基于化学“前概念”转变的教学策略

摘要： 针对化学教学中学生的错误概念不易纠正的问题，依据认知发展理论和建构主义学习理论，通过教学实践中常见化学前概念影响原因分析，阐述了化学教学中的前概念转变策略，以提升化学教学的有效性。

关键词： 前概念; 科学概念; 概念转变; 教学策略

文章编号： 1005-6629（2018）11-0033-05中图分类号： G633.8文献标识码： B

学科概念教学是化学理论学习中的重要环节，化学概念的转变是形成概念的实质，其本质是实现从前概念到科学概念的转变。前概念的研究始于20世纪50年代，心理学家和教育家受认知心理学影响开始探查学生头脑中的个人认知（即前概念），80年代后，對前概念的成因及其影响进行研究，90年代后开始研究前概念的转变策略，结合教学实际研究概念转变对有效教学的帮助。通过对国内外文献的梳理发现，不同的研究者对前概念有着不同的表述，比较常见的有“日常概念”“相异概念”“相异构想”等。尽管前概念所用术语众多，但其基本含义是相同的，即学习者将科学概念的内涵增加、减少或替换，导致外延扩大、缩小或移位的概念[1]。

维果斯基认为，学生学习概念的过程并不单是重新获得概念，还是进行概念转变的过程。前概念转变是指学生已有的某种知识经验在受到新经验中不同因素的影响而发生的改变，是学生对原有概念改变认知、拓展思维和重新建构的过程，也就是学生由前概念向科学概念的转变过程[2]。在化学前概念研究的文献中，对问题研究现状、前概念形成原因、形成途径、分类特点、诊断方法及降低对教学的影响等较多，而针对前概念的解构与重建提出切实可行的教学方法策略较少。教师在教学中，必须先了解学生前概念的形成过程、原因及对教学的影响，才能够尽可能地利用正确的前概念，创设教学情境，转化并消除那些错误的前概念，从而达成化学概念教学的正迁移，实现概念转变的目标。

1 前概念类型及其成因

前概念是学习者在学习科学概念前头脑中的对各种事物及其现象的看法和观念，前概念普遍存在，因而具有广泛性。学生得到很多化学前概念主要来源于学生的成长过程，由于各人的学习生活经历不同，他们会用自己独有的方法来内化他们的经验，虽然随着个人的学习阅历、经历的增长，不断动态发展，但他们对某些科学问题的看法早已经形成，具有自发性，因此前概念对学生的学习会产生较大的影响。根据前概念产生的时间，可以分为原发性前概念和继发性前概念[3]。学生在学习化学概念前已有的前概念称为原发性前概念，这些概念有的是学生基于有限生活经验使用简单枚举法进行归纳得到结论，尤其是根据观察到的事物的某些表面属性，归纳出事物的本质属性或规律，而形成的不全面结论，如“糖类都是有甜味的，有甜味的物质就是糖”;有的是因为旧有概念的局限，对概念内涵认识模糊、不全面，造成认知不准，如“光导纤维是纤维”;有的是由于对语词望文生义带来的曲解，如“甘油属于油类（油脂）”“白色污染是白色的废物污染”等;由于学生将自己的生活体验类比迁移，导致的科学概念学习的困难。学生在学习相关化学知识后形成的前概念称为继发性前概念，这些概念中有的是学生将习得的知识进行错误迁移而发生的，如“失电子越多的物质其还原性越强，得电子越多的物质其氧化性越强”;有的是学生缺乏化学思维能力导致错误结果，如“各物质的浓度相等，反应达到平衡”;有的是进行不当的类比，把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去，如“酸碱盐溶液能导电，因为它们的溶液里有能自由移动的电子”等;这些问题主要是由前学习而形成的，包括相关学科的知识和这些知识的原有准确度，在学习过程中新的错误前概念的生成，更加的不利于学生的科学概念的形成，这些不会因教师讲授科学概念而很好纠正学生思维中已有的错误概念。可见，学生已存在的错误概念是造成学生化学学习困难的重要原因，对概念教学会产生巨大阻力。

