基于化學“前概念”轉變的教學策略

摘要： 針對化學教學中學生的錯誤概念不易糾正的問題，依據認知發展理論和建構主義學習理論，通過教學實踐中常見化學前概念影響原因分析，闡述了化學教學中的前概念轉變策略，以提升化學教學的有效性。

關鍵詞： 前概念; 科學概念; 概念轉變; 教學策略

文章編號： 1005-6629（2018）11-0033-05中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

學科概念教學是化學理論學習中的重要環節，化學概念的轉變是形成概念的實質，其本質是實現從前概念到科學概念的轉變。前概念的研究始于20世紀50年代，心理學家和教育家受認知心理學影響開始探查學生頭腦中的個人認知（即前概念），80年代后，對前概念的成因及其影響進行研究，90年代后開始研究前概念的轉變策略，結合教學實際研究概念轉變對有效教學的幫助。通過對國內外文獻的梳理發現，不同的研究者對前概念有著不同的表述，比較常見的有“日常概念”“相異概念”“相異構想”等。盡管前概念所用術語眾多，但其基本含義是相同的，即學習者將科學概念的內涵增加、減少或替換，導致外延擴大、縮小或移位的概念[1]。

維果斯基認為，學生學習概念的過程并不單是重新獲得概念，還是進行概念轉變的過程。前概念轉變是指學生已有的某種知識經驗在受到新經驗中不同因素的影響而發生的改變，是學生對原有概念改變認知、拓展思維和重新建構的過程，也就是學生由前概念向科學概念的轉變過程[2]。在化學前概念研究的文獻中，對問題研究現狀、前概念形成原因、形成途徑、分類特點、診斷方法及降低對教學的影響等較多，而針對前概念的解構與重建提出切實可行的教學方法策略較少。教師在教學中，必須先了解學生前概念的形成過程、原因及對教學的影響，才能夠盡可能地利用正確的前概念，創設教學情境，轉化并消除那些錯誤的前概念，從而達成化學概念教學的正遷移，實現概念轉變的目標。

1 前概念類型及其成因

前概念是學習者在學習科學概念前頭腦中的對各種事物及其現象的看法和觀念，前概念普遍存在，因而具有廣泛性。學生得到很多化學前概念主要來源于學生的成長過程，由于各人的學習生活經歷不同，他們會用自己獨有的方法來內化他們的經驗，雖然隨著個人的學習閱歷、經歷的增長，不斷動態發展，但他們對某些科學問題的看法早已經形成，具有自發性，因此前概念對學生的學習會產生較大的影響。根據前概念產生的時間，可以分為原發性前概念和繼發性前概念[3]。學生在學習化學概念前已有的前概念稱為原發性前概念，這些概念有的是學生基于有限生活經驗使用簡單枚舉法進行歸納得到結論，尤其是根據觀察到的事物的某些表面屬性，歸納出事物的本質屬性或規律，而形成的不全面結論，如“糖類都是有甜味的，有甜味的物質就是糖”;有的是因為舊有概念的局限，對概念內涵認識模糊、不全面，造成認知不準，如“光導纖維是纖維”;有的是由于對語詞望文生義帶來的曲解，如“甘油屬于油類（油脂）”“白色污染是白色的廢物污染”等;由于學生將自己的生活體驗類比遷移，導致的科學概念學習的困難。學生在學習相關化學知識后形成的前概念稱為繼發性前概念，這些概念中有的是學生將習得的知識進行錯誤遷移而發生的，如“失電子越多的物質其還原性越強，得電子越多的物質其氧化性越強”;有的是學生缺乏化學思維能力導致錯誤結果，如“各物質的濃度相等，反應達到平衡”;有的是進行不當的類比，把其中某一對象的有關知識或結論推移到另一對象中去，如“酸堿鹽溶液能導電，因為它們的溶液里有能自由移動的電子”等;這些問題主要是由前學習而形成的，包括相關學科的知識和這些知識的原有準確度，在學習過程中新的錯誤前概念的生成，更加的不利于學生的科學概念的形成，這些不會因教師講授科學概念而很好糾正學生思維中已有的錯誤概念。可見，學生已存在的錯誤概念是造成學生化學學習困難的重要原因，對概念教學會產生巨大阻力。

