幼儿科学概念的获得及其对科学教育的启示

管季超0712

幼儿科学概念的获得及其对科学教育的启示 作者：郑永爱（北京师范大学教育学院2002级硕士生）  
    [摘要]对儿童概念的研究可以说是由来已久，但是随着建构主义的兴起，重新审视幼儿科学概念获得的问题显得至关重要。幼儿科学概念不同于成人的科学概念:幼儿主要通过概念形成的方式获得科学概念:获得的主要途径有日常经验和科学活动两种:获得的显著特点是“替代概念”（alternative conceptions)的出现。在此基础上，本文进一步讨论了幼儿科学概念获得对幼儿科学教育的启示。
    [关键词]幼儿科学概念:概念的获得:日常概念:替代概念

    近30年来，对儿童概念的研究成为科学教育研究的一个重要方面（Duit，2003)。有研究者（Duit. 2002)指出，从20世纪70年代开始，研究者就对儿童不同科学领域比如电流、力、能量、进化等教学前概念（pre-instructional  concepts)进行了研究；:进入80年代，研究者(Giber. et.al.. 1982 )指出，儿童不是被动的学习者，他们在自己经验的基础上建构的直觉性的知识(intuitive knowledge )，被我们称为“儿童的科学”(child' s science)。我们发现，在当前的科学教育中，研究者对“幼儿科学概念”的认识模糊，实践者没有准确把握住幼儿科学概念获得的特点等问题，影响了科学教育的顺利进展。什么是“幼儿科学概念”?幼儿科学概念的获得与成人有何不同?了解幼儿科学概念的特点能为幼儿科学教育带来哪些重要的启示?本文拟简单讨论这些问题。

    一、幼儿科学概念的界定
    心理学的研究告诉我们，概念是人脑对客观事物的本质特征的认识或者是代表一类享有共同特征的人、物体、事件或观念的符号，如花、草、树木、国家、人民等都是概念。按照该定义，概念就是抽象符号，幼儿阶段不可能获得，也就无法去研究。有学者（刘占兰，2002)在研究的基础上也指出，幼儿不可能获得真正的概念，因为概念一词本身意味着一种思想活动的形式，一种属于抽象范畴的创造性的思维。我们要研究的“儿童概念”不同于成人的概念，它是一种简单层次上的抽象概括，儿童知道某些东西是属于某一类别，其他东西不属于这一类别，或者识别出事物的共同特征，但达不到对某一概念的例证中的共同属性进行准确揭示的水平。从某种意义上说，幼儿的概念是一种简单概括，是对事物共同特征的概括，这里的概括有多种层次，可以是知觉层次上的，可以是动作层次上的，也可以是符号层次上的，但大部分是较低层次上的概括。
      另外，这里的“科学概念”与维果斯基所说的“科学概念”也不同。我们都知道，维果斯基在研究“童年期科学概念的发展”时，把概念分为日常概念（也称前科学概念)和科学概念。他所说的科学概念是与日常概念相对应的，是指在教学过程中通过解释概念的内涵而形成的概念，这里的“科学”有“正确”的意思。而我们这里的“科学概念”从广义上说包括数学和自然科学领域内的概念:在狭义上指自然科学领域内的概念。我们重点要研究的是狭义上的科学概念。自然科学领域内的概念很广泛，可以分为不同的领域，我们采用了教育部在2002年颁布的《科学（3- 6年级)教育标准》中涉及的科学领域，即包括:生命世界、物质世界、地球和宇宙世界内的科学概念，比如“生命”、“人体”、“沉浮”、“冰和水”、“电流”、“磁铁”、“物质”、“材料”、“地球”、“月亮”等概念，是与“社会概念”相对应的。

