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化学学习中的概念转变研究
作者:曲慧娴|毕华林    文章来源:山东师范大学学报(自然科学版)    点击数:    更新时间:2009-12-1

摘要: 概念转变是指个体原有的某种知识经验由于受到与此不相一致的新知识的影响而发生的重大转变,它是对学生现有的理解、解释做出的调整、改造。概念转变的研究是与人们对学生错误的日常概念的关注相联系的。分析了概念转变的涵义和条件,讨论了学生化学前科学概念的来源及其特点,并提出了进行概念转变教学的具体策略。

 

在日新月异的信息时代,社会、家庭、传媒、网络等对学生的影响越来越大。今天的中学生在正式学习教材中的科学知识之前,已经通过多种途径获得了对有关自然现象的认识,这些认识可能是正确的,对中学生科学学习带来积极的作用;但也可能是不全面的,甚至是错误的对其科学学习产生不良的影响。心理学研究表明,影响学生学习最重要的因素是学生已有的知识经验,学生不是带着空白的大脑走进教室,他们总是以其己有的观念为基础来获得新知识的。如果教师忽视学生已有观念对学习的影响,在课堂上只是把科学概念灌输给学生,容易造成学生对科学概念的不理解,从而导致机械学习。

为增进学生对科学概念的理解,提高学生学习的效果,自20世纪70年代以来,在西方国家兴起的“概念转变”教学,重视学生的已有观念,强调在教学中创设情境,激发学生的认知冲突,以促进学生积极主动地建构新知识的意义,彻底转变其头脑中已有的错误观念,从而真正理解科学概念。

1 概念转变的涵义

维果斯基根据概念的来源把学生的概念分为日常概念和科学概念。日常概念又称为前科学概念或前概念,它是指没有经过专门的教学,在日常生活中通过辨别学习、积累经验而形成的概念;科学概念则是在教学过程中通过揭示概念的内涵而形成的概念。

建构主义学习理论认为,学习过程是学习者建构自己的知识经验的过程,而建构在于学习者通过新旧经验的相互作用来发展自己的知识经验。从建构的角度看,学习不仅要运用原有知识经验中与新知识一致的部分,作为同化新知识的固定点,而且需要同时看到学习者头脑中与新知识不相一致、甚至是冲突的经验(日常概念),使学生通过分析、比较、综合等思维活动,对新旧经验做出必要的调整和改造,从而获得新知识的意义.即学习不仅仅是新的知识经验的获得,同时也意味着原有知识经验的改造。概念转变(conceptual change)就是指个体原有的某种知识经验由于受到与此不相一致的新知识的影响而发生的重大转变,它是对学生现有的理解或解释做出的调整和改造,是由学生的生活概念向科学概念的转变。概念转变是新旧经验相互作用的集中体现,是新经验对已有经验的改造,概念转变的过程就是认知冲突的引发及其解决的过程。

2 概念转变模型及其发展

概念转变的研究是与人们对学生错误的日常概念(前科学概念)的关注相联系的。学生在学习科学的概念之前,已经通过日常生活中的观察和实践形成了一些经验,其中有些经验是正确的,而有些经验则是错误的,必然会影响科学概念的理解。在传统教学中教师比较重视新概念的讲授,重视对概念定义的全面分析,认为只要将科学的概念教给学生,学生就能理解并正确地运用这些概念。而研究发现,学生可能记住或接受了科学的概念,但并不一定就放弃或转变其头脑中原有的错误概念,许多情况下,这两种概念在学生头脑中是并存的、混合的,由此导致学生解决实际问题时出现各种错误。因此,为使学生真正理解科学概念,就必须寻找促进学生概念转变的有效途径。1982年,波斯纳(Posner)等人提出的“概念转变模型”,在科学教育领域内产生了相当大的影响,他们认为,个体原有的概念要发生转变需要满足4个条件:

2.1 对原有概念的不满意 学生往往不愿放弃他们原有的概念,除非有充足的理由对它产生疑问。只有当学生感到自己原有的概念失去了作用,不能解释新的事件或者不能解决当前遇到的问题,产生认知冲突时,他才可能去改变原有概念。

2.2 新概念的可理解性 如果新概念不容易理解的话,即使存在明显的问题,原有的概念也只是会被简单地修复或保持不变。因此学生需懂得新概念的真正涵义,而不仅仅是字面的理解,它需要把与新概念有关的各片断联系起来,建立整体一致的表征。

2.3 新概念的合理性 即使新概念是易于理解的,如果它不十分合理的话,学生接受它的时间也不会长久。学生需要看到新概念是合理的,而这需要新概念与学生所接受的其他概念、信念相互一致,而不是相互冲突。学生看到了新概念的合理性,就意味着他相信新概念是真实的。

