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职业教育论文-概念改变的教学策略研究摘要：概念教学一直是科学教学的重要组成部分，其重点之一是改变学生原有的错误概念，即概念改变。概念改变的心理过程是建构心理模型的过程，其中涉及三个关键步骤，即认识到异常情况、创建新模型、使用新模型，教师能系统地使用其中的教学策略，将有助于学生错误概念的改变。关键词：概念改变；心理模型；错误概念概念教学一直是科学教学的重要组成部分，其目的就是让学生正确理解科学概念。然而学生在学习概念前已经对一些概念有了朴素的理解，这种理解往往与概念的科学含义不一致，于是概念教学的重点就变成了改变学生原有的朴素理解，即概念改变。在中小学的教学实践中教师发现学生存在某些错误概念却难以改变。究其原因，其中一个就是错误概念不仅仅涉及学生对概念命题本身的理解，更可能涉及学生对整个物理系统，乃至本体类别水平的理解（如图1）。图1概念改变的难易程度在认知心理学中通常使用心理模型表征学生对世界物理系统的理解，只有从根本上改变支撑错误概念的心理模型，才能真正达到概念改变的目的。笔者从心理模型的建构过程入手，提出了概念改变的三个关键步骤，在此基础上系统地梳理了概念改变的教学策略。而就本体类别水平上概念改变的探讨，将另拟一文。一、概念改变的心理过程：心理模型的建构学生在某些概念的理解上会自然而然地流露出一些不正确的观念，例如，地球是平的，重物先于轻物落下。人们通常称之为错误概念，或中性地称之为异构概念、前概念、朴素概念。我国学者在探查学生的前科学概念上做过一些研究。1然而几乎没有学者系统地探讨如何改变学生的错误概念，而这个问题恰恰是中小学教学实践亟待解决的问题。在实践中教师发现有些错误概念难以改变，其中一个主要原因就是学生的错误概念往往涉及对整个物理系统的理解。学生对一个概念的理解能够体现出对整个物理系统的理解情况，在已形成的知识体系中学生错误地理解物理系统，那么就不可能正确地理解物理系统的核心概念，所以要改变学生的错误概念，并获得长期效果，就必然要改变学生对整个物理系统的理解。这与概念改变研究中的一致观相吻合，持一致观的人认为学生给出的不正确答案有一致的理解模式。不同的研究者使用不同的方法捕捉这种一致的“模式”。早期，研究者利用学生的朴素解释与中世纪科学家的理论相似性，从而得出一致观，于是学生的朴素解释被认为是“似理论”的。例如，学生关于运动的朴素观点相似于14世纪的动力理论，两者都认为：（1）一个物体需要内力，并且该内力使物体保持运动；（2）移动物体的动力渐渐消失，以至于物体渐渐变慢，停止。近期，研究者通过辨识产生错误概念的心理模型种类，捕捉学生朴素解释的一致模式。Vosniadou和Brewer（1992）2辨识了儿童理解地球的朴素心理模型。与之相似，Chi等人（1994）3捕捉到中学生各种人类循环系统的心理模型。正是这些不正确的心理模型才使得人们产生错误概念，例如一个儿童有这样的朴素心理模型，即“地球是平的”，如果教师告诉他“地球是圆的”，儿童可能会认为“地球像碟子一样”，中间平坦，四周是圆形的。图2心理模型的建构过程在这里，心理模型是指对某一特定系统的功能部分及其相互关系的表征，它是学生理解、推论和预测的基础，那么学生学习和理解科学概念的过程其实就是建构心理模型的过程，学生概念改变的心理过程也就是从不正确心理模型向正确心理模型转变的过程。所以只有支撑错误概念的心理模型发生转变，错误概念才会发生根本的转变，并有良好的长期效果。从认知心理学的研究中可以这样描述心理模型的建构过程（如图2），首先学生在学习科学概念之前已经具有理解物理世界的心理模型，这个心理模型往往是不正确的，如果是正确的心理模型，那么就不存在学习的过程，更谈不上改变的过程。