理解错误认知重构科学概念
——也谈小学生科学教学中的错误前概念
内容简介
小学生错误前概念是普遍存在的，教师教学应该注意学生的错误前概念。错误概念的产生主要有误导、思维方法不当、科学后前科学几种途径。错误前概念向科学概念的转变是科学教学的重要内容。
[关键字] 小学生错误前概念形成 重构与转变
引
当一个一年级儿童第一天走进学校大门，他的脑子里早已不是一张“白纸”——无论就语言能力还是科学概念而言，在这张纸上“画”了很多东西了，这就是他们生活经验的积累。在他们以后的学校生活中，教师会给他们提供很多很好的素材，这张“画”会被他们画得更加绚烂美丽，然而我们不得不承认，绚丽的“画面”背后还是能发现他早已涂下的“基色”。作为科学教师，在指导学生在头脑中绘制恢弘的科学“画卷”时，也应该注意孩子们早先染上的科学“基色”。
一.错误前科学概念定义
师：一个重的物体与一个轻的物体同时下落，请问那一个最先落地？
生：（异口同声）重的先落地。
师：为什么我们盖被子会觉得暖和？
生：因为被子里的棉絮会产生热量。
在课堂中，我们科学教师经常会碰到这些学生非常确定的回答，这些答案在我们科学教师眼中是明显错误的，可是对学生而言却是可理解，可接受的，符合他们的生活经验的。象这些在学生接受正规的科学教育之前，通过日常交往和个人经验的积累过程中形成的概念可称之为前科学概念（pre-science conception）或前概念（preconception）。这些前概念中有些是对客观世界的朴素观念，有的则完全与科学概念相悖，后者也叫错误概念。上面两个例子中的学生前概念就属于错误概念。
从人类认识的发展角度来看，前概念的产生是正常的、必然的，因为在科学发展史上这种前概念也屡见不鲜。前概念的产生正体现了人类认识发展的一般规律，同时，学生在建立前概念时所自发形成的感知、比较、与逻辑推理能力和朴素的科学观念是我们对学生进行科学教育的基础。难以想象，一节学生没有任何前概念的科学课教师应该怎么上？在这篇论文中，我主要探讨的是那些与科学概念相悖的错误概念的产生、特点与转变。
二.错误前概念来源分析
那么，学生的错误前概念是怎么来的呢？我认为主要途径有以下三种：
（一）误导
儿童在生活中，喜欢问为什么，也会常常熏陶各种错误的观点，由于儿童缺少缜密的逻辑思维和甄别能力，会无条件的接受这些错误的概念与想法。提供这些误导的来源主要有：（1）来源于语言；如我们常说“太阳升起来了”。这就给学生一个暗示：太阳是在围绕着地球转。（2）来源于“知识权威”；在孩子眼力，父母、长辈、老师具有天生的知识权威，所以当他们说什么，他们就信什么。如：一个孩子曾经问爸爸为什么太阳会下山？爸爸回答那是因为热空气会上升，中午天热，空气就把太阳托上去了！晚上天气凉，太阳就自然降下来了吗！孩子又问那太阳为什么从东边移到西边呢？这位老爸不假思索的说那是因为太阳风。在父亲自作聪明的回答后，错误前概念的种子就种下来了。（3）来源于同伴；前概念在孩子中间可以说具有“传染性”。当一个孩子接受到或者自创一个解释或者观点后，他会兴奋地告诉他的同伴，也许这个观点正好解释同伴的疑惑，同伴当然会很乐意的接受他。比如说我小时侯就听同伴说橡皮是由水中的苔藓经过烘干制成的，这样以讹传讹，我们那一片的孩子都这么认为了。
（二）思维方法不当
一个科学概念的是在通过观察、实验、生活经验等获得足够多的感性材料后，必须利用各种思维方法的形成的，同时理解其内涵和外延，掌握其实质和应用。我们知道，儿童不仅喜欢问为什么，而且喜欢自己思考。然而他们没有掌握建立科学概念的正确的思维方法和思维过程，所以才会有许多学生非常确定而我们无法理解的错误概念。
