初中學(xué)生化學(xué)前科學(xué)概念的調(diào)查及其對策
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現(xiàn)代認(rèn)知建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程是學(xué)習(xí)者原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與從環(huán)境中接受的感覺信息相互作用、主動建構(gòu)信息意義的過程，學(xué)習(xí)者先前的知識、經(jīng)驗(yàn)及思維方式在個體的學(xué)習(xí)過程中起著極其重要的作用。具有不同認(rèn)知結(jié)構(gòu)的個體在接受同一外界信息時，可能會形成不同的認(rèn)識。這就啟示我們：在教學(xué)活動中必須重視學(xué)生頭腦內(nèi)部的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，了解學(xué)生的知識、經(jīng)驗(yàn)狀況以及思維習(xí)慣，尤其要了解學(xué)生已有概念中那些不全面甚至錯誤的概念(即學(xué)生的“個人觀念”“相異構(gòu)想”或“前科學(xué)概念和認(rèn)識”)。因?yàn)橛嘘P(guān)研究表明，學(xué)生的許多前科學(xué)概念和相異構(gòu)想是比較頑固而且潛在的，它們對學(xué)生的許多科學(xué)活動如觀察、理解、應(yīng)用知識及解決問題等都產(chǎn)生重要影響，特別是消極作用。研究同時發(fā)現(xiàn)，課堂教學(xué)前后，很多學(xué)生的個人概念并沒有發(fā)生多大的改變，暴露出現(xiàn)行科學(xué)概念教學(xué)的低效性和盲目性。對教師而言，如何發(fā)現(xiàn)學(xué)生頭腦中那些樸素的、不全面的甚至錯誤的概念，采用哪些教學(xué)方法幫助學(xué)生把那些不全面的、錯誤的概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)的概念，是教師迫切需要解決的問題。為此，筆者在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出解決這一問題的某些對策，以期在教學(xué)實(shí)踐中取得較好的成效。
一、調(diào)查
(一)調(diào)查方法和對象
調(diào)查于2000年8月在學(xué)生正式接受化學(xué)學(xué)科教育之前進(jìn)行，調(diào)查的問卷及方法在參考北京師范大學(xué)王磊教授研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計，全卷共分兩部分，第一部分為判斷題(客觀卷)，共計三十題，主要圍繞物質(zhì)的同一性、質(zhì)量守恒定律、純凈物與混合物、溶液的有關(guān)性質(zhì)、燃燒、生銹、常見物質(zhì)組成、分子的有關(guān)性質(zhì)等內(nèi)容來設(shè)計，學(xué)生針對題目所給的說法，選擇“正確”“錯誤”或“不知道”來回答。第二部分為問答題，共有三題，針對本地的實(shí)際情況及化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計，要求學(xué)生對環(huán)保知識、化學(xué)職業(yè)的了解、化學(xué)課堂教學(xué)及化學(xué)教師的期望進(jìn)行簡答。調(diào)查對象為本校新一屆初三的四個教學(xué)班，共收回有效問卷194份。
(二)統(tǒng)計結(jié)果
初步統(tǒng)計結(jié)果表明，初中生在學(xué)習(xí)化學(xué)之前就已經(jīng)擁有較強(qiáng)的前科學(xué)概念, 對多數(shù)化學(xué)核心知識的一致性概念和相異性概念都十分顯著(“一致性”表示學(xué)生的看法與參考答案相一致，“相異性”表示學(xué)生的看法與參考答案不一致)，尤其是比較抽象的知識如溶液的均一性、溶解過程、物質(zhì)的組成、分子的性質(zhì)等的相異性更為突出。從第二部分問答題回答的情況看，大多數(shù)學(xué)生對環(huán)保知識有一定的了解，能說出治理汽車尾氣排放、治理水體污染、進(jìn)行垃圾分類等環(huán)保措施，僅有6.2%的學(xué)生不能說出。對化學(xué)職業(yè)的了解，有11.9%的學(xué)生說不知道或不能回答。對化學(xué)課堂教學(xué)及對化學(xué)教師的期望，有52.6%的學(xué)生希望能多做實(shí)驗(yàn)、多動手實(shí)踐，有58.8%的學(xué)生希望化學(xué)教師能幽默風(fēng)趣、態(tài)度和藹，使化學(xué)課上得生動活潑。
此外，筆者還比較了學(xué)生初二物理成績與客觀卷的一致性及關(guān)系。結(jié)果顯示，客觀卷的一致性與物理成績有極顯著的相關(guān)，表明學(xué)生先前的知識、經(jīng)驗(yàn)及思維方式等在學(xué)習(xí)過程中起著重要的作用。
為了進(jìn)一步探究影響學(xué)生前科學(xué)概念的主要因素及其對化學(xué)成績的影響，一年后，筆者又了解了受調(diào)查的194名學(xué)生中在我校參加中考的182名學(xué)生的化學(xué)成績，結(jié)合原來問卷統(tǒng)計的情況進(jìn)行因素分析。從中抽取影響學(xué)生前科學(xué)概念的10個主要因素：物質(zhì)的組成(如水、溶液的組成)、科普知識(如對微粒、化學(xué)物質(zhì)、鹽、空氣質(zhì)量的認(rèn)識)、生活經(jīng)驗(yàn)(如對導(dǎo)電、生銹、燃燒、沸騰、同種物質(zhì)的認(rèn)識)、氣體的成分(如空氣、一氧化碳和二氧化碳)、燃燒的條件(如氧氣的作用、加熱等)、氣體性質(zhì)(如氫氣密度、分子運(yùn)動)、常見物質(zhì)的性質(zhì)(如鹽酸的作用)、質(zhì)量守恒定律(如鐵生銹和木材燃燒后質(zhì)量的變化)、溶液的均一性(如一杯糖水上下是否一樣甜)、觀察的方法(如空氣的觀察等)。
