前科学概念的研究进展

前科学概念的研究进展李高峰刘恩山1[1]（北京师范大学生命科学学院北京100875）摘要：本文对前科学概念研究的成果进行了综述，介绍了前科学概念的术语、定义、产生的原因、特征、诊断及其转变，并对未来前科学概念研究的突破提出了展望。关键词：前科学概念原因特征诊断概念转变中图分类号：文献标识码：美国的霍尔（StanlyHall）早在1903年就曾启动一个计划，调查儿童对自然现象如热、霜和火的（前科学）观念。让·皮亚杰（JeanPiaget,1896～1980）按照不同的语言机能，把儿童的言语分为自我中心言语和社会化言语，他将其分别称为“自发概念”和“非自发概念”。列夫·谢苗诺维奇·维果茨基（LevSemenovichVygotsky,1896～1934）曾研究儿童通过经验和独立思考形成的“日常概念”和在学校里所学到的“科学概念”之间的关系。以此为起点，前科学概念的研究逐步开始涉足学校教育中的不同学科。一、前科学概念的术语前科学概念的术语很多，依据研究者研究前科学概念的“依据”的不同，可以分为“以科学知识为依据的术语”（nomotheticterms）和“以自我描述为依据的术语”（idiographicterms）。1.1以科学知识为依据的术语评价学生拥有的知识与标准知识是一致的还是背离的，以学生的回答和当前科学的认识的一致性为基础。这类研究称为通则研究、律则研究，即以规律为根据的研究，以学科为中心的研究；运用的术语有谬误（errors）、错误（mistakes）、错误概念（迷思概念）（misconceptions）、错误观念（erroneousideas）、错误理解（misunderstandings）、持久错误（persistentpitfalls）、课堂错配（classroommismatches）、朴素概念（naiveconceptions）、迷信观念（superstitiousbeliefs）、前科学概念（prescientificconceptions）、前教学概念（preinstructionalconception、pre-instructionconception）、教学前概念（instructionalpreconception）、不正确的概括（incorrectgeneralizations）、概念紊乱（conceptualdisorders）、冲突模式（conflictingschemas）、未建成观念（unfoundedbeliefs）、潜在错误源（underlyingsourcesoferror）等。1.2以自我描述为依据的术语描述的是学生自己对自然物质和事物的理解，研究者探索、研究和分析学生个体的解释，揭示普遍特征。这类研究属于个案研究，即个体研究；运用的术语有：对现实的个人模型（personalmodelsofreality）、学生观念（pupil’sideas）、相异概念（异类概念、另有概念）（alternativeconceptions）、相异构架（alternativeframeworks）、相异感知(alternateperceptions)、自发推理(spontaneousreasoning)、自发推理方式（spontaneouswaysofreasoning）、发展中概念（developingconceptions）、自发知识(spontaneousknowledge)、常识性概念(commonsenseconcepts)、学生标准（schoolchildren’scriteria）、个人构想（personalconstructs）、儿童理解（children’sunderstanding）、儿童观点（children’sviews）、儿童知识（children’sknowledge）、直觉观念（intuitivebeliefs、intuitiveideas）、直觉概念(intuitiveconceptions)、原始概念（primitiveconceptions）、朴素观念(naïvebeliefs)等。