基于認知同化理論的初中科學概念教學

【摘 要】概念學習是初中科學教學的重點和難點。奧蘇貝爾的認知同化理論為概念教學提供了理論依據，教師在進行概念教學實踐時，應根據概念在知識體系中所處的位置、順序和相互關系，選擇合適的方法進行教學，使學生理解、掌握、運用概念。

【關 鍵 詞】科學教學；概念教學；認知同化理論

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5843（2012）02-0162-03

概念學習分為概念形成和概念同化兩個方面：概念形成是由學生從同類事物的不同實例中發現共同的本質特征；概念同化是學生利用認知結構中原有的概念學習新概念的方式。奧蘇貝爾根據學生原有知識與新知識之間的關系，提出了三種基本的概念同化模式，即上位學習、下位學習、并列結合學習。[1]因此，教師在進行概念的教學時，根據概念在知識體系中所處的位置、順序和相互關系，依據概念同化的三種模式，選擇合適的方法，使學生學會透過現象看本質，客觀地認識概念的本質屬性，明確概念的內涵和外延，達到理解和掌握概念、由淺入深地運用科學概念去解決一些實際問題。

一、上位學習模式教學

上位學習又稱為“總括學習”，是指新概念相對于學生認知結構中已有概念具有較高的概括水平和較廣的包容面，新概念通過把一系列已有觀念包含于其下而獲得意義，新舊概念產生了一種上位關系。上位概念的外延較大，比較抽象，直接提出概念學生往往不容易理解和接受，借鑒實例或實驗，較直觀地呈現事實，從具體到抽象，形成概念。正如魯賓斯坦所說：“任何思維，不論它是多么抽象多么理論的，都是從分析經驗材料開始，而不可能是從任何其他東西開始的。”

（一）聯系生活實際事例學習概念

功率的概念對初中學生講是比較抽象的，教師可從生活現象引入，挖土機與人在挖土，挖土機的土少而人挖的土反而多？為什么？兩個工人工作相同時間，為什么會出現不同的結果？接著，引導學生比較做功快慢，有兩種方法，一是相同時間比做功多少，二是做相同功比較時間長短。這實質上是幫助學生提取儲存在頭腦中的感性材料，從現象到本質，從感性到理性，建立上位概念。

（二）利用實驗探究學習概念

質量有不隨物體的形狀、狀態、溫度和位置改變而改變的屬性。質量的屬性相對生活中具體例子是上位概念，教師來一次實驗探究讓學生觀察現象得出結論要比直接告訴他們記憶深刻得多。教師測量一個燒杯和一個裝有固態碘（紫黑色）的升華管的總質量；將升華管加熱使里面的固態碘變成氣態碘（紫紅色）后，重新放入燒杯，觀察天平是否平衡，然后引導學生從以上的數據得出結論。物體的質量不隨物體狀態的改變而改變，物體的質量不隨物體溫度的改變而改變。同理，教師先測橡皮泥的原始質量，再將橡皮泥捏成其他形狀后放回，觀察天平是否仍然平衡。得出結論，物體的質量不隨物體形狀的改變而改變。實踐證明，利用實驗探究，從具體到抽象，質量的屬性上位概念順利地得到建立。

（三）從生活經驗邏輯推理學習概念

從生活經驗邏輯推理學習概念，這種方法強調知識的內在邏輯性和知識體系的整體性，對于形成良好的認知結構十分有利，但限于學生的學習能力，這種引入方法在初中階段應用較少。例如，在引入功的公式時，教材上規定：功等于作用在物體上的力和物體在力的方向上通過的距離的乘積。作為教師，該如何幫助學生形成功大小計算的概念呢？教師可以引導學生探究：功大小與哪些因素有關呢？假設將物體A舉高1m做的功為W。教師提出問題：（1）如果力增加一倍，高度不變。（相當于同一物體舉兩次）學生回答：2W；（2）力不變，高度變為兩米。（相當于同一物體舉兩次）學生回答：2W；（3）力增加一倍高度變為兩米。（相當于同一物體舉4次）學生回答：4W。因此，我們可以得出：功和力的大小成正比和距離成正比，即W=Fs。

