初中學(xué)生化學(xué)前科學(xué)概念的調查及其對策
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現代認知建構主義理論認為，學(xué)習過(guò)程是學(xué)習者原有的認知結構與從環(huán)境中接受的感覺(jué)信息相互作用、主動(dòng)建構信息意義的過(guò)程，學(xué)習者先前的知識、經(jīng)驗及思維方式在個(gè)體的學(xué)習過(guò)程中起著(zhù)極其重要的作用。具有不同認知結構的個(gè)體在接受同一外界信息時(shí)，可能會(huì )形成不同的認識。這就啟示我們：在教學(xué)活動(dòng)中必須重視學(xué)生頭腦內部的認知結構，了解學(xué)生的知識、經(jīng)驗狀況以及思維習慣，尤其要了解學(xué)生已有概念中那些不全面甚至錯誤的概念(即學(xué)生的“個(gè)人觀(guān)念”“相異構想”或“前科學(xué)概念和認識”)。因為有關(guān)研究表明，學(xué)生的許多前科學(xué)概念和相異構想是比較頑固而且潛在的，它們對學(xué)生的許多科學(xué)活動(dòng)如觀(guān)察、理解、應用知識及解決問(wèn)題等都產(chǎn)生重要影響，特別是消極作用。研究同時(shí)發(fā)現，課堂教學(xué)前后，很多學(xué)生的個(gè)人概念并沒(méi)有發(fā)生多大的改變，暴露出現行科學(xué)概念教學(xué)的低效性和盲目性。對教師而言，如何發(fā)現學(xué)生頭腦中那些樸素的、不全面的甚至錯誤的概念，采用哪些教學(xué)方法幫助學(xué)生把那些不全面的、錯誤的概念轉變?yōu)榭茖W(xué)的概念，是教師迫切需要解決的問(wèn)題。為此，筆者在調查研究的基礎上，提出解決這一問(wèn)題的某些對策，以期在教學(xué)實(shí)踐中取得較好的成效。
一、調查
(一)調查方法和對象
調查于2000年8月在學(xué)生正式接受化學(xué)學(xué)科教育之前進(jìn)行，調查的問(wèn)卷及方法在參考北京師范大學(xué)王磊教授研究的基礎上進(jìn)行設計，全卷共分兩部分，第一部分為判斷題(客觀(guān)卷)，共計三十題，主要圍繞物質(zhì)的同一性、質(zhì)量守恒定律、純凈物與混合物、溶液的有關(guān)性質(zhì)、燃燒、生銹、常見(jiàn)物質(zhì)組成、分子的有關(guān)性質(zhì)等內容來(lái)設計，學(xué)生針對題目所給的說(shuō)法，選擇“正確”“錯誤”或“不知道”來(lái)回答。第二部分為問(wèn)答題，共有三題，針對本地的實(shí)際情況及化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)進(jìn)行設計，要求學(xué)生對環(huán)保知識、化學(xué)職業(yè)的了解、化學(xué)課堂教學(xué)及化學(xué)教師的期望進(jìn)行簡(jiǎn)答。調查對象為本校新一屆初三的四個(gè)教學(xué)班，共收回有效問(wèn)卷194份。
(二)統計結果
初步統計結果表明，初中生在學(xué)習化學(xué)之前就已經(jīng)擁有較強的前科學(xué)概念, 對多數化學(xué)核心知識的一致性概念和相異性概念都十分顯著(zhù)(“一致性”表示學(xué)生的看法與參考答案相一致，“相異性”表示學(xué)生的看法與參考答案不一致)，尤其是比較抽象的知識如溶液的均一性、溶解過(guò)程、物質(zhì)的組成、分子的性質(zhì)等的相異性更為突出。從第二部分問(wèn)答題回答的情況看，大多數學(xué)生對環(huán)保知識有一定的了解，能說(shuō)出治理汽車(chē)尾氣排放、治理水體污染、進(jìn)行垃圾分類(lèi)等環(huán)保措施，僅有6.2%的學(xué)生不能說(shuō)出。對化學(xué)職業(yè)的了解，有11.9%的學(xué)生說(shuō)不知道或不能回答。對化學(xué)課堂教學(xué)及對化學(xué)教師的期望，有52.6%的學(xué)生希望能多做實(shí)驗、多動(dòng)手實(shí)踐，有58.8%的學(xué)生希望化學(xué)教師能幽默風(fēng)趣、態(tài)度和藹，使化學(xué)課上得生動(dòng)活潑。
