金利進

“概念轉(zhuǎn)變”這一術(shù)語表明這樣一個事實：通常學生的前概念和生活中關于科學現(xiàn)象的認識，與即將學到的科學概念和原理是有很大差別的?？茖W學習是學生關于自然現(xiàn)象的原有概念的發(fā)展或轉(zhuǎn)變的過程，而不是新信息的點滴累積過程。因此在科學教學中，概念轉(zhuǎn)變是主要的教學任務。如何促進概念轉(zhuǎn)變?首先，教師需要營造一個能夠支持概念轉(zhuǎn)變的學習環(huán)境，例如為學生提供一個能夠互相討論的機會。其次，教師要選擇教學策略。促進概念轉(zhuǎn)變的教學策略分為兩大類：第一類是建立在認知沖突和解決沖突基礎上的教學策略；第二類以學習者原有的觀念為基礎，利用比喻和類比的方法將其擴展到新的領域。這兩類策略在促進學習者的概念轉(zhuǎn)變過程中所強調(diào)的側(cè)重點不同：強調(diào)認知沖突及其解決沖突的策略可以看做來自皮亞杰的觀點，認為學習的核心是學習者積極參與對知識的重組；以學生的認知結(jié)構(gòu)為基礎進行擴展的教學策略，重點不在于學習者的主動調(diào)適，而是側(cè)重于教師的適當干預，為新的思維方式提供“支架”。

一、以認知沖突和解決沖突為基礎的教學策略

許多促進概念轉(zhuǎn)變的教學是建立在認知沖突基礎上的。教學的過程包括創(chuàng)設一定的情境，使學生對一些現(xiàn)象所持的觀念明朗化，然后直接對其進行挑戰(zhàn)，從而引起認知沖突。解決沖突的嘗試為隨后的學習提供了前提。

(一)由矛盾事件引發(fā)沖突的教學策略

由矛盾事件引發(fā)沖突的教學策略是一種以皮亞杰的順應理論為基礎的教學策略。這種策略包括四個主要因素：(1)通過學生對矛盾事件的反應來揭示學生的前概念。(2)使學生明確意識到他們自己和別的學生的想法。(3)通過讓學生嘗試解釋一個矛盾事件，引起概念沖突。(4)鼓勵和引導認知的調(diào)整，建立與科學概念相一致的新的概念模型。

我們可以根據(jù)這一教學策略來設計“溫度”的教學。首先讓學生做一個實驗：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，然后把兩只手同時放入溫水中，結(jié)果兩只手冷熱的感覺是不同的。同一杯溫水兩只手冷熱的感覺不同，這與溫度高的物體人感覺熱是矛盾的。此時可以引導學生討論，并讓學生解釋這一問題。經(jīng)過教師的啟發(fā)與引導，學生應該能認識到：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是冷的。進而可以引導學生理解“溫度表示的是物體的冷熱程度，但人對物體冷熱的感覺不一定是準確的，準確的測量可用溫度計”。這樣，教學激發(fā)認知的挑戰(zhàn)和學習的動機是很成功的。

(二)引起不同認知間沖突的教學策略

通過引起不同認知間沖突進行的教學活動，可分為兩種：一種是對同一科學事實的兩種不同的認知結(jié)構(gòu)之間的沖突；另一種是學生對某一科學現(xiàn)象的認知結(jié)構(gòu)和真實的科學現(xiàn)象之間的矛盾。

科斯格儒等人根據(jù)對同一科學事實的兩種不同的認知結(jié)構(gòu)之間的沖突，于1985年提出了一種教學法，要求學生明確地解決不同觀點之間的差異(如學生之間的、教師的、科學書籍上的觀點)?？扑垢袢搴蛫W斯本提出了“產(chǎn)生式學習的教學策略”，它由四個階段組成；(1)預備階段：教師需要理解科學家的觀點、學生的觀點和自己的觀點。(2)集中階段：給學生創(chuàng)造機會探索與概念有關的情境，最好是真實的日常生活情境，鼓勵學生闡明自己的觀點。(3)挑戰(zhàn)階段：學習者相互之間對現(xiàn)有的觀點進行爭論、辯護或質(zhì)疑。必要時，教師可介紹科學的觀點。(4)應用階段：給學生提供各種情境來應用新觀點。這種教學模式強調(diào)科學觀點只有通過實驗、演示或類比的方法，使學生認為它是明智的和合理的，才能被積極地接受。

根據(jù)這一教學策略可以這樣設計“物體浮沉的條件”的教學：首先測量木塊的勤為5N、體積為1000cm³，鐵塊的重力為0.8N、體積為10cm³。設問：把木塊與鐵塊浸沒在水中，放手后，木塊與鐵塊的浮沉將怎樣?讓學生先進行討論并進行交流。在討論過程中，學生會有各種不同的看法。接著教師可以進行實驗，實驗結(jié)果：鐵塊下沉，木塊上浮。這個實驗結(jié)果與“重的物體下沉”是矛盾的，此時教師可引導學生思考物體浮沉的原因，進而得出“物體的浮沉與物體受到的重力、浮力有關”。然后再引導學生根據(jù)阿基米德定律計算木塊與鐵塊浸沒在水中的所受的浮力大小，并與木塊和鐵塊受到的重力進行比較，得到物體的浮沉條件。在教學過程中，教師要通過學生不同觀點之間的矛盾沖突，激勵學生增強自主學習的動機，提高課堂討論的質(zhì)量，這對于促進概念的轉(zhuǎn)變非常重要。

