概念不相容原理及其对儿童科学概念转变的启示例谈

所谓概念转变，是指学生原有概念改变、发展和重建，由前概念向科学概念的转变过程。有关概念转变学习理论大都来自建构主义思想。近年来，以促进学生概念转变为目标的科学教学探索，成为科学教育研究和实践中最重要的领域之一。然而，从当前情况看，概念转变教学的实践效果并不理想，即使是科学教育发展较早的美国，大量研究结果也表明科学教学没有很好地促进学生对科学概念的掌握。本文拟对传统概念转变学习在理论和实践的困境分析的同时，详细介绍概念不相容原理及其对概念转变教学的启示。

一、概念转变学习在理论与实践的困境

概念是思维最基本的形式，也是构成知识的最基本成分。许多研究者认为科学学习是科学概念的发展或转变，而不是一些孤立信息的增加。由此，研究者提出了诸多概念教学模型，其中最具影响力的是波斯纳等人从认识论角度提出的概念转变模型，还有奥斯本等人基于认知心理学视角提出的概念教学模型。

波斯纳等人从认识论角度提出概念转变模型。该理论首先将科学学习过程看作学生原有概念的发展、修正或转变的过程，并试图解决以下两个问题：①原有的概念及其结构的什么特征控制了对新概念的选择？②学习者头脑中的概念是在什么样的条件下被另外一种概念取代？并在此研究基础上提出了“概念转变”的四个条件：①人们除非感受到自己的概念不具有功能性，否则不会改变所思考的概念，即学习者必须对原有概念感到不满意。②学习者必须能理解新的概念。新概念通常不是反直觉，就是不可理解，所以难以形成概念转变，因此新概念必须是可理解的才能进行概念转变。③新概念必须是合理的，学生能相信新概念的真实性。④新概念必须有效，是解决某些问题的更好途径。根据波斯纳的观点，如果满足以上四个条件，学生就会发生概念转变。

奥斯本等人提出，促使学生发生概念转变的教学分四个阶段组成：①准备阶段：教师要理解科学家、学生以及自己对新概念的观点，其中对学生前概念的了解是重点；②关键阶段：创设真实的生活情景，促使学生理解新概念；③质疑阶段：鼓励学生阐明自己的观点，让学生相互质疑、辩论、交流、研讨；④应用阶段：提供各种情景让学生应用新概念。可见，这一模型旨在促进学生对概念的信息加工。

这两个模型吸收了皮亚杰基于儿童行为观察和言语访谈而提出的意义建构学习观，注重学生的已有知识和积极参与。但模型各环节似乎更多地从学习目的和学习结果的角度，而不是依据学习发生的内在机制去构建，因此难以真正促使学生发生概念转变。在科学教学实践中，人们发现要改变学生的某些科学前概念是非常困难的，原因是儿童的前概念可能是个人的、顽固的、强韧的、稳定的，这些性质会阻碍学生在科学学习过程中概念的转变。这些都导致了概念转变学习在理论和实践中的双重困境。

二、概念不相容原理的主要观点

chi（1992）等人改变了概念理论研究的视角，以本体论的观点分析概念结构，将概念分为物质、过程和关系状态三类，每一种基本类型有若干的子类别。所谓“物质本体类别”指的是具有特定属性的范畴，如金属、生物等；所谓“过程本体类别”指随时间改变而发生的一种变化范畴，如声音的传播、溶解、心肺循环等过程；所谓“关系本体类别”指的是依赖于相互作用而产生的范畴，如力学理论、守恒、食物链等等。依照概念转变跨越的情形，可以分为本体类别内的概念转变与跨越本体类别间的概念转变。

1.类别内的概念转变

所谓类别内的概念转变，是指概念转变的发生是在同一本体类别内的概念的转变，而不是跨越不同的本体内别。换言之，这种转变知识在同一类别内的概念归属转变，可视为信念上的修正，属于“轻微的概念转变”。这种类别内的概念转变情形，是一种常见的转变，并不需要改变本体类别，概念的本身并未改变原来的意义，许多学习的情形，基本上都是信念上的修正，它们只需将学习者现有知识里的属性，改变成其他正确的属性就可以完成。

