變構學習理論與小學科學教學策略

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【摘要】小學是教育的初級階段，孩子在這一階段內形成的思維、素養與習慣，將會對其后續學習產生深遠影響。伴隨著教育現代化的發展，小學科學教育正面臨著重要的發展機遇。如何通過小學科學教育增強學生的科學思維水平，成為教育從業者廣泛關注的課題之一。變構學習理論通過對學習過程的解剖，指出了概念體的解構與建構過程。將其應用于小學科學教學分析中，能夠對教學過程提供重要的指導。

【關鍵詞】變構學習；小學科學；理論模型

教育現代化發展面臨的一個關鍵課題，在于從多個角度研究人類學習的發生機制，并在理論的支持下對現有的教育模式進行改革與反思。為了深入研究學習過程中各要素的復雜關系，一些西方國家從20世紀90年代開始進行了大量的科學研究，以剖析在不同教學情境下學習者的學習過程，并深入探索其發生機理，所得出的理論能夠為教育改革提供直接支持。在這一背景下，安德烈·焦爾當從生物化學的角度出發，提出了與“變構蛋白質”結構與功能類似的變構理論模型，從新的角度探討了學習的發生機理，有效豐富了現代教育學的理論基礎。變構學習理論解釋了許多常見的教育學問題，對于小學科學教育而言，其不僅能夠體現出小學科學教育復雜的變構過程，剖析學生在解構原有概念體和建構新概念體的過程，還能夠診斷小學科學教育存在的障礙，從而幫助教師改善教學環境，突破當前教學工作面臨的瓶頸，對提升小學科學教學水平具有重要的參考意義。[1]

一、變構學習理論概述

（一）變構學習理論概述

著名生物學家安德烈·焦爾當于1987年首次提出了學習的變構理論模型，并在后續研究中不斷豐富和發展。由于其可用于解釋復雜的學習問題，且發生機制與變構蛋白質類似，因此受到了西方教育學者的廣泛關注，還在1988年被正式命名為“AllostericLearningModel”，即變構學習模型。該模型認為，學習并非從零開始，而是在既有知識，也就是“概念體”的基礎上不斷豐富的。概念體能夠為后續的學習奠定問題框架、推理方式與參照系，能夠從現實世界的角度對學習者所獲取的知識進行解碼。而當所學信息與概念體存在沖突時，概念體會對新知識的學習產生阻礙作用。因此，學習者既要利用原有的概念體，在削弱原有概念體的過程中形成新的概念體。因此，學習是建構與解構相統一的過程。一般來說，學習往往受多種復雜因素的影響，學習者很難在自學中找出提煉知識所需的全部要素。教師通過設置教學情境，整理歸納學習者所需的各類要素，并與學習者的心智活動進行對接，能夠幫助學習者完成概念體的轉化，最終實現知識的提煉和調用。而影響提煉知識的各項復雜因素，其整體通常被稱為“變構教學環境”。

（二）學習類型與層次

變構學習理論源于對已有學習理論的解構，但并沒有抵消已有理論和實踐，各種已有學習理論在不同條件下各自有其優勢。其原因在于，學習是高度復雜且沒有統一標準的過程，任何單一的理論都無法解釋所有的學習現象。為此，需要通過對學習類型與學習層次進行分析，整理出對應的教學方式，才能達成高效率的學習。[2]學習類型主要包括三類：第一類是根本性學習，包括概念學習、解決問題、概念策略、行為轉變等，屬于變構學習模型的主要研究內容；第二類是“機械”學習，即如何使用設備或器材的學習；第三類是嚴格意義上的信息類學習，即學生掌握分類原則后對某一部分知識特征的分析。學習層次主要包括三種：首先是“信息”層次，即讓學習者掌握解碼和譯碼的技巧，分析事實性信息，從而將自身思維結構與所學的新知識進行關聯，該層次內可以使用直接教學法或構建行為主義情境；其次是“知識同化”層次，即拉近新知識與學習者間的距離，從而幫助學習者接納所學的新知識，該層次內可以使用建構主義模型進行分析解釋；最后是“變構學習”層次，該層次與其他層次有著本質的區別，不僅是學習者的發展，還要伴隨著相應的“斷裂”。由于其涉及認知層面，會對情感、潛在認知、元認知等造成影響，因此需要通過“涌現”來應對。

二、變構學習理論下的小學科學教學實踐

（一）獲得概念體

概念體是學習者在學習和生活中積累的知識與經驗，包括固有的知識體系、與思維觀念等相關的心智能力、表達概念時的語義網絡與意義符等。例如，在水循環教學中，其原有概念體不僅包括水的各種形態、蒸發與凝固等各種概念系統，以及學生自主思考、邏輯推理、歸納總結、探究合作、抽象分析等科學思維，還包括實驗設計、控制變量等基礎的科研探究能力。為此，教師不能僅依靠自身經驗來獲得學生原有概念體，還需要采取教學訪談、問卷調查等教學方法，對學生進行深入調研分析，才能在獲取信息并歸類統計的基礎上加深對學生的認知。[3]一般來說，訪談可以以2人或3人為一個小組，調查學生對所學知識的原有認知與思維觀念。例如，在資源與環境保護學習中，可以向學生提出問題并進行追問。在認知層面上，可以這樣提問：1.“瀕危動植物的生存環境是什么樣的？”并追問，“環境保護的意義是什么？”2.“礦產資源的過度挖掘會產生什么影響？”并追問，“為什么會出現礦產資源過度挖掘的問題？”3.“導致水污染的主要原因是什么？”并追問，“水污染會造成什么樣的后果？”4.“人們哪些行為會造成空氣污染問題？”并追問，“在日常生活中應如何降低自身造成的空氣污染？”在觀念層面上，可以這樣提問：1.“你對資源與環境保護有興趣嗎？”并追問，“有/無興趣的原因是什么？”2.“你在日常生活中關注資源浪費與環境污染問題嗎？”并追問，“你能試圖解釋這些問題嗎？”在上述訪談中，教師能夠通過獲取學生的原有概念體，對教學工作起到重要的參考作用，從而通過教學環境的構建，促進學生概念體的轉化，幫助學生完成概念的精制。