在上述因素分析基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)行了二階因素分析。分析發(fā)現(xiàn)上述10個因素的內(nèi)容可概括為三個方面。其中，物質(zhì)組成、科普知識、生活經(jīng)驗(yàn)、常見物質(zhì)性質(zhì)、質(zhì)量守恒定律可歸納為知識經(jīng)驗(yàn)方面，氣體的成分、燃燒的條件、觀察的方法可歸納為實(shí)驗(yàn)方法方面，氣體性質(zhì)、溶液的均一性可歸納為思維方式方面，正是這三個方面的因素對學(xué)生的化學(xué)成績產(chǎn)生了較大的影響。
二、對策
學(xué)生頭腦中前科學(xué)概念的形成首先來源于自己的生活經(jīng)驗(yàn)和直觀感受，以生活常識先入為主。其次，來自通過自己單憑直覺的推理，對名詞、規(guī)律、定理進(jìn)行錯誤推廣。此外，學(xué)生的生活背景、科普教育的片面性和某些大眾媒體的誤導(dǎo)，也在相當(dāng)程度上影響學(xué)生前科學(xué)概念的形成?？傊翱茖W(xué)概念是學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)觀察和理解世界得出的結(jié)果，雖然它僅僅是一種樸素的觀念，但卻是學(xué)生思維的產(chǎn)物，也是學(xué)生理解新事物的基礎(chǔ)，有其存在的客觀性。教師不能忽視它的存在，更不能總是一味地指責(zé)或嘲笑學(xué)生的前科學(xué)概念，否則將會挫傷學(xué)生的自尊心，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至對理科的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼心理。只有對學(xué)生的前科學(xué)概念因勢利導(dǎo)，有效地加以利用，才能使學(xué)生積極地構(gòu)建自己對外部世界和現(xiàn)象的觀察與理解，讓新的知識納入到學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去。為此，筆者認(rèn)為，可采取以下措施實(shí)現(xiàn)學(xué)生前科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變。
(一)充分利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)
化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，許多化學(xué)概念源于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，許多科學(xué)方法也都能和化學(xué)實(shí)驗(yàn)融合在一起。通過實(shí)驗(yàn)，不僅能發(fā)現(xiàn)事物運(yùn)動的規(guī)律, 建立科學(xué)的理論，還能驗(yàn)證某些假設(shè)，糾正人們心目中的一些錯誤觀念。前科學(xué)概念主要源于學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)，因而讓學(xué)生在直接經(jīng)驗(yàn)中修正錯誤的觀念，是幫助學(xué)生獲取知識的最好途徑，這樣也更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。一般學(xué)生的前科學(xué)概念是片面的，通過觀察和實(shí)驗(yàn)可以擴(kuò)展學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生理解起來更加形象，從而促進(jìn)學(xué)生的思考，克服認(rèn)識的片面性。這種親自動手和親眼所見的實(shí)驗(yàn)容易使學(xué)生信服，正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是最有說服力的。從調(diào)查分析中可以看出，實(shí)驗(yàn)方法是影響前科學(xué)概念的重要因素，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是學(xué)生迫切的需求，化學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。所以，教師應(yīng)創(chuàng)造條件增加實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，同時實(shí)驗(yàn)應(yīng)盡可能在教師指導(dǎo)下，讓學(xué)生自己動手去做。實(shí)驗(yàn)前可先讓學(xué)生根據(jù)自己的理解預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與自己的預(yù)測結(jié)果對比，使學(xué)生信服化學(xué)概念的正確性。例如，從調(diào)查中發(fā)現(xiàn)有51%的學(xué)生不知道“分子和原子在不停地運(yùn)動”，于是我們增加了氨分子運(yùn)動使滴有酚酞試劑的水變紅的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，使學(xué)生理解“濃氨水中有肉眼看不見的粒子逸出，有些粒子進(jìn)入滴有酚酞試液的水里，使溶液成分改變，顏色變紅”的結(jié)論，對分子的性質(zhì)有了比較正確的認(rèn)識。
