理解錯誤認知 重構科學概念 也談國小生科學教學中的錯誤前概念

理解錯誤認知重構科學概念

——也談小學生科學教學中的錯誤前概念

內容簡介

國小生錯誤前概念是普遍存在的，教師教學應該注意學生的錯誤前概念。錯誤概念的產生主要有誤導、思維方法不當、科學後前科學幾種途徑。錯誤前概念向科學概念的轉變是科學教學的重要內容。

[關鍵字] 國小生錯誤前概念形成 重構與轉變

引

當一個一年級兒童第一天走進學校大門，他的腦子裏早已不是一張“白紙”——無論就語言能力還是科學概念而言，在這張紙上“畫”了很多東西了，這就是他們生活經驗的積累。在他們以後的學校生活中，教師會給他們提供很多很好的素材，這張“畫”會被他們畫得更加絢爛美麗，然而我們不得不承認，絢麗的“畫面”背後還是能發現他早已塗下的“基色”。作爲科學教師，在指導學生在頭腦中繪製恢弘的科學“畫卷”時，也應該注意孩子們早先染上的科學“基色”。

一.錯誤前科學概念定義

師：一個重的物體與一個輕的物體同時下落，請問那一個最先落地？

生：（異口同聲）重的先落地。

師：爲什麼我們蓋被子會覺得暖和？

生：因爲被子裏的棉絮會產生熱量。

在課堂中，我們科學教師經常會碰到這些學生非常確定的回答，這些答案在我們科學教師眼中是明顯錯誤的，可是對學生而言卻是可理解，可接受的，符合他們的生活經驗的。象這些在學生接受正規的科學教育之前，通過日常交往和個人經驗的積累過程中形成的概念可稱之爲前科學概念（pre-science conception）或前概念（preconception）。這些前概念中有些是對客觀世界的樸素觀念，有的則完全與科學概念相悖，後者也叫錯誤概念。上面兩個例子中的學生前概念就屬於錯誤概念。

從人類認識的發展角度來看，前概念的產生是正常的、必然的，因爲在科學發展史上這種前概念也屢見不鮮。前概念的產生正體現了人類認識發展的一般規律，同時，學生在建立前概念時所自發形成的感知、比較、與邏輯推理能力和樸素的科學觀念是我們對學生進行科學教育的基礎。難以想象，一節學生沒有任何前概念的科學課教師應該怎麼上？在這篇論文中，我主要探討的是那些與科學概念相悖的錯誤概念的產生、特點與轉變。

二.錯誤前概念來源分析

那麼，學生的錯誤前概念是怎麼來的呢？我認爲主要途徑有以下三種：

（一）誤導

兒童在生活中，喜歡問爲什麼，也會常常薰陶各種錯誤的觀點，由於兒童缺少縝密的邏輯思維和甄別能力，會無條件的接受這些錯誤的概念與想法。提供這些誤導的來源主要有：（1）來源於語言；如我們常說“太陽升起來了”。這就給學生一個暗示：太陽是在圍繞着地球轉。（2）來源於“知識權威”；在孩子眼力，父母、長輩、老師具有天生的知識權威，所以當他們說什麼，他們就信什麼。如：一個孩子曾經問爸爸爲什麼太陽會下山？爸爸回答那是因爲熱空氣會上升，中午天熱，空氣就把太陽託上去了！晚上天氣涼，太陽就自然降下來了嗎！孩子又問那太陽爲什麼從東邊移到西邊呢？這位老爸不假思索的說那是因爲太陽風。在父親自作聰明的回答後，錯誤前概念的種子就種下來了。（3）來源於同伴；前概念在孩子中間可以說具有“傳染性”。當一個孩子接受到或者自創一個解釋或者觀點後，他會興奮地告訴他的同伴，也許這個觀點正好解釋同伴的疑惑，同伴當然會很樂意的接受他。比如說我小時侯就聽同伴說橡皮是由水中的苔蘚經過烘乾製成的，這樣以訛傳訛，我們那一片的孩子都這麼認爲了。

（二）思維方法不當

一個科學概念的是在通過觀察、實驗、生活經驗等獲得足夠多的感性材料後，必須利用各種思維方法的形成的，同時理解其內涵和外延，掌握其實質和應用。我們知道，兒童不僅喜歡問爲什麼，而且喜歡自己思考。然而他們沒有掌握建立科學概念的正確的思維方法和思維過程，所以纔會有許多學生非常確定而我們無法理解的錯誤概念。