（二）概念體的轉化

概念體的轉化是通過學習過程，將學習者原有概念體轉化為新的概念體的過程。在教師所構建的教學情境下，學習者會通過問題的刺激和新知識的涌入，建立認知情景和解決問題，并整合外部信息資源的分析網絡。在解決問題的過程中，學習者能夠通過解構原有概念體并建構新的概念體，從而在解構和建構的交互過程中完成知識的學習。[4]例如，在學習熱輻射時，教師可以構建科學研究的情境，設置多種類型的觀察實驗環境，讓學生感受蠟燭、燈光、太陽等不同熱源的熱輻射，從而總結出各種類型熱輻射的特征及其傳遞效果。這種適當推理加上縱向層面比較科學現象的教學情境，能夠幫助學生在觀察實驗的基礎上得出結論，完成對原有概念體的解構和新概念體的建構。既有的教學經驗顯示，在概念體的轉化過程中，如果直接灌輸知識和實驗結論，會增加學生的理解難度，難以建構新的概念體。為此，小學科學教學必須讓學生充分接觸論據，并通過設置多重問題，讓學生在探究和解決問題的過程中建構概念體。而這些論據既可以是科學現象、科學史資料或相關的試驗資料，也可以是學生自己動手后的實驗結果。

（三）概念精制

概念精制是學習者將所學信息與所調用的概念體進行對質，從而在解決問題的過程中，逐漸產生更契合問題需求的新概念。在這一過程中，教師可以用文字、圖片、模型等方式概括提煉抽象的概念，并將其結構化處理，嵌入學生已有的知識體系中，再通過與生活情境的緊密結合，完成知識的調用與遷移，從而增強學生用所學知識解決實際問題的能力。小學科學的很多項觀察實驗，都可以在學生已有經驗和知識的基礎上進行深化。如在空氣壓力的教學中，可以準備大量針管，先在不封口的情況下感受活塞的推拉難度，隨后將手指堵在針孔處繼續推拉，會發現推拉活塞使用的力量明顯增加，可以直觀地感受到針管內產生的空氣壓力。與此同時，需要鍛煉學生用知識解決實際問題的能力。如利用空氣壓力來解釋為什么在用吸管喝紙盒裝飲料時會將紙盒吸癟，能夠在概念精制的同時完成知識的拓展。在概念精制的過程中，教師可以開展如角色扮演、小組學習等多種教育形式，并借助動畫視頻等輔助手段展開教學，進一步加深學生對新概念體的認知。與此同時，概念體擁有多種表達形式，如概念圖、模型、思維導圖等都能幫助學生加深思考并建構新的概念體。為確保學生形成穩定且實用的概念體，教師需要幫助學生完成概念體的結構化處理，并嵌入已有的知識框架中，從而完成概念的精制。

（四）變構教學環境

變構教學環境能夠通過調整學習者所處的外部環境，激發其學習的內在動機，從而通過激發學習者主動學習意愿，在多重對質和解構原有概念體的過程中，幫助學習者完成概念體的結構建構與概念的精制。與此同時，在變構教學環境的過程中，還需要構建師生相互信任的氛圍，讓學生敢于積極提出問題和見解，從而在大膽表達的過程中鍛煉思維能力并構建概念體系，這樣有助于學生使用知識并獲取新知識，并通過元認知的方式完成概念的反思與轉變。例如，在種子結構教學中，教師可以通過實踐教學的方式，引導學生通過顯微鏡觀察充分浸泡后的種子結構，分析不同種類的種子，對比浸泡前后內部結構的變化，這樣不僅能夠提升學生的觀察和認知能力，還能形成發散思維，有助于提升學生的科學素養。而在這一過程中，教師應引導學生積極提出問題，并鼓勵學生通過小組討論的方式解決問題，進而深化對所學知識的認知，構建新的概念體。[5]變構學習理論認為，學習的過程是學習者解構原有概念體并建構新概念體的過程。在這一復雜過程中，教師可以通過調整教學環境等方式幫助學生完成解構與建構的銜接。一般而言，學習的類型主要包括根本性學習、機械性學習和信息性學習三類，而層次則包括信息、知識同化和變構學習三個層次。在小學科學教育中，教師可以通過教學訪談等方式，在設問和追問中了解學生的原有概念體，通過多種載體形式概括提煉抽象概念，使其嵌入學生的知識體系中，并鼓勵學生提出問題、小組探索，在充分實踐的過程中加深對知識的理解，進而完成概念體的構造。

作者：衣曉慧 單位：山東省濱州市濱城區清怡小學