二、“前科学概念”的定义上述术语中有三个用得比较广泛、具有代表性：错误概念、相异概念和前科学概念。错误概念是前科学概念研究之初、学者们首选的术语。错误概念的意思是“对事物含糊的（vague）、不完善的（imperfect）或者是错误的（mistaken）理解（understanding）”。ArthurLouisOdom（1995）在研究中也主张用“错误概念”，他说“错误概念是学生拥有的与通常从科学家那里获得的概念不同的观念（ideas）”。HalukÖzmen（2004）列举了表示前科学概念的19个术语，这些术语在使用上未达成一致。他说，“为简便起见，本文使用错误概念这个术语，意思是与普遍接受的术语的科学理解不同的概念。”错误概念由学习者普遍拥有，难以“教掉”，和当前的科学知识是不同的。错误概念暗示，此等概念具有消极意义，对学习者的认知目的不起作用，应尽快消除。在“错误概念”被提出之后，对学生拥有的前科学概念的界定有许多不同的声音。有人认为，错误概念是错误的概念，主张用“错误”来取代“错误概念”。如Gowin(1983)就建议将术语简化，将“错误概念”改成“错误”。认同此观点的学者不多，绝大多数科学教师赞同使用“错误概念”。他们认为，“错误”比“错误概念”有更强的、更明确的否定的内涵，意指糟糕的认识或是将主要规则和原理置之度外，这是不恰当的。“错误概念”表达的概念能够代表“和当前科学思想不一致的想法”，它对于科学教师和普通大众、甚至门外汉来说都非常易于理解，而且从一开始就用“错误概念”，它已是科学教师熟悉的行话了。后来，许多研究者，如Abimbola(1988)、Gilbert和Swift(1985)，都偏爱“相异概念”，而不用原先占主导地位的“错误概念”。他们认为“相异概念”不仅指出了“学习者对一系列可理解的自然现象和物体建构了基于经验的解释”，而且这个术语也暗示，学习者拥有相异概念是有理由的、合理的，它给拥有这些概念的学习者以智力上的尊重。Wandersee(1994)认为，相异概念是学习者在经验基础上建构的对一定自然现象和物质的解释。GayleBuck,PatriciaMeduna(2001)支持这种观点，并认为，相异概念包括错误概念，也包括与教育目标相反的想法。Abimbola、IsaacOlakanmi、Baba和Salihu(1996)区分了“错误概念”和“相异概念”。他们认为，错误概念是和科学概念明显冲突的想法，因而是错误的；相异概念是和科学概念既不明显冲突，又不明显一致的想法，但有其自己涵义（value），因此不一定是错误的。Good(1991)等主张用“前科学概念”，简称“前概念”。他认为，“前科学概念”和“错误概念”相比，否定的意味要少些；“前科学概念”是特定的科学；学习者拥有的前科学概念最终会把学习者引导到当前的科学概念上来。他认为，“前科学概念”最好地表达了科学教育研究者想要表达的意思。三、学生前科学概念产生的原因学生头脑中的前科学概念产生的原因亦即来源，有以下几种情况：3.1日常生活经验的影响、日常概念的干扰（刘凤堂，1998；张怀广、张晓，1999）。学生在日常生活中，凭直观感觉学习到的东西不一定都是正确的；在日常生活中形成的概念，往往忽略了本质的特征。如他们认为铁比木头重；水温只要达到100°C就可沸腾；物体运动是因为有力，没有力就没有运动；重的物体比轻的物体下落快；(汽车的)速度越大，惯性就越大；电风扇吹风，温度降低。也有学者称其为前科学概念的负性作用（吴举宏，1998），如“鲸是鱼”“粪便是排泄物”等日常生活概念往往是不科学的，甚至是错误的。3.2知识的负迁移（赵强、刘炳升，2001；兰智高、杨昌权2001）。产生负迁移的知识，既有本学科的知识，也有其他学科的知识。如，学生从小就接受数学教育，在理解物理学中的密度公式ρ=m/v时，相当一部分学生错误地认为“物体的密度跟它的质量成正比，跟它的体积成反比”。