二、下位學習模式教學

下位學習又稱“類屬學習”，是指將概括程度或包容水平較低的新概念，歸屬到原有認知結構中適當概念之下，從而獲得新概念的意義。教學中可在原有概念下引出新概念，并把新概念納入原有概念體系，反過來對原有上位概念又做了補充和擴展。

（一） 運用例舉法內化呈現概念

氫氧化鈉、氫氧化鈣是堿的下位概念，我們在學習了堿通性以后，再來學習氫氧化鈉、氫氧化鈣的特性。教師在講述完氫氧化鈉、氫氧化鈣的特性后，教師可以說，氫氧化鈉、氫氧化鈣屬于堿，當然具有堿的通性。又如，教師在引出重力、壓力、摩擦力、浮力概念后，可以讓學生討論、分析力的三要素。通過學生討論，畫圖，無形中豐富了學生對力的感性認識，對于抽象的力概念，更形象化、直觀化，使之便于理解。所以，多層面、多角度地呈現概念，為概念的順利得出和概括創造條件。

（二）運用簡化的模式圖實現概念同化

如細胞分裂和細胞生長、分化都是細胞特點的下位概念，三者屬并列關系。教師如果單純地通過文字進行講解，學生難以理解概念。教師在教學中，利用簡化的模式圖，將抽象概念具體化，學生很容易了解細胞的行為特征。如下圖，過程（一）表示細胞通過分裂使數目增多，故細胞分裂是量變的過程，剛分裂出的細胞在形態、結構和生理功能上都相似。過程（二）表示細胞分化的過程，是在分裂的基礎上，細胞在形態、結構和生理功能上形成穩定性差異的過程。[2]

（三）應用生活中的實際事例掌握概念

民間諺語中蘊藏著許多科學的概念知識，在備課過程中有意識地挖掘，在教學過程中恰當地運用，一定能起到激發學生興趣、促進學生概念學習的作用。

“龍生龍，鳳生鳳，老鼠兒子會打洞。”這是生物的遺傳，是生物界普遍存在的現象；“一母生九子，連母十個樣。”這反映了生物的變異現象；“一山不容二虎”——生物的種內斗爭；“飛蛾投火”，這是生物的應激性。“一朝被蛇蛟，三年怕草繩”，這是生物的條件反射；“一方水土育一方人”，這是生物與環境的關系。通過應用生活中的實際事例，把學到的概念在實踐中加以運用，這是幫助學生從抽象到具體，從一般到個別的過程。

三、并列結合學習模式教學

要學習的新概念與原有概念并無上下位關系，但橫向上同其他的概念相互作用有一定聯系，或都是某一概念的下位概念，它們存在于共同的知識體系中。在完成一定知識的教學后，可以使用求同和求異方法對相鄰、相對、并列的概念進行歸納整理，根據它們的相互關系組合成概念體系。

（一）運用類比的方法同化概念

類比具有啟發思路，提供線索，舉一反三，觸類旁通的作用，鑒于初中學生的年齡特點，其思維活動還剛處于從形象到抽象思維的過渡，對于較為抽象的科學知識難以接受。如果教師能在課堂上給某些知識以形象生動的類比，學生接受起來往往能收到事半功倍的效果。相對原子質量是初中科學基本概念教學的一個難點，需要學生有較強的非邏輯思維能力去理解。因此，在教學中可以用一些具體的事例進行形象類比來正確理解。如，現有四種糧食的籽粒，它們每粒種子的實際平均質量是：高梁3×10-5kg、谷子2.5×10-6kg、玉米2.5×10-4kg、小麥4.5×10-5kg，要經常書寫和使用這些數字很不方便，若取一粒高粱種子實際質量的1/12（即2.5×10-6kg）作為標準，其他幾種糧食種子的實際質量與這個標準相比較，就會得出一些便于書寫和使用的簡單比值：高梁12、谷子1、玉米100、小麥18。同樣道理，相對原子質量的標準是碳原子（C—12）質量的1/12，其它原子的質量跟它比較的值，就是這種原子的相對原子質量。通過這種形象的類比，學生對相對原子質量這個比較抽象的概念有了一個形象的認識，為正確理解相對原子質量的概念打下堅實的基礎。