于是学生要将自己原有的心理模型与物理系统模型进行比较，如果他们能够认识到两者之间的差异，就会产生认知冲突，从事各种建构活动，例如推论（其中包括自我解释推论）、提问、回答问题、解释、总结等等，于是学生产生新的命题和联结，获得新的组织原则，一个新的心理模型就出现了。学生不断使用新的心理模型，使之成为自身知识体系中的一部分，当学生在学习新的物理系统时类似的心理模型建构过程将重复出现。在心理模型的建构过程中三个关键步骤将对概念改变至关重要（见下表）：首先，认识到异常情况，即目前的心理模型不能解释观察到的数据和现象，于是产生认知冲突；然后，创建新模型，即通过建构活动和类比，创建一个新模型，解释观察到的事实；最后，使用新模型，即在新的情境中基于新模型做出推论和预测，并检验之。二、教学策略之一：直面错误概念，引发认知冲突在概念改变的教学中，第一个步骤是让学生认识到目前持有的心理模型与接触到的资料不相符，学生进入课堂的时候不是带着空白的头脑，而是已经具有表征物理世界的心理模型，只不过这些模型常常是错误的。有两个典型的不正确心理模型的例子：一个是曲线动量错误，绳上的一个球以圆形轨迹旋转，如果任其运动，球的运动路径将会怎样？正确的答案是球按照圆的切线方向运动，但有相当数量的人认为球应按照圆形路径运动。另一个是滑落错误，如果球以一定的速度从桌边滑出，球的轨迹将会怎样？正确答案是球应该按照抛物线下落，但有人认为球将水平向前运动，当动量耗尽时开始下落。这些错误概念背后往往有更深层次的心理模型支持，上述两个错误概念就涉及对运动的根本理解，而且学生能根据心理模型，自认为正确地解释一些现象，因此自己意识不到持有的概念是错误的，更不必说要改变原有的错误概念。教师能让学生认识到错误概念吗？Clement发现，传统的物理课堂教学很少能消除学生的错误概念。4那么采取怎样的策略和方法能让学生认识到异常情况呢？Chinn和Brewer5讨论了给儿童呈现异常资料时所发生的种种情况：儿童可能会忽视、搁置、拒绝或排斥这些异常的资料，如此种种举动使前概念得以保持；此外，儿童可能会对异常资料重新做出解释，或对自己的理论做出表面修改，但这两种举动基本上使他们的前概念得以保持；最后一种情况，他们可能会改变自己的核心观念，形成某种新的理论和图式。Chinn和Brewer5鉴别出十一种有助于学生成为反思理论改变者的教学策略（如图3）。这些策略包括削弱前概念的根基；引进另一明确且可信的相异理论；给学生提供清晰且可信的资料，且这些资料与新观念构架相一致，但与旧观念相异；最后鼓励学生证明这一新观念的合理性，并做出深加工。图3成为反思理论改变者的教学策略这些策略大部分是让学生比较原有心理模型与物理系统模型，通过比较促使学生产生认知冲突，认识到自己的心理模型是有瑕疵的，从而推进心理模型顺利的建构。在这一过程中，认知冲突的产生直接关系到后面的建构过程。在一项课堂研究中，6要求五年级和六年级的学生预测某一结果，然后进行测量，并解释为什么测量的结果与预测的结果相冲突。例如，学生拉一张很重的桌子，没能拉动，于是认为没有力作用其上。然而，学生使用测力计，测到施加在桌子上很大的力。在随后的课堂讨论中，学生不得不协调相互冲突的信息，即物体没被移动，而仍然有力施加其上。那些参与认知冲突活动的学生在解决物理问题上显示出了更大的进步。总之，正如Limon所说：“认知冲突看起来是概念改变过程的起点。”7三、教学策略之二：促进建构活动，提供具体类比一旦学生产生了认知冲突，认识到他们的心理模型是有瑕疵的，下一步就应该进行各种建构活动，创建新模型。在这一过程的教学中教师应促进学生进行各种建构活动，提供具体的类比，帮助他们建立正确的新模型。学生的建构活动有推论（其中包括自我解释）、提问、回答问题、解释、总结等等，这些建构活动将有助于概念改变。