前概念相关理论深入分析与优化方案

（一）皮亚杰发生认识论

20世纪最具影响力的心理学家皮亚杰所研究的核心内容是儿童认知能力的发展，尤其是探究儿童的数理逻辑能力是如何形成与发展的。皮亚杰的理论框架被称为“发生认识论”。皮亚杰用图示这一概念阐述自己的这一理论，他认为这一过程就是个体在同化和顺应的过程中调整图式进而对环境做出反应。^[2]其中图示又被称作认知结构或心理结构，它是个体支配行动的心理模式。同化是指学生在进行新知识的学习时，将新知识添加到原有的图示中，从而扩宽知识外延的过程。而如果新的知识不能融入原有的认知结构中，个体就要创造出新的图示或对原有的图示进行修正，这个认知过程叫作顺应。并且同化和顺应之间总要维持一定的均衡协调关系，也称为平衡关系。^[3]所以，学生的认知过程可以解释为，当学生学习新知识时，受到问题情境的刺激时，假如认知过程表现为不平衡状态，学生就会将新知识同化到原有的认知结构中，如果同化成功，使认知过程重新达到新的平衡状态。假如学生不能同化这一新知识，学生就要修改旧图示，或者建立一个新的图示使其可以与新的知识匹配。皮亚杰的发生认识理论使我们认识到，在教学过程中，教师应当不断制造问题情境进而引发学生的认知冲突，使学生的认知发生失衡。处于认知失衡状态下的学生，会试图通过原有图示解释冲突的情景，进而采取同化和顺应的方式，使认知达到新的平衡。^[4]这样教师就能帮助与引导学生建构己有图示，或者建构新图示以解决更为复杂的问题。同时皮亚杰的发生认识论对概念转变具有重要意义，它是概念转变的基础。

（二）奥苏泊尔的学习理论

美国著名的教育心理学家奥苏泊尔根据学习者是否真正理解所学知识而将学习分为机械学习和有意义学习。^[5]通常机械学习指的是传统教学上的照本宣科与死记硬背。而有意义的学习则是指使学习新知识变得更有意义，使新知识与原有认知结构中己有的图示建立实质性非人为的联系。这就要求在教学过程中，教师要按照符合学习内容的内在逻辑顺序进行组织和安排教学活动。

从教学的角度看，奥苏泊尔认为，学生认知结构中先前的知识假如可以利用，就为学习新知识提供了“落脚点”。在此基础上，奥苏泊尔根据旧知识与即将学习的新知识之间的包含关系，将新知识的学习分为三种模式：上位学习、下位学习、组合学习。上位学习是指学习了概括性较高的新概念，而原先的概念从属于这一新概念，新知识便与认知结构中的旧知识发生了上位关系。比如，学生认知结构中己存在运动学和力学等相关概念，那么学习圆周运动、洛仑兹力就是一种上位学习。下位学习与上位学习的包含关系正好相反，它指的是学生已有的知识或概念包含将要习得的概念。因此在教学过程中如果学生学过高度概括性的知识，教师要引导学生复习原有认知结构中的已有知识，同时还要充分利用各种现代化物理资源给学生提供带有趣味性的物理实例或者相关的物理前沿知识，开拓学生的视野，从而使学生全面系统地掌握知识。组合学习是指新旧知识的关系是并列组合在一起的。比如，人教版《高中物理必修一》中前两章分别是运动的描述和匀变速直线运动，前两章是运动学范畴，第三章则是物体间的相互作用，这属于力学范畴。当学生学习相互作用的有关概念时，在原有认知结构中找不到与新概念存在包含和被包含关系的相关的前概念。这时它们就是一种组合关系，这就需要教师引导学生在新旧知识之间建立起实质性的联系，不断运用同化和顺应，使学生的认知结构变得更加完善。

奥苏泊尔认为，传统教学方式是使学生对所学知识进行机械学习的主要原因之一，这是因为在学生还没有具备固定作用的先前知识时，教师就要求他们学习新的内容。由于学生已有知识和原有认知结构中缺乏与新知识建立联系的相关概念，使教材的内容难以被学生真正理解，从而使学生的学习失去意义。所以在进行相应的教学活动前，作为引导者与帮助者的教师应该分析学生是否已具备学习该内容所需要的原有知识。如果学生连接新学知识的原有认知概念，在开始教学活动之前，教师要先向学生提供若干具有引导性质的学习材料。这种先于某个学习任务本身呈现的引导性学习材料，奥苏泊尔称之为先行组织者（Advanced organizer）。它是一道桥梁，架设在学习者已有知识与需要学习的新内容之间，从而使学生能更有效地同化、理解新学习的内容。(www.xing528.com)