学生的不当思维方法主要有以下几类（1）注重表象；学生在观察自然事物或科学对象时，容易关注事物的非本质特性,而忽略了本质特性。例如有些儿童认为鸟是"会飞的动物"，把蜜蜂、苍蝇都看成鸟,而不同意鸡、鸭也是鸟。又如大部分学生认为“鱼”是身体梭形，生活在水中，所以学生会产生“黄鳝不是鱼，鲸是鱼”的错误概念。（2）不当归因；是指学生在认识到一重现象事物与另一样现象存在因果关系时，当他碰到相同或者类似的情形时，会把这种现象的产生与以前知道的因果关系联系起来。即A导致B；C等于或者类似B；则A导致C。比如文中开头的第二个例子就是学生看到某些物体（如火炉）放出热量，使他感到温暖。于是，当他感觉到被子的温暖时，也就想当然的以为被子在放出热量。（3）不完全演绎推理；如学生在日常生活中经常看到铁块沉于水中的现象，于是就推而广之在头脑中形成了铁块可以沉没于任何液体中的前概念。当老师讲铁块可以漂浮于水银面上时，许多学生根本不相信。又如学生观察到纸落下的比石头慢，于是就认为重的东西比轻的东西落下的快。这几种不当的科学思维方式可以说不同程度地存在于不同年龄段的每个小学生头脑中。
（三）科学后前概念
这是我自己创造的新词语，指学生在学习了科学知识之后，又用所学的科学知识片面解释自然现象。其实，前概念的“前”并不是指儿童上学前，而是指在学习一个科学知识之前。这个“前”可以是上学前，也可以是学习了一些科学知识之后，但是要学习另一个科学之前。它是动态的，不是静止固定的。比如一个学生在学习了地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆后，有时候离太阳近，有时候离太阳远。于是他认为夏天热是因为地球离太阳最近，冬天冷是因为地球公转到离太阳最远的地方。科学后前概念可以说是贯穿了一个人的一生，就好象前面例子中的那位父亲，他也是在知道了热空气上升，太阳风等科学概念后得出了可笑的结论。
三.科学概念的重构
建立科学概念是科学学习的基础，如何才能在朴素的或者错误的学生前科学的基础上建立正确的科学概念呢？长期以来，在我们的教学实践中，对学生的这类前科学概念是缺乏系统研究和对待的。教材主要考虑的是知识的逻辑结构体系，课上往往就是简单的引入概念或规律。这种做法事实上有意无意地将学生的头脑当成了一块“白板”，我们教师可以在上面构画出各种各样的科学知识图景。也有一种情况是意识到的学生的前概念，但是，教学者认为可以用正确的科学概念简单置换前科学概念。这两种思路都是片面的，他都忽视了学生的思维规律。科学新课程改革意识到了这些问题，遵循建构主义的教学思路，强调科学探究，充分发挥学生的思维主体性，在教师的引导下通过交流、合作建立正确的科学概念。
（一）)引发学生的认知冲突
为了实现学生的概念转变，我认为应满足下列条件：1.学生必须对自己头脑中已存在的概念不满意；2.学生必须对新概念有最低限度的理解；3.新概念初次出现时必须显得合情合理；4.新概念应具有解释和语言的功能。其中对当前的概念不满意是产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的转变，对于纠正学生的错误概念是一种极为有效的教学策略。
引发概念认知冲突之后，教师在课堂上既不能急于求成，也不能强行纠正，可以巧妙地通过合作学习中的讨论和对话，引发学生的认知冲突，允许学生为自己的前科学概念辩护，使学生间或师生间充分交换对同一事物与概念的不同看法。当学生发现自己所持有的概念、观念与他人不同，他人的观念比自己更合理，能更好地解决自己悬而未决的问题时，他们往往会对自己先前所持有的观念提出怀疑。在这种认知冲突中，学生易于接受新的、正确的科学概念。
例：在上溶解单元时，我从调查中发现有90%的学生认为“一杯溶解了的糖水，杯子下部的糖水要比上部的甜”。这虽然是个简单的溶液均一性的问题，但因涉及学生的正确思维方式问题，而是组织学生进行讨论。不少学生一口咬定实际情况就是这样，辩论很激烈，有的学生还再次进行试验，最终得出了关键在于糖是否完全溶解的共识，溶液均一性的概念也就自然形成了。