2.4 新概念的有效性 

学生应看到新概念对自己的价值,它能解决其他途径所难以解决的问题,并且能向个体展示出新的可能和方面,具有启发意义。有效性意味着个体把它看作是解释某问题的更好的途径。

新概念的可理解性、合理性和有效性这3个条件的程度被称为概念的状态,概念转变模型也就是提高或者降低概念状态的模型。当面对新的概念时,如果学习者能发现新概念是可理解的(它本身有意义),合理的(它与原有概念没有矛盾),并且是有效的,这样它的状态就会升高,它就可能与学习者头脑中已有的概念发生联系,从而纳入学生已有的概念体系中;如果新概念对学习者而言是可理解的,但是它与学习者已有的相关概念存在矛盾,则它对学习者就是不合理的,因为两个相冲突的概念对于同一个学习者不可能同时具有合理性,这时已有的概念会阻碍新概念的接受,为了使新概念被学习者完全接受,在新概念的状态被提高之前,起阻碍作用的原有概念的状态必须降低,即学习者要对原有的相关概念的合理性、有效性产生不满,这时概念转变才有可能发生。由此可见,概念转变的4个条件是逐级上升的,对已有概念产生不满则是发生概念转变的基本前提。

实践证明,上述概念转变模型能有效地帮助学生改变自己的错误概念,进而接受科学概念。当然,人们也对这一模型提出了一些批评,概括起来有以下几点:

1)不能只看到概念内容的改变而忽视了学习者认识方法方面的改变。研究发现,学生的错误概念往往是与他们认识世界的直觉经验方法相联系的。

2)不能用纯认知的观点来解释概念转变过程,还应该看到动机、态度的影响。教学实验发现,学生积极的态度、较高的责任感对概念转变非常重要,漠不关心、消极被动的学生很难产生认知冲突感。

3)概念的转变并不一定是一步完成的,最初的概念与科学概念之间有一段过渡,这个过程是渐进的,有时两种概念同时在使用,或者是把原有概念和科学概念揉和成新的混合概念。

针对以上批评,1997年泰森(Tyson)等建构了一个更加整体化的模型,用于考察和解释概念转变的多维框架,它由本体论、认识论和社会情感3个方面组成,如图1a所示。

其中,本体论旨在考查学生接受所学事物性质的方式,即学生“由内向外”看世界的方式;认识论旨在考查学生如何吸收有关事物来建构自己的知识,即学生“由外向内”看自己的方式;社会情感旨在考查概念转变所必需的社会、情感条件。概念转变可以看作是通过上述3个方面的相互作用来实现的。

在图1b中,观念知识1表示学生的教学前概念,观念知识2表示学生概念的进一步发展,其中也许就有正确的科学观念,两者之间的箭头表示概念转变的过程。由此可见,学生概念的转变是一个渐进的动态过程。

3 中学生化学前科学概念的来源及特点

中学生走进化学课堂时,他们的头脑中已充满了对化学现象的各种认识,形成了许多前科学概念.研究发现,学生头脑中的化学前科学概念主要来源于以下方面:

  3.1 感觉印象 化学前科学概念的一个主要来源是日常经验。学生通过对燃烧、溶解、金属生锈等宏观自然现象的观察以及对物质结构、物质的粒子性等微观世界的认识中获得了大量感觉印象。比如有不少学生认为燃烧是一个质量减少的过程;金属的热胀冷缩是由于金属原子体积变化引起的,等等。

  3.2 日常语言 有些日常用语可能会使学生形成一些前科学概念,比如“日出”和“日落”这两个词容易使学生联想到的是太阳围绕着地球转,而不是地球围绕着太阳转这一科学概念;“催化”这个词容易使人认为只是加快反应速率,而导致对“催化剂”概念的片面认识.

  3.3 社会环境 在与他人的社会交往中,学生会接触到许多科学知识或经验,大众媒体也不断提供广泛的信息资料。但这些知识、经验或信息并不总是正确的,例如某媒体曾这样报道“一种名为分析纯的化学试剂……”,文中不仅把表示物质纯度的等级术语“分析纯”看作是一种化学物质,还介绍说“分析纯是一种易燃易爆的化学物质”。这样的信息就使学生形成错误的化学前科学概念。

