高中生物學(xué)前概念的調(diào)查和分析

1、 高中生物學(xué)前概念的調(diào)查和分析 浙江溫嶺中學(xué)生物組 馮素媛摘要 科學(xué)學(xué)習(xí)研究表明，學(xué)生是帶著各種觀念和認識(即前概念)走進科學(xué)課堂的，其中有些是正確的，能夠促進學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)，但更多的是模糊的、不正確的觀念，會阻礙學(xué)生對科學(xué)概念的理解。在教學(xué)中，只有充分了解學(xué)生的前概念存在形式和特點，才能根據(jù)實際情況設(shè)計合理的教學(xué)方法和過程。本文主要分析了前概念的特點、前概念對學(xué)習(xí)的影響，之后利用問卷調(diào)查對學(xué)生關(guān)于生物學(xué)的主干知識的前概念進行探查，并對調(diào)查的結(jié)果進行分析之后得出了結(jié)論，提出在教學(xué)中進行概念轉(zhuǎn)化的一般方法和步驟。關(guān)鍵詞 前概念 科學(xué)概念 調(diào)查 概念轉(zhuǎn)化1 問題的提出在傳統(tǒng)的教學(xué)實踐中，經(jīng)常會出現(xiàn)

2、一個概念經(jīng)過多次講解和糾正，可是學(xué)生卻屢次犯同樣的錯誤，于是有的教師就說，學(xué)生的腦袋是榆木疙瘩。隨著新課程在高中的廣泛開展，新課程的理念倡導(dǎo)“全面提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)” 1，教師也在逐漸轉(zhuǎn)變觀念，認識到學(xué)生的一些頑固的錯誤其實是有著更深層次的心理學(xué)的基礎(chǔ)的，學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變有著科學(xué)的教學(xué)策略?，F(xiàn)代認知科學(xué)研究表明：學(xué)習(xí)并不簡單的是教師在課堂上把正確的科學(xué)概念呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生就一定能夠順利理解新知識，達到既定的學(xué)習(xí)目標。澳大利亞墨爾本大學(xué)拉姆斯登2等人對中學(xué)生的理科學(xué)習(xí)狀況做了大量調(diào)查研究表明:許多學(xué)生雖然擅長于科學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科中非常復(fù)雜的技能，擁有大量的事實知識并順利通過了考試，但卻無力表明對所學(xué)

3、知識是真正理解的，在他們身上隱藏著對所學(xué)知識的極大誤解。造成這種現(xiàn)象的主要原因是：教師在教學(xué)過程中很少考慮學(xué)生的己有知識經(jīng)驗并據(jù)此教學(xué)，認為只要把新知識講清楚說明白，把知識裝進學(xué)生的頭腦，簡單按照自己或課本上的邏輯來對學(xué)生的理解做出規(guī)定就完成了教學(xué)任務(wù)。實際上，學(xué)生在走進科學(xué)課堂之前就已經(jīng)持有各種觀念。我們稱之為前概念，有時也稱前科學(xué)概念。11 前概念的七個基本特征前科學(xué)概念有許多特點，直觀地說來，一般可總結(jié)為下述七個特點：3（1） 廣泛性學(xué)生對日常生活中有關(guān)生物學(xué)現(xiàn)象的大量問題都有自己特定的理解，在生物學(xué)的各分支中都存在著前概念。它還廣泛存在于各個層次的學(xué)生中，而且與一般的科學(xué)概念并存，不易

4、引起注意。（2）自發(fā)性學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念，緣于個體長期大量的日常生活中的觀察和經(jīng)驗。這些經(jīng)驗在他們的頭腦中逐漸深化、發(fā)展，經(jīng)過感覺、知覺、表象階段，最終形成概念（圖式）。學(xué)生在其頭腦中形成前科學(xué)概念時，完全是自發(fā)的。沒有人教他們，他們完全憑自己的頭腦進行建構(gòu)。（3） 頑固性近年來的一些研究表明：一旦學(xué)生對某些科學(xué)現(xiàn)象形成了前科學(xué)概念，要想加以轉(zhuǎn)變是極其困難的。為什么學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念如此頑固？由于前科學(xué)概念是學(xué)生頭腦中業(yè)已形成的，且長期的日常生活經(jīng)驗與觀察又加強了這些概念。雖然在課堂上教師也給出了“正確的”概念，但學(xué)生卻不會輕易放棄自己的錯誤概念，因為這些觀點在現(xiàn)實世界中確實很好用，并