(二)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突
根據(jù)波斯納等人的研究，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變，應(yīng)滿足下列條件：1.學(xué)生必須對自己頭腦中已存在的概念不滿意；2.學(xué)生必須對新概念有最低限度的理解；3.新概念初次出現(xiàn)時必須顯得合情合理；4.新概念應(yīng)具有解釋和語言的功能。其中對當(dāng)前的概念不滿意是產(chǎn)生概念轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素，因此利用引發(fā)認(rèn)知沖突的方法來促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變，對于糾正學(xué)生的錯誤概念是一種極為有效的教學(xué)策略。傳統(tǒng)的教學(xué)特別強(qiáng)調(diào)對概念字、詞、句的講解，以為以此就能糾正學(xué)生理解和表達(dá)上的錯誤，卻往往效果不佳。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識并不能簡單地由教師或他人傳遞給學(xué)生，只能由學(xué)生依據(jù)自身的知識和經(jīng)驗(yàn)主動地加以建構(gòu)。而社會相互作用對個體的意義建構(gòu)非常重要，通過合作和討論使學(xué)生超越自己的認(rèn)識，看到與自己不同的理解，看到事物的其他側(cè)面，從而形成對事物更加豐富的理解，將有利于學(xué)習(xí)的廣泛遷移。所以，教師在課堂上既不能急于求成，也不能強(qiáng)行糾正，可以巧妙地通過合作學(xué)習(xí)中的討論和對話，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，允許學(xué)生為自己的前科學(xué)概念辯護(hù)，使學(xué)生間或師生間充分交換對同一事物與概念的不同看法。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己所持有的概念、觀念與他人不同，他人的觀念比自己更合理，能更好地解決自己懸而未決的問題時，他們往往會對自己先前所持有的觀念提出懷疑。在這種認(rèn)知沖突中，學(xué)生易于接受新的、正確的科學(xué)概念。例如，從調(diào)查中發(fā)現(xiàn)有63.9%的學(xué)生認(rèn)為“一杯透明的糖水，杯子下部的糖水要比上部的甜”。這雖然是個簡單的溶液均一性的問題，但因涉及學(xué)生的正確思維方式問題，教師并沒有一筆帶過，而是組織學(xué)生進(jìn)行討論。不少學(xué)生一口咬定實(shí)際情況就是這樣，辯論很激烈，有的學(xué)生還再次進(jìn)行試驗(yàn)，最終得出了關(guān)鍵在于糖是否完全溶解的共識，溶液均一性的概念也就自然形成了。
(三)重視概念之間的聯(lián)系
建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)者所建構(gòu)的知識是將他們已有知識與新的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來，其中包括學(xué)習(xí)者已有概念的修改和知識結(jié)構(gòu)的重組。因?yàn)橹R的建構(gòu)依賴于學(xué)生的知識范圍，不同經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生帶著他自己特有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和對世界的唯一理解來到教學(xué)情境中。如果學(xué)生所具有的知識范圍和他的理解都無法與新的經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來，那么不管教學(xué)設(shè)計得多么好，不管學(xué)習(xí)個體花費(fèi)了多大的努力，學(xué)生建構(gòu)知識的過程都可能是無效的。王磊等人的研究表明：1.當(dāng)既有的知識與待學(xué)的知識之間有共享的屬性時，概念的改變是比較容易發(fā)生的，因?yàn)檫@種改變主要是通過增加或減少一些屬性的方式來改變概念結(jié)構(gòu)，經(jīng)過常規(guī)的科學(xué)教育就比較容易轉(zhuǎn)化和改變；2.當(dāng)既有的知識與待學(xué)的知識之間沒有共享的屬性時，單純依靠一般的科學(xué)教育是很難轉(zhuǎn)變的。從前面調(diào)查的結(jié)果可以看出，純凈物與混合物、常見物質(zhì)的性質(zhì)等知識有較高的一致性，這些知識與學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)比較接近。但對初三化學(xué)概念的學(xué)習(xí)來說，更多的是屬于后一種研究結(jié)果的情況，如物質(zhì)的均一性和同一性觀念、物質(zhì)組成、微粒的實(shí)質(zhì)、可視的宏觀與不可視微觀的相互統(tǒng)一等。從前面調(diào)查的結(jié)果還可以看出，學(xué)生客觀卷的一致性與其初二物理成績有極顯著的相關(guān)，這也說明學(xué)生先前的知識及概念對新概念建立的作用。因此，教師必須在弄清學(xué)生前概念的基礎(chǔ)上，充分挖掘?qū)W生前概念中可以利用的因素，努力尋找新舊概念之間的聯(lián)系，為新概念的建立牽線搭橋。
