论基于概念重建的教学模式与策略
摘 要：科学概念重建可以表征为学生头脑中的知识或特定的知识结构之间联系方式的变化。概念重建教学模式是以科学探究为基本方式，以促进概念重建为根本目的的循环性学习过程。它的一般程序包括定向参与、实验探究、建构交流、解释拓展、反思评价。实现这一模式的教学策略是多样的。
关键词：概念重建；过程模型；教学模式；教学策略
近年来，西方国家的科学教育工作者，十分重视从认知发展的角度来研究儿童科学概念的形成和发展，并取得了重大成果。
研究表明，学生在学习科学课程之前已经获得各种前科学概念。由于学生是带着原有知识来到科学课堂，所以科学教学要帮助他们重建现有的观念。相比之下，我国在这方面的研究显得十分薄弱。尤其是在科学概念重建过程和机制以及教学模式与教学策略的研究方面，尚未有突破性进展。如何通过科学教学促进学生学习与发展科学概念，有待于我们深入探索科学概念重建的心理机制。基于此，本文拟构建科学概念重建过程模型，进而探讨基于这一过程模型的教学模式和教学策略。一、科学概念重建的含义
根据概念形成的途径，儿童的概念主要有两种：一是不经过专门的教学，在日常生活中通过积累经验而获得的概念，这类概念称为日常概念(daily concept)，也称为前科学概念(Pre-scienceconception)或前概念(precnception)；二是在科学教学过程中，通过揭示概念的内涵而形成的概念，这类概念属于科学概念(scientific conceptt)。这两种概念有着十分复杂的关系。西方从事科学教学研究的学者经过大量的研究后发现，学生形成的前科学概念由来已久、根深蒂固，这些前概念中有些是对客观世界的朴素概念(naïve concept)，更多的则完全与科学概念相悖，因此，人们一般把前概念也叫做错误概念(misconception)。在科学学习中，学生原有的认知结构中的错误概念不但会妨碍新知识的理解，而且会导致学生产生新的错误概念。但这不等于说前科学概念没有意义。根据建构主义的观点，前科学概念是儿童用以解释周围环境和世界的知识框架和基础结构。学生的概念学习是一个概念发展过程，这一过程不可能绕开学生头脑中的前科学概念，相反，必须依靠学生原有的前科学概念，通过概念转变和重建，形成更加精确的科学概念。
确切地说，科学教学过程涉及许多重要的科学概念，诸如磁场、重力、光合作用、生态系统等。从小学到大学，学生对这些概念的学习不是一步到位，而是要重复多次，螺旋上升的。对这些概念的每次学习，学生都要利用自己的原有的知识，将它们发展到更深入、更抽象的层次。教师的任务就是要改变学生原有的知识结构，使学生的认知结构更加准确、抽象，从而有条理地说明事件和所涉及的过程。这一过程涉及修改原有知识获得新知的学习——概念重建。重建可以表征为学生头脑中的知识或特定的知识结构之间联系方式的变化(Rumelhart Norman，1981)。概念重建的机制是顺应——通过调整原有的知识或重新定义原有的知识的概念解决(conceptualresolution)和以完全不同的知识结构代替现有的知识结构的概念转变(conceptual change)。这是一种有意义学习，只有通过这一过程才能促进学生思维的真正发展，达成发展学生科学素养的目的。
概念重建的程度有很大的差别。作为概念解决，它仅涉及概念结构的微小的变化，作为概念转变，它涉及概念结构的重大变化，需要经历多年的世界观和思维方式的根本转变。概念转变可以说是建构了新的知识结构，它不同于个体原有的概念，概念之间的关系，而且新的知识结构可以解释的现象程度和类型也不同。总之，概念重建是一个从发生概念结构的微小的变化到重大变化的连续体。
如果与作为小学生时具有的知识相比，中学生要发展一个全新的知识框架，这不仅需要同化信息，而且需要重大的知识重建。因此，科学教学应向概念重建教学转向。科学课程的重点不应是扩充关于磁和热等简单事实经验或最终形成的结论或规则，相反，科学教学要转向探索更复杂的概念问的关系，以及这些概念的抽象的最终结论的联系。科学教学要帮助学生从与实物打交道转向实物的表征(类比和模型)，直至更抽象的符号形式的表征。学生要学会更高级的思维技能，发展更多的抽象概念与它们的联系。最后，教师必须理解所有这一切发展导致的最终的教育目的是促进学生的智力的发展。
必须认识到，概念重建对于科学学习与教学的含义在于：首先，重建最好是在原有知识基础上的扩展，以建立新信息与已有知识的联系；其次，现有的知识应该不同程度地用于支持重建的目的，不管重建新知识是否是依赖于同化或顺应的类型。
