小学生科学概念的特征

对小学生科学概念的特征及其形成策略的研究

谢小立

(2008-11-24 17:39:29)

[摘要]小学生依赖“自然思维”形成的“概念”往往局限于“事物和现象”的表面特征，因而与真正的科学概念并不一致。根据概念产生

的过程及其与科学概念的关系，可以将其分为“前概念”、“前科学概

念”、“科学概念”三类。在向科学概念转化的过程中的“例子化”、

“虚假顺应”、“对抗性”等特点，决定了要让学生从足够的类比事例

中引发冲突，由无意识加工向着知觉加工发展，重构概念体系。

[关键词]小学生；概念特征；科学概念；形成策略

当儿童来到这个世界之后，五光十色的万物便开始刺激着他们的感官，在此过程中，他们或主动或被动地加工着扑面而来的各种信息，并在头脑中留下了印象[1]。人们一般把儿童对事物的朴素理解称之为“自然概念”（“错误概念”、“前概念”、“自发概念”或者“朴素概念”）[2]。由于这种认识是对事物“表面性状”的随意和主观的反映，往往与真正的科学概念不一致，甚至相背。在科学学习时，这些先入的自然概念不时会与科学概念发生冲突，成为学生理解和掌握科学概念的障碍。因此，教师明确学生前概念的特征，了解它们对科学学习的影响，对选择有效的教学策略，提高学生科学学习的效率具有重要意义。

一、学生概念的类型

回顾人类认识自然的科学历程可以发现，学生的“自然概念”和历史上某些时期人们对世界的认识非常相像。由此来看，学生产生“自然概念”是非常必然和正常的。根据学生概念产生的过程及其与科学概念的关系，在此将其分为“前概念”、“前科学概念”和“科学概念”三类。

1、前概念

是指学生从生活事物和现象中，依赖“自然思维”形成的与“科学概念”相背的看法和观念。学生从出生起就开始了对周遭事物的探索和顺应活动，在此过程中对不少事物和现象建立了自己的认知模块。但是大部分科学概念具有抽象化、理论化和隐性化等特征，所以往往和学生观察到的自然现象相脱离，仅凭借他们

的自然理解不但难以触及科学概念的本质，还会普遍地形成错误的认识。具有代表性的例子如“太阳东升西落是由于太阳绕大地在转动”。有些前概念在学生的头脑中形成了比较长的时间，甚至与其它“自然概念”纠结在一起形成了体系，因此要将这些前概念转变为“科学概念”，要以转变他们的认知结构为基础，有时甚至需要将一组“前概念”分别击破，难度比较大。

2、前科学概念

是指那些虽然与科学概念不一致，但本身并不相背，只是发展的程度和完整性存在局限与不足。将“前科学概念”转变成“科学概念”不涉及认知结构转变的问题，只需要引导学生用科学思维对相关现象加以提升就可以解决。例如，5年级的学生一般认为惯性只存在于运动的物体中，教师只需要引导学生对静止惯性现象加以观察，就可以帮助他们形成惯性完整、科学的概念。

3、类科学概念

科学概念是思维的产物，是对事物本质特征的思维反映形式。科学概念形成的过程是一个包含抽象化、类化、检验和辨别的复杂过程，不少时候需要“科学思维”和“科学检验”的有力支撑，同时对探求者已有智能具有相应的要求。以学生“自然思维”一般只能形成较为浅显的科学概念。例如一年级学生能够认识到物体、太阳和影子三者间的位置关系，但对太阳高度和影子大小、长度的关系依然会出现不少对应上的错误。

二、概念形成与学生思维的关系

可以用下图表示三种概念形成的过程及其与自然事物、现象的关系：

图型表示科学概念体系的网状结构，处于外围的科学概念与自然事物和现象纠结关系相当紧密，学生利用“描述、区分、辨识、想象”等认知手段便能触及。同时，这些科学概念也处于“自然思维”和“科学思维”相互重叠交错的位置。相对而言这类科学概念的水平层次比较低，容易被学生发现和把握。而处于第二层次的科学概念与自然事物和现象的纠结度要低一些，需要运用对比、概括等认知方法，因而小学生容易形成发展不完整的“前科学概念”。处于核心的科学概念与自然事物和现象表面性质的纠结度最低，更多地需要实验、抽象、推理、符号等高层次认知手段。小学生在不能以概念表述特征时，便会以对表面性状的描述来代替。即便学生做出了概括和总结，也往往是非科学的前概念。

三、学生科学概念形成的特征

科学概念是抽象和复杂的，因此在接受正式科学学习前学生具有的概念更多的是主观臆想的“前科学概念”，与科学概念相悖的“前概念”。研究表明，这些概念广泛地存在于各层次的学生中，同时在科学学习时影响着学习的进程，且不易引起教师的注意。除了众多研究揭示的广泛性、自发性、顽固性、隐蔽性外[3]，我们还发现了一些新的特征。

1、例子化：

受思维发展水平的限制，学生一般难以对观察到的现象或数据进行归纳、抽象和推理。这种情况在小学低年级时尤其突出，他们总是习惯于以描述具体现象的方法表示他们对事物和现象的解释，学生间也十分乐于接受这种解释方式。例如当让学生对“反冲力”进行解释时，大部分学生是以“空气从气球里向后跑出来气球就向前飞”、“火箭下边喷出火变飞起来了”等同类事例来代替，这可能与学生意识到反冲现象一般是由气球开始及火箭给他们留下的强烈影响有关。也就是说，这个时期的学生不会自觉地对相关现象进行综合加工，他们的概念还停留在例子化的阶段。从9至10岁起这种情况开始发生比较明显的转变，从我们统计到的情况来看有大约三分之一的11岁学生已经自觉地进行相关事例间共同性的归纳活动，但当他们无法做出解释时也会再次用描述代替解释。

2、虚假顺应性：

一部分学生对与他们已有的“前概念”相悖的科学概念会产生“虚假顺应”的现象。在“反冲”的学习事例中，当学生知道对放手后气球的运动可以用反冲来解释后，他们就会用“反冲”这个概念来解释火箭等一系列现象，但对“什么是反冲”学生还依然是个无知者。在“压缩空气有弹性”的事例中，这一现象更加突出。“球皮”有弹性是学生解释皮球弹性的前概念基础。学习中，在认识了针筒中的空气被压缩会产生弹性后，教师就会让学生对皮球的弹性做出解释，大部分学生不但会用压缩空气的弹性来解释气球，他们还会用这一概念解释汽车轮胎等现象。但进一步的调查表明，学生并没有在大脑中消除“皮球的弹性是由于‘球皮’的弹性”这一错误的认识。为此我们设计了“将皮球与‘皮筋、橡胶球’等事物混合在一起”的场景加以检验，让学生进行分类选择，这时相当部分的学生还是会将皮球的弹性和橡胶球的弹性归为一类。以此我们认为，这可能不单是