學生的不當思維方法主要有以下幾類（1）注重表象；學生在觀察自然事物或科學對象時，容易關注事物的非本質特性,而忽略了本質特性。例如有些兒童認爲鳥是"會飛的動物"，把蜜蜂、蒼蠅都看成鳥,而不同意雞、鴨也是鳥。又如大部分學生認爲“魚”是身體梭形，生活在水中，所以學生會產生“黃鱔不是魚，鯨是魚”的錯誤概念。（2）不當歸因；是指學生在認識到一重現象事物與另一樣現象存在因果關係時，當他碰到相同或者類似的情形時，會把這種現象的產生與以前知道的因果關係聯繫起來。即A導致B；C等於或者類似B；則A導致C。比如文中開頭的第二個例子就是學生看到某些物體（如火爐）放出熱量，使他感到溫暖。於是，當他感覺到被子的溫暖時，也就想當然的以爲被子在放出熱量。（3）不完全演繹推理；如學生在日常生活中經常看到鐵塊沉於水中的現象，於是就推而廣之在頭腦中形成了鐵塊可以沉沒於任何液體中的前概念。當老師講鐵塊可以漂浮於水銀面上時，許多學生根本不相信。又如學生觀察到紙落下的比石頭慢，於是就認爲重的東西比輕的東西落下的快。這幾種不當的科學思維方式可以說不同程度地存在於不同年齡段的每個國小生頭腦中。

（三）科學後前概念

這是我自己創造的新詞語，指學生在學習了科學知識之後，又用所學的科學知識片面解釋自然現象。其實，前概念的“前”並不是指兒童上學前，而是指在學習一個科學知識之前。這個“前”可以是上學前，也可以是學習了一些科學知識之後，但是要學習另一個科學之前。它是動態的，不是靜止固定的。比如一個學生在學習了地球繞太陽公轉的軌道是一個橢圓後，有時候離太陽近，有時候離太陽遠。於是他認爲夏天熱是因爲地球離太陽最近，冬天冷是因爲地球公轉到離太陽最遠的地方。科學後前概念可以說是貫穿了一個人的一生，就好象前面例子中的那位父親，他也是在知道了熱空氣上升，太陽風等科學概念後得出了可笑的結論。

三.科學概念的重構

建立科學概念是科學學習的基礎，如何才能在樸素的或者錯誤的學生前科學的基礎上建立正確的科學概念呢？長期以來，在我們的教學實踐中，對學生的這類前科學概念是缺乏系統研究和對待的。教材主要考慮的是知識的邏輯結構體系，課上往往就是簡單的引入概念或規律。這種做法事實上有意無意地將學生的頭腦當成了一塊“白板”，我們教師可以在上面構畫出各種各樣的科學知識圖景。也有一種情況是意識到的學生的前概念，但是，教學者認爲可以用正確的科學概念簡單置換前科學概念。這兩種思路都是片面的，他都忽視了學生的思維規律。科學新課程改革意識到了這些問題，遵循建構主義的教學思路，強調科學探究，充分發揮學生的思維主體性，在教師的引導下通過交流、合作建立正確的科學概念。

（一）)引發學生的認知衝突

爲了實現學生的概念轉變，我認爲應滿足下列條件：1.學生必須對自己頭腦中已存在的概念不滿意；2.學生必須對新概念有最低限度的理解；3.新概念初次出現時必須顯得合情合理；4.新概念應具有解釋和語言的功能。其中對當前的概念不滿意是產生概念轉變的關鍵因素，因此利用引發認知衝突的方法來促進概念的轉變，對於糾正學生的錯誤概念是一種極爲有效的教學策略。

引發概念認知衝突之後，教師在課堂上既不能急於求成，也不能強行糾正，可以巧妙地通過合作學習中的討論和對話，引發學生的認知衝突，允許學生爲自己的前科學概念辯護，使學生間或師生間充分交換對同一事物與概念的不同看法。當學生髮現自己所持有的概念、觀念與他人不同，他人的觀念比自己更合理，能更好地解決自己懸而未決的問題時，他們往往會對自己先前所持有的觀念提出懷疑。在這種認知衝突中，學生易於接受新的、正確的科學概念。

例：在上溶解單元時，我從調查中發現有90%的學生認爲“一杯溶解了的糖水，杯子下部的糖水要比上部的甜”。這雖然是個簡單的溶液均一性的問題，但因涉及學生的正確思維方式問題，而是組織學生進行討論。不少學生一口咬定實際情況就是這樣，辯論很激烈，有的學生還再次進行試驗，最終得出了關鍵在於糖是否完全溶解的共識，溶液均一性的概念也就自然形成了。