二、科学概念重建的过程模型
科学概念重建本质上是一种建构性学习过程。维特罗克(Wittrock，1974)提出的生成学习模式(1earning generative model)，就是一种建构性学习理论，它也是概念重建的心理机制。生成学习过程是指学习者根据自己的态度、需要、兴趣和爱好以及认知策略(指学习者对信息进行加工的特殊方式，这种加工方式是通过以前的多次学习逐渐形成的，并且保存在大脑的长时记忆中)对当前环境中的感觉信息产生选择性注意，获得选择性信息并利用原有的认知结构(指储存在长时记忆中的各种表象、事件、判断与技能，即过去的经验与知识)而完成该信息的意义建构从而获得新知识、新经验的过程。维特罗克模式强调以下两个基本观点。(1)人在学习过程中并不是被动地接受和记录环境信息，而是主动地构建对环境信息的理解和解释。具体表现为主体主动地选择某些信息，同时又摒弃某些信息，并从中进行推论。(2)学习者已有认知结构在生成所知觉事物的意义时有非常重要的意义，也即学习者是在自己原有认知结构基础上来理解新知识的。
根据维特罗克模式，我们认为，概念重建的过程就是学习者将已有认知结构(已经储存在长时记忆中的事件和信息加工策略)与从环境中接受的信息(新概念)相结合，主动地选择注意信息并主动地建构信息意义的过程；概念重建过程是一个复杂的信息加工过程，重建最好是在原有知识基础上的扩展，新信息与已有知识相联系；重建是从引发新旧概念的矛盾与冲突开始的。根据学生的认知心理逻辑发展规律(生成学习过程)，结合人类的一般认识过程，我们提出科学概念重建的过程模型。这一过程模型包括以下四个阶段。
(1)感知一探究阶段。通过感知典型的科学事物，或者感知描述典型科学事物的语言，陈述科学知识或准备知识的语言以及相应问题，激活与问题有关的知识经验(前科学概念)，引发其认知冲突，促使学生进行自主探究活动，获得探究的经历与体验。
(2)加工一理解阶段。通过对上一阶段感知的结果进行各种各样的思维加工，由此初步形成对科学概念、科学原理或者对自然界的理解与认识；初步形成的知识以各种形式跟已有知识发生联系，纳入到原有知识体系和认知结构中。
(3)运用一精制阶段。通过实际运用，使所学知识进一步广泛联系而被巩固，同时也可能发现问题，补充、修整、发展所学知识，或者引发新的学习过程。
(4)评价一发展阶段。此阶段，学生需指引自己的注意，监控学习的进展，控制自己的情绪，调节行为与目标之间的偏差，评价学习结果，因此需要学生有较强的自我监控和自我评价能力。学习者的科学概念知识正是在一轮又一轮的学习过程中不断丰富和发展的。
三、基于科学概念重建的教学模式
概念重建教学模式是以上述的概念重建过程模型为依据，以前科学概念为前提，以小组合作学习为基本组织形式，以科学探究为基本方式，以促进概念重建为根本目的的循环性学习过程。该教学模式突出学习的探究性和概念重建的复杂性、交互性和自控性，使概念重建和对科学本质的理解在运用科学方法而展开的科学探究过程中得到统一，强调学生在学习活动中的主体性和自控性，教师在教学过程中发挥组织者、协调者、帮助者和促进者的作用。此模式分为五个阶段，是一种循环过程。其基本程序如图1所示。
(一)定向参与
定向参与是概念重建教学过程的启动阶段。它的主旨是创设积极的富于驱动性的教学情景，帮助和促使学生形成并明确有价值、有意义的问题，作出自己的解释，使学生参与到学习任务中来。这—阶段的主要任务是诊断并引出学生的前概念。教师要从日常生活、生产实际和学生的经验中发现和提出与科学识相关的问题；学生根据各自的已有经验或前概念，作出自己的预测或猜想，并通过小组或全班交流讨论他们的预测与解释，旨在暴露学生的前概念，引发学生的认知冲突。这—阶段要使学生的注意力集中在具体问题情景或事件上，由问题引发的参与过程是激发学生产生探究需要，明确探究期待，做好探究准备的过程。这一阶段教师的作用是创设问题情景、显示不一致事件以及设置驱动性的活动任务促使学生参与，其核心原则是要充分关注学生的已有经验和个人认识(前概念)，真正贴近学生实际，要明确教学任务，制定活动规则和程序促使每—位学生都积极参与。首先，教师通过创设特定的探究性问题情境，为学生的自主探究学习定向。其次，引导学生用自己的不充分的思想(前概念)尝试解释问题，从而引出学生对此主题的前概念。
(二)实验棵究