  3.4 学校教学 学校教学中也常常会产生不正确的化学前科学概念,也许会有人对此产生怀疑,但这的确是现实。学校中化学前科学概念的形成往往是由于各学科内容间缺乏协调,对同一问题说法不一,或者是教师解释错误而造成的。比如学生在初二物理课上接受的概念是“物体都是由分子组成的”,这就给初三化学“物质是由分子、原子或离子组成的”的学习造成了困难。学生的化学前科学概念体系是学生自己的生活经验和对周围环境观察所构建的结果。如果对学生的化学前科学概念进行分析,会发现有以下特点:

   3.5 学生的前科学概念具有隐蔽性 在教学过程中,学生的前科学概念一般并不会主动地暴露出来,但学生在解决实际问题时却往往会自动地运用前科学概念。这就要求教师在设计教学时要创设一定的情境,使学生运用其已有的知识经验思考和解决具体问题,从学生的回答中了解他们的化学前科学概念,并采取相应的教学策略以促进概念转变。

   3.6 学生的前科学概念具有顽固性 要转变学生错误的前科学概念是非常困难的,因为学生曾经运用这些概念“成功”地解释或解决了一些实际问题,从而使他们相信自己的前科学概念是正确的。施教时如果不以一种真实的、权威的方式呈现问题,使学生认识到在一定的情境里科学概念比他们原有的概念更加有效,学生将难以真正接受教师讲授的科学概念。研究证明,有些学生在学习之后仍然固执地坚持自己的看法,另有一些学生只是在类似教师课堂教学的情境下才运用科学概念解决问题,而一旦换个情境则还是继续运用原有的概念去解决问题,从而导致推理错误。

  3.7 学生的前科学概念与科学发展史上的某些概念存在着相似性 

这是因为,个体的认识过程总是以必然的形式重演人类的认识过程,尤其是学生的一些错误的前科学概念与科学发展史上曾经被当时的科学家认定是真理的观点是一致的。比如,有些学生认为空气就是由氧气和氮气组成的,不存在其他的气体。在把错误的前科学概念转变为科学概念时,学生遇到的许多困难与科学史上从旧范式向新范式进行转换时的困难非常相似.

4 化学概念转变的教学策略

有关学生化学前科学概念及其转变的教学研究,被认为是化学学习中的核心问题,已成为近20年来国外化学教育研究的热点课题。化学教育研究者、认知心理学家和化学课程编制者已经提出了各种概念转变的模型,基本上都把概念转变教学视为一种动态的、循环的过程。

1982年,纳斯鲍姆、诺瓦克(Nassbaum&Novick)提出了概念转变的3步教学策略:

  4.1 揭示和弄清学生已有的前科学概念 教师教学的首要任务是诊断学生的前科学观念,可采用谈话法、实验法、概念图等.进行个别访谈是教师发现、了解学生已有观念的最好方法,但这种方法的缺点是需要占用大量时间。教师也可在课堂上设计实验,观察学生的反应,来了解学生的已有观念。

  4.2 引进与前科学概念相冲突的新概念 根据波斯纳的概念转变模型,对前科学概念的不满意是促使学生概念转变的关键因素,因此利用引发认知冲突的方法来促进概念转变,对于纠正学生的错误观念是一种极为有效的教学策略。可以通过合作学习中的讨论和对话引发认知冲突,也可以利用特殊的文本产生认知冲突。

  4.3 鼓励学生对新观念进行评论,并形成对有关问题的新的观念图式 在提出经验性的证据并加以讨论后,教师应该提供同化新观念的支持和帮助,并对现有的问题作详细论述,使学生得以重新组织自己对具体情境中的问题所持有的观念。

另外,也有人提出了概念转变教学的5步教学策略:

1)给学习者提供一个有挑战性的情景,鼓励学生根据已有的经验背景做出个人的预测;

2)学生先是在小组讨论,然后再与全班一起交流他们的预测与解释,从而暴露出他们的前科学观念;

3)学生以小组为单位,设计实验来检验他们的预测;

4)根据实验结果与学生依据错误概念所产生的预测之间的冲突在课堂展开讨论,使学生初步接受科学观念;

5)教师及时提供一些类似情景,使学生能够将从实验中得到的科学观念延伸到其他情景中,进一步巩固科学观念。

总之,灌输式教学或简单的结论式教学,不可能使学生真正地理解科学概念。学生可能记住和接受了科学概念的定义,但并不意味着彻底放弃原有的错误概念。概念转变教学要求教师要提供丰富、具体具有说服力的科学事实,使学生认识到自己原有概念的不足,引发认知冲突;要引导学生对实际中的问题进行讨论,通过生生之间、师生之间的相互交流和讨论,使学生从不同的角度改进自己的经验和认识,转变自己不正确的观点,逐步实现对概念有一个全面、准确的理解;要重视引导学生去应用概念解决实际问题,在实践中深化对概念的理解。

 

 

 

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