Chi3让学生学习陈述性知识人类的双循环系统时，14名八年级的学生没有受过任何集中训练，仅在读完每一句文字后，进行自我解释，而另外十名学生读同一文本两次。开始时多数学生带有单循环的心理模型，而在学习文本后促进自我解释组有更多的学生获得了双循环模型，同在促进自我解释组中高自我解释的学生比低自我解释的学生能够更深入地理解文本。可见促进建构活动将有助于学生心理模型的建构。按照Posner等人的观点，新模型必须是可理解的（新模型必须明白、清晰、具有内在的一致性，学生能容易地理解它）、合理的（新模型是一种可能的替代模型，学生所使用的数据知识应与新模型相符）、有效的（即新模型必须比旧模型在有用性上更可取，学生并能在新的情境中使用该模型）。8那么怎样才能更好地理解新物理系统呢？Gentner提出学生要把新系统与熟悉的系统联系起来，由此理解新系统是如何运作的。9其实，很长时间以来科学教学的策略之一就是将要学的新现象比拟成另一熟悉的现象，这是由于科学教学常涉及理解一些无法直接观察到的事物，因此参照某些可观察到的事物或曾有体验的事情能够更好地促进理解。例如，有时人们把电流比拟为水流系统，在这个系统中电线像水管，电子像水，电池像水泵，而电阻像水管中窄的部分，有时人们把电流比做通过走廊的人流。在科学教育中类比的使用相当流行，美国化学教育杂志中曾辟有“应用与类比”定期专栏。类比已明确地用于帮助学生克服一些错误概念，尤其是在一些常见的错误概念中，使用“桥式”（bridge）类比有很好的效果。在没有学习牛顿第一定律时，多数学生认为桌子不会对置于其上的书施加向上的力，但他们相信在用自己的手向下压弹簧时，弹簧会发力，仅以弹簧充当类比，通常不能起到改变学生错误概念的作用，但使用某种既含原事例（桌子上的书）又含类比事例（手按弹簧）的中间类比（在有弹性的泡沫垫上的书），能够收到更好的教学效果。类比很难完美无缺，因此在使用类比时总会暴露出某些问题。例如太阳系与原子相类比，这样可能有助于学生构想原子中的电子与原子核的关系，但同时也可能会使学生做出并不确切的推论。某个学生可能会猜想，既然行星与太阳间存在重力吸引，那么在电子与原子核之间也可能存有这种吸引力；电子是在单一的平面上围绕着原子核运动的。这些显然是错误概念。因此类比可能对学生有帮助，但也可能会误导学生。在有些情况下，学生可能过分地拓展类比，建构一些不正确的概念。例如，在日常生活中有这样一个例子，许多人会认为恒温加热器在加热房间时像水龙头一样操作，只要将刻度盘的指针调得更高，房间便会热得更快。因此，为了防备类比的过分扩大或误用，在教学中应引介多方面类比。可见，好的类比应具有更显著的语义上的相似性，结构上的对应性，以及实用上的相关性。类比能引发学生对主题的思考，但也应明确比喻的局限性。教师应当指出类比在何处是不适用的，不确切的。此外，教师应尽量使用学生熟悉的那些事物作类比，应清晰地表明类比之间在语义和结构上的相互对应。总之，无论促进学生的建构活动，还是提供相似而具体的模型作类比，都能帮助学生替换不正确的心理模型，建构正确的新模型。四、教学策略之三：使用新建模型，检验研究假设虽然新的心理模型已经建立起来，但整个的建构过程还没有结束，如果要使心理模型真正地成为知识体系中的一部分，还要知道如何运用心理模型，并在此基础上做出解释、推论和预测，这样才算完成整个的概念改变过程。于是学生要在新的情境中运用新模型来解释和预测。有可靠的证据表明，高中生在科学推理的两个重要方面都存在相当的困难，即产生理论和解释数据。例如，Klahr10让学生指出，在称做BigTrack的程控玩具车上RPT按钮能够做些什么。学生可以在控制板上以任何顺序按下按钮，于是可以观察到车的运行情况。大多数儿童仅仅考虑到一个理论，而忽视与之相冲突的结果，并且只是不断地重复检验同样的理论。