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1、基于认知冲突的生物概念转变教学Biology Concept Transformation TeachingBased upon Cognitive Conflict宋汉萍 崔鸿*Song Hanping Cui Hong(华中师范大学 生命科学学院，湖北武汉，430079)摘 要：杜伊特根据建构主义思想，将概念转变学习分为连续途径和不连续途径。其中不连续途径的概念转变是建立在认知冲突和解决冲突的基础之上。本文以认知冲突为基础，着重探究如何在不连续途径的生物概念学习中创设认知冲突以及如何构建不连续途径的生物科学概念。关键词：认知冲突 不连续途径 生物概念转变生物学是一门研究生命现象及其活动规律
2、的自然学科，其基本原理都是建立在生物概念的基础上，因此，生物学概念是生物学领域最基本的语言表达单位。学习生物学知识，首先要充分理解和掌握生物概念的含义。然而，在学习之初，很多学生对这些概念的理解通常是片面的、错误的，例如他们认为“血糖就是血液中的糖”、将“叶绿体”和“叶绿素”混为一谈等等，所以在生物教学中，使学生正确的掌握概念是一个重要的核心问题。要解决这一问题，需要教师指导学生进行概念转变学习。所谓概念转变学习就是学生原有概念的转变、发展、重建的过程，即学习者的前科学概念（有叫错误概念）向正确的科学概念的转化过程。杜伊特根据建构主义思想，将概念转变学习分为连续途径和不连续途径。1连续途径就是
3、学生的原有概念和科学概念基本上是一致的，那么概念转变学习就是一种“丰富”或“充实”知识的过程；相反，不连续途径就是学生的原有概念和科学概念之间是不一致的，甚至学生的理解是有悖于科学概念的，那么在这种情况下，概念转变学习要对学生的原有概念进行“修订”或“改正”，从而转变成正确的科学概念。一、创设不连续途径生物概念转变的基础正是由于在不连续途径的学习中，学生的原有概念和科学概念之间存在不一致，就会产生认知冲突。2一旦产生认知冲突，就会引起学生认知结构上的不平衡，可以激起学生的好奇心和强烈的求知欲，促使学生对前概念或者错误概念进行修订或改变，以便更好地理解和接纳新的科学概念。所以说，认知冲突是不连续
4、途径概念转变的基础，是促使学生实现不连续途径概念转变的契机和动力。那么，应该如何创设认知冲突呢？（一）创设情境，激发认知冲突在生物概念教学中对一个特定的情境或特定的学习主题用“问题”形式提出来，引导学生主动进行思考。例如，在讲“性别决定”时，引导学生考虑这样一个问题：公鸡和母鸡同样是由受精卵发育而来的，但是为什么两者在外形和生殖系统上会表现出那么大的差异？问题一提出，就会在学生脑中产生一种认知冲突，以此激发学生的求知欲。教师还可以充分利用和发掘教材以及学生活动中的矛盾因素，把学生置于矛盾氛围，使学生产生解决矛盾的迫切需要，从而激起认知冲突。（二）利用生物学探究实验，制造认知冲突生物是一门建立在
5、实验基础上的学科，它能够有效地提供激起矛盾的新刺激。所以利用生物实验设置认知冲突，更容易使学生进入学习情境。在概念转变教学实践中，运用了学生观察生物学现象、动手实验操作等实践活动来展示矛盾事件，引发认知冲突。（三）制造知识“陷阱”，暗设认知冲突教师利用学生知识结构中的含糊点、易错点或盲点，制造出相应的知识陷阱，引诱学生落入其中，再将学生从中“救起”或引导学生进行“自救”。3这种制造陷阱，暗设认知冲突的做法，对于澄清学生的模糊认识，防止学生错后再错，是非常有效的。例如，在学习“光反应”和“暗反应”时，教师先制造出“白天进行光反应，晚上进行暗反应”的陷阱，在光合作用的学习过程中，渐渐引发学生的认知
6、冲突，从而引导学生形成正确的生物科学概念。（四）采取小组合作学习，引发认知冲突对生物学前科学概念调查表明，不同的学习者对问题的认识深刻和广度不同，存在着差异性，即因人而异。因此，开展合作学习，使得学习者之间产生不同观点的对立、交锋，从而引发认知冲突。二、促进不连续途径生物概念转变的教学策略在生物概念教学中，当教师采取各种方式让学生产生了认知冲突后，就要以认知冲突为基础，提出可以促进学生的不连续途径生物概念发生有效转变的教学策略。在这个过程中，不仅仅是用生物科学概念取代学生的原有概念，而是两者之间不断协调和平衡，从而达到让学生接纳并理解掌握生物科学概念。显然，这不是简单的灌输式教学所能达到的，必
7、须采取针对性的教学策略。基于认知冲突，结合自己的学习、思考，提出以下促进不连续途径生物概念转变的教学策略：（一）运用实例，构建生物科学概念有经验的老师总是善于联系学生的日常生活，举出学生所熟悉的具体事例，把一些抽象的生物概念和具体的实例联系起来，逐步引入概念。学生在通过实例获得比较丰富的感性认识后，要及时引导他们进行比较、分析、综合、抽象、概括等，以便形成科学概念。例如，在学习“生态系统的稳定性”这一概念的时候，学生普遍对“生态系统的稳定性是通过自我调节来实现”这一观点不能认同，教师通过联系学生的日常生活多喝水会排尿，大量排汗引起口渴，促使多饮水，并说明这些调节是由人体自动调节完成的。通过反思
8、，学生很容易就可以看出生态系统作为一个有结构有功能的单位，就如同人体一样，不需借助系统外的力量可以维持系统相对稳定，有着自我调节的机制。然而，学生对概念的掌握不是一次就能完成的，需要由具体到抽象，再由抽象到具体的反复多次。当某个生物科学概念形成后，应该及时引导学生通过举例和运用，使概念具体化，把新的科学概念与学生原有的知识联系起来，从而保证学生对概念有着正确、完整的理解。（二）加强思维训练，重建生物学概念生物学科学概念的形成过程都有一个共同点-一从具体感知过程到抽象思维过程。生物教师不仅要创设情景，发现和转变学生的原来观念，还需要组织、引导学生对概念的内涵和外延以及其他属性作进一步的探讨，帮助
9、学生将感性认知上升为理性的认识，完成对生物学概念的意义重建，从根本上放弃前科学概念。抽象思维是指以概念、判断、推理的形式来反映客观事物的运动规律，以达到对事物的本质特征和内在联系的认识的思维。表现为分析、综合、比较、抽象、概括、具体化、分类、系统化等思维的过程。其中分析和综合是思维的基本过程，其他则是通过分析和综合来实现。（三）构建生物学概念体系弄清生物学相关概念的区别与联系的同时，将其纳入一定的知识体系，使概念系统化。在学习生物学概念的过程中，建立严密的概念结构，有助于把握概念的层次与性质、认识概念间联系、理解概念深刻内涵，同时可以帮助学生牢固地记忆生物学概念，避免错误概念的再产生。41.了