此外，筆者還比較了學(xué)生初二物理成績(jì)與客觀(guān)卷的一致性及關(guān)系。結果顯示，客觀(guān)卷的一致性與物理成績(jì)有極顯著(zhù)的相關(guān)，表明學(xué)生先前的知識、經(jīng)驗及思維方式等在學(xué)習過(guò)程中起著(zhù)重要的作用。
為了進(jìn)一步探究影響學(xué)生前科學(xué)概念的主要因素及其對化學(xué)成績(jì)的影響，一年后，筆者又了解了受調查的194名學(xué)生中在我校參加中考的182名學(xué)生的化學(xué)成績(jì)，結合原來(lái)問(wèn)卷統計的情況進(jìn)行因素分析。從中抽取影響學(xué)生前科學(xué)概念的10個(gè)主要因素：物質(zhì)的組成(如水、溶液的組成)、科普知識(如對微粒、化學(xué)物質(zhì)、鹽、空氣質(zhì)量的認識)、生活經(jīng)驗(如對導電、生銹、燃燒、沸騰、同種物質(zhì)的認識)、氣體的成分(如空氣、一氧化碳和二氧化碳)、燃燒的條件(如氧氣的作用、加熱等)、氣體性質(zhì)(如氫氣密度、分子運動(dòng))、常見(jiàn)物質(zhì)的性質(zhì)(如鹽酸的作用)、質(zhì)量守恒定律(如鐵生銹和木材燃燒后質(zhì)量的變化)、溶液的均一性(如一杯糖水上下是否一樣甜)、觀(guān)察的方法(如空氣的觀(guān)察等)。
在上述因素分析基礎上，筆者進(jìn)行了二階因素分析。分析發(fā)現上述10個(gè)因素的內容可概括為三個(gè)方面。其中，物質(zhì)組成、科普知識、生活經(jīng)驗、常見(jiàn)物質(zhì)性質(zhì)、質(zhì)量守恒定律可歸納為知識經(jīng)驗方面，氣體的成分、燃燒的條件、觀(guān)察的方法可歸納為實(shí)驗方法方面，氣體性質(zhì)、溶液的均一性可歸納為思維方式方面，正是這三個(gè)方面的因素對學(xué)生的化學(xué)成績(jì)產(chǎn)生了較大的影響。
二、對策
學(xué)生頭腦中前科學(xué)概念的形成首先來(lái)源于自己的生活經(jīng)驗和直觀(guān)感受，以生活常識先入為主。其次，來(lái)自通過(guò)自己?jiǎn)螒{直覺(jué)的推理，對名詞、規律、定理進(jìn)行錯誤推廣。此外，學(xué)生的生活背景、科普教育的片面性和某些大眾媒體的誤導，也在相當程度上影響學(xué)生前科學(xué)概念的形成?？傊?，前科學(xué)概念是學(xué)生根據自己的經(jīng)驗觀(guān)察和理解世界得出的結果，雖然它僅僅是一種樸素的觀(guān)念，但卻是學(xué)生思維的產(chǎn)物，也是學(xué)生理解新事物的基礎，有其存在的客觀(guān)性。教師不能忽視它的存在，更不能總是一味地指責或嘲笑學(xué)生的前科學(xué)概念，否則將會(huì )挫傷學(xué)生的自尊心，降低學(xué)生的學(xué)習興趣，甚至對理科的學(xué)習產(chǎn)生畏懼心理。只有對學(xué)生的前科學(xué)概念因勢利導，有效地加以利用，才能使學(xué)生積極地構建自己對外部世界和現象的觀(guān)察與理解，讓新的知識納入到學(xué)生原有的認知結構中去。為此，筆者認為，可采取以下措施實(shí)現學(xué)生前科學(xué)概念的轉變。
(一)充分利用化學(xué)實(shí)驗
