鄭青岳

(浙江省玉環(huán)市教育教學(xué)研究中心，浙江 臺(tái)州 317600)

大概念是近年來逐漸走進(jìn)基礎(chǔ)教育界,并逐漸被教育科學(xué)研究者和廣大教師關(guān)注的一個(gè)重要課題．英國(guó)學(xué)者溫·哈倫在《科學(xué)教育的原則和大概念》一書中指出:所謂“大概念是指可以適用于一定范圍內(nèi)物體和現(xiàn)象的概念”;[1]而小概念是指“只運(yùn)用于特定觀察和實(shí)驗(yàn)的概念”.[1]對(duì)于大概念的作用,美國(guó)學(xué)者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》一書中指出:“大概念可以幫助學(xué)生將各個(gè)知識(shí)聯(lián)系起來．大概念作為教師教學(xué)的得力助手,發(fā)揮著‘概念魔術(shù)貼’的作用,它有助于知識(shí)和技能的整合,并使之在大腦里得以鞏固．”[2]大概念具有哪些典型的特征,這些特征對(duì)于科學(xué)教學(xué)能夠提供哪些有益的啟示?

1 抽象性

大概念并非由小概念堆積而成,而是由小概念抽象概括出來的,它反映的是事物更為隱蔽、更為本質(zhì)的東西．當(dāng)概念逐漸變大時(shí),建構(gòu)概念的事實(shí)的外殼就被逐漸剝掉,它離實(shí)際事物的距離也就更遠(yuǎn),呈現(xiàn)的形式就更為抽象．例如,功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)是一個(gè)大概念,它不像耳廓的喇叭形結(jié)構(gòu)能夠使聲波得以放大這個(gè)小概念那么具體地反映事物之間的關(guān)系．但正是大概念的這種抽象性,使它成為具有廣泛應(yīng)用的概念．這也啟示我們,科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)雖然需要大量事實(shí)材料的支撐,但科學(xué)并不是事實(shí)材料的簡(jiǎn)單堆積．科學(xué)教育應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生趨向這樣的目標(biāo)——“逐步提高闡明物體特性的能力,能考慮到用不直接觀察到的特征來闡明物體的特性”．[1]以大概念理念進(jìn)行科學(xué)教育,要求我們不能滿足于讓學(xué)生去記住一個(gè)個(gè)孤立的事實(shí),而應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生透過事實(shí)理解其深刻的本質(zhì)．

但是,大概念的抽象性并不是對(duì)具體事物(小概念)的離棄,而是它擁抱了更為豐富多樣的具體事物．大概念的建立使我們的思維擺脫了具體事物的束縛,從而使自己的視線得以放高、視野得以放大,它既為已知的具體事物建立了理解的框架,又將更多相關(guān)的具體事物納入這個(gè)框架之中．在這里,抽象的大概念為具體的事物起到統(tǒng)轄的作用,而具體的事物則對(duì)大概念建立起到奠基的作用．如果沒有大量具體事物的支持,抽象的大概念就容易變成空中樓閣,成為“沒有被充分理解的惰性知識(shí),而支撐大概念的具體案例越豐富越多樣,它的可遷移性就越強(qiáng)”．[3]事實(shí)上,人們頭腦里的抽象概念也正是在不斷返回新的具體事物的過程中,才得以逐漸變大的．專家的思維雖然是以大概念來組織的,但專家的知識(shí)常常鑲嵌在應(yīng)用的情境之中．專家的思維總是自由地行走在抽象和具體之間,他們既能善于從具體的事物中抽象出大概念,使自己能夠從高位俯瞰具體的事物,又能將抽象的大概念應(yīng)用于具體的事物之中,用大量鮮活的具體事物去豐富、檢驗(yàn)、修正大概念,賦予大概念成長(zhǎng)的活力,拓展大概念馳騁的疆域．所以,專家在解決問題中能夠做到既總攬全局,抓住事物的本質(zhì),又不放過影響全局的關(guān)鍵細(xì)節(jié),表現(xiàn)出極高的思維力．

大概念的抽象性以及抽象和具體的協(xié)同性啟示我們,在科學(xué)教學(xué)中,我們不能停留在具體知識(shí)的教學(xué),而應(yīng)及時(shí)將具體的知識(shí)抽象化,當(dāng)引出更為抽象的高位概念后,又要及時(shí)將它返回到對(duì)更多具體事物的認(rèn)識(shí)上．例如,當(dāng)學(xué)生得出力的平行四邊形定則后,我們應(yīng)當(dāng)將它進(jìn)展到所有矢量的合成都遵守平行四邊形定則這一大概念．然后讓學(xué)生利用這一大概念進(jìn)行位移、速度和加速度的合成,從而使矢量合成的大概念得到廣泛的遷移．

