張大海

摘 要：強(qiáng)調(diào)科學(xué)的生物學(xué)概念體系的掌握是新課程與教學(xué)和傳統(tǒng)課程與教學(xué)相比之下重要的轉(zhuǎn)變，然而教師往往忽視了前概念對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念的影響，難于使學(xué)生建立起穩(wěn)固而合理的生物學(xué)概念體系，本文介紹了概念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)中的POE策略，并舉例說(shuō)明了該策略使用的一般過(guò)程。

關(guān)鍵詞：POE策略；生物學(xué)概念；體系建立

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2016）13-066-2

生物學(xué)概念是從眾多的生物學(xué)事實(shí)中歸納、推理所得出的結(jié)論。廣義而言，生物學(xué)概念包括生物學(xué)理論、原理和規(guī)律等知識(shí)。生物學(xué)概念與生物學(xué)事實(shí)和生命現(xiàn)象一樣，都屬于生物學(xué)知識(shí)。建構(gòu)主義認(rèn)為，任何學(xué)科都有其基本結(jié)構(gòu)，任何與該學(xué)科有關(guān)的事實(shí)、證據(jù)、概念都可以被納入到這一不斷統(tǒng)一的體系之中?；谶@樣的觀點(diǎn)，生物學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)可以用下圖來(lái)表示：

從圖中可見(jiàn)，生物學(xué)概念及概念間的關(guān)系是學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的主干部分，具有遷移和應(yīng)用的價(jià)值，教師把生物學(xué)概念教學(xué)作為教學(xué)的重點(diǎn)，一方面可以使學(xué)生從機(jī)械記憶眾多生物學(xué)事實(shí)的負(fù)擔(dān)中解放出來(lái)，在以概念為核心進(jìn)行的學(xué)習(xí)中發(fā)展其理性思維；另一方面，以概念為核心的教學(xué)有助于學(xué)生形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而這一結(jié)構(gòu)的良好的可遷移性可以使學(xué)生面對(duì)新情境，認(rèn)識(shí)新問(wèn)題，增加新知識(shí)，從而提高其生物學(xué)科素養(yǎng)。

一、概念轉(zhuǎn)變教學(xué)及概念轉(zhuǎn)變的條件

然而，在教學(xué)實(shí)踐中不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生進(jìn)入課堂前經(jīng)常就具有了對(duì)某些生物學(xué)事實(shí)和生命現(xiàn)象的看法和解釋，這些看法和解釋往往是片面的，甚至是錯(cuò)誤的，這種在接受正規(guī)的科學(xué)教育之前所形成的看法和解釋就是前概念，這些前概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知起點(diǎn)，即相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)，而學(xué)習(xí)的過(guò)程則是將前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念的過(guò)程。顯而易見(jiàn)，這些前概念對(duì)生物學(xué)概念的學(xué)習(xí)存在重要的影響：一方面，有些前概念具有部分的合理成分，這可以作為促進(jìn)學(xué)生建立穩(wěn)固而合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；同時(shí)，有些前概念是片面或錯(cuò)誤的，如果這些前概念不能得到轉(zhuǎn)變，將影響學(xué)生以后的學(xué)習(xí)，甚至可能會(huì)導(dǎo)致在這些錯(cuò)誤概念的基礎(chǔ)上形成新的錯(cuò)誤概念。因此，如何使學(xué)生的前概念特別是錯(cuò)誤概念轉(zhuǎn)化為預(yù)期中的科學(xué)概念必然的成為生物學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

波斯納認(rèn)為，要想實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，必須滿足以下的四個(gè)條件：（1）對(duì)當(dāng)前的概念產(chǎn)生不滿：學(xué)生只有在當(dāng)前的概念難以解決或解釋面臨的問(wèn)題時(shí)，才會(huì)有轉(zhuǎn)變概念的需求；（2）科學(xué)概念的可理解性：學(xué)生必須理解新概念的基本意義；（3）新概念的合理性：新概念與學(xué)生以往接受的其他直覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)、概念、信念具有一致性；（4）新概念的有效性：新概念在新的情境中能夠有效的解決或解釋新問(wèn)題。因此，教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該關(guān)注上述條件，促進(jìn)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變，從而形成穩(wěn)定而合理的生物學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)。

二、POE策略及其基本步驟

概念轉(zhuǎn)變是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，而且具有內(nèi)隱性，這一過(guò)程中，教師應(yīng)該有目的地創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，并引導(dǎo)其查找發(fā)生沖突的原因，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身原有知識(shí)結(jié)構(gòu)的缺陷，并讓學(xué)生表述前概念的獲得途徑，并解釋與科學(xué)概念的異同，這樣可以有效的促進(jìn)學(xué)生前概念的轉(zhuǎn)變?；谶@樣的思路，懷特和甘斯頓認(rèn)為可以借助POE策略，讓學(xué)生去觀察科學(xué)實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象，并進(jìn)行解釋，從而暴露和評(píng)測(cè)其前概念，并促使其概念轉(zhuǎn)變。