2 教學中前概念轉變的認知過程

建構主義學習理論認為，知識不是通過教師的傳授直接得到的，而是利用必要的學習資料，在一定的情景下，借助他人的幫助，通過新舊經驗的相互作用主動建構獲得的。新舊概念的相互影響存在同化和順應兩個認知過程（見圖1），學習不僅是新經驗的獲得同化，同時又是既有知識經驗的改造順應，而概念轉變正是從順應的側面來研究知識建構的過程，揭示學生的錯誤概念及其轉變的規律[4]。從認知心理的角度看，學生的自我調節是順應發生的基本條件，化學教學既是學生發揮自我調節作用的平衡過程，又是學生元認知能力培養和提高的過程。從建構的角度看，原有概念中與新知識一致的部分是同化新知識的固定點，當學生學習的新知識與頭腦中已有的概念不一致或沖突時，學生就會權衡新知識與原有概念的局限和合理性，從而調整和改造相關概念，包括對原有概念的改造，學習過程包括新知識經驗的獲得和對原有知識經驗的改造。

3 實現前概念轉變的化學教學策略

學生的前概念可能是正確的，也可能是錯誤的。正確的前概念對科學概念的學習與形成起到正遷移的作用，教學效果顯著。相反，錯誤的前概念會阻礙學生對科學概念的建構，因為學生是花了相當多的時間與精力形成了自己的理論認知，讓學生認識前概念是錯誤的是非常困難的，已形成的認知具有很強的頑固性，因為運用這些前概念學生有時成功地解決了問題，學生輕易不會否定自己的成功體驗，如果以不適當的問題呈現方式給學生，學生很難接受課堂中學習的科學概念。當然部分學生能運用科學概念在相似的課堂教學情境中解決問題，如果換個不同情境問題學生還是會運用已有的前概念去解決問題，這種情況表明學生通過學習，并未真正接受和理解科學概念，只是簡單記住科學概念的定義而已。因此，要實現學生的前概念轉變，教師首先要了解學生原有的化學知識經驗背景和與學習內容相關知識前概念正誤的情況，在此基礎上充分運用學生的原有概念創設教學中的認知沖突情境，增強學生進行前概念轉變學習的動機。只有在真實的情境中，學生已形成的前概念和新學習的科學概念會發生激烈碰撞，從而厘清前概念中不正確的部分，通過順應逐漸形成科學概念，實現由前概念向科學概念的轉變。

3.1 “原發性前概念”轉變教學策略

3.1.1 創設問題情境，更新生活中的前概念

探查學生已有前科學概念是實現概念轉變學習的前提，是教師實施概念轉變教學的起點。通過創設一定問題情境，暴露學生頭腦中的前概念，喚起學生對已有概念的注意，教師據此確定選擇采用何種教學策略和教學手段，有效地幫助學生實現概念的轉變。如學習糖類知識之前，可設置問題“糖的性質有哪些”讓學生回答，由于先入為主，“糖有甜味”“糖是白色固體”“糖易溶于水”等錯誤前概念所占比例很高，教學中教師針對學習內容可提出下列問題：“生活中常見的糖有哪些”“從課本資料請找出不熟悉的糖”“根據已有知識請說明糖的定義”等，學生在回答問題的過程中，可能會表現出一些模糊的認識，這時教師通過追問的方式，采用梯度性問題、矛盾性問題、開放性問題，把學生的思維引向深入，從而有效更新學生對生活中常見前概念的錯誤認知。

3.1.2 利用認知同化，使概念從模糊走向精確

奧蘇貝爾的認知同化學習理論認為，學生從事新的有意義的學習時，必須有適于新知識學習的原有的認知結構，學生學習就是一個同化和發展自身認知結構的過程[5]。學生利用已有的認知結構，通過分類和比較，將新概念與原認知結構建立聯系，明確其外延和內涵，之后找出原有認知結構中的某些概念和新概念的區別，從而獲得科學概念。如學生掌握了聚合反應等概念之后學習“高分子化合物”這一概念時，就能夠利用這些從屬概念和性質，通過分析歸納、分類對比等思維方法可以摒棄非本質的東西，突出概念的本質屬性和特征，幫助學生對“高分子化合物”進行精確理解，學生很容易糾正“光導纖維是纖維”的前概念認知，從而實現認識上的飛躍。

