基于学生认知冲突的科学概念建构

李菲

[摘 要]科学学习是前概念转变的过程，因此在以学生为中心的前提下建构科学概念尤为重要。在科学教学中，教师要充分了解学生的前概念，引发学生前概念与科学概念的认知冲突，引导学生解决认知冲突，建构科学概念，形成科学认知。

[关键词]科学教学；科学概念；认知冲突；前概念

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2018）33-0079-02

学生的科学学习可以看作是一种前概念转变的过程，而且建构主义理论认为，学生学习科学概念靠传授是无效的，科学概念学习的最基本方式是基于原有经验的概念转变学习。因此，基于学生是学习与发展的主体，教师在教学中要突出学生的主体地位，根据学生的认知水平，联系学生已有的知识和经验，激发学生的认知冲突，引导学生主动探究，启发学生积极思维。

一、了解学生的前概念

在学习科学概念之前，学生或多或少存在一些前概念，总是带着各种关于自然事物或现象的个人见解，甚至是某些确定的看法和见解在学校中进行科学学习的。学生的这些前概念可能是正确的，也可能是错误的。当科学概念和前概念一致时，学生的探究往往活躍、积极，容易达到目标；反之，如果学生的前概念和科学概念相冲突，前概念会严重干扰科学概念的构建。因此，了解学生的前概念，对帮助学生在探究性学习中构建科学概念十分重要。

了解学生前概念的方法很多，如访谈法、二阶段式测验法、观察法等。但是，科学教师常常没有太多精力和时间去调查研究学生的前概念，所以科学教师常常通过课堂中与学生的交流互动来了解学生的前概念。

【片段一】

师：螳螂、蝉、黄雀、树，这些生物之间有什么关系？

生1：黄雀吃螳螂，螳螂吃蝉，蝉吃树汁。

生2：它们之间是食物链的关系，也就是一个吃一个的关系。

师：它们的关系可以用什么符号来表示？

生3：可以用箭头表示，即“树汁←蝉←螳螂←黄雀”，表示黄雀吃螳螂，螳螂吃蝉，蝉吃树汁。

生4：我觉得应该倒过来画箭头，即“树汁→蝉→螳螂→黄雀”，表示树汁被蝉吃，蝉被螳螂吃，螳螂被黄雀吃。

（大部分学生赞同第一种方法）

……

这里，教师通过提问和画图的方法，将学生的前概念充分暴露出来。需要注意的是，提问的重点并不在于学生的回答是否正确，而是暴露学生对某个问题的看法和观点。所以，教师提问时让学生多说、多议是非常必要的，并且不干扰学生的正常表述。此外，画图法比问卷法更适合在科学教学中应用，因为小学生的语言表达能力较弱，书面表达力更差，问卷法暴露前概念的效果往往一般，而图画法具有直观形象的特点，便于学生理解和表达。

二、引发认知冲突

教师运用恰当的方法把学生的前概念充分暴露出来之后，需要采取一定的教学策略帮助学生建构科学概念。学生的前概念具有一定的稳定性，根据皮亚杰的认知发展理论可知，学生在遇到新的概念时总是先用已有的认知结构去同化，如果成功就得到暂时平衡，如果不成功就会调节已有的认知结构或重新建立新的认知结构，以顺应新概念，达到新的平衡。

引发认知冲突在概念转变过程中具有重要作用，因为只有体验、经历，个体才能感受到已有概念的不足，认识到替换或调整已有概念的必要性。同时，皮亚杰的认知发展理论指出，两个认知实体之间的认知冲突或差异将促进认知的发展。

要促使学生实现概念的转变，教师要创造条件，引发学生的认知冲突，如创设问题情境、进行探究性实验、开展讨论会等。问题情境是指教师有目的、有意识地创设各种情境，促使学生质疑提问、探索求解。在实际教学中，教师可以用日常生活中的事例或实验来创设问题情境，也可以用易于引发学生争论的实例来创设问题情境，引发学生的认知冲突，为科学概念的建构提供契机。