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

這一教學方法包含六個步驟：(1)確定學生認為與問題情境相關的觀點。(2)討論并將內(nèi)容記錄下來，以備隨后思考。(3)告訴學生將要教給他們的理論能夠解決這些問題，而且要求他們參與知識的建構(gòu)和隨后的學習，與他們自己提出的觀點進行對比。(4)在學生已有知識的基礎上提出新的理論。(5)要求學生用新的理論解決問題，從而證明這個理論已經(jīng)被個體建構(gòu)。要求學生把這個過程記錄下來，作為第二次筆記。(6)每個學生對步驟(2)和(5)的記錄結(jié)果進行比較，檢查這些觀點的性質(zhì)。起初的檢測直接針對在測試中的刺激問題的記錄，隨后的檢測盡可能地包含許多相關的情境，這樣使學生參與獲取元認知的知識過程。

根據(jù)這一教學方法可以設計“力不是維持物體運動的原因”的教學。讓學生討論力是否是維持物體運動的原因，然后做實驗：讓小車自斜面頂端從靜止開始滑下，然后在粗糙程度不同的水平面上運動。實驗結(jié)果：水平面越光滑，所受阻力越小，小車運動的距離越大。進一步推理得出：如果水平面絕對光滑，物體受到的阻力為零，速度不會減慢，將以恒定不變的速度永遠運動下去，從而得到物體的運動不需要力來維持的結(jié)論。這與日常生活中“有力作用物體運動，停止力的作用物體就停止”的現(xiàn)象是矛盾的。教師可以讓學生討論：物體停止運動的原因是什么?引導學生得出：物體停止運動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停止。進而讓學生真正理解力不是維持物體運動的原因。

二、以發(fā)展學生與科學觀點相一致的認識為基礎的教學策略

與引起沖突并要求學生解決沖突的教學策略不同，第二類教學策略是建立在學生現(xiàn)有觀點基礎之上的，隨后的教學使學生的現(xiàn)有觀點向科學認識發(fā)展和拓寬。

克萊門特根據(jù)以發(fā)展學生與科學觀點相一致的認識為基礎的教學策略提出了一套類比的教學方法，其目的是增加有益的直覺的應用范圍，并減少有害的直覺的應用范圍。這種策略假定“在學生掌握定量規(guī)律之前，給學生提供機會建立對現(xiàn)象的定性直覺的理解”，這樣可以促進概念的轉(zhuǎn)變。然后利用學生原有的直覺知識，在被學生誤解的“靶例”和“錨例”之間形成類比關系，通過這種方式來發(fā)展學生的理解。研究表明，在發(fā)展這些關系的過程中，“架橋策略”是非常有用的。架橋策略包含四個步驟：(1)創(chuàng)設一個靶子問題，暴露學生的與討論主題相關的錯誤概念。(2)教師舉出一個符合學生直覺的類比例子，這個例子稱為一個“錨例”，或簡單說是一個“錨”(錨的直覺含義是初學者所持有的和科學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)教師要求學生在錨和目標事件之間作出明確的對比，并試圖建立類比關系。(4)如果學生沒有接受這種類比，教師再試圖找到一種架橋類比(或者一系列架橋類比)，即在目標和錨之間插入的概念化的中介物。

根據(jù)這個教學策略可以設計“電流、電壓”的教學。用導線將電池。小燈泡、開關連成電路，閉合開關，小燈泡亮了，這是因為電流流過了燈泡。這時可讓學生討論“流入燈泡的電流與流出燈泡的電流是否相等”(有的學生可能會混淆電流與能量，認為電用光了，因此流出燈泡的電流為零)。再用電流表測量電路各部分的電流，電流表被用來作為電流的指示器，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，可以讓學生通過討論得出電路中的電流處處相同的認識，并進一步分析電流和能量的區(qū)別。如果學生認為電流表會像燈泡一樣消耗能量，教師可以用水流作類比，抽水機、水渠和磨坊都為我們提供了一個封閉系統(tǒng)的可見模型：能量從抽水機傳遞出來，被磨坊消耗，水在這一過程中循環(huán)并且守恒。從這一點來說，電流的流動模型得到了進一步的發(fā)展。電流的單向性，在學生接受電流概念之后，可用“河流里的水只向一個方向流動”類比。此外，還可以用輸出電壓不同的電池做實驗，對于相同的電路，電流由電壓決定。然后用以上水流作類比，使學生進一步明確電流與電壓的關系。