综上所述，奥苏泊尔的认知同化理论强调的是学生认知结构中科学的前概念对学习具有积极的促进作用，但是奥苏泊尔却忽略了认知结构中错误的前概念会对新概念的学习产生负迁移作用。这就要求教师要善于发现学生的认知结构中科学的先前观念，利用新旧知识之间的逻辑关系，帮助学生建构和重组认知体系。同时如果先前概念是不科学或者错误的前概念，那么作为引导者与促进者的教师应该及时发觉错误的，进而采取有效的教学策略，引导学生将错误前概念转化为科学概念，从而为将新知识纳入被改造的认知结构穿针引线。

（三）概念转化理论

概念转化学习理论是于泰森、杜伊特、波斯纳等教育研究者以认知心理学为基础进行的对概念转化策略的研究。他们经过大量的科学研究分析发现，前概念顽固地存在于个体的认知结构之中，并且具有隐蔽性。^[6]通过深入的研究，发现学生头脑中的这些前概念有的是低层次的、未经科学理论规范化的质朴概念，有的则是与科学概念相反的错误前概念。并且前概念的产生原因非常广泛，例如，生活语言上的错误、不实的感觉经验和大众媒体的误导等。同时正确概念的输入并不能自动地、立即地纠正学生已有的根深蒂固的错误前概念，即在解决实际生活问题时，学生依然会信奉自己已有的认知结构指导自己的行为。因此如果错误的前概念得不到不及时纠正，它就会影响后续教学顺利甚至有效进行。所以说，在教学中，教师必须重视和保证学生概念的顺利转化。

概念转化策略可以分为两类。第一类策略是针对没有经过科学规范的低层次的质朴概念。基于质朴概念本身的特点，与之相对的概念转化策略重点放在对原有知识的补充和扩展上，其中知识的补充有两个方面的内容：首先，从横向上看，应该体现内容的延伸和删减。其次，从纵向上看，应该体现对相关概念的整理和归纳。也就是说，这一类概念转化策略就是对原有的知识进行延伸和扩展，使学生的认知结构得以发展，因此可以称之为概念发展策略。

第二类策略则针对学生的错误前概念，由于这类概念是与科学概念相反的，因此对于这类概念的转化应该以营造认知冲突和解决认知冲突为主要手段，将学生错误的知识进行扭转，对学生的认知结构进行改造与重构，因此可以称之为概念扭转策略。例如有意义的学习就是一种促进学生进行概念转化的过程，学生在进入教室学习相关知识之前，其实由于自身的生活经验、自发习得或课外途径已经积累了不少前概念，形成了固有的思维方式。学生进行有意义的学习过程中教师需要注意两点：首先，当新知识与学生已有的认知冲突不大时，教师要引导、帮助学生建立起新旧知识之间的桥梁，并使学生对新知识进行延伸以及分类等，即同化。其次，当新知识与学生已有的知识结构相矛盾时，教师要创设问题情境，使学生产生强烈的认知冲突，并帮助学生比较、辨别，承认新知识的合理性，进而对其错误的前概念进行扭转，解决认知冲突，完成对认知结构的改造和重构，即顺应。在有意义学习中为了帮助学生完成顺应这一过程，一种有效的策略就是“充分激发学生的认知冲突”，即教师采用多种手段让学生将自己的原有认知暴露出来，引导其发现矛盾，进而形成认知冲突，进一步发现问题、解决问题，形成新认知。在这里需要注意的是，认知冲突可能有不同来源，通过归纳可以将其分为四类。首先，利用不同学生对同一事件、同一问题情景的不同认识。其次，利用同一位学生解释同类的不同事件观点的不一致。再次，创设问题情境，使学生根据自己的原有认识进行分析，且结果与事实不符。最后，教师可以直接展示与学生原有认识相矛盾的新观点，并引导学生进行分析，找出自己原有的认知结构中存在的不足，同时也使学生产生解决问题的欲望，^[7]并进一步自觉地检讨自己的认知结构，形成新的、更加完善的认知结构。