实验探究阶段为学生提供引出自己原有概念的机会，通过探索新现象，获得与自己原有观念不一致的经验，目的在于造成认知心理的不平衡，促使学生重建原有的概念。
在此阶段，学生多以小组合作的方式，根据自己对现象和问题的想法进行探究，明确自己和小组的观点，进行猜想、假设和预测，设计并制订实验和操究方案，进行实验或实施调查，观察记录实验现象，收集处理数据资料，思考证据与假设和结果的关系，进行初步分析和解释，在小组内交流和讨论。一旦学生参与到活动中，他们就会有真正属于自己的问题、想法和假设，他们就渴望有时间、有机会进一步探究自己的问题，证实自己的想法和假设。如果说定向参与带来了认知不平衡(认知冲突)，那么实验和探究就开始了寻求新的平衡的过程，实验是科学探究的重要方式，也是为了探究或发现、证实或证伪而寻找事实证据、收集数据资料的过程。为了探究而进行的实验过程是基于自己的假设和预期、经过主动设计和计划、不断进行反思和调控的极为丰富的心理活动过程，它远远超越了照方抓药式的机械操作和有什么看什么的被动观察的实验。实验探究阶段的目的还在于建构新的经验，以便为随后的建构与交流提供感性经验的支持。
在实验探究活动中，学生可能会获得一些结果，也可能一无所获，但这些不是主要的，主要的是让学生获得探究的经历与体验。这一阶段还具有以下几个特点。(1)这一阶段要引导学生回忆先前经验或引导学生通过探究获得全新的经验，这些经验与学生的学习目标密切相关。(2)这—阶段的话动要有利于激活学生的思维，鼓励学生进行发散型思考(divergent thinking)，由此产生多种与问题解决相关的想法，哪怕只是一些模糊的想法。(3)在探索活动中，教师要通过一些“差异性事件”(discrepant events)来激发学生的探究兴趣。所谓“差异性事件”，是指一些有趣而且结果往往意想不到，与一般“常识”相违背的科学小实验。教师通过这种实验活动(通常是演示)造成学生心理上的不平衡(disequilibrium)，从而激起学生的求知欲。(4)这个阶段的活动需要教师给学生提供关于探究的技能的知识，因为学生寻求问题解决过程必须依赖于这些知识信息。
(三)建构交流
这—阶段是建构新的认识和初步形成解释的过程，同时也是使有关概念、原理或技能变得易懂、可理解和更加清楚的过程。在这个过程中，充满了学生不同的个人概念和认识之间、个人认识与事实证据之间、个人认识与科学概念原理之间的“冲突”矛盾和斗争。学生在这样的过程中，进一步暴露和明确自己的已有概念和认识，感受不同观点和解释之间的一致与差异，评价、解释、推论假设和证据之间的关系。这—阶段包括三个环节。(1)澄清与交流(clarity and exchange)。学生经由小组讨论、对比、解释彼此的前概念的异同，并与教师的意见交换、沟通，呈现可能的认知冲突，进行同化与顺应。(2)建构新的想法(construction of newideas)。依据上述的讨论，学生可比较不同的现象、理论解释与验证的形式，以发展概念或重建概念。(3)评价(evaluation)。经由实验解释或自我思考与探究，学生可能找到新概念的含义，并知觉到旧有概念的不足。这一环节可以通过实验、讨论、澄清和交换概念，揭示和解决冲突情境，建构新概念，并作出恰当评价。
(四)解释拓展
这是以学生为中心的知识应用与扩展阶段，是学生用前一阶段刚刚获得的科学概念在新情境中解决问题，从而实现对新概念的验证、应用、巩固和重建。当学生通过对问题的探究，发现了事物间新的规律和联系、获取了新的知识和认识之后，必然需要经历一个解释和精致概念的过程。通过这个阶段，新旧经验经相互作用与联系得以整合，原有的认知结构经同化与顺应得到发展，新获得的概念、过程或技能得以精致。
这一阶段包括两个环节。（1）解释。是指学生对自己的经验开始抽象化、理论化，使其成为一种可交流的形式。学生往往要通过比较其他可能的解释，特别是那些体现科学性的解释，并通过进—步的观察和实验，对自己的解释进行修正、求证与评价。在小组合作学习活动中，学生还要面对不同的解释结果展开讨论，通过比较各自的结果，或者与教师或教材提供的结论相比较，由此检查自己提出的结论是否正确，推理过程是否有缺陷等，以保证学生对有关问题的解释达成共识。(2)拓展。在这一环节，学生要扩展自己的概念，使其与其他概念相联系，并运用所建构的新概念解释周围世界或新情境问题，从而实现对新概念的验证、应用、巩固和提高，使新获得的概念在应用和拓展中得以精致。这一阶段要注意以下两点：(1)在概念的拓展应用括动中，教师与学生一起讨论并设计与教学目标相一致的新情境问题，以帮助学生应用新概念与技能；(2)学生要按照教师的要求完成设计好的活动。