3.1.3 運用比較策略，促進原發性前概念發生轉變

學生在名稱相近而內涵變化的概念的學習過程中，感覺概念關系復雜，容易混淆，而存在的模糊觀念的共同之處是理不清概念之間的關系。教師需要在學生意識到自身存在模糊認識的基礎上，引導學生比較異同，并進一步建構概念間的關系，以形成良好的知識體系[6]。如“甘油屬于油類（油脂）”，由于名稱相近的概念甘油和油脂之間有聯系而使關系復雜，教師需要幫助學生首先理解醇與酯的定義，建構正確的概念之間的關系，通過多加練習以及與真實情境的相互聯系以幫助學生理解，在此基礎上進行不斷的分析比較，使知識的識記更為清晰，這樣可有效促進前概念的轉變。

3.2 “繼發性前概念”轉變教學策略

3.2.1 利用診斷性評價，讓學生的繼發性前概念顯化

奧蘇貝爾認為“影響學習的唯一最重要的因素就是學生已經知道了什么，并應據此進行教學”。將已有觀念與新知識建立實質性的聯系才能產生有意義的學習，改造已有知識經驗成為學生學習能力提升的關鍵。教師只有了解學生已有的前概念的情況，在教學過程中才能精確把握起點，做好符合認知規律的教學設計。運用診斷性評價了解學生的繼發性前概念是一種有效的方法。診斷性評價是教師通過自身對學習過程的認識理解、教學經驗的積累等有目的設置相關問題，讓學生展示學習中存在的問題，通過分析這些問題產生的原因，為教師教學策略調整和優化提供依據。

比如學生在學習“電解質導電原因”時，通過調查可以了解學生中存在的前概念（見表1）。教師要基于這些顯化的概念，通過分析讓學生理解金屬導電是因為有自由電子，再利用類比的方法，由金屬的導電性過渡到電解質的導電性，使學生能夠明白兩者之間的區別與聯系;同時通過觀看NaCl晶體、NaCl溶液、熔融NaCl三種微觀示意圖，能夠從微觀的角度理解電離及電解質導電的實質，組織學生討論受熱或溶解是如何產生自由離子的，逐步提高學生對微觀的認識，學會類比推理的方法解決問題。利用學生顯化的前概念，選擇適當的問題和教學策略，對前概念中的不一致部分進行認知調整，克服對相關概念的認知障礙，最終實現前概念的轉化。

3.2.2 激發認知沖突，促進概念順應轉變

要實現繼發性前概念轉變，教學中必須引發學生的認知發生沖突，以動搖前概念，促使學生用改變原有的認知結構去順應、解釋這些新現象，建立科學概念。教師依據學生已有的生活經驗，通過創設問題情境，引導學生不斷質疑，否定前概念中不正確的部分，學生在不斷解惑的基礎上，有效地轉變已有的前概念。建立認知沖突并及時解決沖突是實現前概念轉變的有效教學策略。

3.2.2.1 通過化學實驗設置認知沖突

利用化學實驗，引導學生通過對實驗現象的觀察和分析，獲得感性信息，然后通過研究思考，不斷分析問題，將原發性前概念中不正確的內容糾正過來，從而揭示化學現象的本質。如學習鹽的水解時，首先學生測試NaCl、 CH3COONa、 NH4Cl三種鹽溶液pH，通過實驗學生發現CH3COONa溶液pH大于7、 NH4Cl溶液pH小于7，這就會產生與前概念（酸溶液pH小于7，堿溶液pH大于7）相矛盾的認知沖突，從而激發了學生的探究欲望。以此引導學生分析不同溶液中的離子可能產生的相互作用，啟發學生對鹽類水解概念的深度理解[7]。

