職業(yè)教育論文-概念改變的教學策略研究.doc

職業(yè)教育論文-概念改變的教學策略研究摘要：概念教學一直是科學教學的重要組成部分，其重點之一是改變學生原有的錯誤概念，即概念改變。概念改變的心理過程是建構心理模型的過程，其中涉及三個關鍵步驟，即認識到異常情況、創(chuàng)建新模型、使用新模型，教師能系統(tǒng)地使用其中的教學策略，將有助于學生錯誤概念的改變。關鍵詞：概念改變；心理模型；錯誤概念概念教學一直是科學教學的重要組成部分，其目的就是讓學生正確理解科學概念。然而學生在學習概念前已經(jīng)對一些概念有了樸素的理解，這種理解往往與概念的科學含義不一致，于是概念教學的重點就變成了改變學生原有的樸素理解，即概念改變。在中小學的教學實踐中教師發(fā)現(xiàn)學生存在某些錯誤概念卻難以改變。究其原因，其中一個就是錯誤概念不僅僅涉及學生對概念命題本身的理解，更可能涉及學生對整個物理系統(tǒng)，乃至本體類別水平的理解（如圖1）。圖1概念改變的難易程度在認知心理學中通常使用心理模型表征學生對世界物理系統(tǒng)的理解，只有從根本上改變支撐錯誤概念的心理模型，才能真正達到概念改變的目的。筆者從心理模型的建構過程入手，提出了概念改變的三個關鍵步驟，在此基礎上系統(tǒng)地梳理了概念改變的教學策略。而就本體類別水平上概念改變的探討，將另擬一文。一、概念改變的心理過程：心理模型的建構學生在某些概念的理解上會自然而然地流露出一些不正確的觀念，例如，地球是平的，重物先于輕物落下。人們通常稱之為錯誤概念，或中性地稱之為異構概念、前概念、樸素概念。我國學者在探查學生的前科學概念上做過一些研究。1然而幾乎沒有學者系統(tǒng)地探討如何改變學生的錯誤概念，而這個問題恰恰是中小學教學實踐亟待解決的問題。在實踐中教師發(fā)現(xiàn)有些錯誤概念難以改變，其中一個主要原因就是學生的錯誤概念往往涉及對整個物理系統(tǒng)的理解。學生對一個概念的理解能夠體現(xiàn)出對整個物理系統(tǒng)的理解情況，在已形成的知識體系中學生錯誤地理解物理系統(tǒng)，那么就不可能正確地理解物理系統(tǒng)的核心概念，所以要改變學生的錯誤概念，并獲得長期效果，就必然要改變學生對整個物理系統(tǒng)的理解。這與概念改變研究中的一致觀相吻合，持一致觀的人認為學生給出的不正確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這種一致的“模式”。早期，研究者利用學生的樸素解釋與中世紀科學家的理論相似性，從而得出一致觀，于是學生的樸素解釋被認為是“似理論”的。例如，學生關于運動的樸素觀點相似于14世紀的動力理論，兩者都認為：（1）一個物體需要內(nèi)力，并且該內(nèi)力使物體保持運動；（2）移動物體的動力漸漸消失，以至于物體漸漸變慢，停止。近期，研究者通過辨識產(chǎn)生錯誤概念的心理模型種類，捕捉學生樸素解釋的一致模式。Vosniadou和Brewer（1992）2辨識了兒童理解地球的樸素心理模型。與之相似，Chi等人（1994）3捕捉到中學生各種人類循環(huán)系統(tǒng)的心理模型。正是這些不正確的心理模型才使得人們產(chǎn)生錯誤概念，例如一個兒童有這樣的樸素心理模型，即“地球是平的”，如果教師告訴他“地球是圓的”，兒童可能會認為“地球像碟子一樣”，中間平坦，四周是圓形的。圖2心理模型的建構過程在這里，心理模型是指對某一特定系統(tǒng)的功能部分及其相互關系的表征，它是學生理解、推論和預測的基礎，那么學生學習和理解科學概念的過程其實就是建構心理模型的過程，學生概念改變的心理過程也就是從不正確心理模型向正確心理模型轉變的過程。