变构学习理论与小学科学教学策略

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【摘要】小学是教育的初级阶段，孩子在这一阶段内形成的思维、素养与习惯，将会对其后续学习产生深远影响。伴随着教育现代化的发展，小学科学教育正面临着重要的发展机遇。如何通过小学科学教育增强学生的科学思维水平，成为教育从业者广泛关注的课题之一。变构学习理论通过对学习过程的解剖，指出了概念体的解构与建构过程。将其应用于小学科学教学分析中，能够对教学过程提供重要的指导。

【关键词】变构学习；小学科学；理论模型

教育现代化发展面临的一个关键课题，在于从多个角度研究人类学习的发生机制，并在理论的支持下对现有的教育模式进行改革与反思。为了深入研究学习过程中各要素的复杂关系，一些西方国家从20世纪90年代开始进行了大量的科学研究，以剖析在不同教学情境下学习者的学习过程，并深入探索其发生机理，所得出的理论能够为教育改革提供直接支持。在这一背景下，安德烈·焦尔当从生物化学的角度出发，提出了与“变构蛋白质”结构与功能类似的变构理论模型，从新的角度探讨了学习的发生机理，有效丰富了现代教育学的理论基础。变构学习理论解释了许多常见的教育学问题，对于小学科学教育而言，其不仅能够体现出小学科学教育复杂的变构过程，剖析学生在解构原有概念体和建构新概念体的过程，还能够诊断小学科学教育存在的障碍，从而帮助教师改善教学环境，突破当前教学工作面临的瓶颈，对提升小学科学教学水平具有重要的参考意义。[1]

一、变构学习理论概述

（一）变构学习理论概述

著名生物学家安德烈·焦尔当于1987年首次提出了学习的变构理论模型，并在后续研究中不断丰富和发展。由于其可用于解释复杂的学习问题，且发生机制与变构蛋白质类似，因此受到了西方教育学者的广泛关注，还在1988年被正式命名为“AllostericLearningModel”，即变构学习模型。该模型认为，学习并非从零开始，而是在既有知识，也就是“概念体”的基础上不断丰富的。概念体能够为后续的学习奠定问题框架、推理方式与参照系，能够从现实世界的角度对学习者所获取的知识进行解码。而当所学信息与概念体存在冲突时，概念体会对新知识的学习产生阻碍作用。因此，学习者既要利用原有的概念体，在削弱原有概念体的过程中形成新的概念体。因此，学习是建构与解构相统一的过程。一般来说，学习往往受多种复杂因素的影响，学习者很难在自学中找出提炼知识所需的全部要素。教师通过设置教学情境，整理归纳学习者所需的各类要素，并与学习者的心智活动进行对接，能够帮助学习者完成概念体的转化，最终实现知识的提炼和调用。而影响提炼知识的各项复杂因素，其整体通常被称为“变构教学环境”。

（二）学习类型与层次

变构学习理论源于对已有学习理论的解构，但并没有抵消已有理论和实践，各种已有学习理论在不同条件下各自有其优势。其原因在于，学习是高度复杂且没有统一标准的过程，任何单一的理论都无法解释所有的学习现象。为此，需要通过对学习类型与学习层次进行分析，整理出对应的教学方式，才能达成高效率的学习。[2]学习类型主要包括三类：第一类是根本性学习，包括概念学习、解决问题、概念策略、行为转变等，属于变构学习模型的主要研究内容；第二类是“机械”学习，即如何使用设备或器材的学习；第三类是严格意义上的信息类学习，即学生掌握分类原则后对某一部分知识特征的分析。学习层次主要包括三种：首先是“信息”层次，即让学习者掌握解码和译码的技巧，分析事实性信息，从而将自身思维结构与所学的新知识进行关联，该层次内可以使用直接教学法或构建行为主义情境；其次是“知识同化”层次，即拉近新知识与学习者间的距离，从而帮助学习者接纳所学的新知识，该层次内可以使用建构主义模型进行分析解释；最后是“变构学习”层次，该层次与其他层次有着本质的区别，不仅是学习者的发展，还要伴随着相应的“断裂”。由于其涉及认知层面，会对情感、潜在认知、元认知等造成影响，因此需要通过“涌现”来应对。

二、变构学习理论下的小学科学教学实践

（一）获得概念体

概念体是学习者在学习和生活中积累的知识与经验，包括固有的知识体系、与思维观念等相关的心智能力、表达概念时的语义网络与意义符等。例如，在水循环教学中，其原有概念体不仅包括水的各种形态、蒸发与凝固等各种概念系统，以及学生自主思考、逻辑推理、归纳总结、探究合作、抽象分析等科学思维，还包括实验设计、控制变量等基础的科研探究能力。为此，教师不能仅依靠自身经验来获得学生原有概念体，还需要采取教学访谈、问卷调查等教学方法，对学生进行深入调研分析，才能在获取信息并归类统计的基础上加深对学生的认知。[3]一般来说，访谈可以以2人或3人为一个小组，调查学生对所学知识的原有认知与思维观念。例如，在资源与环境保护学习中，可以向学生提出问题并进行追问。在认知层面上，可以这样提问：1.“濒危动植物的生存环境是什么样的？”并追问，“环境保护的意义是什么？”2.“矿产资源的过度挖掘会产生什么影响？”并追问，“为什么会出现矿产资源过度挖掘的问题？”3.“导致水污染的主要原因是什么？”并追问，“水污染会造成什么样的后果？”4.“人们哪些行为会造成空气污染问题？”并追问，“在日常生活中应如何降低自身造成的空气污染？”在观念层面上，可以这样提问：1.“你对资源与环境保护有兴趣吗？”并追问，“有/无兴趣的原因是什么？”2.“你在日常生活中关注资源浪费与环境污染问题吗？”并追问，“你能试图解释这些问题吗？”在上述访谈中，教师能够通过获取学生的原有概念体，对教学工作起到重要的参考作用，从而通过教学环境的构建，促进学生概念体的转化，帮助学生完成概念的精制。