所謂POE是Pridiction—Observation—Explanation（預(yù)測(cè)——觀察——解釋）的簡(jiǎn)稱，它通過(guò)三個(gè)連續(xù)的步驟來(lái)診斷學(xué)生的前概念并促進(jìn)科學(xué)概念的形成。

1.預(yù)測(cè)：在學(xué)生了解預(yù)期學(xué)習(xí)的概念的情境和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)事實(shí)和實(shí)驗(yàn)中某些現(xiàn)象或結(jié)果做出預(yù)測(cè)，并要求學(xué)生敘述理由，該步驟的目的在于暴露學(xué)生的前概念，這一過(guò)程可以使教師更好地了解學(xué)生已有的概念，而讓學(xué)生通過(guò)語(yǔ)言表達(dá)的過(guò)程的本質(zhì)是學(xué)生自我意識(shí)外顯化，促使學(xué)生的自我反思。

2.觀察：讓學(xué)生觀察相關(guān)事實(shí)或?qū)嶒?yàn)過(guò)程和結(jié)果，并記錄他們看到的現(xiàn)象，該步驟的目的在于引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突：當(dāng)學(xué)生觀察到的現(xiàn)象或者學(xué)習(xí)到的新知識(shí)與他事先的預(yù)測(cè)發(fā)生矛盾時(shí)就會(huì)引發(fā)認(rèn)知沖突，從而激發(fā)學(xué)生的求知和好奇，讓學(xué)生認(rèn)知到自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的前概念的片面和錯(cuò)誤，形成概念轉(zhuǎn)變的主觀需求。

3.解釋：讓學(xué)生對(duì)自己的預(yù)測(cè)和觀察間的沖突作出合理的解釋，并說(shuō)出導(dǎo)致這種沖突的原因，這一過(guò)程的目的在于促使學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)的調(diào)整，這種調(diào)整的目的在于讓學(xué)生更好地理解和接納新現(xiàn)象或者新的事實(shí)，通過(guò)這樣的解釋過(guò)程實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。

三、采用POE策略促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)實(shí)例

（一）分析教材，梳理概念體系

人教版高中生物教材必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第五章“生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性”主要介紹了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其穩(wěn)定性，引導(dǎo)學(xué)生用系統(tǒng)的視角審視生態(tài)系統(tǒng)各成分及其相互關(guān)系，使其理解生態(tài)系統(tǒng)各成分通過(guò)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞成形成一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體。但是在實(shí)際的教學(xué)中，學(xué)生往往對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)包括生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生物的物質(zhì)與能量有一定的了解，但對(duì)于各成分之間的相互關(guān)系及相互作用缺乏完整而清晰的認(rèn)識(shí)，特別是生態(tài)系統(tǒng)各成分之間，通過(guò)能量、物質(zhì)和信息形成有機(jī)統(tǒng)一整體的機(jī)制，及建立在這一機(jī)制基礎(chǔ)之上的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性理解不到位，因而容易造成對(duì)生態(tài)系統(tǒng)這一概念的片面理解。

依據(jù)《普通高中生物學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)》和《考試說(shuō)明》的要求，本章的概念體系如下圖

（二）設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變

本章第三節(jié)安排了“設(shè)計(jì)并制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”的動(dòng)手制作實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，這一實(shí)驗(yàn)的成功完成需要學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有比較深入的理解，通過(guò)生態(tài)缸制作過(guò)程的教學(xué)，可以在充分暴露學(xué)生的前概念的基礎(chǔ)上，促成概念轉(zhuǎn)變。因此，筆者針對(duì)學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了如下的教學(xué)流程（如下圖），試圖通過(guò)POE策略實(shí)現(xiàn)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變。

1.基本教學(xué)流程設(shè)計(jì)

2.操作程序及教學(xué)實(shí)錄

（1）任務(wù)驅(qū)動(dòng)。在完成“生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性”的理論學(xué)習(xí)后，教師布置任務(wù)：每個(gè)學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)并制作一個(gè)小生態(tài)瓶，詳細(xì)說(shuō)明各自生態(tài)瓶中生物和其他物質(zhì)，并在下節(jié)課進(jìn)行集中展示。

