基于前概念轉變的生物科學史教學研究

榮瑩

2017年版《普通高中生物學課程標準》指出：“在教學過程中，教師還必須注意學生頭腦中已有的前概念，特別是那些與科學概念相抵觸的錯誤概念。課堂教學活動要幫助學生消除錯誤概念，建立科學概念?！边@其實就是概念轉變教學，它強調學習者學習過程易受先驗概念（即前概念）的影響。由此，一線教學中教師應當努力探尋學生已有的前概念（Preconception），引發認知沖突，解構迷思概念，建構新概念，從而幫助學生厘清概念體系。教師應重視學生前概念的探測、解構，以便尋找更精準的概念轉換途徑。研究者就“光合作用的發現的科學史”為例，談談概念轉換教學的實踐應用。

一、以直觀展示探尋異質性的前概念

前概念探測常用方法包括自然觀察、訪談法、紙筆測試（選擇題、問答題、二段式測驗等）、概念圖法、關系圖法、電腦化測驗等，在具體的案例中可采用一種或多種方法進行探測。筆者就現行蘇科版初中教材進行文本分析，分析發現學生對于高中教材中薩克斯實驗及恩吉爾曼實驗有一定的基礎。然而，來自不同中學的學生認知水平和信息儲存、提取情況存在明顯差異，不同學生的前概念可能存在較大差異。因此，針對全班45名學生，研究者利用紙筆進行學生前概念探測，要求學生將高中教材中普利斯特利、薩克斯、恩吉爾曼、魯賓、卡門等科學家的經典實驗借助繪圖的形式呈現。以繪圖的形式對學生進行紙筆測試，不僅是基于教學手段多元化的考慮，也可以提高探查趣味性和直觀性，使學生的思維呈現可視化，從而了解學生對概念的理解情況。

二、以概念解構追尋差異性的轉換策略

學生前概念與科學概念之間的差異狀況決定了概念轉變的途徑，這也應是教師選擇概念轉變策略的重要依據。Tyson提出概念轉變包括“豐富”“強重建”“弱重建”三種類型等。研究者試以Tyson的概念轉變模式為依據，對學生的概念轉變進行分類分析，以生成面向不同學生個體差異性的轉換策略。

1.普利斯特利實驗

實驗的豐富組學生數為20人（占44.44%）、弱重建16人（占35.56%）、強重建9人（占20%），具體如表1所示。豐富組的學生能理解實驗的思路，體現對照實驗特征，但對實驗條件的關注未充分體現，如該實驗是否在光下進行。弱重建組學生對實驗的大致過程有一定的了解，但未體現對照實驗特征，故對實驗結論的獲得可能存在一定障礙。強重建組學生基本無法理解實驗的過程及結論，如將點燃的蠟燭與鼠單獨組合成組及將綠色植物、蠟燭和鼠分為一組等。從數據占比而言，豐富組和弱重建組學生共占比80%，故可利用小組合作學習的方式讓學生自行解構前概念，即以5人為一小組，其中1人為強重建組，1—2人為弱重建組，2—3人為豐富組。通過本組中學生代表的口頭表述、教師提問等形式檢測概念轉變程度，促使概念轉換的生成。

2.薩克斯實驗

以表2為例，對45份圖示進行分類統計分析，豐富組學生為12人（占26.67%）、弱重建20人（占44.44%）、強重建13人（占28.89%）。豐富組的學生能理解實驗的思路，理解何時該剪下葉片，也能預期實驗結果，只需再“豐富”實驗細節，如實驗材料的選擇、饑餓處理的時間等。弱重建組的學生對實驗的大致過程有一定的了解，但部分學生將饑餓處理及遮光、曝光的對照實驗設置在葉片離體狀態下完成，有的則在遮光處理時選擇了不同葉片分別進行遮光和曝光實驗。強重建組的學生實驗步驟混亂，無法清晰表達實驗思路。從數據占比而言，弱重建組學生占比較高，分析該實驗需豐富或重建的部分，很多可在實驗重做過程中引發認知沖突，從而實現概念轉換，如饑餓處理的時間、實驗選材、對照部分是否需離體完成等。因而，研究者以小組為單位，通過閱讀資料、小組提問等活動轉換概念，形成統一的小組實驗方案。另外，在實驗實施過程中，當出現與前概念沖突的實驗現象時，引導學生利用已有的知識結構去同化、解釋這些新現象。

三、以先行材料導尋補償性的教學方式

與之前的兩類實驗學生的前概念不同的是：魯賓、卡門實驗的學生，沒有呈現出豐富組的樣態。以表3為例，對45份圖示進行分類統計分析，弱重建學生36人（占80%）、強重建9人（占20%）?？梢姡瑢W生多以原有初中教材為依據，故對魯賓、卡門實驗的材料與過程等方面的認知均出現了較大偏差，此外有20%的學生甚至無法理解對照實驗思路，為強重建組。據此，教師提供魯賓、卡門實驗的先行組織者資料，引導學生行資料分析，還原實驗過程和思路，進行科學概念的補償教學。

提供上述的科學史材料后，教師則可以借助文本分析，引導學生理清實驗思路、同位素標記法在實驗中的具體運用，同時完成從定性實驗向定量實驗的概念轉變。再者，利用圖片、視頻展示等形式，幫助學生了解模式生物小球藻。這一教學過程讓學生真正理解了魯賓、卡門實驗的真實發生歷程，進一步幫助學生建構完整且系統的“光合作用發現的科學史”科學概念。

[本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“促進高中生物學概念建構的境脈學習策略研究”（課題編號：B-b/2018/02/151）、江蘇省教研室第十二批立項課題“生命與健康特色課程的實踐研究”（課題編號：2017JK12-L036）系列研究成果]