所以只有支撐錯誤概念的心理模型發(fā)生轉變，錯誤概念才會發(fā)生根本的轉變，并有良好的長期效果。從認知心理學的研究中可以這樣描述心理模型的建構過程（如圖2），首先學生在學習科學概念之前已經(jīng)具有理解物理世界的心理模型，這個心理模型往往是不正確的，如果是正確的心理模型，那么就不存在學習的過程，更談不上改變的過程。于是學生要將自己原有的心理模型與物理系統(tǒng)模型進行比較，如果他們能夠認識到兩者之間的差異，就會產(chǎn)生認知沖突，從事各種建構活動，例如推論（其中包括自我解釋推論）、提問、回答問題、解釋、總結等等，于是學生產(chǎn)生新的命題和聯(lián)結，獲得新的組織原則，一個新的心理模型就出現(xiàn)了。學生不斷使用新的心理模型，使之成為自身知識體系中的一部分，當學生在學習新的物理系統(tǒng)時類似的心理模型建構過程將重復出現(xiàn)。在心理模型的建構過程中三個關鍵步驟將對概念改變至關重要（見下表）：首先，認識到異常情況，即目前的心理模型不能解釋觀察到的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，于是產(chǎn)生認知沖突；然后，創(chuàng)建新模型，即通過建構活動和類比，創(chuàng)建一個新模型，解釋觀察到的事實；最后，使用新模型，即在新的情境中基于新模型做出推論和預測，并檢驗之。二、教學策略之一：直面錯誤概念，引發(fā)認知沖突在概念改變的教學中，第一個步驟是讓學生認識到目前持有的心理模型與接觸到的資料不相符，學生進入課堂的時候不是帶著空白的頭腦，而是已經(jīng)具有表征物理世界的心理模型，只不過這些模型常常是錯誤的。有兩個典型的不正確心理模型的例子：一個是曲線動量錯誤，繩上的一個球以圓形軌跡旋轉，如果任其運動，球的運動路徑將會怎樣？正確的答案是球按照圓的切線方向運動，但有相當數(shù)量的人認為球應按照圓形路徑運動。另一個是滑落錯誤，如果球以一定的速度從桌邊滑出，球的軌跡將會怎樣？正確答案是球應該按照拋物線下落，但有人認為球?qū)⑺较蚯斑\動，當動量耗盡時開始下落。這些錯誤概念背后往往有更深層次的心理模型支持，上述兩個錯誤概念就涉及對運動的根本理解，而且學生能根據(jù)心理模型，自認為正確地解釋一些現(xiàn)象，因此自己意識不到持有的概念是錯誤的，更不必說要改變原有的錯誤概念。教師能讓學生認識到錯誤概念嗎？Clement發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的物理課堂教學很少能消除學生的錯誤概念。4那么采取怎樣的策略和方法能讓學生認識到異常情況呢？Chinn和Brewer5討論了給兒童呈現(xiàn)異常資料時所發(fā)生的種種情況：兒童可能會忽視、擱置、拒絕或排斥這些異常的資料，如此種種舉動使前概念得以保持；此外，兒童可能會對異常資料重新做出解釋，或?qū)ψ约旱睦碚撟龀霰砻嫘薷模@兩種舉動基本上使他們的前概念得以保持；最后一種情況，他們可能會改變自己的核心觀念，形成某種新的理論和圖式。Chinn和Brewer5鑒別出十一種有助于學生成為反思理論改變者的教學策略（如圖3）。這些策略包括削弱前概念的根基；引進另一明確且可信的相異理論；給學生提供清晰且可信的資料，且這些資料與新觀念構架相一致，但與舊觀念相異；最后鼓勵學生證明這一新觀念的合理性，并做出深加工。圖3成為反思理論改變者的教學策略這些策略大部分是讓學生比較原有心理模型與物理系統(tǒng)模型，通過比較促使學生產(chǎn)生認知沖突，認識到自己的心理模型是有瑕疵的，從而推進心理模型順利的建構。