5、且看起來可以“正確”地解釋生活中的一些現(xiàn)象。因此，很多學(xué)生只記住在課堂上學(xué)習(xí)到的“事實”，并在考試中重復(fù)使用，但生活中他們又繼續(xù)使用自己的那些觀點。一些曾學(xué)過生物學(xué)的人，一旦脫離生物學(xué)的學(xué)習(xí)和考試體系，他們學(xué)的生物學(xué)知識，除了諸如細胞、酶、基因等為數(shù)不多的專業(yè)術(shù)語外，都忘得干干凈凈。（4）隱蔽性學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念還具有隱蔽性。由于學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念（圖式）都是潛移默化形成的，它以潛在的形式存在，平時并不表現(xiàn)出來，但往往在學(xué)生運用生物學(xué)概念解決問題時則表現(xiàn)出來。例如，對于高中學(xué)生來說，背誦“病毒是非細胞結(jié)構(gòu)的生物”是沒有問題的，解決一般層面的問題也是沒問題的。但當把類似問題變?yōu)椤癝ARS

6、病毒的蛋白質(zhì)的合成場所”的問題時，他們就認為是在SARS病毒的核糖體上合成的，而事實上沒有細胞結(jié)構(gòu)，當然也意味著沒有核糖體。（5）反復(fù)性學(xué)生經(jīng)學(xué)習(xí)理解了一些生物學(xué)概念，過了一段時間后再遇到類似的問題時，受到先前錯誤的影響又會對該概念產(chǎn)生糊涂的認識。前概念的反復(fù)性和其頑固性密切相關(guān)。（6）層次復(fù)雜性學(xué)生在對事物意義的理解時，總是以自己的知識經(jīng)驗背景為基礎(chǔ)，因而不同的學(xué)生看到事情的不同方面，表現(xiàn)出不同年齡階段或同年齡階段的不同層次的學(xué)生，對相同的科學(xué)問題有不同形式的前概念。（7）負遷移性學(xué)生在對各個生物學(xué)知識結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中，先前的知識結(jié)構(gòu)對新的知識結(jié)構(gòu)的建立起著積極的推動作用，但有時也產(chǎn)生一些負面的

7、影響。前概念對后續(xù)的科學(xué)概念的學(xué)習(xí)多起負影響。12 前概念和科學(xué)概念相互作用后的五種存在形式：4前概念有的是正確的，能夠促進學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)，但更主要的是一些模糊不完整的甚至是錯誤的認識，經(jīng)過科學(xué)教學(xué)之后并非順利轉(zhuǎn)化為科學(xué)的理解，而是和科學(xué)觀念相互作用后以不同的形式存在。可以歸納為五種。（1）未被改變的觀念Sch+ST教學(xué)Sch學(xué)生教師學(xué)生盡管接受了正式的教學(xué)，有些學(xué)生的觀點并未改變。如圖1所示(以SCh表示學(xué)生的觀念，S：表示教師的科學(xué)觀念，并假設(shè)為正確的科學(xué)觀念)。圖l 科學(xué)教學(xué)沒有改變學(xué)生的觀念例如，學(xué)生在接觸生物學(xué)課程之前，就對動物體有著基本的認識，其中最廣泛的一種認識就是將動物體看成一

8、個容器。在調(diào)查中，通過對3名5歲兒童的訪談發(fā)現(xiàn)，這三名兒童對奶牛的認識如出一轍，他們認為，奶牛是一個盛有牛奶的容器，如果小牛將奶喝完了，奶牛就需要重新去喝一些奶儲備在身體中。我們告訴他們，奶牛不是喝奶的，于是他們重新解釋的結(jié)果就是，奶牛需要將奶粉和水一起喝下去，然后就有新的牛奶產(chǎn)生了。下次再看到一個母親哺乳的時候，訪談中的一個孩子就說，如果寶寶將奶喝完了，母親就需要去補充奶粉和水了。在這個案例中，孩子的觀點在前后兩個情境中沒有發(fā)生變化，都是將動物體看成是一個容器。（2） 兩種能力的結(jié)果學(xué)生基本上拒絕利用教師的科學(xué)觀點觀察世界，卻把它看作必須學(xué)習(xí)的東西(如為了考試)。因此，學(xué)生有兩種觀念，只是在