任何引发学生的认知冲突策略中，都应包含着让学生有机会阐明自己的观点这个阶段，这样就可以确定学生的观点与科学的观点之间的差异。如果学生的意见都一致，需要教师介入其中，通过实验或者另外途径提出某个“可接受的观点”，与学生提出的观点并行。
（二）丰富的感性认识
科学概念是客观事物的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是客观事物的抽象，它来自于客观现实，又高于客观现实。要形成正确的科学概念，充分理解科学概念的内涵和外延，灵活地解决科学问题，必须获得有关客观事物的足够多的感性材料，这些感性材料是形成和掌握科学概念的必要条件。所以，新课程要求充分的观察，充分运用实验，多多联系学生的生活实际。
例：如我在证明不同重量的铁球与小石块，同时在同高度自由下落，会同时落地时。当我做一次试验给他们看，学生仍然会想不通，不愿放弃原有的想法。 那么，我就用不同方式多做几次。既然认为铁球比小石块先落地，那么让铁球位置比小石块高一些时再同时下落，就有可能观察到两物同时落地的现象，于是先让铁球高出一米进行试验。结果明显地听到先后两次的落地声；将高差改成半米后又作一次试验，同样也有先后两次落地声；继续缩小差距，……这样一直试下去，观察到的趋势当差距越小时，落地声的先后越难分辨，且终于当两球没有差距时，落地声达到了完全的一致。在这个过程中学生获得丰富的感性认识，于是否定了原有的前概念，承认了老师所说的正确性。
在教学中，为了使学生能在感性认识的基础上，通过思维加工，形成并理解科学概念，教师必须注意变式的作用。变式是指从不同角度、方面和方式变换事物的非本质属性，以便揭示其本质属性的过程。变式不充分或不正确，往往会产生概念的内涵混淆、外延扩大或缩小的错误。通过变式，列举足够充分的、典型的、恰当的、学生熟知的肯定例证，比较与科学概念有关的特征，并分析概括这些例证，抽象出科学概念，然后，再列举足够多的、恰当的否定例证，比较与科学概念无关的特征，使学生真正掌握科学概念的内涵和外延。
一个重要概念的转变不能通过革命的方式发生，而在本质上是一个渐进过程。我们不要期望通过粉笔和说教的简单方式就可使学生把前概念转换成科学概念，也不要抱有经过一两次纠正就可以使前概念销声匿迹的幻想。前概念向物理概念的转变是思维结构的转变，是在学生头脑中引发的一场革命，需要改变原有的认知结构，建立新的认知结构，需要克服旧模式的惯性，因而是一个充满艰辛的过程。
四.小学生常见错误前科学概念
附：小学阶段，学生常见的错误前科学概念还有
1、冬天空气中的水分比夏季多。
2、蜘蛛是昆虫，鲸是鱼，鸡、鸭、鹅不是鸟。
3、两颗同一物种的种子，大一点的种子将来长得比小一点的种子将来长得高大些。
4、两股电流分别从正极与负极出发，在灯丝上相撞，于是，小灯泡亮了。
5、光滑的物体能反射光，而皮肤、衣服、土地等粗糙的东西不能反射光。
6、细菌都是对人体有害的。
7、我们的食物是在胃里消化吸收的。
8、人不是动物。
9、声音在空气中传播比在水中传播快。
10、八月十五的月亮是最圆的。
11、力量大的是正电，力量小的是负电。
12、同样大小的铁块与木块完全浸没于水中，木块所受的浮力大，因为一松手木块就能漂起来。
13、中间空的物体能够浮在水面上是因为有空气。
14、光是看得见的。
15、阴天没有太阳。
16、植物都是吸收二氧化碳放出氧气的。
……
参考文献
北京师范大学发展心理研究所 胡卫平 《中学科学概念教学的习理分析》
英国里兹大学儿童科学学习研究组郭玉英 卢俊梅译 《“为概念转变而教”策略综述》
罗星凯 周中权《学生头脑中的前科学概念研究》