    二、幼儿科学概念的获得
    (一)幼儿科学概念获得的主要方式—概念的形成
    概念的获得，实质上是指理解了一类事物的共同的关键属性，也就是说，使符号代表一类事物而不是特殊事物。从心理学的研究我们发现，人类获得概念的方式有两种:概念的形成和概念的同化。由儿童通过实际中的大量同类事物的不同例证，从他们的实际经验出发以归纳的方式独立发现同类事物的关键特征或共同特征，从而获得某些初级概念，这就是概念的形成。许多心理学家都研究了概念的形成，比较经典的研究有赫尔(Hall. 1920 )首创的人工概念的研究。他用联想理论来解释这种方式的概念获得:如果学生能正确地识别出某个概念的一个例子，就给予强化，告诉他对了，反之，就告诉他错了，这样通过一系列的尝试，正确的反应与适当的刺激就联结起来了，学生的概念就形成了。后来布鲁纳等人提出了假设检验理论，就是说，在概念获得的过程中，学生不是被动地、消极地等待各种刺激的出现以成联想，而是积极地、主动地去探究这一概念，通过一系列的假设一检验来发现这一概念。由于以上的理论都是以人工概念的研究为基础的，认知心理学家罗斯（Rosch .1975)根据学生在日常生活中使用概念的特点，提出了范例理论，比如说桌子不是用颜色、形状和大小特征的人为的组合就可以描述出来的，事实上是很难说清楚的，往往用具体的范例来代表概念。
    相反，利用学习者认知结构中原有的概念，以定义的方式直接向学习者提示概念的关键特征，从而使学习者获得概念，这就是概念的同化( concept  assimilation)。概念的同化是奥苏贝尔提出的一种概念学习的方式。在他看来，概念的同化是指学生以已有的认知结构为基础，通过认知结构的同化作用获得一个新概念或者完善一个原有的概念的过程。一方面，随着年龄的增长，在儿童的认知结构中已经积累许多初级的概念，这构成了他们概念学习的一个新的基础:另一方面，随着认知能力的不断发展，他们逐渐摆脱了对直接经验和具体形象的完全依赖，而转向以自己的认知结构为基础来建构所接受的信息的具体意义，这是他们进行概念同化的一个重要前提。在学校教学中，学生概念的学习都是以已有的知识经验为基础来进行的，在这一过程中，认知结构中原有的概念可以为新概念的吸收提供一个固定点，当学习者在已有的概念和新概念之间建立起一种实质性的、非人为的联系以后，学习者就会获得新概念的具体意义。
    从以上概念获得的两种不同方式的定义和理论中我们可以看出，概念的形成是自下而上的过程，也就是说，是通过各个具体的例证上升到概念的获得；而概念的同化是自上而下的过程。对于幼儿来说，由于其各种经验比较具体而贫乏、认知能力的发展还处于初级水平，他们主要以自己的直接经验为基础来习得和理解成人所用的概念，他们可以通过观察、辨别、比较、测量等操作过程获得一些比如电流、冰，、水等简单的、具体的和初级的概念，因此，幼儿主要是通过概念形成的方式来获得概念的。幼儿可能知道某些东西于这一类，其他东西不属于这一类，却达不到对某一概念的含义的准确揭示，可以说是概念的不完全获得。
    (二)幼儿科学概念获得的主要途径—日常经验和科学活动
    不可否认，日常经验是幼儿获得科学概念的途径之一。早期的儿童认为所有的事物都是有生命的，后来发展到认为能移动的物体是有生命的，比如汽车是有生命的，而树木是没有生命的，他们的观点是随着他们的经验和提问逐渐建构和再建构的。学校里关于动物和植物的教学活动能够对他们的外部经验起一些作用，但是如果忽视学校经验的话，他们对于生命的概念要到10岁左右才发展起来。这种不经过专门的教学而在日常交往和积累个人经验的过程中获得的概念被维果斯基称为“日常概念”，也叫“前科学概念”。儿童不会毫无根据地建构他们的日常概念，他们的日常经验会受到家长和大众传媒的影响。
      还有一条途径是通过科学活动获得科学概念。正如维果斯基在《思维与语言》中指出:“实践经验表明，概念的直接教授是不可能的，也是没有效果的。”科学概念与其他内容的学习一样，不可能单纯依靠教师的讲述，而需要幼儿亲历科学探究的活动来获得。按照教师与幼儿在科学活动中的地位和作用不同，幼儿园科学教育活动可以分为三种:自主性科学活动、支架性科学活动和结构性科学活动。自主性科学活动是指幼儿按照自己的兴趣自发进行和自主控制的活动，幼儿自主选择材料、活动的内容、方式和时间等，在活动进行中没有教师或成人的参与。支架性科学活动是教师在幼儿自主性活动时，选择适当的时机介入他们的活动，及时发现幼儿的问题，满足幼儿的需要，给以支持和帮助，支架幼儿的学习。结构性科学活动是指由教师来选择、计划和组织并给以直接指导的活动。三种科学活动的类型、性质，幼儿和教师在其中的角色、幼儿概念获得的不同以及情景举例如下图所示:：

