基于前概念轉(zhuǎn)變的生物科學(xué)史教學(xué)研究

榮瑩

2017年版《普通高中生物學(xué)課程標準》指出：“在教學(xué)過程中，教師還必須注意學(xué)生頭腦中已有的前概念，特別是那些與科學(xué)概念相抵觸的錯誤概念。課堂教學(xué)活動要幫助學(xué)生消除錯誤概念，建立科學(xué)概念。”這其實就是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)，它強調(diào)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程易受先驗概念（即前概念）的影響。由此，一線教學(xué)中教師應(yīng)當(dāng)努力探尋學(xué)生已有的前概念（Preconception），引發(fā)認知沖突，解構(gòu)迷思概念，建構(gòu)新概念，從而幫助學(xué)生厘清概念體系。教師應(yīng)重視學(xué)生前概念的探測、解構(gòu)，以便尋找更精準的概念轉(zhuǎn)換途徑。研究者就“光合作用的發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史”為例，談?wù)劯拍钷D(zhuǎn)換教學(xué)的實踐應(yīng)用。

一、以直觀展示探尋異質(zhì)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(guān)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(xiàn)行蘇科版初中教材進行文本分析，分析發(fā)現(xiàn)學(xué)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(chǔ)。然而，來自不同中學(xué)的學(xué)生認知水平和信息儲存、提取情況存在明顯差異，不同學(xué)生的前概念可能存在較大差異。因此，針對全班45名學(xué)生，研究者利用紙筆進行學(xué)生前概念探測，要求學(xué)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(xué)家的經(jīng)典實驗借助繪圖的形式呈現(xiàn)。以繪圖的形式對學(xué)生進行紙筆測試，不僅是基于教學(xué)手段多元化的考慮，也可以提高探查趣味性和直觀性，使學(xué)生的思維呈現(xiàn)可視化，從而了解學(xué)生對概念的理解情況。

二、以概念解構(gòu)追尋差異性的轉(zhuǎn)換策略

學(xué)生前概念與科學(xué)概念之間的差異狀況決定了概念轉(zhuǎn)變的途徑，這也應(yīng)是教師選擇概念轉(zhuǎn)變策略的重要依據(jù)。Tyson提出概念轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變模式為依據(jù)，對學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變進行分類分析，以生成面向不同學(xué)生個體差異性的轉(zhuǎn)換策略。

1.普利斯特利實驗

實驗的豐富組學(xué)生數(shù)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(xué)生能理解實驗的思路，體現(xiàn)對照實驗特征，但對實驗條件的關(guān)注未充分體現(xiàn)，如該實驗是否在光下進行。弱重建組學(xué)生對實驗的大致過程有一定的了解，但未體現(xiàn)對照實驗特征，故對實驗結(jié)論的獲得可能存在一定障礙。強重建組學(xué)生基本無法理解實驗的過程及結(jié)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(shù)據(jù)占比而言，豐富組和弱重建組學(xué)生共占比80%，故可利用小組合作學(xué)習(xí)的方式讓學(xué)生自行解構(gòu)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(xué)生代表的口頭表述、教師提問等形式檢測概念轉(zhuǎn)變程度，促使概念轉(zhuǎn)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(tǒng)計分析，豐富組學(xué)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(xué)生能理解實驗的思路，理解何時該剪下葉片，也能預(yù)期實驗結(jié)果，只需再“豐富”實驗細節(jié)，如實驗材料的選擇、饑餓處理的時間等。弱重建組的學(xué)生對實驗的大致過程有一定的了解，但部分學(xué)生將饑餓處理及遮光、曝光的對照實驗設(shè)置在葉片離體狀態(tài)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(xué)生實驗步驟混亂，無法清晰表達實驗思路。從數(shù)據(jù)占比而言，弱重建組學(xué)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(fā)認知沖突，從而實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換概念，形成統(tǒng)一的小組實驗方案。另外，在實驗實施過程中，當(dāng)出現(xiàn)與前概念沖突的實驗現(xiàn)象時，引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識結(jié)構(gòu)去同化、解釋這些新現(xiàn)象。

三、以先行材料導(dǎo)尋補償性的教學(xué)方式

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

提供上述的科學(xué)史材料后，教師則可以借助文本分析，引導(dǎo)學(xué)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(zhuǎn)變。再者，利用圖片、視頻展示等形式，幫助學(xué)生了解模式生物小球藻。這一教學(xué)過程讓學(xué)生真正理解了魯賓、卡門實驗的真實發(fā)生歷程，進一步幫助學(xué)生建構(gòu)完整且系統(tǒng)的“光合作用發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史”科學(xué)概念。

[本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“促進高中生物學(xué)概念建構(gòu)的境脈學(xué)習(xí)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]