2 統(tǒng)整性

大概念又稱為核心概念或框架概念,它是一個(gè)學(xué)科中最精華、最有價(jià)值的內(nèi)容．說大概念為核心概念,是因?yàn)榇蟾拍钐幱趯W(xué)科的中心,反映的是一個(gè)學(xué)科最有價(jià)值的內(nèi)容．說大概念是框架概念,是因?yàn)榇蟾拍钅軌驇椭鷮W(xué)習(xí)者對(duì)自然現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,以及相關(guān)的小概念建立起理解的框架．

大概念聯(lián)系著許多小概念,是眾多小概念的上位概念,具有更大的統(tǒng)領(lǐng)性和適用面．大概念使許多下位知識(shí)有了固著點(diǎn),它將許多看似雜亂的經(jīng)驗(yàn)和孤立的事實(shí)組織起來,從而使知識(shí)系統(tǒng)化、連貫化、結(jié)構(gòu)化,而“相互有聯(lián)系的知識(shí)要比分離的知識(shí)碎片更容易用于新遇到的情況”．[4]威金斯、麥克泰格把大概念比作一個(gè)車轄(如圖1箭頭所指)．車轄能夠?qū)④囕喒潭ㄔ谲囕S上,而大概念可以將眾多的知識(shí)建立起有層次結(jié)構(gòu)的整體．溫·哈倫還用拼圖來類比大概念對(duì)知識(shí)的統(tǒng)整作用．如圖2是一個(gè)大象的樹葉拼圖,如果沒有拼成大象,這些形狀各異的樹葉是彼此孤立的,正是大象的圖像把這些樹葉組織成一個(gè)有機(jī)的整體．大概念就類似于大象的圖像,而與大概念相關(guān)聯(lián)的各個(gè)下位的小概念就類似于構(gòu)成大象拼圖的各片樹葉．正是大概念把眾多的知識(shí)組織成一個(gè)存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)的整體,否則,這些知識(shí)就會(huì)成為彼此孤立的碎片化的知識(shí)．

圖1

圖2

大概念的統(tǒng)整性啟示我們,科學(xué)教學(xué)要防止知識(shí)的碎片化,要積極引導(dǎo)學(xué)生尋找各個(gè)相關(guān)知識(shí)的上位概念,用處于上位的大概念把相關(guān)知識(shí)統(tǒng)整起來．

案例1.功與能的關(guān)系

功是能量轉(zhuǎn)化的量度(即W=ΔE),這是科學(xué)中的一個(gè)大概念．這個(gè)大概念與其眾多的下位概念構(gòu)成一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的整體(如圖3)．

圖3

在這里,“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這一大概念將各種不同類型的功與相應(yīng)的能量變化關(guān)系統(tǒng)整在一起,形成富有邏輯層次的結(jié)構(gòu)．各個(gè)下位知識(shí)使抽象的大概念具體化,從而使我們豐富對(duì)大概念的理解;大概念則是各個(gè)小概念的上位知識(shí),它使學(xué)習(xí)者理解各個(gè)小概念有了一個(gè)堅(jiān)固的錨點(diǎn)．

3 遷移性

知識(shí)的遷移是以理解為基礎(chǔ)的．遷移有低通路的遷移和高通路的遷移,低通路的遷移是在新事物與原事物相似的情況下發(fā)生的,其遷移模式是“具體→具體”．例如,液體和氣體都具有流動(dòng)性,將液體對(duì)流的知識(shí)遷移到氣體的對(duì)流上;將液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系遷移到氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系上,都屬于低通路的遷移．高通路的遷移是在新事物與原事物不相似的情況下發(fā)生的,其遷移模式是“具體→抽象→具體”,在這一過程中,前一階段是由特殊到一般的過程,運(yùn)用的是歸納思維;后一階段是由一般到特殊的過程,運(yùn)用的是演繹思維．可見,高通路的遷移需要以概括為中介,而大概念是概括的成果,它為高通路遷移奠定了基礎(chǔ)．

大概念的可遷移性啟示我們,在科學(xué)教學(xué)中,在善于引導(dǎo)學(xué)生異中比同,發(fā)現(xiàn)貌似不同的事物深處的共同原理,以及解決不同問題的共同策略,以促進(jìn)知識(shí)在廣泛的范圍內(nèi)發(fā)生有效的遷移,從而極大地提高學(xué)習(xí)的效率和思維的經(jīng)濟(jì)性．