化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗為基礎的學(xué)科，許多化學(xué)概念源于化學(xué)實(shí)驗，許多科學(xué)方法也都能和化學(xué)實(shí)驗融合在一起。通過(guò)實(shí)驗，不僅能發(fā)現事物運動(dòng)的規律, 建立科學(xué)的理論，還能驗證某些假設，糾正人們心目中的一些錯誤觀(guān)念。前科學(xué)概念主要源于學(xué)生的直接經(jīng)驗，因而讓學(xué)生在直接經(jīng)驗中修正錯誤的觀(guān)念，是幫助學(xué)生獲取知識的最好途徑，這樣也更符合學(xué)生的認知規律。一般學(xué)生的前科學(xué)概念是片面的，通過(guò)觀(guān)察和實(shí)驗可以擴展學(xué)生的感性經(jīng)驗，使學(xué)生理解起來(lái)更加形象，從而促進(jìn)學(xué)生的思考，克服認識的片面性。這種親自動(dòng)手和親眼所見(jiàn)的實(shí)驗容易使學(xué)生信服，正確的實(shí)驗結論是最有說(shuō)服力的。從調查分析中可以看出，實(shí)驗方法是影響前科學(xué)概念的重要因素，加強實(shí)驗教學(xué)也是學(xué)生迫切的需求，化學(xué)實(shí)驗有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。所以，教師應創(chuàng )造條件增加實(shí)驗的機會(huì )，同時(shí)實(shí)驗應盡可能在教師指導下，讓學(xué)生自己動(dòng)手去做。實(shí)驗前可先讓學(xué)生根據自己的理解預測實(shí)驗結果，再進(jìn)行實(shí)驗，把實(shí)驗結果與自己的預測結果對比，使學(xué)生信服化學(xué)概念的正確性。例如，從調查中發(fā)現有51%的學(xué)生不知道“分子和原子在不停地運動(dòng)”，于是我們增加了氨分子運動(dòng)使滴有酚酞試劑的水變紅的實(shí)驗，引導學(xué)生進(jìn)行探究，使學(xué)生理解“濃氨水中有肉眼看不見(jiàn)的粒子逸出，有些粒子進(jìn)入滴有酚酞試液的水里，使溶液成分改變，顏色變紅”的結論，對分子的性質(zhì)有了比較正確的認識。
(二)引發(fā)學(xué)生的認知沖突
根據波斯納等人的研究，為了實(shí)現學(xué)生的概念轉變，應滿(mǎn)足下列條件：1.學(xué)生必須對自己頭腦中已存在的概念不滿(mǎn)意；2.學(xué)生必須對新概念有最低限度的理解；3.新概念初次出現時(shí)必須顯得合情合理；4.新概念應具有解釋和語(yǔ)言的功能。其中對當前的概念不滿(mǎn)意是產(chǎn)生概念轉變的關(guān)鍵因素，因此利用引發(fā)認知沖突的方法來(lái)促進(jìn)概念的轉變，對于糾正學(xué)生的錯誤概念是一種極為有效的教學(xué)策略。傳統的教學(xué)特別強調對概念字、詞、句的講解，以為以此就能糾正學(xué)生理解和表達上的錯誤，卻往往效果不佳。建構主義認為，知識并不能簡(jiǎn)單地由教師或他人傳遞給學(xué)生，只能由學(xué)生依據自身的知識和經(jīng)驗主動(dòng)地加以建構。而社會(huì )相互作用對個(gè)體的意義建構非常重要，通過(guò)合作和討論使學(xué)生超越自己的認識，看到與自己不同的理解，看到事物的其他側面，從而形成對事物更加豐富的理解，將有利于學(xué)習的廣泛遷移。所以，教師在課堂上既不能急于求成，也不能強行糾正，可以巧妙地通過(guò)合作學(xué)習中的討論和對話(huà)，引發(fā)學(xué)生的認知沖突，允許學(xué)生為自己的前科學(xué)概念辯護，使學(xué)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(xué)生發(fā)現自己所持有的概念、觀(guān)念與他人不同，他人的觀(guān)念比自己更合理，能更好地解決自己懸而未決的問(wèn)題時(shí)，他們往往會(huì )對自己先前所持有的觀(guān)念提出懷疑。