9、學(xué)習(xí)情境之外使用的觀念不是學(xué)習(xí)的科學(xué)觀念，如圖2所示。Sch+ST教學(xué)Sch學(xué)生教師學(xué)生ST 圖2科學(xué)教學(xué)之后，學(xué)生在學(xué)校中使用科學(xué)的觀點，在其它情境中堅持自己的觀念例如，代謝的場所主要是在細胞內(nèi)，但是學(xué)生普遍的認為動物代謝的場所是在消化道中。所以，在考試時，學(xué)生的答案是前者，而解釋實際問題時，則是用后一種觀點。（3） 被強化的學(xué)生觀念Sch+ST教學(xué)SchST學(xué)生教師學(xué)生學(xué)生在正式科學(xué)學(xué)習(xí)之前的主觀看法經(jīng)常會使他們無意識地應(yīng)用所教內(nèi)容，把在科學(xué)中嚴格定義的概念錯誤地理解為意思完全不同的內(nèi)容，如圖3所示。 圖3學(xué)生最初的觀念被錯誤應(yīng)用、并被支持它的科學(xué)教學(xué)強化例如：關(guān)于激素運輸?shù)耐緩?，這個問題

10、在絕大多數(shù)學(xué)生這里都有自己的解釋，學(xué)生一般認為在內(nèi)分泌腺體和靶細胞之間存在著一個直接相通的管道，激素是通過管道運輸?shù)?。而在教師講解之后，學(xué)生知道激素是通過血管運輸?shù)模捎趯ρ貉h(huán)的誤解，于是他之前的直通的管道的觀念得到了加強。形成了一個強化后的錯誤概念。（4） 混合的觀念Sch+ST教學(xué)STSch學(xué)生教師學(xué)生在許多情境中，學(xué)生學(xué)習(xí)、理解、評價科學(xué)觀點。由于這些觀念的相互聯(lián)系是多方面的，但在某一時期僅能學(xué)習(xí)其中有限的部分，這可能使學(xué)生形成未整合的、自相矛盾的觀念。在這一結(jié)果中，學(xué)生的觀念是其在科學(xué)教學(xué)前持有的觀念與教師觀點相互摻雜的混合物，如圖4所示。 圖4導(dǎo)致學(xué)生的科學(xué)觀點與教師的科學(xué)觀點共

11、同存在的混合結(jié)果的科學(xué)教學(xué)關(guān)于進化，學(xué)生普遍認為昆蟲的抗藥性是因為農(nóng)藥引起昆蟲的變異，而在學(xué)習(xí)完進化論之后，理解了農(nóng)藥的選擇作用之后，他們的觀點混合成了：農(nóng)藥引起了變異，之后農(nóng)藥又將變異進行選擇，于是就形成了抗藥性。（5）整合的科學(xué)觀念所有科學(xué)教育的目的是：學(xué)生應(yīng)該獲得他自己理解、贊同且能與其生活、工作環(huán)境相聯(lián)系的科學(xué)觀念。這是所有教師希望在與學(xué)生相互影響后出現(xiàn)的理想結(jié)果，如圖5所示：Sch+ST教學(xué)學(xué)生教師學(xué)生Ss、 圖5使學(xué)生的科學(xué)觀點與教師的科學(xué)觀點更為一致的科學(xué)教學(xué)但是事實上，從建構(gòu)主義的角度來說，這個理想狀態(tài)是很難實現(xiàn)的，因為每個人所掌握的概念都是與個人的認知結(jié)構(gòu)或者說概念生態(tài)有關(guān)的

12、，我們的教學(xué)只能是通過各種真實情境，來使學(xué)生掌握的概念逐步逼近科學(xué)概念。13 前概念對學(xué)生科學(xué)概念形成的影響在生物學(xué)課堂的教學(xué)中，總存在這種情況：學(xué)生帶著前概念來到課堂上，教師死板地灌輸給學(xué)生一些對他們來說毫無意義的概念，這些東西很快被遺忘了，生物學(xué)課留給他們的不過是幾個專業(yè)術(shù)語，如細胞、酶、生長素、基因等。這說明傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)很難將學(xué)生那些模糊、甚至錯誤的觀念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念。要改進這種傳統(tǒng)的理科教學(xué)和學(xué)習(xí)，促進學(xué)生對科學(xué)知識的深刻理解，就要改變“容器灌輸”的學(xué)習(xí)觀，確立起新的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)觀。在實際教學(xué)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將新知識和已有知識經(jīng)驗聯(lián)系起來，豐富發(fā)展與新知識相關(guān)的正確觀念，轉(zhuǎn)變與新知識相

13、異或錯誤的概念，形成對知識的多角度、豐富的理解，并以基本原理和概念為核心，形成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化的認知結(jié)構(gòu)。這就要求教師必須能夠及時了解學(xué)生頭腦中的前概念，并針對不同的前概念的形式設(shè)計不同的教學(xué)方法和手段，以便有效地進行概念的轉(zhuǎn)化，使學(xué)生形成正確的科學(xué)概念。 對學(xué)生前概念的探查方法可以有訪談法、問卷調(diào)查法、試卷分析法等，甚至在課堂提問和作業(yè)中我們也可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的前概念。教師在教學(xué)中，隨時隨地都應(yīng)該注意學(xué)生透露出來的信息，以及時調(diào)整教學(xué)行為和方法。2高中生物學(xué)前概念的探查21 探查目的生物學(xué)基礎(chǔ)包括基本的生物學(xué)概念、原理和規(guī)律。讓學(xué)生掌握一定的生物學(xué)知識既是生物課程所規(guī)定的基本任務(wù)之一，又是