（二）列表對比展示概念差異

對比法就是把一些相近或關系密切的基本概念，從幾個方面進行逐項的對比，從中找出異同點來，以便明確其本質特征。例如，動脈、靜脈、毛細血管三種血管不同，可以從從管壁、彈性、血流速度、功能四個方面加以比較。動脈、靜脈、毛細血管三種血管對比列表如下。

（三） 概念圖構建概念體系

概念圖能較好地展示概念之間的邏輯關系，能讓概念之間隱性的關系顯性化，用概念圖來構建知識網絡，能更好地組織和呈現教學內容，使學生更容易理解各概念之間的關系及其在知識體系中所處地位。[3]如，在動物的生命活動的調節教學中，涉及到很多概念，有些概念屬于并列存在，有些概念屬于上下位關系，關系錯綜復雜，學生不容易理清前后知識點的聯系。它們的關系可以用概念圖表示。

概念圖既可以概括一節課的內容，又可以概括一章或幾章的內容，范圍大小視需要而定，引導學生自己畫圖找概念間的聯系，有助于理清思路，理解概念在知識體系中的位置和作用，提高學習的效率。

（四）維恩圖彰顯概念關系

筆者發現，對概念的理解不到位，特別是對概念之間的關系理解不到位，這是學生在概念學習中的最大困難。許多概念之間有包含與被包含，或者出現交集的情況，這種內容相關的概念可以用借助數學集合關系，用直觀的幾何圖形。比如，用大小的圓圈，以及圓圈之間的從屬或有部分交集的關系來表示幾個概念之間的關系。例如，種內斗爭和種間斗爭是并列關系，都是生存斗爭概念的下位概念，它們構成了生存斗爭的兩種形式。競爭是屬于種間斗爭的下位概念，而不是種內斗爭的范疇。生存斗爭的維恩圖可以概括為右圖所示。

借助數學集合直觀的圖形，讓學生在在運用中得到鞏固和概念的深化。教師可以在完成章節知識的教學后，對那些相鄰、相對、并列或從屬的概念進行類比、歸納，根據它們的邏輯關系，用一定圖式組成一定序列，形成概念體系。把學生感知“孤立”、“散裝”的概念納入相應的概念體系之中，讓學生獲得一個條理清晰的知識網絡，既能幫助學生理解新概念，又能進一步鞏固深化已學概念。

（五）循環圖突出概念聯系

在血液循環的教學中，體循環和肺循環是血液循環概念的下位概念，它們構成了血液循環的兩階段，并且都包含了營養物質和氣體兩方面的交換。體循環是細胞消耗營養物質，將氧氣轉化為二氧化碳；同時動脈血變成靜脈血；在肺循環的過程中，血液將CO2排除，增加了氧氣，把靜脈血變成動脈血。體循環和肺循環同時存在，在物質上互相依存，在氣體交換上具有的連續性。血液循環的整個過程用循環圖表示更清晰，學生容易掌握血液的變化情況。

總之，奧蘇貝爾提出的這三種概念同化模式并不是孤立存在，而是統一在一起的。教師在采用上位學習模式教學，有時還要用到下位學習模式，甚至并列結合學習模式。所以，教師在概念教學時，應靈活應用，同時，對一些重要的科學概念，學生只有在多次循環中才加以深刻的理解和掌握。為此，在教學中要根據學生的特點，從實際出發把握教材，深入研究每個概念的深度和廣度，才能更好地完成科學概念教學。

注 釋：

[1]施良方.學習論[M].北京:人民教育出版社，1994，220-249.

[2]陳紹燕.淺談初中生物概念教學的有效策略[J].生物學教學，2009，(7):18.

[3]裴新寧.概念圖及其在理科教學中的應用[J].全球教育展望，2001，(8):47．