3.2.2.2 利用猜想與事實的矛盾激發認知沖突

違背規律的事實，將造成學生認知失衡，而這種認知矛盾會強化學生學習的動機。教師可以通過合理的設置情境，讓學生根據繼發性前概念進行推斷猜想，然后展現化學知識的真實現象，激發認知沖突，促使學生用改變前概念的知識結構去順應解釋真實現象。如學生學習鈉的性質后，教師可提出“鈉與硫酸銅溶液能否反應”的問題，讓學生進行猜想分析。在學生的前概念中，金屬鈉可置換不活潑金屬銅，學生很快寫出2Na+CuSO4Na2SO4+Cu，同時能觀察到鈉溶解和有紅色的銅析出。學生可通過實驗驗證自己猜想，但實際現象與他們猜想不符，學生結合實際現象展開討論，最終得出鈉與溶液中水發生反應的結論。

3.2.2.3 聯系生活生產實際制造認知沖突

新修訂的課程標準要求“學生要關注與化學有關的社會熱點問題，認識環境保護和資源合理開發的重要性，認識化學對社會發展的重大貢獻，能運用已有知識和方法綜合分析化學過程對自然可能帶來的各種影響，強化社會責任意識，積極參與有關化學問題的社會決策”。化學與生產生活和科技的發展聯系密切，教師可利用生活素材，制造認知沖突。通過初中相關內容學習，學生認為二氧化碳常用作滅火劑，遇到火災都可以使用。教學中教師可以將一根鎂條點燃后伸入到二氧化碳氣體中，學生發現鎂條可以繼續燃燒。這就會產生與學生繼發性前概念中不一樣的現象，從而引發學生認知沖突。由此可讓學生討論當鎂單質引發火災時怎樣進行滅火，幫助學生清晰理解概念間的關系。

3.2.3 通過變式問題辨析，讓學生主動建構科學概念

好的變式問題應該能促進斷發性前概念原理的理解，降低問題的復雜程度，同時能引起學生的學習興趣，從而激勵他們去探索。化學學科有些概念比較抽象，學生難以理解，教師運用恰當的變式問題進行對比分析，促進學生從多角度對科學概念進行理解，使學生抓住科學概念的本質屬性，把繼發性前概念與科學概念恰當地聯系起來，促進學生反思對已有概念的認識，調整對相似問題的理解思維，從情感和認知方式上認同轉變過程，主動從潛意識到有意識地轉變自己的前概念，實現學生主動建構科學概念的目標[8]。

如在學習電解質概念時，可以作如下問題變式對比分析（見表2），教師在闡明概念的本質屬性后，要引導學生從不同層次加深理解。一是強調概念關鍵詞“化合物”以排除單質和電解質溶液等內容，二是電解質概念的另一面即非電解質也是化合物，三是在剖析了概念的本質含義后要進行總結升華，就是化合物也不一定是電解質，還要符合在水溶液里或熔融狀態下因化合物本身電離而導電的條件，只有同時滿足這些條件才是電解質。通過對電解質概念的完善和擴展，學生逐步對化學概念的形成及對概念本質的理解有了成功的體驗。因此，教師應根據講授內容采取合適的變式分析的教學策略，對概念的多層面知識通過變式問題進行對比分析，從而排除概念中無關特征的干擾，加深學生對概念本質的認識，讓學生不斷地得到改組或重新整合的新知識，達到自我構建科學概念的目的。

充分利用學生的前概念應該成為化學教學的重要環節。改變學生已有的一些不完善或不正確的前概念，實現化學前概念轉變，是化學教學中經常面臨的現實問題。教師在教學中不僅要理解相關化學學科知識，課前還要了解教學內容中學生已有的前概念，把握學生對概念認知的發展形式，選擇符合學生特定的認知需要的教學策略，要積極設置問題引導學生分析討論，促進學生深度思考，設計出促進學生核心素養養成的教學活動，最終實現教師從講授者向適應學生需求的不同角色疊加者的轉變。

參考文獻：

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[5]何雪玲.奧蘇貝爾認知同化學習理論對現代教學的啟示[J].欽州學院學報，2008，（1）： 99～102.

[6]劉玲.高中生物質結構知識模糊觀念的探查及轉化策略的研究[D].揚州： 揚州大學碩士學位論文，2014.

[7]陳玉喬.巧用認知沖突，提高化學教學的有效性[J].化學教學，2012，（1）： 18～21.

[8]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017版）[S].北京： 人民教育出版社，2018： 2～100.