的问题解决过程中采取的不同策略，是科学概念建 构重要因素。 ( 6 ) 情意领域( a f f e c t i o nf i e l d ) 。即学生的情绪和学习态度等概念学习心理状况。 研究发现( d r e y f u s ，j u n g w i r t b ，e l i o v i t c h ，1 9 9 0 ) ，学校教授的知识大部分都不是 直接易懂的，因此，很容易让学生对所学的知识产生不信任或厌恶的感觉，导致学习 意愿低落，无法进行有效的概念学习，最后学生的概念还是停留在一些他们认为亲切 且实用的概念上。 1 2 再者，学生对于教师的授课或传授的知识所持的态度，也会影 响学生主动参与学习的程度与自我建构学习的能力。因此，教师不能不重视学生在情 意领域方面的表现。 ( 7 ) 科学的本质( t h en a t u r eo fs c i e n c e ) 。学生对“科学本质”的看法也影响学 生对知识本质与学习本质的认识。例如，假如学生认为科学的本质是科学概念和理论， 学生就会坚持客观主义的知识观，把在学校所学的科学知识作为客观事实和绝对的真 理，那么学生的学习可能会着重于事实的记忆。假若学生认为科学的本质并不是科学 理论和法则，而是这些理论与法则的建立中隐含着的科学探索精神和科学方法，学生 6 就会坚持建构主义的知识观，认为这些科学原理是会变化的，并且认为科学知识一定 是通过科学方法获得的 根据波斯纳的概念学习生态模型，身为科学教育工作者，需认识促使学生前科学 概念转变的条件，除了概念本身的逻辑条件外，其他诸如情景因素、学习动机因素、 学生的认知因素也是重要的支持条件，合理处理这些因素，才能制定科学的教学策略。 2 概念转变方式和途径研究 2 i 概念转变方式研究 泰森等( t y s o ne ta 1 ，1 9 9 7 ) 在考察同时代人研究成果的基础上，提出了按概 念转变水平不同进行分类的两分法模式，该模式首先按已有认知结构的改变方式将概 念转变方式分为二种：充实和重建。“充实”( e n r i c h m e n t ) 也称为“丰富”，当新知 识与原有知识之间是基本一致、相容时，对现存的概念结构中概念的增加或删除。“充 实”一种形式指人们在生活中获得的大量知识充实着他们原有的知识；另一种形式包 括对现存概念结构的区分、合并以及增加层级组织。总之，这一途径涉及到原有概念 结构的量的扩展( e n l a r g e m e n t ) 。“重建”( r e s t r u c t u r i n g ) 也称为“修订”，意味着 创造新结构，这种新结构的建构或者为了解释旧的信息，或者为了说明新信息。“重 建”也包含两方面的重建类型：其一是区分弱势( w e a k ) 与强势( r a d i c a l ) 重建， 弱的重建就是在某一概念或一整套概念的内部结构中进行重组。强的重建就是考虑理 论中的变化，类似于科学史中理论的改变。弱的重建发生在个人获得一种新理论之时， 这种新理论不同于其原有结构中的老理论。弱与强的重建形式均涉及某一种特殊领域 理论的重建，亦可称之为“特殊领域的重建”。另一类的重建是全局性的重建( g l o b a l t y p eo fr e s t r u c t u r i n g s ) 。其最典型的表现是皮亚杰描述的儿童认知发展过程中知 识结构的变化。皮亚杰认为，儿童认知的发展最显著的特征就是被称作“阶段”的全 局性重建类型。这种重建要求的是结构中的变化，而这种结构则决定着儿章可以利用 的表征方式的性质。根据这个观点，儿童的认知发展经历了四个主要阶段，即感觉运 算阶段、前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段。这种类型的重构影响着儿童在 所有领域中获取知识的能力，因此这是一种“全局性的重建”。而个体学习水平卜的 “弱势重建”称之为“原理转变”( p r i c i p l ec h a n g e ) 或“信念转变”( b e l j c fc h a n g e ) 。 在个体科学学习过程中，概念转变的方式主要指对原有概念的充实和丰富，以及 当个体经验与科学概念不一致，存在冲突时，对原有观念的调整和重建。由于本研究 的学习者为高中生，概念转变属个体认知结构的改变，所以，我们认为本研究的概念 转变应属于泰森等人理论中的“充实”和个体学习水平上的“弱势重建”过程。 2 2 概念转变途径研究 杜伊特等人在科学概念的转变模式研究上，也有着与泰森相似的研究成果。根据 建构主义认为的概念建构只能基于已有概念的这一基本假定，杜伊特将概念转变学习 分为两种途径，即连续途径和不连续途径 i 连续途径 杜伊特等人认为连续途径的概念转变开始于同科学概念一致的学生原有概念结构 或是对已有概念的重新解释，而不需要对概念进行重建。连续途径又分成两种情况：在 第一种情况中，其要点是概念的变更和目标概念的协调是逐步发展起来的。例如在涉及 科学概念和原理的解释时，可能开始于与某些问题领域中部分知识的类比，这一问题领 域中的科学内容的结构与性质已被阐明。在第二种情况中，“重新解释”策略稍有不同。 与之类似的是虽然它也是从学生的前科学概念开始，但对它已用新的方式对科学概念作 出了解释。 总而言之，连续途径不需要重建科学概念结构，它只是在原有概念基础上进行的扩 展或重新解释。 i i 不连续途径 杜伊特等人提出的不连续途径的显著特点是学生已有的概念与科学概念是完全不 同的，概念转变需要对概念进行重建。在不连续途径中，认知冲突( c o g n i t i v e