概念转变理论在小学科学教学中的运用

王璞+孙铭明

一、概念转变理论的形成

许多教师在教学中都发现，不同的学生对一个新知识的理解与体验相差很大。有些学生对要学习的知识能够迅速地接受和运用，一点就通，而有的学生对新知识的学习则显得木讷和陌生，需要读两三遍新知识才能熟练。由此可见，学生并不是空着脑袋来学习新知识的，在接触新事物之前，每个学生都有自己的科学前概念。

科学前概念的形成是一个积累的过程，学生的年龄思维特点、日常的生活经验以及社会文化背景都会影响他们科学前概念的形成。首先，学生处于不同的年龄阶段，认知发展水平不同，思维特点也就存在差异;第二，学生日常的生活经验不同，在头脑中储存的知识也就不同;第三，社会文化的差异导致学生文化观念的不同。随着学生接受正规的学校教育和判断事物能力的提高，科学前概念也会不断更新、发展以适应新概念。

有关学生科学前概念的研究最早要追溯到皮亚杰1929年出版的《儿童关于世界的概念》中对儿童自然观念的探讨，但他并没有明确提出概念转变理论。20世纪70年代以来，发展心理学中的认知学派对儿童科学前概念及概念转变进行了大量的研究。直到1982年，康奈尔大学教育系的鄱斯纳、斯特莱克、修森和格特左戈四位教授在《科学教育》第66卷第2期上联名发表了《科学观念的顺应：建立观念转变理论》一文。文章以皮亚杰的认知发展机制理论、库恩的科学进化论和奥苏泊尔的关于有意义接受学习的理论为基础，大大推动了概念转变理论的研究与教学。

首先，根据皮亚杰的认知发展阶段论可知，个体的认知图式是通过同化和顺应不断发展，以达到一种适应新环境的平衡状态。也就是说，当个体面对新刺激时，如果能同化新刺激，那么新刺激纳入原有图式;如果不能同化新刺激，那么个体就会改变自己以顺应环境。其次，根据库恩的科学进化论的观点，科学发展是一个辩护的过程，是一个范式更替的过程。在常规科学的发展阶段，范式是占据优势的，可能存在一两个反常个案;随着个案越来越多，就出现了范式危机，引起人们对范式的思考;危机不断升级，就会产生科学革命，出现一个更为合理的、客观的新范式。最后，奥苏泊尔的有意义接受学习理论指出，有意义学习的实质是符合所代表的新知识和学习者的认知结构中已有的适当观念，建立起非人为的和实质性的联系。有意义接受学习的关键就在于学生要将新知识与认知结构中已有的知识进行联系，产生概念的转变，从而接受新知识。

二、概念转变理论的发展基础

1.基于建构主义学习理论的发展

建构主义理论认为世界是客观存在的，但对事物的理解却由每个人自己决定。不同的人由于原有的经验不同，对同一问题也会给出不同的答案。学习不是教师简单地把知识传授给儿童，而是儿童从已有的经验出发，主动对信息进行加工处理，建构出自己的理解或生成个人的意见。因而，即使儿童面对原来没有接触过的事物，当问题出现时，他们依然会基于已有经验，建构出对问题的理解和解决方案。个人建构主义者强调学习过程中个体建构知识，而社会建构主义者则更强调社会文化背景以及参与合作对个体建构的意义。

通过对比概念转变理论和建构主义理论，我们可以发现，它们都强调儿童原有的经验对建构新知识的影响，同时都认为学习是一个从主观到客观的建构过程。但是，建构主义理论没有明确指出存在一个客观正确的概念，而概念转变理论更强调存在一个客观正确的概念，引导儿童由前概念向新概念的转变，对于新事物的学习，由于儿童原有经验的不同，他们会主观地建构出各种不同的新概念进行学习。当然，这些新概念是具有历史性的，也是不断发展更新的。因而，概念转变理论是基于建构主义学习理论的发展。