（2）提供指導(dǎo)。引導(dǎo)各小組認(rèn)真閱讀和討論教材中的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，指出實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)只是一個(gè)參考案例，要求學(xué)生不要生搬硬套，各小組要按自己的設(shè)想，盡可能就地取材，充分利用身邊的材料完成制作。由于教師開(kāi)放式的引導(dǎo)，各小組就可以自主地、創(chuàng)造性的進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，為接下來(lái)的預(yù)測(cè)過(guò)程提供差異性的評(píng)價(jià)對(duì)象，有助于充分暴露其概念體系中的錯(cuò)誤成分。

（3）展示作品。各小組向全體同學(xué)展示制作完成的生態(tài)瓶，并說(shuō)明生態(tài)瓶中生態(tài)系統(tǒng)的各成分，以及各成分之間通過(guò)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)而形成的聯(lián)系；教師則提供評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。教師提供的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下表：

容器水質(zhì)植物動(dòng)物基質(zhì)光照

1號(hào)生態(tài)瓶2.5L綠色雪碧瓶無(wú)污染的河水小型水草4棵30g金魚(yú)3條細(xì)白沙散射光

2號(hào)生態(tài)瓶5L色拉油油桶靜置2d的自來(lái)水小型水草4棵150g鯽魚(yú)3條河泥散射光

3號(hào)生態(tài)瓶5L密閉無(wú)色透明玻璃瓶無(wú)污染的河水小型水草5棵150g烏鱧兩條細(xì)白沙散射光

（4）預(yù)測(cè)結(jié)果。全體同學(xué)在觀察了解各生態(tài)瓶的情況下，對(duì)其維持的時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，并陳述進(jìn)行預(yù)測(cè)的理由。

根據(jù)各組展示的生態(tài)瓶及相關(guān)陳述，有同學(xué)預(yù)測(cè)1號(hào)生態(tài)瓶維持的時(shí)間不超過(guò)一周，主要原因在于使用綠色雪碧瓶，使得光合作用強(qiáng)度很弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量的輸入；2號(hào)生態(tài)瓶因?yàn)榉硼B(yǎng)的鯽魚(yú)體型過(guò)大，與生產(chǎn)者水草之間無(wú)法形成合理的能量金字塔，生態(tài)瓶?jī)?nèi)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)無(wú)法正常進(jìn)行，維持的時(shí)間也比較短；大多數(shù)同學(xué)都認(rèn)為3號(hào)三個(gè)生態(tài)瓶可以維持較長(zhǎng)的時(shí)間，理由主要在于生態(tài)系統(tǒng)的各成分完整，且比例適當(dāng)，能夠在一定的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

（5）觀察記錄。各實(shí)驗(yàn)小組在兩周的時(shí)間內(nèi)每天定時(shí)觀察自己的生態(tài)瓶，客觀描述水質(zhì)的變化、動(dòng)植物的生活情況，如實(shí)記錄小生態(tài)瓶維持相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間。

（6）解釋現(xiàn)象。各組向全體同學(xué)公布各自的觀察記錄，教師引導(dǎo)學(xué)生與前期預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，并要求學(xué)生用生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)原理解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（包括結(jié)果與預(yù)測(cè)相符或不相符的情況），促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變。

四、結(jié)論和思考

心理學(xué)家?jiàn)W蘇伯爾曾說(shuō)，假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸納成一條原理，那么我會(huì)將其概括為“影響學(xué)習(xí)的唯一最重要的因素，就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么，要探明這一點(diǎn)，并據(jù)此來(lái)進(jìn)行教學(xué)”，可見(jiàn)，有效的學(xué)習(xí)總是建立在對(duì)學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的把握的基礎(chǔ)之上的，POE策略的實(shí)質(zhì)就是讓教師通過(guò)學(xué)生預(yù)測(cè)的環(huán)節(jié)了解其認(rèn)知結(jié)構(gòu)，根據(jù)學(xué)情來(lái)組織教學(xué)。

布魯納認(rèn)為在教學(xué)過(guò)程中老師的作用在于創(chuàng)設(shè)能使學(xué)生積極探究的問(wèn)題情境，在問(wèn)題情境中引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，從而激起學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，而在POE策略的觀察環(huán)節(jié)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)的現(xiàn)象產(chǎn)生差異時(shí)，就會(huì)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)實(shí)踐證明，應(yīng)用POE策略設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，在“預(yù)測(cè)——觀察——解釋”的過(guò)程中，不僅可以診斷學(xué)生的前概念，而且在學(xué)生認(rèn)知沖突的引發(fā)和解決的過(guò)程中能夠促進(jìn)其前概念的轉(zhuǎn)變。

（本文為江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度課題部分研究成果，課題編號(hào)D/2015/02/062）

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