10、解概念之间的关系生物学概念体系中的相关概念种类多，关系复杂，根据其本质上的区别和联系，可以划分为从属概念、并列概念、相反概念和毗邻概念等类型。在高中生物学的教材各或单元课题中都含有一个相对独立而完整的概念体系。例如，新陈代谢是一个概念体系。按其代谢性质可分为物质代谢和能量代谢，按其代谢方向可分为同化作用(即合成代谢)和异化作用(即分解代谢)。物质代谢和能量代谢是两个并列概念，又是新陈代谢的从属概念;合成代谢和分解代谢也是新陈代谢总概念的从属概念，但两者却为相反概念。2.建立新旧概念之间的联系根据奥苏伯尔认知同化理论，新知识的获得主要依赖认知结构中原有的适当观念，即起固定作用的观念，通过新旧知识
11、的相互作用达到意义上的同化，同化不仅使新知识获得了新的意义，而且也使原认知结构中相关观念获得了新的意义。因此，在生物学概念教学中，应注意建立新旧概念之间的联系，使学生能尽快从认知结构中找到同化新概念的起固定作用的概念，以提高概念教学的效率。例如，学习“反射”(指人或动物，在神经系统参与下，对外界或内部的刺激作出的有规律的反应) 概念时，应使学生联系到以前知道的“反应”概念，学习“条件反射”、“非条件反射”概念时，使学生想到“反射”，这样把学习建立在学生已有认识基础上就会提高学习效率。3.学会使用概念图在了解概念体系中相关概念的关系的基础上，逐渐让学生由易到难学会描绘自己的概念体系。根据现代认知
12、心理学的认识，人们在头脑中是一某种命题或命题网络的形式表征知识的，并且这些命题是按层次结构进行储存的。概念图是以综合、分层的形式表示概念之间相互联系的空间网络结构图。学生在描绘一幅概念图时，好比经历一次头脑风暴，将概念体系整合的过程清晰呈现。不同的学生由于在思维方式、认知风格、已有知识基础等方面会存在差异，因此，针对同意内容而制作的概念图会存在很大的差异。所以概念图不仅可以做为学生学习概念的工具，同时可以作为教师对学生概念学习开展评价的工具，甚至在科学概念学习前，概念图还可以作为前科学概念的诊断工具。（四）开展随机通达教学，巩固科学概念建构主义学家斯皮罗等人提出的随机通达教学5认为，对同一内容
13、的学习要在不同时间多次进行，并且每次的情境都要经过改组，而且目的不同，应着眼于问题的不同侧面。应注意的是，随机通达教学在每次的通达中，不同问题侧重点，并不是为了巩固一般知识、技能而进行的简单的重复，即复习。显然，学生通过多次进入同一概念内容，将能达到对该概念所涵盖的内涵、外延本质属性等方面的知识的比较全面的认识。并加强了对生物概念的训练，使这一概念在学生头脑中逐渐巩固。三、总结不连续途径的生物概念转变不仅仅是要从概念本身入手，更重要的是关注学生原有概念和生物科学概念之间的认知冲突。在生物概念教学中，教师应运用各种方式激发学生的认知冲突，并在此基础上采取不同的教学策略促进不连续途径的生物概念转变
14、，从而让学生较好地理解掌握生物科学概念。参考文献：1袁维新科学教学概论建构主义观点M北京：中国矿业大学出版社，20072杜伟宇，吴庆麟论概念转变的教学策略J上海教育科研，2005，43游隆信生物学概念的教学策略探析J生物学教学，2005，24冯伟从建构主义视角研究物理前概念的转变策略J教学研究，2006，85李彤排除前概念干扰 构建生物学概念J广州教育，2004，10作者简介：宋汉萍（1985），女，现为华中师范大学生命科学学院硕士研究生，研究方向为生物课程与教学论。地址：湖北省武汉市华中师范大学生命科学学院07级研究生Editors note: Judson Jones is a meteo
15、rologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the
16、 faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shu
17、ttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, Ive still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious
18、for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Wa
19、tch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line we would be go for launch.I feel t
20、his mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never re
21、ach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it wa
22、s over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and capcom (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointin
23、g news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule at
24、tached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and in
25、to the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, Fearless Felix will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he wil
26、l slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will b
27、e like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this wi
28、ll not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet
29、 (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that
30、would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this.