案例2.功的原理

學(xué)生在學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單機(jī)械知識(shí)時(shí),對(duì)杠桿和滑輪有一定的認(rèn)識(shí)，如圖4(a)、(b)．從功的角度考慮,我們還可以得出(推導(dǎo)過程從略):不計(jì)摩擦和杠桿自重時(shí),利用杠桿將重物舉到相同高度所做的功,等于直接將重物舉到同樣高度所做的功;不計(jì)摩擦和動(dòng)滑輪自重時(shí),利用動(dòng)滑輪將重物舉高所做的功,等于直接將重物舉到相同高度所做的功．由此可以概括出:如果不考慮機(jī)械自重和機(jī)械的摩擦,利用機(jī)械對(duì)物體做的功,等于直接對(duì)物體做的功．如果考慮機(jī)械自重和機(jī)械的摩擦,利用機(jī)械對(duì)物體做的功,要大于直接對(duì)物體做的功,即利用機(jī)械不省功．這就是功的原理．

(a)

功的原理是一個(gè)大概念,它普遍適用于一切機(jī)械．我們可以將這一大概念遷移到輪軸、斜面、螺旋、液壓機(jī)等各類機(jī)械上,推導(dǎo)出利用這些機(jī)械工作時(shí)用力的表達(dá)式．

大概念涉及的是更為基礎(chǔ)性、一般性的知識(shí),因而具有更為廣泛的遷移效應(yīng)．正如布蘭思福特在《人是如何學(xué)習(xí)的》一書所說的:“在學(xué)習(xí)特定主題或技能之前,沒能在一個(gè)更大的基礎(chǔ)性框架背景下認(rèn)清這些主題或技能所處的情境,這樣的教學(xué)是不經(jīng)濟(jì)的……對(duì)基礎(chǔ)性原則和觀點(diǎn)的理解是培養(yǎng)遷移能力的主要途徑．將事物作為一般性事例(意味著更具基礎(chǔ)性的框架)的一個(gè)特例來理解,就是不僅僅要學(xué)習(xí)該特例,還要將其作為其他可能遇到的類似事物的模型來理解．”這里所說的“更大的基礎(chǔ)性框架”“基礎(chǔ)性原則和觀點(diǎn)”“一般性事例”“其他可能遇到的類似事物的模型”,實(shí)際上就是指大概念．

4 相對(duì)性

在談?wù)摯蟾拍钸@一話題時(shí),人們很自然會(huì)問:多大的概念才稱得上大概念?事實(shí)上,概念的大小是相對(duì)的．正如溫·哈倫所說的:“任何對(duì)較少現(xiàn)象適用的概念,都會(huì)聯(lián)系到一個(gè)適用于數(shù)量更多現(xiàn)象的較大概念,以此類推,較大的概念又可以歸入一個(gè)更大的、更廣泛的概念．”《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》一書也表達(dá)了類似的觀點(diǎn),該書指出:“多‘大’才算是‘大概念’?如果拋開課程和學(xué)科目標(biāo),這個(gè)問題是沒有答案的．有些概念確實(shí)明顯比其他概念大,即概念的內(nèi)涵更廣泛,有更強(qiáng)的可遷移性和影響力．”

大概念的相對(duì)性啟示我們,在科學(xué)的每一個(gè)方面,都存在由不同層級(jí)的概念構(gòu)成的概念序列．層級(jí)越高的概念,反映的是事物更為本質(zhì)的屬性或特點(diǎn)．在物理教學(xué)中,我們不但要關(guān)注處于頂極位置的大概念,同時(shí)也要關(guān)注眾多處于中間位置的大概念,要引導(dǎo)學(xué)生尋找每一個(gè)概念的上位概念,并將較低層級(jí)的大概念向較高層級(jí)的大概念推進(jìn),從而對(duì)物理知識(shí)的理解逐漸深化和擴(kuò)大,使知識(shí)發(fā)生更為廣泛的遷移效應(yīng)．

5 多樣性

大概念中的“概念”與我們平常所說的力、速度、電流、電壓等科學(xué)概念不同,其意義是非常寬泛的．對(duì)于大概念的內(nèi)容,溫·哈倫在《科學(xué)教育的原則和大概念》一書中提出了如下14個(gè)科學(xué)大概念.