2.以科学哲学认识论为依据的发展

科学哲学的认识论是一个循环更新的过程。它从客观事实出发，运用归纳、演绎等思维方法形成科学认识，结合实验的验证与支持上升为科学理论。当人们在科学理论的应用过程中发现反常，产生质疑，出现科学的危机，这时候科学就会有一个大的发展，形成新的科学事实。以此不断循环，科学也会不断得到发展。由此可见，概念转变理论在一定程度上与科学的认识过程是非常相似的。“概念转变也是一个不断循环的过程，当学习者碰到新、旧概念之间不一致的情况时，就会产生一种认知冲突感。这需要学习者对两者进行分析和判断，思考各自的合理性、正确性，并最终对新、旧概念做出权衡和调整，从而产生新概念。”

由此可以看出，儿童的概念发生转变时要满足四个条件：第一，儿童对已有的知识概念产生不满和怀疑。只有儿童发现已有的知识不能解决出现的问题时，才会对已有的知识产生质疑;第二，新概念具有可理解性。儿童对新概念有一定的初步了解，并建立整体一致的表面特征;第三，新概念具有合理性。儿童将新概念与其他已有的概念进行比较，发现它们之间相互一致，并没有冲突，因此相信新概念是真实的;第四，新概念具有有效性。新概念不仅能够解释当前的问题，而且对将要面临的新问题也有一定的预测性和解决能力。

三、概念转变理论在小学科学教学中的运用

1.教师要对儿童的科学前概念给予足够关注

由于儿童的科学前概念不同，因而他们对科学现象和概念的理解相差很大。教师需要给儿童提供足够的空间，通过提问开放式问题、画图、实验、小组讨论等方式，让儿童有机会自信地说出自己对现象的理解，更重要的是说出自己是如何思考的，以便教师了解儿童的前概念，针对儿童前概念的差异性，进行合理的教学。这样既能使原有经验与新概念相一致的儿童保持科学探索的欲望，又能使新、旧概念相矛盾的儿童认识到原有概念与新概念之间的冲突以及新概念的合理性，认清科学现象和科学概念的内部关系。

2.保持儿童对科学的好奇心，让儿童亲历科学探究

儿童的学习兴趣多半来自于好奇心，所以教师要提高儿童对新概念的兴趣。对于新、旧概念发生冲突的儿童，教师不是一味地批评儿童原有概念的错误性，告诉儿童新概念是正确的，而是要让儿童在真实的情境和问题解决的过程中进行科学探究，发现原有概念的不足和新概念的合理性，保持对科学的好奇心，亲历科学探究，进而培养科学态度、发展科学能力。2001版《科学（3-6年级）课程标准》指出：“让探究成为科学学习的主要方式。”可见，亲历科学探究在儿童概念转变的过程中起到了促进作用。

3.合作性的学习环境对成功的概念转变教学非常重要

合作学习是一种互助性的学习，合作性的学习环境为儿童提供了自由讨论、互相交流的机会。在合作的过程中，儿童能够把被动学习变为主动学习，发现自己原有概念的不足，从而产生认知冲突。同样，儿童与同伴交流也能够接触一些新鲜事物，增加头脑中的知识。对于一些实际问题，教师要放手让儿童进行小组讨论、合作学习，在这一过程中，教师尽可能地关注各组的动态，给予适时的、适当的点拨。对于没有提出有效问题的小组，教师可以引入差异性事件，使学生感到原有知识的不足和冲突，认为有进行改变的必要，促进学生新概念的转变。

4.科学史在概念转变的过程中也是不可或缺的

传统意义上来说，教师在课堂上引导儿童学习科学概念、探寻科学现象，但探寻结果总是一成不变的、与书上知识相统一的结论。这就造成了儿童认为科学是真理，是不会变化的，儿童原有概念在本质上并没有发生转变。事实上，科学是可错的，也是不断发展的。教师可以用丰富生动的、简单有趣的科学史小故事进行教学，介绍科学概念的由来和发展、科学现象的发现过程，甚至是科学家在进行实验时出现的一些小插曲。这样不仅能让儿童消除对科学的神秘感，认识到原来自己的发现过程和科学家一样，也会遇到挫折与失败，从而产生认同感，有勇气继续进行科学探索，而且能够丰富科学课的教学内容，培养儿童对科学的学习兴趣。

（责编 钟伟芳）