金利進(jìn)

“概念轉(zhuǎn)變”這一術(shù)語(yǔ)表明這樣一個(gè)事實(shí)：通常學(xué)生的前概念和生活中關(guān)于科學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，與即將學(xué)到的科學(xué)概念和原理是有很大差別的?？茖W(xué)學(xué)習(xí)是學(xué)生關(guān)于自然現(xiàn)象的原有概念的發(fā)展或轉(zhuǎn)變的過(guò)程，而不是新信息的點(diǎn)滴累積過(guò)程。因此在科學(xué)教學(xué)中，概念轉(zhuǎn)變是主要的教學(xué)任務(wù)。如何促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變?首先，教師需要營(yíng)造一個(gè)能夠支持概念轉(zhuǎn)變的學(xué)習(xí)環(huán)境，例如為學(xué)生提供一個(gè)能夠互相討論的機(jī)會(huì)。其次，教師要選擇教學(xué)策略。促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)是建立在認(rèn)知沖突和解決沖突基礎(chǔ)上的教學(xué)策略；第二類(lèi)以學(xué)習(xí)者原有的觀念為基礎(chǔ)，利用比喻和類(lèi)比的方法將其擴(kuò)展到新的領(lǐng)域。這兩類(lèi)策略在促進(jìn)學(xué)習(xí)者的概念轉(zhuǎn)變過(guò)程中所強(qiáng)調(diào)的側(cè)重點(diǎn)不同：強(qiáng)調(diào)認(rèn)知沖突及其解決沖突的策略可以看做來(lái)自皮亞杰的觀點(diǎn)，認(rèn)為學(xué)習(xí)的核心是學(xué)習(xí)者積極參與對(duì)知識(shí)的重組；以學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展的教學(xué)策略，重點(diǎn)不在于學(xué)習(xí)者的主動(dòng)調(diào)適，而是側(cè)重于教師的適當(dāng)干預(yù)，為新的思維方式提供“支架”。

一、以認(rèn)知沖突和解決沖突為基礎(chǔ)的教學(xué)策略

許多促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)是建立在認(rèn)知沖突基礎(chǔ)上的。教學(xué)的過(guò)程包括創(chuàng)設(shè)一定的情境，使學(xué)生對(duì)一些現(xiàn)象所持的觀念明朗化，然后直接對(duì)其進(jìn)行挑戰(zhàn)，從而引起認(rèn)知沖突。解決沖突的嘗試為隨后的學(xué)習(xí)提供了前提。

(一)由矛盾事件引發(fā)沖突的教學(xué)策略

由矛盾事件引發(fā)沖突的教學(xué)策略是一種以皮亞杰的順應(yīng)理論為基礎(chǔ)的教學(xué)策略。這種策略包括四個(gè)主要因素：(1)通過(guò)學(xué)生對(duì)矛盾事件的反應(yīng)來(lái)揭示學(xué)生的前概念。(2)使學(xué)生明確意識(shí)到他們自己和別的學(xué)生的想法。(3)通過(guò)讓學(xué)生嘗試解釋一個(gè)矛盾事件，引起概念沖突。(4)鼓勵(lì)和引導(dǎo)認(rèn)知的調(diào)整，建立與科學(xué)概念相一致的新的概念模型。

我們可以根據(jù)這一教學(xué)策略來(lái)設(shè)計(jì)“溫度”的教學(xué)。首先讓學(xué)生做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：倒三杯溫度不同的水，一杯熱水，一杯溫水，一杯冷水，兩只手一只放在熱水中，一只放在冷水中，然后把兩只手同時(shí)放入溫水中，結(jié)果兩只手冷熱的感覺(jué)是不同的。同一杯溫水兩只手冷熱的感覺(jué)不同，這與溫度高的物體人感覺(jué)熱是矛盾的。此時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生討論，并讓學(xué)生解釋這一問(wèn)題。經(jīng)過(guò)教師的啟發(fā)與引導(dǎo)，學(xué)生應(yīng)該能認(rèn)識(shí)到：冷水的溫度比溫水的溫度低，因此冷水中的手放到溫水中感覺(jué)是熱的；熱水的溫度比溫水的溫度高，因此熱水中的手放到溫水中感覺(jué)是冷的。進(jìn)而可以引導(dǎo)學(xué)生理解“溫度表示的是物體的冷熱程度，但人對(duì)物體冷熱的感覺(jué)不一定是準(zhǔn)確的，準(zhǔn)確的測(cè)量可用溫度計(jì)”。這樣，教學(xué)激發(fā)認(rèn)知的挑戰(zhàn)和學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)是很成功的。

(二)引起不同認(rèn)知間沖突的教學(xué)策略

通過(guò)引起不同認(rèn)知間沖突進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，可分為兩種：一種是對(duì)同一科學(xué)事實(shí)的兩種不同的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間的沖突；另一種是學(xué)生對(duì)某一科學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和真實(shí)的科學(xué)現(xiàn)象之間的矛盾。