在這一過程中，認知沖突的產(chǎn)生直接關系到后面的建構過程。在一項課堂研究中，6要求五年級和六年級的學生預測某一結果，然后進行測量，并解釋為什么測量的結果與預測的結果相沖突。例如，學生拉一張很重的桌子，沒能拉動，于是認為沒有力作用其上。然而，學生使用測力計，測到施加在桌子上很大的力。在隨后的課堂討論中，學生不得不協(xié)調(diào)相互沖突的信息，即物體沒被移動，而仍然有力施加其上。那些參與認知沖突活動的學生在解決物理問題上顯示出了更大的進步?？傊鏛imon所說：“認知沖突看起來是概念改變過程的起點。”7三、教學策略之二：促進建構活動，提供具體類比一旦學生產(chǎn)生了認知沖突，認識到他們的心理模型是有瑕疵的，下一步就應該進行各種建構活動，創(chuàng)建新模型。在這一過程的教學中教師應促進學生進行各種建構活動，提供具體的類比，幫助他們建立正確的新模型。學生的建構活動有推論（其中包括自我解釋）、提問、回答問題、解釋、總結等等，這些建構活動將有助于概念改變。Chi3讓學生學習陳述性知識人類的雙循環(huán)系統(tǒng)時，14名八年級的學生沒有受過任何集中訓練，僅在讀完每一句文字后，進行自我解釋，而另外十名學生讀同一文本兩次。開始時多數(shù)學生帶有單循環(huán)的心理模型，而在學習文本后促進自我解釋組有更多的學生獲得了雙循環(huán)模型，同在促進自我解釋組中高自我解釋的學生比低自我解釋的學生能夠更深入地理解文本。可見促進建構活動將有助于學生心理模型的建構。按照Posner等人的觀點，新模型必須是可理解的（新模型必須明白、清晰、具有內(nèi)在的一致性，學生能容易地理解它）、合理的（新模型是一種可能的替代模型，學生所使用的數(shù)據(jù)知識應與新模型相符）、有效的（即新模型必須比舊模型在有用性上更可取，學生并能在新的情境中使用該模型）。8那么怎樣才能更好地理解新物理系統(tǒng)呢？Gentner提出學生要把新系統(tǒng)與熟悉的系統(tǒng)聯(lián)系起來，由此理解新系統(tǒng)是如何運作的。9其實，很長時間以來科學教學的策略之一就是將要學的新現(xiàn)象比擬成另一熟悉的現(xiàn)象，這是由于科學教學常涉及理解一些無法直接觀察到的事物，因此參照某些可觀察到的事物或曾有體驗的事情能夠更好地促進理解。例如，有時人們把電流比擬為水流系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中電線像水管，電子像水，電池像水泵，而電阻像水管中窄的部分，有時人們把電流比做通過走廊的人流。在科學教育中類比的使用相當流行，美國化學教育雜志中曾辟有“應用與類比”定期專欄。類比已明確地用于幫助學生克服一些錯誤概念，尤其是在一些常見的錯誤概念中，使用“橋式”（bridge）類比有很好的效果。在沒有學習牛頓第一定律時，多數(shù)學生認為桌子不會對置于其上的書施加向上的力，但他們相信在用自己的手向下壓彈簧時，彈簧會發(fā)力，僅以彈簧充當類比，通常不能起到改變學生錯誤概念的作用，但使用某種既含原事例（桌子上的書）又含類比事例（手按彈簧）的中間類比（在有彈性的泡沫墊上的書），能夠收到更好的教學效果。類比很難完美無缺，因此在使用類比時總會暴露出某些問題。例如太陽系與原子相類比，這樣可能有助于學生構想原子中的電子與原子核的關系，但同時也可能會使學生做出并不確切的推論。某個學生可能會猜想，既然行星與太陽間存在重力吸引，那么在電子與原子核之間也可能存有這種吸引力；電子是在單一的平面上圍繞著原子核運動的。這些顯然是錯誤概念。