又如，类化概念的干扰（吴举宏，1998）；类化概念指的是字面相近、含意相似或属性相关的概念；诸如单性结实与单性生殖、呼吸运动与呼吸作用、囊胚与胚囊、胚孔与珠孔等。3.3对语词的曲解或错误理解（赵强、刘炳升，2001；赖小琴、2002）。概念是用一定的语词来记载和标志的，科学语言抽象、严密、言简意赅、准确明了，但学生常用在生活中形成的对语词的理解来理解科学概念，并由此产生对科学概念的曲解或错误理解，导致错误概念；如错误地认为“加速度”就是描述“物体增加的速度”；把匀速圆周运动中的“匀速”理解为“速度保持不变”。望文生义是学生前概念形成的重要方式。3.4进行不当的类比（赵强、刘炳升，2001）。类比是推理的一种重要方式，但有时用其它概念来类比推理另一概念时，会导致错误的结论。如，用导线将干电池的两极连接起来，导线中就有电流，错误类比而认为，用导线将磁铁的两极连接起来，导线中也会有电流产生。3.5知觉系统的特性可能导致表象产生偏差或失真（赖小琴、2002）。知觉系统是一个有限的能量加工系统，还带有强烈的感情色彩，而且当知觉的对象与它周围环境之间的关系变化时，形成的表象会是错误的；如把用冷热浸过的左右手再放入同一盆温水中，会感觉到不同的温度。又如思维定势、忽视结论的使用条件和成立范围而任意推广、逻辑思维能力或抽象思维能力不足，也会导致错误概念（张怀广、张晓，1999）。3.6教学阶段性的影响（兰智高、杨昌权，2001）。由于学生接受性的限制，概念教学具有阶段性，即同一个概念要分成几个学龄阶段讲授，概念的内涵逐渐增加，外延不断变化。如中学物理描述物体运动的几个物理量：力、位移、速度等，只要求掌握它们的标量，到大学时要用矢量来描述，但学生很容易继续用旧有的思维去思考新的问题。3.7概念学习不牢固（赖小琴，2002）。概念掌握不牢固，对事物所包含的各种特征了解不全面，造成对概念的外延不合理的缩小或扩大，变成相异构想。如，许多学生难以区分化学中的物质性概念和程序性概念，而中学化学教学中许多难点发生在程序性概念上；如“电离”反映了物质解离成离子的过程，是程序性概念，但很多学生把电离当作物质性概念来学习。3.8晕轮效应（杨进琼，2001）。晕轮效应是指在知觉过程中，将知觉对象的某些印象不加分析地扩展到其他方面的一种心理现象。如，“我们加在运动物体上的力越大，物体运动得越快”，学生想当然地认为“物体的运动速度与所受的力成正比”。3.9教师、教材的误导（GayleBuck,PatriciaMeduna，2001)。课本和教师在不经意间成了提供学生相异概念的途径。教师或教材过分强调问题的某一侧面时，将会暗示学生忽略对其他方面的思考。教材内容的顺序、概念关系的介绍、术语的选用、课本中的插图等都有可能形成学生的错误理解。教师本人就有错误概念和错误信息，而且教师在课堂上运用的语言，都有可能成为学生错误概念的源头。3.10社会媒体（赵强、刘炳升，2001）。通过广播、电视、报刊杂志等渠道会获取一些错误的知识。如许多媒体在报导中对重量、重力、质量不分，混淆了路程和距离。四、前科学概念的特征我国学者对前科学概念的特征讨论较多，特别是在物理学科中。根据前科学概念的形成过程，学术界认为前科学概念有以下特征：4.1自发性（刘文广，1997）。前概念是在学生的大脑中自发性地建构的，没有人教他这个问题应该是这样、那个问题应该是那样，他们完全是站在自己的立场上，凭自己的感性经验进行建构。4.2广泛性（刘文广，1997）。广泛性包括内容的广泛、地域的广泛以及学生的广泛。前概念包罗万象，学生在各学科及其分支中都存在有前科学概念；在不同地区甚至不同国家的学生，在各个层次的学生，都具有相异构想。4.3顽固性（刘文广，1997）。前概念一旦形成，就会在人的思维中形成定势；在学生头脑中根深蒂固，印象深刻；也有学者称其具有“稳定性”、“牢固性”。这些概念用传统的教学方法给予更正，显得格外顽固不化。4