科斯格儒等人根據(jù)對(duì)同一科學(xué)事實(shí)的兩種不同的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間的沖突，于1985年提出了一種教學(xué)法，要求學(xué)生明確地解決不同觀點(diǎn)之間的差異(如學(xué)生之間的、教師的、科學(xué)書(shū)籍上的觀點(diǎn))?？扑垢袢搴蛫W斯本提出了“產(chǎn)生式學(xué)習(xí)的教學(xué)策略”，它由四個(gè)階段組成；(1)預(yù)備階段：教師需要理解科學(xué)家的觀點(diǎn)、學(xué)生的觀點(diǎn)和自己的觀點(diǎn)。(2)集中階段：給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)探索與概念有關(guān)的情境，最好是真實(shí)的日常生活情境，鼓勵(lì)學(xué)生闡明自己的觀點(diǎn)。(3)挑戰(zhàn)階段：學(xué)習(xí)者相互之間對(duì)現(xiàn)有的觀點(diǎn)進(jìn)行爭(zhēng)論、辯護(hù)或質(zhì)疑。必要時(shí)，教師可介紹科學(xué)的觀點(diǎn)。(4)應(yīng)用階段：給學(xué)生提供各種情境來(lái)應(yīng)用新觀點(diǎn)。這種教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)科學(xué)觀點(diǎn)只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)、演示或類(lèi)比的方法，使學(xué)生認(rèn)為它是明智的和合理的，才能被積極地接受。

根據(jù)這一教學(xué)策略可以這樣設(shè)計(jì)“物體浮沉的條件”的教學(xué)：首先測(cè)量木塊的勤為5N、體積為1000cm³，鐵塊的重力為0.8N、體積為10cm³。設(shè)問(wèn)：把木塊與鐵塊浸沒(méi)在水中，放手后，木塊與鐵塊的浮沉將怎樣?讓學(xué)生先進(jìn)行討論并進(jìn)行交流。在討論過(guò)程中，學(xué)生會(huì)有各種不同的看法。接著教師可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果：鐵塊下沉，木塊上浮。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與“重的物體下沉”是矛盾的，此時(shí)教師可引導(dǎo)學(xué)生思考物體浮沉的原因，進(jìn)而得出“物體的浮沉與物體受到的重力、浮力有關(guān)”。然后再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)阿基米德定律計(jì)算木塊與鐵塊浸沒(méi)在水中的所受的浮力大小，并與木塊和鐵塊受到的重力進(jìn)行比較，得到物體的浮沉條件。在教學(xué)過(guò)程中，教師要通過(guò)學(xué)生不同觀點(diǎn)之間的矛盾沖突，激勵(lì)學(xué)生增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，提高課堂討論的質(zhì)量，這對(duì)于促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變非常重要。

羅爾等人對(duì)某一科學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和真實(shí)的科學(xué)現(xiàn)象之間的矛盾，提出了另一種策略：除了在教學(xué)開(kāi)始時(shí)通過(guò)引起與學(xué)生的前概念的沖突以促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變之外，還可以在介紹新概念以后，再解決學(xué)生的前概念和新概念之間的沖突。這種方法來(lái)自科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)史和皮亞杰的平衡理論的觀點(diǎn)。它建立在以下前提之上：(1)一個(gè)理論只能被另一個(gè)更好的理論所代替，而不是在遇到無(wú)法解釋的證據(jù)時(shí)被拋棄。(2)建構(gòu)一個(gè)更好的理論并不需要直接挑戰(zhàn)個(gè)人自發(fā)產(chǎn)生的相關(guān)知識(shí)。(3)盡管認(rèn)知的改變包含策略和元認(rèn)知的知識(shí)，但不必將它們建構(gòu)在一起。

這一教學(xué)方法包含六個(gè)步驟：(1)確定學(xué)生認(rèn)為與問(wèn)題情境相關(guān)的觀點(diǎn)。(2)討論并將內(nèi)容記錄下來(lái)，以備隨后思考。(3)告訴學(xué)生將要教給他們的理論能夠解決這些問(wèn)題，而且要求他們參與知識(shí)的建構(gòu)和隨后的學(xué)習(xí)，與他們自己提出的觀點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。(4)在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上提出新的理論。(5)要求學(xué)生用新的理論解決問(wèn)題，從而證明這個(gè)理論已經(jīng)被個(gè)體建構(gòu)。要求學(xué)生把這個(gè)過(guò)程記錄下來(lái)，作為第二次筆記。(6)每個(gè)學(xué)生對(duì)步驟(2)和(5)的記錄結(jié)果進(jìn)行比較，檢查這些觀點(diǎn)的性質(zhì)。起初的檢測(cè)直接針對(duì)在測(cè)試中的刺激問(wèn)題的記錄，隨后的檢測(cè)盡可能地包含許多相關(guān)的情境，這樣使學(xué)生參與獲取元認(rèn)知的知識(shí)過(guò)程。