在這種認知沖突中，學(xué)生易于接受新的、正確的科學(xué)概念。例如，從調查中發(fā)現有63.9%的學(xué)生認為“一杯透明的糖水，杯子下部的糖水要比上部的甜”。這雖然是個(gè)簡(jiǎn)單的溶液均一性的問(wèn)題，但因涉及學(xué)生的正確思維方式問(wèn)題，教師并沒(méi)有一筆帶過(guò)，而是組織學(xué)生進(jìn)行討論。不少學(xué)生一口咬定實(shí)際情況就是這樣，辯論很激烈，有的學(xué)生還再次進(jìn)行試驗，最終得出了關(guān)鍵在于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。
(三)重視概念之間的聯(lián)系
建構主義認為，學(xué)習者所建構的知識是將他們已有知識與新的經(jīng)驗結合起來(lái)，其中包括學(xué)習者已有概念的修改和知識結構的重組。因為知識的建構依賴(lài)于學(xué)生的知識范圍，不同經(jīng)驗的學(xué)生帶著(zhù)他自己特有的認知結構和對世界的唯一理解來(lái)到教學(xué)情境中。如果學(xué)生所具有的知識范圍和他的理解都無(wú)法與新的經(jīng)驗聯(lián)系起來(lái)，那么不管教學(xué)設計得多么好，不管學(xué)習個(gè)體花費了多大的努力，學(xué)生建構知識的過(guò)程都可能是無(wú)效的。王磊等人的研究表明：1.當既有的知識與待學(xué)的知識之間有共享的屬性時(shí)，概念的改變是比較容易發(fā)生的，因為這種改變主要是通過(guò)增加或減少一些屬性的方式來(lái)改變概念結構，經(jīng)過(guò)常規的科學(xué)教育就比較容易轉化和改變；2.當既有的知識與待學(xué)的知識之間沒(méi)有共享的屬性時(shí)，單純依靠一般的科學(xué)教育是很難轉變的。從前面調查的結果可以看出，純凈物與混合物、常見(jiàn)物質(zhì)的性質(zhì)等知識有較高的一致性，這些知識與學(xué)生已有的經(jīng)驗比較接近。但對初三化學(xué)概念的學(xué)習來(lái)說(shuō)，更多的是屬于后一種研究結果的情況，如物質(zhì)的均一性和同一性觀(guān)念、物質(zhì)組成、微粒的實(shí)質(zhì)、可視的宏觀(guān)與不可視微觀(guān)的相互統一等。從前面調查的結果還可以看出，學(xué)生客觀(guān)卷的一致性與其初二物理成績(jì)有極顯著(zhù)的相關(guān)，這也說(shuō)明學(xué)生先前的知識及概念對新概念建立的作用。因此，教師必須在弄清學(xué)生前概念的基礎上，充分挖掘學(xué)生前概念中可以利用的因素，努力尋找新舊概念之間的聯(lián)系，為新概念的建立牽線(xiàn)搭橋。
建立概念之間的聯(lián)系的重要方法是類(lèi)比的應用。維特羅克認為：有意義的學(xué)習指的是學(xué)生將經(jīng)驗、概念、原理、知識框架建構起聯(lián)系的過(guò)程，正是在概念之間和概念內建立聯(lián)系的過(guò)程才產(chǎn)生了有意義的學(xué)習。當用一個(gè)類(lèi)比在概念間建立聯(lián)系后就能產(chǎn)生維特羅克談到的“有意義的學(xué)習”。因此，類(lèi)比是促進(jìn)學(xué)習者在已有概念、知識的基礎上建構新知識的有效工具。例如，可以通過(guò)潔凈、干凈與純凈的類(lèi)比，建立純凈物的概念；通過(guò)氣體和液體體積的壓縮，形成對分子間隔的認識；通過(guò)比較人與人類(lèi)的關(guān)系類(lèi)比原子與元素的關(guān)系；等等。當然，要注意類(lèi)比運用的局限性，不能夸大類(lèi)比的作用，否則反而會(huì )構建不科學(xué)的甚至是錯誤的概念。例如，把原子比做太陽(yáng)系也許能幫助學(xué)生理解電子與原子的關(guān)系，然而這一類(lèi)比也可能使有些學(xué)生誤以為電子是沿著(zhù)單一軌道圍繞原子核旋轉的，以致形成錯誤的概念。