活动类型和性质		幼儿	教师		概念的获得	情景举例
自主性科学活动	自 由 性	按照自己的兴趣自发开始活动自由选择材料自主控制活动（活动内容、方法等）	活动前，提供丰富而有趣的环境。活动中，不参与幼儿的活动	少  多 |    | |    | |    | |    | 教  儿 师  童 指  自 导  主 程  探 度  究     程     度 |    | |    | |    | |    | 多  少	通过操作，对概念有概括性的认识	自由活动的时间，四个幼儿跑到沙池里用不同大小和形状的容器去装沙子
支架性科学活动	随 机 性	自发开始活动，在教师的指导和帮助下克服一些困难，解决一些问题	活动前，提供丰富而有趣的环境。活动中，适时介入幼儿的活动并给以指导		通过比较、测量等技能，验证自己的假设，自己建构对概念的认识和意义	小明把一只蜗牛带到教室，孩子们观察并问教师一些问题，教师借机开展“蜗牛爱吃什么”的活动。
结构性科学活动	计 划 性	幼儿在特定的时间按照教师的要求操作材料，完成活动	活动前，计划好整个活动，活动中，按照幼儿的表现，及时调整活动		在教师的指导下，幼儿的探究活动不仅经历提出和验证自己假设的阶段，还要与大家交流分享，从而获得对概念更充分的理解	教师让幼儿收集不同植物的叶子分类并讲述叶子的结构

    每种科学活动都有自己的特点，教师可根据不同的目的组织不同类型的科学活动，帮助幼儿获得科学概念:同样，不同类型科学活动中，其概念获得的不同也不是绝对的。为了研究的方便，我们从理论上按照逻辑这样划分科学活动类型，在幼儿园实际情境中，这三类科学活动没有严格的界限，比如，结构性活动中的主题可能来源于幼儿自主性科学活动中发现的问题，而且往往是这样，问题来自幼儿本身，教师更容易把握幼儿的兴趣点，为进一步开展结构性科学活动打下良好的基础。
    (三)幼儿科学概念获得的显著特点一一“替代概念”的出现
    幼儿根据自己的生活经验对自然科学现象进行解释时，通常会带有朴素的想法甚至是错误的理解，如认为“晚上没有太阳是因为它被月亮挡住了”、“液体蒸发后就消失了”、“有生命的物质必须是会动的，因为植物不会动所以不是生物:会动的就是有生命的，小汽车会动，所以小汽车是生物”等等，这些替代的、不完整的甚至是错误的想法，在不同国家的儿童中都同样出现，它是幼儿科学概念获得的显著特点。国内外学者用许多术语来描述它，比如，“朴素理论”、“替代观点”、“儿童的科学”、“先前概念”、“教学前概念”、“替代概念”、“错误概念”、“误解”等。台湾学者周淑惠（1997熊召弟，1996等)在研究个体错误解释科学概念时，将儿童（或大学生)对这些概念的理解与科学家的常规概念进行比较，采用了“迷思概念（misconceptions)”的说法。有研究者（Wandersee，Mintzes . and Novak .1994 ) 指出，尽管有许多不同的术语，现在越来越多的科学教育的研究者愿意使用“替代概念”这一术语。我们也倾向“替代概念”的说法。
    当代研究者认为，儿童替代概念产生的原因概括起来主要有三:儿童自身、成人言语的错误引导和教育的不当。当代认知心理学认为，儿童具有理解世界的强烈的、天生的愿望，即便是特别小的儿童也会组织来自外部的各种信息。儿童在自身经验的基础上形成了对世界的理解和自己的理论。儿童在大脑中组织外部信息的方式取决于多种因素，包括他们个人的经历、气质、个性以及文化。当这些因素结合起来时，每个儿童就形成了自己独特而持久的关于世界及其变化的理论。其次，日常生活中成人言语的错误引导也是“替代概念”产生的重要因素。鲁斯等人（Roth. Anderson&Smith.1991)关于光合作用的研究中指出，成人总是习惯于告诉孩子植物从土壤中吸取营养制造食物，导致后者认为植物是从土壤中而不是利用光合作用在制造自身需要的能量。成人还习惯于直接告诉儿童正确的概念，而不是提供更有效的机会，使儿童更正他们原来的错误概念，也导致了儿童对科学概念的不理解。再有，有研究（Garder.1991)表明，即使学生成功地进行了传统科学课程的学习，但其认识世界的替代性观点仍然存在，这是教育的不当导致的。加德纳认为，人们对世界的认识是在儿童早期发展起来的，教育没有提供儿童充分的重新检查错误概念的机会。教师过多采用讲述式的教学法是导致儿童替代概念产生的一个重要原因，因为它无法提供给学生明确其替代概念、验证其想法，以及将他们所相信的与他们所观察到的紧密联系起来的机会，并且使儿童科学概念的获得变成简单的死记硬背的过程，而不是通过儿童亲历科学探究的活动去理解的过程。还有的教师错误地以为只要儿童说出概念的词语就等于他掌握了该概念，实际上儿童即便能够说出这些名词，像昆虫、电、磁等，也未必意味着他们真正理解了这些词汇的含义。
      根据建构主义的观点，当代研究者大多认为，儿童在科学学习方面的替代概念是可以改变的，这一切有赖于教师为儿童提供以研究为基础的、以探究为中心的经验，以构建他们的经验基础。但是也有研究者（Panofsky. et al. . 1990)在研究五年级儿童对熟悉的动植物进行的分类时发现，虽然经过了教师正规的科学教学，他们还是在替代概念和科学概念之间挣扎，并采用了“伪概念”（pseudo concepts)的策略调和二者之间的矛盾。因此，儿童从替代概念向科学概念的转化不是一个简单的过程，而是缓慢的、复杂的过程，可能需要在二者之间来来回回、不断往复。