2 教学中前概念转变的认知过程

建构主义学习理论认为，知识不是通过教师的传授直接得到的，而是利用必要的学习资料，在一定的情景下，借助他人的帮助，通过新旧经验的相互作用主动建构获得的。新旧概念的相互影响存在同化和顺应两个认知过程（见图1），学习不仅是新经验的获得同化，同时又是既有知识经验的改造顺应，而概念转变正是从顺应的侧面来研究知识建构的过程，揭示学生的错误概念及其转变的规律[4]。从认知心理的角度看，学生的自我调节是顺应发生的基本条件，化学教学既是学生发挥自我调节作用的平衡过程，又是学生元认知能力培养和提高的过程。从建构的角度看，原有概念中与新知识一致的部分是同化新知识的固定点，当学生学习的新知识与头脑中已有的概念不一致或冲突时，学生就会权衡新知识与原有概念的局限和合理性，从而调整和改造相关概念，包括对原有概念的改造，学习过程包括新知识经验的获得和对原有知识经验的改造。

3 实现前概念转变的化学教学策略

学生的前概念可能是正确的，也可能是错误的。正确的前概念对科学概念的学习与形成起到正迁移的作用，教学效果显著。相反，错误的前概念会阻碍学生对科学概念的建构，因为学生是花了相当多的时间与精力形成了自己的理论认知，让学生认识前概念是错误的是非常困难的，已形成的认知具有很强的顽固性，因为运用这些前概念学生有时成功地解决了问题，学生轻易不会否定自己的成功体验，如果以不适当的问题呈现方式给学生，学生很难接受课堂中学习的科学概念。当然部分学生能运用科学概念在相似的课堂教学情境中解决问题，如果换个不同情境问题学生还是会运用已有的前概念去解决问题，这种情况表明学生通过学习，并未真正接受和理解科学概念，只是简单记住科学概念的定义而已。因此，要实现学生的前概念转变，教师首先要了解学生原有的化学知识经验背景和与学习内容相关知识前概念正误的情况，在此基础上充分运用学生的原有概念创设教学中的认知冲突情境，增强学生进行前概念转变学习的动机。只有在真实的情境中，学生已形成的前概念和新学习的科学概念会发生激烈碰撞，从而厘清前概念中不正确的部分，通过顺应逐渐形成科学概念，实现由前概念向科学概念的转变。

3.1 “原发性前概念”转变教学策略

3.1.1 创设问题情境，更新生活中的前概念

探查学生已有前科学概念是实现概念转变学习的前提，是教师实施概念转变教学的起点。通过创设一定问题情境，暴露学生头脑中的前概念，唤起学生对已有概念的注意，教师据此确定选择采用何种教学策略和教学手段，有效地帮助学生实现概念的转变。如学习糖类知识之前，可设置问题“糖的性质有哪些”让学生回答，由于先入为主，“糖有甜味”“糖是白色固体”“糖易溶于水”等错误前概念所占比例很高，教学中教师针对学习内容可提出下列问题：“生活中常见的糖有哪些”“从课本资料请找出不熟悉的糖”“根据已有知识请说明糖的定義”等，学生在回答问题的过程中，可能会表现出一些模糊的认识，这时教师通过追问的方式，采用梯度性问题、矛盾性问题、开放性问题，把学生的思维引向深入，从而有效更新学生对生活中常见前概念的错误认知。

3.1.2 利用认知同化，使概念从模糊走向精确

奥苏贝尔的认知同化学习理论认为，学生从事新的有意义的学习时，必须有适于新知识学习的原有的认知结构，学生学习就是一个同化和发展自身认知结构的过程[5]。学生利用已有的认知结构，通过分类和比较，将新概念与原认知结构建立联系，明确其外延和内涵，之后找出原有认知结构中的某些概念和新概念的区别，从而获得科学概念。如学生掌握了聚合反应等概念之后学习“高分子化合物”这一概念时，就能够利用这些从属概念和性质，通过分析归纳、分类对比等思维方法可以摒弃非本质的东西，突出概念的本质属性和特征，帮助学生对“高分子化合物”进行精确理解，学生很容易纠正“光导纤维是纤维”的前概念认知，从而实现认识上的飞跃。