（二）概念体的转化

概念体的转化是通过学习过程，将学习者原有概念体转化为新的概念体的过程。在教师所构建的教学情境下，学习者会通过问题的刺激和新知识的涌入，建立认知情景和解决问题，并整合外部信息资源的分析网络。在解决问题的过程中，学习者能够通过解构原有概念体并建构新的概念体，从而在解构和建构的交互过程中完成知识的学习。[4]例如，在学习热辐射时，教师可以构建科学研究的情境，设置多种类型的观察实验环境，让学生感受蜡烛、灯光、太阳等不同热源的热辐射，从而总结出各种类型热辐射的特征及其传递效果。这种适当推理加上纵向层面比较科学现象的教学情境，能够帮助学生在观察实验的基础上得出结论，完成对原有概念体的解构和新概念体的建构。既有的教学经验显示，在概念体的转化过程中，如果直接灌输知识和实验结论，会增加学生的理解难度，难以建构新的概念体。为此，小学科学教学必须让学生充分接触论据，并通过设置多重问题，让学生在探究和解决问题的过程中建构概念体。而这些论据既可以是科学现象、科学史资料或相关的试验资料，也可以是学生自己动手后的实验结果。

（三）概念精制

概念精制是学习者将所学信息与所调用的概念体进行对质，从而在解决问题的过程中，逐渐产生更契合问题需求的新概念。在这一过程中，教师可以用文字、图片、模型等方式概括提炼抽象的概念，并将其结构化处理，嵌入学生已有的知识体系中，再通过与生活情境的紧密结合，完成知识的调用与迁移，从而增强学生用所学知识解决实际问题的能力。小学科学的很多项观察实验，都可以在学生已有经验和知识的基础上进行深化。如在空气压力的教学中，可以准备大量针管，先在不封口的情况下感受活塞的推拉难度，随后将手指堵在针孔处继续推拉，会发现推拉活塞使用的力量明显增加，可以直观地感受到针管内产生的空气压力。与此同时，需要锻炼学生用知识解决实际问题的能力。如利用空气压力来解释为什么在用吸管喝纸盒装饮料时会将纸盒吸瘪，能够在概念精制的同时完成知识的拓展。在概念精制的过程中，教师可以开展如角色扮演、小组学习等多种教育形式，并借助动画视频等辅助手段展开教学，进一步加深学生对新概念体的认知。与此同时，概念体拥有多种表达形式，如概念图、模型、思维导图等都能帮助学生加深思考并建构新的概念体。为确保学生形成稳定且实用的概念体，教师需要帮助学生完成概念体的结构化处理，并嵌入已有的知识框架中，从而完成概念的精制。

（四）变构教学环境

变构教学环境能够通过调整学习者所处的外部环境，激发其学习的内在动机，从而通过激发学习者主动学习意愿，在多重对质和解构原有概念体的过程中，帮助学习者完成概念体的结构建构与概念的精制。与此同时，在变构教学环境的过程中，还需要构建师生相互信任的氛围，让学生敢于积极提出问题和见解，从而在大胆表达的过程中锻炼思维能力并构建概念体系，这样有助于学生使用知识并获取新知识，并通过元认知的方式完成概念的反思与转变。例如，在种子结构教学中，教师可以通过实践教学的方式，引导学生通过显微镜观察充分浸泡后的种子结构，分析不同种类的种子，对比浸泡前后内部结构的变化，这样不仅能够提升学生的观察和认知能力，还能形成发散思维，有助于提升学生的科学素养。而在这一过程中，教师应引导学生积极提出问题，并鼓励学生通过小组讨论的方式解决问题，进而深化对所学知识的认知，构建新的概念体。[5]变构学习理论认为，学习的过程是学习者解构原有概念体并建构新概念体的过程。在这一复杂过程中，教师可以通过调整教学环境等方式帮助学生完成解构与建构的衔接。一般而言，学习的类型主要包括根本性学习、机械性学习和信息性学习三类，而层次则包括信息、知识同化和变构学习三个层次。在小学科学教育中，教师可以通过教学访谈等方式，在设问和追问中了解学生的原有概念体，通过多种载体形式概括提炼抽象概念，使其嵌入学生的知识体系中，并鼓励学生提出问题、小组探索，在充分实践的过程中加深对知识的理解，进而完成概念体的构造。

作者：衣晓慧 单位：山东省滨州市滨城区清怡小学