因此類比可能對學生有幫助，但也可能會誤導學生。在有些情況下，學生可能過分地拓展類比，建構一些不正確的概念。例如，在日常生活中有這樣一個例子，許多人會認為恒溫加熱器在加熱房間時像水龍頭一樣操作，只要將刻度盤的指針調(diào)得更高，房間便會熱得更快。因此，為了防備類比的過分擴大或誤用，在教學中應引介多方面類比?？梢?，好的類比應具有更顯著的語義上的相似性，結構上的對應性，以及實用上的相關性。類比能引發(fā)學生對主題的思考，但也應明確比喻的局限性。教師應當指出類比在何處是不適用的，不確切的。此外，教師應盡量使用學生熟悉的那些事物作類比，應清晰地表明類比之間在語義和結構上的相互對應?？傊?，無論促進學生的建構活動，還是提供相似而具體的模型作類比，都能幫助學生替換不正確的心理模型，建構正確的新模型。四、教學策略之三：使用新建模型，檢驗研究假設雖然新的心理模型已經(jīng)建立起來，但整個的建構過程還沒有結束，如果要使心理模型真正地成為知識體系中的一部分，還要知道如何運用心理模型，并在此基礎上做出解釋、推論和預測，這樣才算完成整個的概念改變過程。于是學生要在新的情境中運用新模型來解釋和預測。有可靠的證據(jù)表明，高中生在科學推理的兩個重要方面都存在相當?shù)睦щy，即產(chǎn)生理論和解釋數(shù)據(jù)。例如，Klahr10讓學生指出，在稱做BigTrack的程控玩具車上RPT按鈕能夠做些什么。學生可以在控制板上以任何順序按下按鈕，于是可以觀察到車的運行情況。大多數(shù)兒童僅僅考慮到一個理論，而忽視與之相沖突的結果，并且只是不斷地重復檢驗同樣的理論。在一個計算機模擬生物實驗中，11大多數(shù)學生懷有一個理論開始實驗，并做實驗意圖證實這個理論（即通常所說的證實偏見）。當結果數(shù)據(jù)與他們的理論相沖突時，大多數(shù)學生傾向于忽視這些結果，繼續(xù)試圖證實他們的理論。所以，大多數(shù)學生不能判斷數(shù)據(jù)是否駁斥了理論，并且在某種程度上不會系統(tǒng)地檢驗假設。怎么做才能提高學生檢驗假設的能力呢？當Lawson和Snitgen12在如何檢驗生物理論假設上，提供了直接教學時，學生在科學思維測驗分數(shù)上提高很大。在一項具有典型意義的研究中，13七年級的學生參與為期三周的科學教學單元，單元重視科學思維，其中包括集中考察一些題目，例如“為什么酵母、面粉、糖、鹽和溫水在一起會產(chǎn)生氣體？”參與的學生在科學和科學研究的觀念上有了相當大的提高。總之，有不斷出現(xiàn)的證據(jù)表明教師可以傳授科學推論，幫助學生以新建的模型為基礎做出推論和假設。五、總結概念改變教學被納入到心理模型的建構框架中來探討，目的有兩個：其一，概念改變不能僅僅從概念本身入手，更重要的是要關注支撐錯誤概念的心理模型，這往往是概念難于改變的更為重要的原因。第二，從概念改變的心理過程，即建構心理模型這一認知過程著手，以一種新的視角梳理概念改變教學的方法和策略，能使人們更加明晰不同的策略和方法是在建構模型的哪一步驟起作用，以期改善概念改變的教學。但同時也要指出，不能片面地割裂整個心理模型的建構過程，而單單促進某一步驟的學習，忽視其他步驟的教學，在這里之所以展現(xiàn)一個完整的建構過程，就是期望教育工作者能從系統(tǒng)而完整的建構過程來考慮概念改變教學，運用多種策略和方法，從不同的心理模型建構階段，更有效地促進學生錯誤概念的改變過程。參考文獻：1王磊，蘇伶俐，黃燕寧.初中生化學前科學概念的探查科學學習心理的研究J.心理發(fā)展與教育，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