    三、幼儿科学概念获得对科学教育的启示
    幼儿科学概念获得的方式、途径和特点为幼儿园科学教育提供了许多深刻的启示，我们认为，在幼儿科学概念的教育教学中，教师应注意以下几点:
    首先，认识到幼儿先前知识(prior knowledge)的重要性。儿童科学概念的获得是一个建构和再建构的过程，我们必须重视儿童的先前知识，因为这是他们建构和再建构的基础。不同领域科学概念的研究者（Carey . 1985 : Gehnan  & Markman . 1986 : Keil. 1989 )都指出，早期儿童在学习新的概念时，需要充分利用该领域已有的知识。最近的研究（Carmichael& Hayes .2001 )更是指出，年龄较小的儿童与年龄较大的儿童在概念获得中主要是基于先前的知识，而不是依靠概念的例证的特征。因此，我们要给儿童在学习过程中分享其经验和看法的机会，而不是急着去更正儿童的概念，或者强制他们接受成人或科学家对事物的看法。
    其次，促使日常概念的科学化。如前所述，儿童的日常经验是儿童获得概念的重要途径之一，日常概念是学习者在日常的生活实践中形成的，具有主观性、模糊性等特点，它往往是科学概念形成的重要基础，能对科学概念的形成起积极作用，但有时也会起阻碍作用。如“鱼”的日常概念是身体梭形，生活在水中，所以学生会产生“黄鳝不是鱼，鲸是鱼”的错误概念。教师应明确日常概念和科学概念的异同，在教学中以日常概念为基础，经过过滤、提取，最终帮助学生形成科学概念。教师是否能认真分析学生已有的日常概念，精心设计相应的教学方法，澄清科学概念和日常概念的区别，阐明科学概念的本质属性，是概念教学能否收到实效的关键。
    再次，重视科学活动在儿童科学概念获得中的作用，并且要帮助儿童形成概念。概念教学的最终目标不是死记硬背，而是达成对某一概念的理解。美国科学教育标准中指出，科学教育的核心目标是理解。要达到对科学概念的真正理解，仅仅采用讲述的方式是不能够解决问题的，需要采用探究式教学，即，使学生通过类似科学家的探究过程理解科学概念并培养科学探究能力的一种特殊的教学方法。教师还应该认识到，不能仅仅让儿童进行操作活动，教师应帮助他们将获得的知识上升到概念的层次，使他们更深刻地理解科学现象。
    最后，正确对待儿童的替代概念，并促进儿童概念的改变。有两种思路可以帮助儿童获得科学的概念。一种思路是，引出儿童的不完整的或者错误的替代概念，然后呈现出对该概念的科学的解释，引起儿童的认知冲突，教师指导儿童对概念的科学理解国外学者（Glynn. & Duit. 1995)在研究学生物理概念的发展时采用的就是这种思路。他们的研究是基于学生对物理上“热”概念的理解，在研究中，首先找出儿童关于“热”和“温度”、“热”和“能量”“热”和“粒子”之间关系的替代性观点:针对这些理解，教师先介绍科学上对“热”概念的理解，然后帮助学生找到他们替代性的理解与科学概念之间的区别，引导他们达到科学的理解。另外一种思路是首先接受儿童的替代性观点，将之作为教学的出发点，帮助儿童扩展这种知识，学会灵活地运用到更多的情境中去，并逐渐将之整合到一个更广阔、有更大包容性的概念系统之中。在这里，唤醒儿童原有知识的目的，不是直接挑战儿童的这些错误概念，而是建构一个学习新知识的平台。

  主要参考文献:
    1.刘.占兰.幼儿科学教育.北京师范大学出版社，2002
    2. Glynn. S.M..Yeany R.H. & Britton B.K.著，熊召弟、王美芬、段晓林、熊同鑫译.科学学习心理学.心理出版社台北).1996
    3.  Carin.  A.  A.&Bass J.E.，Teaching science as inquiry.Prentice-Hall  Inc.，2001
    4.  Carmichael C.A.&Hayes B.K.，Prior knowledge and exemplar encoding in children' s concept acquisition.  Child development，V72.N0.4.P1071一1090，2001