3.1.3 运用比较策略，促进原发性前概念发生转变

学生在名称相近而内涵变化的概念的学习过程中，感觉概念关系复杂，容易混淆，而存在的模糊观念的共同之处是理不清概念之间的关系。教师需要在学生意识到自身存在模糊认识的基础上，引导学生比较异同，并进一步建构概念间的关系，以形成良好的知识体系[6]。如“甘油属于油类（油脂）”，由于名称相近的概念甘油和油脂之间有联系而使关系复杂，教师需要帮助学生首先理解醇与酯的定义，建构正确的概念之间的关系，通过多加练习以及与真实情境的相互联系以帮助学生理解，在此基础上进行不断的分析比较，使知识的识记更为清晰，这样可有效促进前概念的转变。

3.2 “继发性前概念”转变教学策略

3.2.1 利用诊断性评价，让学生的继发性前概念显化

奥苏贝尔认为“影响学习的唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么，并应据此进行教学”。将已有观念与新知识建立实质性的联系才能产生有意义的学习，改造已有知识经验成为学生学习能力提升的关键。教师只有了解学生已有的前概念的情况，在教学过程中才能精确把握起点，做好符合认知规律的教学设计。运用诊断性评价了解学生的继发性前概念是一种有效的方法。诊断性评价是教师通过自身对学习过程的认识理解、教学经验的积累等有目的设置相关问题，让学生展示学习中存在的问题，通过分析这些问题产生的原因，为教师教学策略调整和优化提供依据。

比如学生在学习“电解质导电原因”时，通过调查可以了解学生中存在的前概念（见表1）。教师要基于这些显化的概念，通过分析让学生理解金属导电是因为有自由电子，再利用类比的方法，由金属的导电性过渡到电解质的导电性，使学生能够明白两者之间的区别与联系;同时通过观看NaCl晶体、NaCl溶液、熔融NaCl三种微观示意图，能够从微观的角度理解电离及电解质导电的实质，组织学生讨论受热或溶解是如何产生自由离子的，逐步提高学生对微观的认识，学会类比推理的方法解决问题。利用学生显化的前概念，选择适当的问题和教学策略，对前概念中的不一致部分进行认知调整，克服对相关概念的认知障碍，最终实现前概念的转化。

3.2.2 激发认知冲突，促进概念顺应转变

要实现继发性前概念转变，教学中必须引发学生的认知发生冲突，以动摇前概念，促使学生用改变原有的认知结构去顺应、解释这些新现象，建立科学概念。教师依据学生已有的生活经验，通过创设问题情境，引导学生不断质疑，否定前概念中不正确的部分，学生在不断解惑的基础上，有效地转变已有的前概念。建立认知冲突并及时解决冲突是实现前概念转变的有效教学策略。

3.2.2.1 通过化学实验设置认知冲突

利用化学实验，引导学生通过对实验现象的观察和分析，获得感性信息，然后通过研究思考，不断分析问题，将原发性前概念中不正确的内容纠正过来，从而揭示化学现象的本质。如学习盐的水解时，首先学生测试NaCl、 CH3COONa、 NH4Cl三种盐溶液pH，通过实验学生发现CH3COONa溶液pH大于7、 NH4Cl溶液pH小于7，这就会产生与前概念（酸溶液pH小于7，碱溶液pH大于7）相矛盾的认知冲突，从而激发了学生的探究欲望。以此引导学生分析不同溶液中的离子可能产生的相互作用，启发学生对盐类水解概念的深度理解[7]。

3.2.2.2 利用猜想与事实的矛盾激发认知冲突

违背规律的事实，将造成学生认知失衡，而这种认知矛盾会强化学生学习的动机。教师可以通过合理的设置情境，让学生根据继发性前概念进行推断猜想，然后展现化学知识的真实现象，激发认知冲突，促使学生用改变前概念的知识结构去顺应解释真实现象。如学生学习钠的性质后，教师可提出“钠与硫酸铜溶液能否反应”的问题，让学生进行猜想分析。在学生的前概念中，金属钠可置换不活泼金属铜，学生很快写出2Na+CuSO4Na2SO4+Cu，同时能观察到钠溶解和有红色的铜析出。学生可通过实验验证自己猜想，但实际现象与他们猜想不符，学生结合实际现象展开讨论，最终得出钠与溶液中水发生反应的结论。