在一个计算机模拟生物实验中，11大多数学生怀有一个理论开始实验，并做实验意图证实这个理论（即通常所说的证实偏见）。当结果数据与他们的理论相冲突时，大多数学生倾向于忽视这些结果，继续试图证实他们的理论。所以，大多数学生不能判断数据是否驳斥了理论，并且在某种程度上不会系统地检验假设。怎么做才能提高学生检验假设的能力呢？当Lawson和Snitgen12在如何检验生物理论假设上，提供了直接教学时，学生在科学思维测验分数上提高很大。在一项具有典型意义的研究中，13七年级的学生参与为期三周的科学教学单元，单元重视科学思维，其中包括集中考察一些题目，例如“为什么酵母、面粉、糖、盐和温水在一起会产生气体？”参与的学生在科学和科学研究的观念上有了相当大的提高。总之，有不断出现的证据表明教师可以传授科学推论，帮助学生以新建的模型为基础做出推论和假设。五、总结概念改变教学被纳入到心理模型的建构框架中来探讨，目的有两个：其一，概念改变不能仅仅从概念本身入手，更重要的是要关注支撑错误概念的心理模型，这往往是概念难于改变的更为重要的原因。第二，从概念改变的心理过程，即建构心理模型这一认知过程着手，以一种新的视角梳理概念改变教学的方法和策略，能使人们更加明晰不同的策略和方法是在建构模型的哪一步骤起作用，以期改善概念改变的教学。但同时也要指出，不能片面地割裂整个心理模型的建构过程，而单单促进某一步骤的学习，忽视其他步骤的教学，在这里之所以展现一个完整的建构过程，就是期望教育工作者能从系统而完整的建构过程来考虑概念改变教学，运用多种策略和方法，从不同的心理模型建构阶段，更有效地促进学生错误概念的改变过程。参考文献：1王磊，苏伶俐，黄燕宁.初中生化学前科学概念的探查科学学习心理的研究J.心理发展与教育，2000，（1）：3742.2VosniadouS,BrewerWF.Mentalmodelsoftheearth:AstudyofconceptualchangeinchildhoodJ.CognitivePsychology,1992，24:535585.3ChiMTH,deLeeuwN,ChiuMH,LaVancherC.Elicitingself-explanationsimprovesunderstandingJ.CognitiveScience,1994,18:439447.4ClementJA.StudentspreconceptionsinelementarymechanicsJ.AmericanJournalofPhysics,1982,50:6671.5ChinnCA,BrewerWF.Theroleofanomalousdatainknowledgeacquisition:atheoreticalframeworkandimplicationsforscienceinstructionJ.ReviewofEducationalResearch,1993,63:149.6VosniadouS,IonnidesC,DimitrakopoulowA,PapademetriouE.DesigningLearningenvironmentstopromoteconceptualchangeinscienceJ.LearningandInstruction,2001,11:381419.7LimonM.Oncognitiveconflictasaninstructionalstrategyforconceptualchange:acriticalappraisalJ.LearningandInstruction,2001,11:357380.8PosnerG,StrikeK,HewsonP,GertzogW.Accommodationsofscientificc