根據(jù)這一教學(xué)方法可以設(shè)計(jì)“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的教學(xué)。讓學(xué)生討論力是否是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，然后做實(shí)驗(yàn)：讓小車(chē)自斜面頂端從靜止開(kāi)始滑下，然后在粗糙程度不同的水平面上運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：水平面越光滑，所受阻力越小，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的距離越大。進(jìn)一步推理得出：如果水平面絕對(duì)光滑，物體受到的阻力為零，速度不會(huì)減慢，將以恒定不變的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，從而得到物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持的結(jié)論。這與日常生活中“有力作用物體運(yùn)動(dòng)，停止力的作用物體就停止”的現(xiàn)象是矛盾的。教師可以讓學(xué)生討論：物體停止運(yùn)動(dòng)的原因是什么?引導(dǎo)學(xué)生得出：物體停止運(yùn)動(dòng)的原因是受到摩擦阻力，如果不受摩擦阻力，物體在水平面上不會(huì)停止。進(jìn)而讓學(xué)生真正理解力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。

二、以發(fā)展學(xué)生與科學(xué)觀點(diǎn)相一致的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)的教學(xué)策略

與引起沖突并要求學(xué)生解決沖突的教學(xué)策略不同，第二類(lèi)教學(xué)策略是建立在學(xué)生現(xiàn)有觀點(diǎn)基礎(chǔ)之上的，隨后的教學(xué)使學(xué)生的現(xiàn)有觀點(diǎn)向科學(xué)認(rèn)識(shí)發(fā)展和拓寬。

克萊門(mén)特根據(jù)以發(fā)展學(xué)生與科學(xué)觀點(diǎn)相一致的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)的教學(xué)策略提出了一套類(lèi)比的教學(xué)方法，其目的是增加有益的直覺(jué)的應(yīng)用范圍，并減少有害的直覺(jué)的應(yīng)用范圍。這種策略假定“在學(xué)生掌握定量規(guī)律之前，給學(xué)生提供機(jī)會(huì)建立對(duì)現(xiàn)象的定性直覺(jué)的理解”，這樣可以促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變。然后利用學(xué)生原有的直覺(jué)知識(shí)，在被學(xué)生誤解的“靶例”和“錨例”之間形成類(lèi)比關(guān)系，通過(guò)這種方式來(lái)發(fā)展學(xué)生的理解。研究表明，在發(fā)展這些關(guān)系的過(guò)程中，“架橋策略”是非常有用的。架橋策略包含四個(gè)步驟：(1)創(chuàng)設(shè)一個(gè)靶子問(wèn)題，暴露學(xué)生的與討論主題相關(guān)的錯(cuò)誤概念。(2)教師舉出一個(gè)符合學(xué)生直覺(jué)的類(lèi)比例子，這個(gè)例子稱(chēng)為一個(gè)“錨例”，或簡(jiǎn)單說(shuō)是一個(gè)“錨”(錨的直覺(jué)含義是初學(xué)者所持有的和科學(xué)理論基本相容的信念，這種信念可以是明確的，也可以是緘默的)。(3)教師要求學(xué)生在錨和目標(biāo)事件之間作出明確的對(duì)比，并試圖建立類(lèi)比關(guān)系。(4)如果學(xué)生沒(méi)有接受這種類(lèi)比，教師再試圖找到一種架橋類(lèi)比(或者一系列架橋類(lèi)比)，即在目標(biāo)和錨之間插入的概念化的中介物。

根據(jù)這個(gè)教學(xué)策略可以設(shè)計(jì)“電流、電壓”的教學(xué)。用導(dǎo)線(xiàn)將電池。小燈泡、開(kāi)關(guān)連成電路，閉合開(kāi)關(guān)，小燈泡亮了，這是因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)了燈泡。這時(shí)可讓學(xué)生討論“流入燈泡的電流與流出燈泡的電流是否相等”(有的學(xué)生可能會(huì)混淆電流與能量，認(rèn)為電用光了，因此流出燈泡的電流為零)。再用電流表測(cè)量電路各部分的電流，電流表被用來(lái)作為電流的指示器，從電流表的示數(shù)可以看出電路各部分的電流是相同的。這時(shí)，可以讓學(xué)生通過(guò)討論得出電路中的電流處處相同的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步分析電流和能量的區(qū)別。如果學(xué)生認(rèn)為電流表會(huì)像燈泡一樣消耗能量，教師可以用水流作類(lèi)比，抽水機(jī)、水渠和磨坊都為我們提供了一個(gè)封閉系統(tǒng)的可見(jiàn)模型：能量從抽水機(jī)傳遞出來(lái)，被磨坊消耗，水在這一過(guò)程中循環(huán)并且守恒。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，電流的流動(dòng)模型得到了進(jìn)一步的發(fā)展。電流的單向性，在學(xué)生接受電流概念之后，可用“河流里的水只向一個(gè)方向流動(dòng)”類(lèi)比。此外，還可以用輸出電壓不同的電池做實(shí)驗(yàn)，對(duì)于相同的電路，電流由電壓決定。然后用以上水流作類(lèi)比，使學(xué)生進(jìn)一步明確電流與電壓的關(guān)系。