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1、CAT基于学习科学的科学概念学习环林静(认知神经科学与学习国家重点实验室博士后北京100875)CAT基于学习科学的科学概念学习环林静(认知神经科学与学习国家重点实验室博士后北京100875)CAT基于学习科学的科学概念学习环林静(认知神经科学与学习国家重点实验室博士后北京100875)CAT基于学习科学的科学概念学习环林静(认知神经科学与学习国家重点实验室博士后北京100875)CAT基于学习科学的科学概念学习环林静(认知神经科学与学习国家重点实验室博士后北京100875)CAT基于学习科学的科学概念学习环林静(认知神经科学
2、与学习国家重点实验室博士后北京100875)CAT基于学习科学的科学概念学习环林静(认知神经科学与学习国家重点实验室博士后北京100875)近二十年来,随着正电子发射断层扫描(PET)、脑磁图(MEG)、功能性磁共振成像(fM-RI)等多种无创伤脑研究技术的问世,使得人类对自己脑的高级功能有了实证性的科学研究。研究揭示的大脑学习机制促使人类对学习是如何发生的追问从猜想走向科学,并由此产生了一个新兴的跨学科研究领域---学习科学。学习科学不仅融合了认知科学、教育心理学、计算机科学、人类学、社会学和神经科学等多个学科,而且着眼于研
3、究真实情境中的教与学,将为人类的教育由经验迈向科学奠定基础。本文根据学习科学的现有研究成果,探讨作为科学知识重要组织和表征形式的科学概念的教学问题,以期推进遵循学生学习规律的科学课堂教学改革。一、已有科学概念教学理论的局限以及学习科学的现有贡献概念是思维最基本的形式,也是构成知识的最基本的成分。诸多研究者认为学生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,研究者提出了诸多的概念教学模型,其中最具影响的是波斯纳等人从认识论角度提出的概念转变模型(CCM),还有奥斯本等人基于认知心理学的视角提出的概念教学模型。
4、波斯纳等人认为,具备以下4个条件,就可发生概念转变：(1)学生认识到自己的某个概念不能解释新的事件或不能解决当前遇到的问题,对原有概念产生不满；(2)学生认识到新概念是可理解的,能懂得新概念的真正涵义；(3)学生认识到新概念是合理的,能相信新概念的真实性；(4)学生认识到新概念是有效的,是解释某问题的更好途径。但事实上,学生概念转变并不如模型所描绘的这么顺利。诸如学生的学习方式、知识表征方式、问题解决策略、情感状态、对科学本质的理解等因素都影响学生的概念转变。另外,学生运用新概念解释现象时,往往比原有概念还要不能令人满意,所以
5、常会继续持有他们的原有概念,而将科学概念置之不理。奥斯本等人提出,促进学生概念转变的教学由四个阶段组成：(1)预备阶段：教师要理解科学家、学生以及自己对新概念的观点；(2)关键阶段：创设情境,最好是真实的生活情境,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,让学生相互质疑和辩护；(4)应用阶段：提供各种情境让学生运用新概念。可见,这一模型旨在促进学生对概念的信息加工。奥斯本等人发现,"那些与学生的观点不同,又没有被学习情境所强化的概念,需要后续的更多应用练习。"这两个模型都吸收了皮亚杰基于儿童行为观察和言语访谈
6、而提出的意义建构学习观,所以都能注重学生的已有知识与积极参与。但模型各环节似乎更多的是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的。所以,学生还是难以获得科学概念,难以迁移运用。随着科技的发展,新的学习科学对人是如何学习的这一问题有了进一步的认识,不仅更加强调学习者已有知识在学习中的重要性,而且指出：(1)"有用的知识"是围绕重要概念而联系和组织起来的；它"有条件地"指明了知识可使用的场合；它支持理解和迁移,而不仅仅是记忆。(2)"元认知"能促使学习者对学习进行自我调控,以达成学习的理解和迁移。(3)学习不
7、仅是基于个体已知的意义建构,也是个体与环境互动而建构意义的结果。在诸多的学习科学研究成果中,这里要着重介绍Dunbar等人(2004)运用fMRI技术对学过五级物理课程的物理系大学生和没有接受过大学物理教育的成年人进行的自由落体运动概念的研究。研究显示,当出现正确的运动图像时,物理系学生脑中的相应区域(尾核和副海马区)激活,说明他们已经接受了正确的科学概念；当出现错误的运动图像时,他们的前扣带回激活增加,表示了概念上的冲突。普通成年人面对正确的和错误的图像时,脑中激活的区域则相反,说明非物理专业的成年人仍然持有自由落体运动的错
8、误概念。实验中还发现,即使是物理系的大学生,当他们看到错误图像时,内侧前额皮层也是被激活的,这说明错误概念在大学生的脑中并没有消退,他们仍具有表达错误概念的生理机制。根据实验结果,Dunber认为物理系学生建立了正确的科学概念,但是并没有重构他们的知识,而是在激活他们正确的概