(五)反思评价
反思与评价其实应贯穿于整个教学过程之中，反思与评价可随机，依教学进程展开，也可在拓展阶段之后进行总结性的反思与评价。学生的自我反思是最关键的，学生的自我评价和小组内的相互评价是最重要的。教师给予的有针对性的指导性评价是必不可少的，教师要引导学生既针对自己探究和学习的结果进行评价，更要对知识建构过程，探究活动的态度、方式和效果，合作的情况，学习的感受以及在前面的教学过程中各个方面的表现进行反思总结。教师可采用结构性观察、学生谈访、基于特定项目的文件夹评价等。总之，评价要做到定性评价与定量评价、形成性评价与终结性评价、自我评价与他人评价的结合，从而能够促使教师与学生通过评价获得进一步改进教与学的必要信息，并促进学生元认知策略的发展与完备。
四、促进科学概念重建的教学策略
(一)调查学生的前科学概念
学生并不是空着脑袋走进教室的，他们在先前的学习和日常生活中已经形成了自己对各种事物或现象的看法，即所谓的前科学概念。科学概念重建是以学生的前科学概念为基础的，并且要以学生前科学概念为生长点实现概念重建。因此，在教学中调查学生的前科学概念是非常关键的，它有助于了解学生的“先人之见”，激活相关知识经验。由于前概念具有隐蔽性，就需要教师采用各种方法来揭示学生的前概念。一般可以通过提问、访谈、问卷调查、耕作概念图等方式进行。
(二)创设情境与提出问题，引发学生的认知冲突
教师通过创设相应的问题情境，通过观察、阅读材料等途径引导学生发现和提出问题，不仅能激发学生积极思维的兴趣和学习欲望，为学生的自主探究学习定向，而且能引导学生用自己的不充分的思想(前科学概念)尝试解释问题，从而引发学生的认知冲突。教师要从日常生活、生产实际和学生的经验中发现和提出与科学知识相关的问题；学生根据各自的先前经验或前概念，作出自己的预测或猜想，并通过小组或全班交流讨论他们的预测与解释，从而暴露学生的前科学概念，引发学生的认知冲突。
(三)引导学生探究，培养科学过程技能
概念重建特别重视开发学生的智力，发展学生的创造性思维，培养科学过程技能，力图通过自主探究引导学生学会学习和掌握科学方法，促进科学概念的建构。为此，教师要创造条件鼓励学生自己去探究。
教师主要是通过设计各种以学生为中心的活动来引导学生探究。教师在学生活动之前只是简单地提出问题，指明学习要求，鼓励学生通过自己的探究活动寻求问题的答案。例如，一位科学教师在教学土壤概念时，设计在森林地面挖掘小洞的活动，让学生探索土壤的性质、土壤的层次以及土壤演变成现在这个样子的方式等，这将促使学生的概念与科学过程技能的同步发展。科学过程技能包括对土壤性质的观察和分类，从相关的信息中作出有关土壤性质的预测和假设，导出有关土壤性质的推论。
(四)鼓励学生作出解释，生成概念
解释是指学生对自己的经验开始抽象化、理论化，使其成为—种可交流的形式。教师要鼓励学生进行知识的内部加工，总结概括他们自己的想法和前—阶段获得的直接经验，形成自己的观点。
(五)组织交流讨论，促进概念转变
学生内部的加工过程结束后，教师应当组织交流讨论，让学生暴露相应的前科学概念，及时解决学生的疑问。师生、生生之间互相交流讨论，全面认识各种表征的意义，促进学生将原有的前科学概念转变成科学概念。
(六)引导学生联系整合，重建新的概念结构
教师指导学生联系原有知识，将习得的知识整合于原有知识体系与认知结构中，这不仅有利于巩固这部分知识，同时也能使原有知识结构得到改组或扩大，从而重建自己新的知识网络和概念结构。
(七)提供反思与概念发展的平台
教师精心设计多种变式练习，促使学生在更广阔的知识背景中运用自己习得的概念。通过变式练习，完成由陈述性知识向程序性知识的转变，进而形成属于自己的产生式系统。另外，要求对学习过程进行评价，促使学生通过评价获得进一步改进学习的必要信息，并促进学生元认知策略的发展与完备。
总之，科学概念重建是科学教育研究的重要议题之一。学生科学概念的发展过程就是基于前科学概念的概念转变与重建过程。从学的方面看，在科学概念重建过程中，学生的前科学概念、自主探究活动、对知识的加工与解释和元认知是影响学生重建科学概念的重要因素。从教的方面看，教师无法直接将科学概念传输给学生，而只能根据科学概念重建的过程，采用适当的教学模式和教学策略，来促进学生重建科学概念。