2.类别间的概念转变

类别间的概念转变是科学概念从一本体类别迁移到另一本体类别，这种类别间的转移才能称为根本的概念转变。在概念的转变过程中，有三项是必须经历的步骤：①经由获得的过程，学习到本体分类方式；②经由获得的过程，学习到个别概念的意义；③重新指派概念到新的分类方式上。它可能通过三种范式：主动放弃原本对某一个概念的定义，并以新的意义取代；使新、旧概念并存，而新、旧概念视情境而定；通过教学等方式加强新的意义，放弃旧的概念。

造成学生在学习科学时发生困难的最主要原因在于：学生在表征一个概念的类别时，与它在科学上真正所属的类别，两者之间存在错误的组合，或是不相容的情形；而当这种情况发生时，学生会将新的信息同化到旧有的或是错误的类别中，因此学生很难对这个概念产生彻底的理解。举例来说，在科学概念中，电流的概念，应该属于过程的类别；但学生由于把电流和水流类别，常将它放置到物质类别里，认为它具有物质的特性，那么对于电流这个概念，可能就会产生“占有空间”“具有体积质量”等属性。因此，我们常可见到，学生对于电流的概念里，就有“它可以储存在电池里”“电流会用完”等错误概念。

三、概念不相容原理对儿童科学概念转变的启示

根据概念不相容的观点，概念转变的难易与概念的本体属性有很高的相关性。可见，学生对某些科学概念的学习存在着很大的困难，并不是因为这些科学概念本身是复杂、抽象或是动态的，而是因为学生的前概念和科学概念属于不同的本体类别。这一观点给科学概念转变教学带来了新的启示。

1.小学科学教师要积极学习有关概念转变教学理论并付诸实践。当前，努力帮助学生实现必要的概念转变应被看成一项主要任务，这也就如Mintzes等在《促进理解之科学教学》一书中所指出的：“教师面对的挑战是：如何寻找不同的经验来设计问题、实验以及示范，以要求学生重新思考他们的想法，但又不至于去强调他们现有的想法是‘错误的’。教师必须发展或引出更具创意性的策略，针对学生学习的需求。这种教学需要高度的专门学科知识，需要用来设计概念挑战的技能与经验。”科学教师必须关注概念转变的研究，积极学习有关概念转变教学理论并将概念转变教学策略运用于科学教学之中。

2.在教学中，教师不仅要诊断出学生的前概念，而且要对前概念和学生预期学习的科学概念作出具体分析，以确定哪些概念属于物质本体类别，哪些属于过程或关系本体类别；并分析学生的前概念和预期学习的科学概念之间是不是属于同一本体类别，这是进行有效概念转变教学的前提。概念不相容原理表明，学生要进行“跨本体类别”的概念学习是比较困难的，这个学习过程如果让学生自己去探究、去发现，那就如同现实中的科学发现过程一样，而科学发现过程往往是“科学共同体”社会建构的过程，其发现的机制与学生的探究发现是不同的，因此对于学生来说是一件非常困难的事。所以，在科学教学中，“自主探究”的教学主题最好限定在“本体类别内”的概念学习，否则将很难实现学生的概念转变。

3.概念不相容原理为培养学生的创造力提供了可操作的依据。培养学生的创造力一直是科学教学所追求的重要目标之一。但传统科学教学中，学生创造力的培养往往因为没有可操作性的理论依据而流于形式。根据概念不相容的观点，创造力是指学生对一个概念可以从不同取向去表征和理解，这里的不同取向可以视为概念在不同本体类别上的差异。在科学史上，许多具有创造性的发现正是成功地跨越了本体类别的边界。在科学教学中，通过一定的教学策略，引导学生实现“跨本体类别”的概念转变，能够很好地体现对学生创造力的培养。

总之，概念不相容原理有助于了解传统概念转变教学中的困境，从本体论的角度分析概念的结构，将概念分为“物质”、“过程”和“关系”三个本体类别，在此基础上进一步明确“本体类别内”与“跨本体类别间”两类不同的概念转变模型，使我们对概念转变机制有了新的认识，也为科学教学实践提供了可操作的新思路。