14、學(xué)生具有生物科學(xué)素養(yǎng)的基本要求和標志。上一章曾經(jīng)提到，生物學(xué)的發(fā)展首先是概念的發(fā)展，概念是生物學(xué)理論的基礎(chǔ)和精髓，根據(jù)學(xué)習(xí)的重演律，個體的認知結(jié)構(gòu)中概念的發(fā)展也是個體思維過程的核心，一個科學(xué)概念的形成，往往標志著人們觀念的改變，生活概念到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)化，往往意味著個體通過科學(xué)建構(gòu)，完成對生物學(xué)科全新的認識。根據(jù)芬特等人的研究5，個體在學(xué)習(xí)生物學(xué)之前，存在著廣泛的生物學(xué)前概念，這些前概念的存在對于教學(xué)過程起著至關(guān)重要，江蘇淮陰師范學(xué)院生物系袁維新老師曾提出運用診斷性評價揭示學(xué)生的前概念6，他認為，診斷性評價是研究學(xué)生的前概念的有效方式；概念診斷性測驗是診斷性評價的最有效形式；診斷性評價的效果取決

15、于診斷性測試的設(shè)計與實施；診斷性測試題的編制必須以了解學(xué)生的認知狀況為基礎(chǔ),后者主要通過訪談或概念圖等方式收集資料；運用診斷性測試揭示學(xué)生的前概念不是研究的真正目的,研究前概念的主要目的在于探索適當?shù)慕虒W(xué)策略,促進學(xué)生實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。22對高一學(xué)生生物學(xué)前概念的調(diào)查我們于2006年7月對溫嶺中學(xué)的高一學(xué)生進行了一次前概念的調(diào)查。之所以選擇這個年級，主要考慮的是學(xué)生雖然在初中接觸過有關(guān)的一些生物學(xué)知識，但是初中和高中的生物教材編排形式有很大的不同，同時，在初中由于受到年齡、認知能力等因素的限制，學(xué)生的生物學(xué)科學(xué)概念體系并沒有真正建立；而且，我們的研究主要是集中在對高中生物學(xué)教學(xué)中概念轉(zhuǎn)變策略的研究

16、，如果能夠在進入高二開設(shè)生物課之前，探查到學(xué)生在生物學(xué)概念方面的一些初始狀態(tài)，對我們進行教學(xué)設(shè)計也有著啟發(fā)和指導(dǎo)意義；在另一方面，這些測試的結(jié)果也可以作為我們對學(xué)生進行的前測研究，有利于在實驗實施的一至兩年后，通過后測，獲得學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的直接證據(jù)。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)上進行設(shè)計7，同時又借鑒了香港一些同行和王恬8等的經(jīng)驗，全卷共分兩部分，第一部分為判斷題(客觀卷)，共計三十題，主要圍繞生物體的基本組成、生物體的結(jié)構(gòu)、生物的代謝、生物的生殖、生長和發(fā)育、生物體生命活動的調(diào)節(jié)、生物的遺傳變異和進化、生物圈、科學(xué)實驗等內(nèi)容來設(shè)計，學(xué)生針對題目所給的說法，選擇“正確”“

17、錯誤”或“不知道”來回答，如果判斷為正確，要簡要講出判斷的依據(jù)，如果判斷為錯誤，則要求講出正確的說法。第二部分為繪圖題，要求學(xué)生就兩個生物學(xué)基本概念繪出簡圖進行解釋。第三部分為問答題，共有三題，針對本地的實際情況及生物學(xué)學(xué)科的特點進行設(shè)計，要求學(xué)生對環(huán)保知識、生物學(xué)職業(yè)的了解、生物學(xué)課堂教學(xué)及生物學(xué)教師的期望進行簡答。調(diào)查對象為本校高一的四個教學(xué)班，共收回有效問卷194份。 23統(tǒng)計分析 初步統(tǒng)計結(jié)果表明，高一學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)高中生物學(xué)之前就已經(jīng)擁有較強的前科學(xué)概念， 對多數(shù)生物學(xué)核心知識，如生態(tài)學(xué)與生物圈知識，環(huán)境污染和保護等概念表現(xiàn)為前科學(xué)概念與科學(xué)概念的一定程度上比較一致，而在比較抽象的知