(四)運用現代教育技術(shù)
現代多媒體技術(shù)和不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò )技術(shù), 在化學(xué)教育中的運用是具有優(yōu)勢的。首先，化學(xué)是一門(mén)從分子、原子水平研究物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)、運動(dòng)、變化及其規律的學(xué)科。對于復雜的微觀(guān)世界, 用傳統的教學(xué)手段很難使學(xué)生理解，而化學(xué)多媒體CAI借助計算機的模擬手段，可以使學(xué)生比較直觀(guān)地感知微觀(guān)粒子的運動(dòng)，從而有助于認識化學(xué)變化的本質(zhì)。其次，化學(xué)也是一門(mén)理論性很強的學(xué)科，化學(xué)概念與原理抽象程度較高，單靠語(yǔ)言和文字的描述，很難在學(xué)生的大腦中留下深刻的印象。許多用其他方法或手段效果不理想或難于實(shí)現的教學(xué)內容，如化學(xué)反應歷程的模擬、物質(zhì)的溶解過(guò)程、離子化合物和共價(jià)化合物的形成過(guò)程等，化學(xué)多媒體CAI都可以大顯身手。再次，化學(xué)的理論性、邏輯性很強，化學(xué)概念、原理、規律之間，以及物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)、運動(dòng)、變化規律之間有著(zhù)密切的聯(lián)系，應用建構主義的教學(xué)思想，通過(guò)建立清晰的概念圖、關(guān)系圖來(lái)體現化學(xué)認知結構，幫助學(xué)生理清這些復雜的關(guān)系，是突破化學(xué)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)的關(guān)鍵。而多媒體與網(wǎng)絡(luò )的許多特性，與建構主義的要求十分合拍。此外，在模擬實(shí)驗、收集資料、個(gè)別化學(xué)習、教學(xué)互動(dòng)和提高課堂效益等方面，化學(xué)多媒體CAI也有獨特的魅力。因此，我們應利用校園網(wǎng)的優(yōu)勢，自制簡(jiǎn)單課件，或從網(wǎng)絡(luò )上下載實(shí)用的課件和資料，或購買(mǎi)化學(xué)多媒體CAI課件等，在教學(xué)中加以應用。這樣，不僅能幫助學(xué)生消除原來(lái)錯誤的概念，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，使學(xué)習變得更加有意義。
總之，學(xué)生在正式接受化學(xué)教育之前對一些化學(xué)的相關(guān)知識普遍存在著(zhù)個(gè)人的前科學(xué)概念。由于初中學(xué)生的前科學(xué)概念對化學(xué)成績(jì)有較大的影響，了解這些前科學(xué)概念，對學(xué)生的化學(xué)教育會(huì )起到積極的作用。研究表明，影響初中學(xué)生化學(xué)成績(jì)的主要因素是個(gè)人的知識經(jīng)驗、思維方式和實(shí)驗方法等。所以，運用建構主義的觀(guān)點(diǎn)指導教學(xué)，采取加強化學(xué)實(shí)驗教學(xué)、引發(fā)學(xué)生的認知沖突、形成概念之間的聯(lián)系和運用現代教育技術(shù)等策略，對轉變初中學(xué)生前科學(xué)概念有較大的成效。
李子朔
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