建立概念之間的聯(lián)系的重要方法是類比的應(yīng)用。維特羅克認(rèn)為：有意義的學(xué)習(xí)指的是學(xué)生將經(jīng)驗(yàn)、概念、原理、知識框架建構(gòu)起聯(lián)系的過程，正是在概念之間和概念內(nèi)建立聯(lián)系的過程才產(chǎn)生了有意義的學(xué)習(xí)。當(dāng)用一個類比在概念間建立聯(lián)系后就能產(chǎn)生維特羅克談到的“有意義的學(xué)習(xí)”。因此，類比是促進(jìn)學(xué)習(xí)者在已有概念、知識的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識的有效工具。例如，可以通過潔凈、干凈與純凈的類比，建立純凈物的概念；通過氣體和液體體積的壓縮，形成對分子間隔的認(rèn)識；通過比較人與人類的關(guān)系類比原子與元素的關(guān)系；等等。當(dāng)然，要注意類比運(yùn)用的局限性，不能夸大類比的作用，否則反而會構(gòu)建不科學(xué)的甚至是錯誤的概念。例如，把原子比做太陽系也許能幫助學(xué)生理解電子與原子的關(guān)系，然而這一類比也可能使有些學(xué)生誤以為電子是沿著單一軌道圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的，以致形成錯誤的概念。
(四)運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)
現(xiàn)代多媒體技術(shù)和不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 在化學(xué)教育中的運(yùn)用是具有優(yōu)勢的。首先，化學(xué)是一門從分子、原子水平研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、運(yùn)動、變化及其規(guī)律的學(xué)科。對于復(fù)雜的微觀世界, 用傳統(tǒng)的教學(xué)手段很難使學(xué)生理解，而化學(xué)多媒體CAI借助計算機(jī)的模擬手段，可以使學(xué)生比較直觀地感知微觀粒子的運(yùn)動，從而有助于認(rèn)識化學(xué)變化的本質(zhì)。其次，化學(xué)也是一門理論性很強(qiáng)的學(xué)科，化學(xué)概念與原理抽象程度較高，單靠語言和文字的描述，很難在學(xué)生的大腦中留下深刻的印象。許多用其他方法或手段效果不理想或難于實(shí)現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容，如化學(xué)反應(yīng)歷程的模擬、物質(zhì)的溶解過程、離子化合物和共價化合物的形成過程等，化學(xué)多媒體CAI都可以大顯身手。再次，化學(xué)的理論性、邏輯性很強(qiáng)，化學(xué)概念、原理、規(guī)律之間，以及物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、運(yùn)動、變化規(guī)律之間有著密切的聯(lián)系，應(yīng)用建構(gòu)主義的教學(xué)思想，通過建立清晰的概念圖、關(guān)系圖來體現(xiàn)化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生理清這些復(fù)雜的關(guān)系，是突破化學(xué)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)的關(guān)鍵。而多媒體與網(wǎng)絡(luò)的許多特性，與建構(gòu)主義的要求十分合拍。此外，在模擬實(shí)驗(yàn)、收集資料、個別化學(xué)習(xí)、教學(xué)互動和提高課堂效益等方面，化學(xué)多媒體CAI也有獨(dú)特的魅力。因此，我們應(yīng)利用校園網(wǎng)的優(yōu)勢，自制簡單課件，或從網(wǎng)絡(luò)上下載實(shí)用的課件和資料，或購買化學(xué)多媒體CAI課件等，在教學(xué)中加以應(yīng)用。這樣，不僅能幫助學(xué)生消除原來錯誤的概念，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)變得更加有意義。
總之，學(xué)生在正式接受化學(xué)教育之前對一些化學(xué)的相關(guān)知識普遍存在著個人的前科學(xué)概念。由于初中學(xué)生的前科學(xué)概念對化學(xué)成績有較大的影響，了解這些前科學(xué)概念，對學(xué)生的化學(xué)教育會起到積極的作用。研究表明，影響初中學(xué)生化學(xué)成績的主要因素是個人的知識經(jīng)驗(yàn)、思維方式和實(shí)驗(yàn)方法等。所以，運(yùn)用建構(gòu)主義的觀點(diǎn)指導(dǎo)教學(xué)，采取加強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突、形成概念之間的聯(lián)系和運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)等策略，對轉(zhuǎn)變初中學(xué)生前科學(xué)概念有較大的成效。
李子朔
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