3.2.2.3 联系生活生产实际制造认知冲突

新修订的课程标准要求“学生要关注与化学有关的社会热点问题，认识环境保护和资源合理开发的重要性，认识化学对社会发展的重大贡献，能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响，强化社会责任意识，积极参与有关化学问题的社会决策”。化学与生产生活和科技的发展联系密切，教师可利用生活素材，制造认知冲突。通过初中相关内容学习，学生认为二氧化碳常用作灭火剂，遇到火灾都可以使用。教学中教师可以将一根镁条点燃后伸入到二氧化碳气体中，学生发现镁条可以继续燃烧。这就会产生与学生继发性前概念中不一样的现象，从而引发学生认知冲突。由此可让学生讨论当镁单质引发火灾时怎样进行灭火，帮助学生清晰理解概念间的关系。

3.2.3 通过变式问题辨析，让学生主动建构科学概念

好的变式问题应该能促进断发性前概念原理的理解，降低问题的复杂程度，同时能引起学生的学习兴趣，从而激励他们去探索。化学学科有些概念比较抽象，学生难以理解，教师运用恰当的变式问题进行对比分析，促进学生从多角度对科学概念进行理解，使学生抓住科学概念的本质属性，把继发性前概念与科学概念恰当地联系起来，促进学生反思对已有概念的认识，调整对相似问题的理解思维，从情感和认知方式上认同转变过程，主动从潜意识到有意识地转变自己的前概念，实现学生主动建构科学概念的目标[8]。

如在学习电解质概念时，可以作如下问题变式对比分析（见表2），教师在阐明概念的本质属性后，要引导学生从不同层次加深理解。一是强调概念关键词“化合物”以排除单质和电解质溶液等内容，二是电解质概念的另一面即非电解质也是化合物，三是在剖析了概念的本质含义后要进行总结升华，就是化合物也不一定是电解质，还要符合在水溶液里或熔融状态下因化合物本身电离而导电的条件，只有同时满足这些条件才是电解质。通过对电解质概念的完善和扩展，學生逐步对化学概念的形成及对概念本质的理解有了成功的体验。因此，教师应根据讲授内容采取合适的变式分析的教学策略，对概念的多层面知识通过变式问题进行对比分析，从而排除概念中无关特征的干扰，加深学生对概念本质的认识，让学生不断地得到改组或重新整合的新知识，达到自我构建科学概念的目的。

充分利用学生的前概念应该成为化学教学的重要环节。改变学生已有的一些不完善或不正确的前概念，实现化学前概念转变，是化学教学中经常面临的现实问题。教师在教学中不仅要理解相关化学学科知识，课前还要了解教学内容中学生已有的前概念，把握学生对概念认知的发展形式，选择符合学生特定的认知需要的教学策略，要积极设置问题引导学生分析讨论，促进学生深度思考，设计出促进学生核心素养养成的教学活动，最终实现教师从讲授者向适应学生需求的不同角色叠加者的转变。

参考文献：

[1]李高峰，刘恩山.“前科学概念”的术语和定义的综述[J].宁波大学学报，2006，28（6）： 43～45.

[2]张建伟.概念转变模型及其发展[J].心理学动态，1998，（6）： 33～37.

[3]詹忠贤.高中化学教学中前科学概念的研究[D].重庆： 西南师范大学硕士学位论文，2004.

[4]高文.建构主义学习的特征[J].外国教育资料，1999，（1）： 35～39.

[5]何雪玲.奥苏贝尔认知同化学习理论对现代教学的启示[J].钦州学院学报，2008，（1）： 99～102.

[6]刘玲.高中生物质结构知识模糊观念的探查及转化策略的研究[D].扬州： 扬州大学硕士学位论文，2014.

[7]陈玉乔.巧用认知冲突，提高化学教学的有效性[J].化学教学，2012，（1）： 18～21.

[8]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017版）[S].北京： 人民教育出版社，2018： 2～100.