任何引發學生的認知衝突策略中，都應包含着讓學生有機會闡明自己的觀點這個階段，這樣就可以確定學生的觀點與科學的觀點之間的差異。如果學生的意見都一致，需要教師介入其中，通過實驗或者另外途徑提出某個“可接受的觀點”，與學生提出的觀點並行。

（二）豐富的感性認識

科學概念是客觀事物的共同屬性和本質特徵在人腦中的反映，是客觀事物的抽象，它來自於客觀現實，又高於客觀現實。要形成正確的科學概念，充分理解科學概念的內涵和外延，靈活地解決科學問題，必須獲得有關客觀事物的足夠多的感性材料，這些感性材料是形成和掌握科學概念的必要條件。所以，新課程要求充分的觀察，充分運用實驗，多多聯繫學生的生活實際。

例：如我在證明不同重量的鐵球與小石塊，同時在同高度自由下落，會同時落地時。當我做一次試驗給他們看，學生仍然會想不通，不願放棄原有的想法。 那麼，我就用不同方式多做幾次。既然認爲鐵球比小石塊先落地，那麼讓鐵球位置比小石塊高一些時再同時下落，就有可能觀察到兩物同時落地的現象，於是先讓鐵球高出一米進行試驗。結果明顯地聽到先後兩次的落地聲；將高差改成半米後又作一次試驗，同樣也有先後兩次落地聲；繼續縮小差距，……這樣一直試下去，觀察到的趨勢當差距越小時，落地聲的先後越難分辨，且終於當兩球沒有差距時，落地聲達到了完全的一致。在這個過程中學生獲得豐富的感性認識，於是否定了原有的前概念，承認了老師所說的正確性。

在教學中，爲了使學生能在感性認識的基礎上，通過思維加工，形成並理解科學概念，教師必須注意變式的作用。變式是指從不同角度、方面和方式變換事物的非本質屬性，以便揭示其本質屬性的過程。變式不充分或不正確，往往會產生概念的內涵混淆、外延擴大或縮小的錯誤。通過變式，列舉足夠充分的、典型的、恰當的、學生熟知的肯定例證，比較與科學概念有關的特徵，並分析概括這些例證，抽象出科學概念，然後，再列舉足夠多的、恰當的否定例證，比較與科學概念無關的特徵，使學生真正掌握科學概念的內涵和外延。

一個重要概念的轉變不能通過革命的方式發生，而在本質上是一個漸進過程。我們不要期望通過粉筆和說教的簡單方式就可使學生把前概念轉換成科學概念，也不要抱有經過一兩次糾正就可以使前概念銷聲匿跡的幻想。前概念向物理概念的轉變是思維結構的轉變，是在學生頭腦中引發的一場革命，需要改變原有的認知結構，建立新的認知結構，需要克服舊模式的慣性，因而是一個充滿艱辛的過程。

四.國小生常見錯誤前科學概念

附：國小階段，學生常見的錯誤前科學概念還有

1、冬天空氣中的水分比夏季多。

2、蜘蛛是昆蟲，鯨是魚，雞、鴨、鵝不是鳥。

3、兩顆同一物種的種子，大一點的種子將來長得比小一點的種子將來長得高大些。

4、兩股電流分別從正極與負極出發，在燈絲上相撞，於是，小燈泡亮了。

5、光滑的物體能反射光，而皮膚、衣服、土地等粗糙的東西不能反射光。

6、細菌都是對人體有害的。

7、我們的食物是在胃裏消化吸收的。

8、人不是動物。

9、聲音在空氣中傳播比在水中傳播快。

10、八月十五的月亮是最圓的。

11、力量大的是正電，力量小的是負電。

12、同樣大小的鐵塊與木塊完全浸沒於水中，木塊所受的浮力大，因爲一鬆手木塊就能漂起來。

13、中間空的物體能夠浮在水面上是因爲有空氣。

14、光是看得見的。

15、陰天沒有太陽。

16、植物都是吸收二氧化碳放出氧氣的。

……

參考文獻

北京師範大學發展心理研究所 胡衛平 《中學科學概念教學的習理分析》

英國里茲大學兒童科學學習研究組郭玉英 盧俊梅譯 《“爲概念轉變而教”策略綜述》

羅星凱 週中權《學生頭腦中的前科學概念研究》