科學(xué)概念

(1) 宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的．

(2) 物體可以對(duì)一定距離以外的其他物體產(chǎn)生作用．

(3) 改變一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要有凈力作用于其上．

(4) 當(dāng)事物發(fā)生變化或被改變時(shí),會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化,但是在宇宙中能量的總量總是不變的．

(5) 地球的構(gòu)成和它的大氣圈以及在其中發(fā)生的過程,影響著地球表面的狀況和氣候．

(6) 宇宙中存在著數(shù)量極大的星系,太陽系只是其中一個(gè)星系——銀河系中很小的一部分．

(7) 生物體是由細(xì)胞組成的．

(8) 生物需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),為此它們經(jīng)常依賴其他生物或與其他生物競(jìng)爭(zhēng)．

(9) 生物體的遺傳信息會(huì)一代代傳遞下去．

(10) 生物的多樣性、存活和滅絕都是進(jìn)化的結(jié)果．

關(guān)于科學(xué)的概念

(11) 科學(xué)認(rèn)為每一種現(xiàn)象都具有一個(gè)或多個(gè)原因．

(12) 科學(xué)上給出的解釋、理論和模型都是在特定的時(shí)期內(nèi)與事實(shí)最為吻合的．

(13) 科學(xué)發(fā)現(xiàn)的知識(shí)可以用于開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品,為人類服務(wù)．

(14) 科學(xué)的應(yīng)用經(jīng)常會(huì)對(duì)倫理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治產(chǎn)生影響．

需要指出的是,以上這14個(gè)大概念是從大的視角提出的,它對(duì)科學(xué)課程的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)性的作用．但是,對(duì)科學(xué)教學(xué)來說,大概念的內(nèi)容是非常豐富的,我們不能囿于這14個(gè)大概念．實(shí)際上,只要從某些下位知識(shí)抽象概括出來的上位知識(shí),都具有大概念的意義和功能,因此也都可以看作大概念．從形式上看,大概念是多樣的,它可以是一個(gè)核心概念、一個(gè)正式理論、一個(gè)觀念,也可以是一條原則、一個(gè)思想方法、一個(gè)基本問題,等等．

大概念的多樣性啟示我們,在物理教學(xué)時(shí),不但要重視物理知識(shí)的教學(xué),也要重視物理觀念、物理的思想方法,以及物理信念的教學(xué);注意發(fā)揮物理觀念、物理思想方法以及科學(xué)信念的大概念在問題解決中的作用．

案例3.有相同的結(jié)果,也許有相同的原因

在教學(xué)杠桿知識(shí)時(shí),為了幫助學(xué)生建立力臂概念,有的教師用如圖5所示的圓形轉(zhuǎn)盤做實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí),在轉(zhuǎn)盤上A點(diǎn)掛1個(gè)鉤碼,然后再用彈簧測(cè)力計(jì)先后豎直向下拉B、C、D點(diǎn),使圓盤在A、C兩點(diǎn)處于同一水平線的位置平衡．結(jié)果發(fā)現(xiàn):雖然拉力的作用點(diǎn)改變了,但彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)卻相等．教師指出:使圓盤在同一位置保持平衡,雖然拉力的作用點(diǎn)不同,但拉力的大小卻相同．有相同的結(jié)果,也許有共同的原因．三種情形中,究竟存在什么共同的因素呢?在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生發(fā)現(xiàn):在三個(gè)位置,拉力的作用線相同．用一個(gè)量去描述,即支點(diǎn)(圓盤轉(zhuǎn)軸)到力的作用線的距離相同．由此建立起力臂概念,并認(rèn)識(shí)到力和力臂是影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)效果的兩個(gè)因素． “有相同的結(jié)果,也許有相同的原因．”是一個(gè)觀念,也是一種思想方法,屬于大概念的范疇,因?yàn)檫@種思想方法可以在廣泛的場(chǎng)合得到遷移．例如,在高中物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件時(shí),學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)觀察到,在圖6a所示的電路中,當(dāng)導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流;在圖6b所示的電路中,當(dāng)改變變阻器的電阻,使通過線圈A的電流發(fā)生改變,通過線圈B的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí),線圈B中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．為了尋找產(chǎn)生感應(yīng)電路的條件,教師指出:有相同的結(jié)果,也許有相同的原因．兩個(gè)情境中產(chǎn)生感應(yīng)電流的共同原因究竟是什么?由此引導(dǎo)學(xué)生透過表面上的差異,揭示兩者的相同點(diǎn):通過閉合回路的磁通量發(fā)生改變,由此揭示出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件．

圖5

圖6