18、識如光合作用和呼吸作用、遺傳和變異等概念的認識上，則和科學(xué)概念的相異性比較十分顯著。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、進行垃圾分類等環(huán)保措施，僅有9.5%的學(xué)生不能說出。對生物學(xué)職業(yè)的了解，有18.2%的學(xué)生說不知道或不能回答。對生物學(xué)課堂教學(xué)及對生物學(xué)教師的期望，有61.8%的學(xué)生希望能多做實驗、多動手實踐，有70.3%的學(xué)生希望生物學(xué)教師能幽默風(fēng)趣、態(tài)度和藹，使生物學(xué)課上得生動活潑。此外，筆者還比較了學(xué)生高一學(xué)業(yè)成績與調(diào)查問卷客觀卷的一致性及關(guān)系。結(jié)果顯示，客觀卷的一致性與學(xué)業(yè)成績有極顯著的相關(guān)，表明學(xué)生先前的知識、經(jīng)驗及

19、思維方式等在學(xué)習(xí)過程中起著重要的作用。 為了進一步探究學(xué)生前科學(xué)概念對生物學(xué)成績的影響，2007年4月，筆者又對接受調(diào)查的部分同學(xué)就部分問題進行了回訪，了解到在生物體的結(jié)構(gòu)和功能方面，學(xué)生對客觀試卷的回答有了顯著提高的正確率，在主觀題目的回答上，如果可以利用簡單的術(shù)語來回答的，普遍正確率較高，但是一些關(guān)于生物微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)造和代謝具體過程聯(lián)系起來的題目，學(xué)生的回答仍然體現(xiàn)較高的相異性，例如，關(guān)于激素的運輸，回訪中高達85.8%的學(xué)生都認為，可能是在產(chǎn)生激素的內(nèi)分泌腺體和靶器官之間有一個直接連通管道，激素就是通過這個管道運輸?shù)桨衅鞴俚?。在回訪的同時，我們也選擇了一部分普通高三學(xué)生（N=150），對一

20、些生物學(xué)的關(guān)鍵概念進行了探查。表1顯示了我校不同年級學(xué)生對五個生物學(xué)關(guān)鍵概念的前概念的形式和相異率。表1生物學(xué)五個關(guān)鍵概念在高一、高二、高三的相異率序號科學(xué)概念前概念主要形式相異率高一高二高三1植物吸收水分和礦質(zhì)元素是兩個相對獨立的過程植物同時吸收水分和礦質(zhì)元素，兩者完全一致822%530%223%2病毒是非細胞結(jié)構(gòu)的生物病毒是沒有細胞膜的細胞結(jié)構(gòu)863%706%385%3同一個體的的不同細胞遺傳物質(zhì)相同，細胞結(jié)構(gòu)和功能的不同是因為基因的的選擇性表達同一個體的不同細胞結(jié)構(gòu)和功能的不同是因為細胞中的遺傳物質(zhì)不同902%621%350%4昆蟲抗藥性的形成是因為農(nóng)藥對昆蟲進行了選擇，導(dǎo)致抗藥基因頻率

21、的增大昆蟲抗藥性的形成是因為農(nóng)藥引起了昆蟲的變異952%493%152%5激素通過血液運輸激素從內(nèi)分泌腺運輸?shù)桨衅鞴偈且驗橛幸桓艿乐苯酉嗤?42%858%632%圖6 生物學(xué)五個關(guān)鍵概念在高一、高二、高三的相異率從表格和柱狀圖中可以看出，各個概念從高一、高二到高三相異率依次下降，這說明我們的傳統(tǒng)教學(xué)還是有一定成效的，但是，從高二和高三的某些概念來看，前概念對學(xué)生知識的建構(gòu)起到了很大的干擾作用，所以，導(dǎo)致一些重要概念即使在學(xué)習(xí)了兩年的高中生物學(xué)之后，仍然和科學(xué)概念之間存在著很大差異。24調(diào)查結(jié)論這次調(diào)查證實了學(xué)生頭腦中存在相當多的前概念，而且這些概念以各種我們意想不到的形式存在著，所以在教學(xué)過程中，進行一定方式的診斷性前測是有必要的。這種診斷可以以傳統(tǒng)的測試方法進行，也可以以小范圍的訪談法進行，還可以以問卷調(diào)查的方法進行。在具體的教學(xué)過程中，我們也可以通過設(shè)置情境、小組合作等方法，探查出學(xué)生的前概念之后，再根據(jù)具體的前概念的存在形式進行