【片段二】

师：大部分同学认为第一次的方法是对的，那就请大家仔细看好了（出示视频），黄雀吃了螳螂后，螳螂又会怎样？

生5：螳螂被黄雀吃掉。

师：（在黑板上擦掉“螳螂”两个字）螳螂被吃光后，会出现什么问题？

生6：螳螂没了，蝉就会多起来。

……

在这一教学实践中，“螳螂”两个字的板书被擦掉后，这种“吃”的关系就断掉了。尤为重要的是，这一情境很自然地引发了学生原有认知与新知识之间的强烈冲突。面对新问题与已有概念之间的矛盾，学生渴望寻找新的理论解释消除冲突，这正是实现科学概念转变的重要基础，使学生的科学探究活动始终在这样浓厚的兴趣中进行。

三、解决认知冲突

学生产生了认知冲突，认识到自己的知识系统是不完全正确的，下一步就应该进行各种建构活动，构建科学概念，解决认知冲突。认知冲突的解决受很多因素的影响，其中新概念的特征是影响认知冲突解决的重要因素。新概念必须是可理解的、合理的、有效的，简言之，新概念对解决问题必须是有效的。

【片段三】

师：按照你们说的第一种方法，“吃”的关系从中间断了，那我们应该怎么画？

生7：用第二种方法就不会断了。

师：如果这棵大树被洒了很多农药，蝉会怎么样呢？螳螂呢？黄雀呢？

生8：树汁被蝉吃了，蝉的体内也有农药了，接着蝉被螳螂吃了，螳螂体内也有了农药，然后螳螂被黄雀吃了，黄雀体内也有了农药。

师：说得真好，原来箭头的方向还可以表示食物能量的流动方向。

……

四、建构科学概念

为了使学生更好地理解新概念，建立科学概念，在赋予新概念意义时，教师应促使学生进行各种建构活动，选择适当的方法来揭示事物的本质特征，帮助学生建构正确的科学概念。揭示事物本质特征的方法有很多，包括建立模型、归纳总结、运用思维导图等，在实际教学中，教师往往需要综合运用这些方法，帮助学生建构科学概念。

通过建立模型，可以用可观察的物体尽可能准确地表征那些不能观察到的物体或现象。学生通过思考、动手操作等方法创建模型，初步形成科学概念。但是，学生要想深刻理解科学概念，还需要进一步强化理解，对模型进行分析、归纳和总结。

【片段四】

师：（出示卡片）老师也给大家准备了一些生物卡片，请大家用回形针将这些箭头和生物连在一起。大家看看，将这些生物串好后像什么？

生9：像链条。

师：生物之间普遍存在一种吃与被吃的关系，这种关系像链条一样，把一些生物紧密地联系起来，生物学家把生物之间的食物联系叫作“食物链”。请看看你们手中的“食物链”，“食物链”的源头通常是哪一类生物？终点又是哪一类生物？

生10：源头是植物，终点是凶猛的动物。

……

思维导图强调从事物的关系中把握概念本身，关注的是事物的整体性。因此，用思维导图可以构建出特定认知领域的结构。教师可利用思维导图形式的板书帮助学生强化科学概念的记忆，而且思维导图有助于学生组织素材，整合知识，列出已掌握的知识，在已掌握的知识结构里融入新概念，对学习过程进行有效修订。所以，从一定程度上来讲，思维导图形式的板书，有助于学生将新概念储存于长期的记忆中，对科学概念起到强化记忆的作用。如教學《有趣的食物链》一课时，教师对“食物链”这一科学概念的板书如下。

学生从家庭进入学校，并不是一张白纸，他们对许多问题都有着自己的想法，尽管这些想法有些不够全面，有些甚至是错误的，但这些原始的概念是学生认识这个世界的开端，是学生对这个世界认识的起点。在教师的引导下，学生发现已有经验与新概念产生冲突，才会反思并修正自己的认识，接受科学概念。在这个过程中，学生自己建构新概念，再通过建立模型、归纳总结、运用思维导图等方法，建构科学概念。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 袁雄敏.基于认知冲突的概念转变教学策略[J].科学课，2013（3）：56-57.

[2] 蔡铁权，姜旭英，胡玫.概念转变的科学教学[M] .北京：科学教育出版社，2009（167）.

[3] 刘显国，邓泽华，戴素兰.小学科学课堂教学艺术[M] .北京：中国林业出版社，2004（19）.

（特约编辑 木 清）