〔摘 要〕 本文通過對一個課例片段的分析，討論了學生在學習科學概念中遵循的主要模式。在一節(jié)“加速溶解”的課例中，一名學生對溶解定義的理解與教材出現(xiàn)較大偏差。本文作者在訪談后認為，該學生將教師課上胭脂紅溶于水現(xiàn)象的特征定為了原型，通過原型匹配的方式建立溶解概念。這與目前建構主義的概念觀有著明顯的不同。由此本文提出：對于具體概念，原型匹配是學生更加偏好的概念學習模式。由此或可衍生出基于原型觀的教學思路。

〔關鍵詞〕 小學科學；原型匹配；概念學習；案例診斷

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 21 058-060

一、案例概要

本文來源于一節(jié)“加速溶解”課例：2021年，本文作者之一在講授三年級“加速溶解”一課時問學生什么現(xiàn)象屬于加速溶解。其中一名女生的答案很獨特：冰塊在熱水中的融化屬于加速溶解。這一答案顯然是錯誤的?！吨袊蟀倏迫珪分小叭芤骸痹~條的定義是：“兩種或兩種以上的物質(zhì)組成的均勻穩(wěn)定的混合物。”即溶解形成溶液的前提是兩種不同物質(zhì)，而冰與熱水是同一種物質(zhì)的兩種物態(tài)，顯然不是溶解。那么，該生為何會提出如此怪異的答案？

為此，我們對該生進行了課后訪談。其中一題（“藍色和黃色顏料混合在一起，變成了綠色”是否屬于溶解？）引起了我們的興趣，我們之所以沒有直接問學生為什么會認為冰在熱水中是加速溶解，是因為我們更希望了解她是如何理解“溶解”這一概念的。

令我們十分詫異的是，該生的回答是：“我覺得這個屬于溶解，因為就像以前做過的一個實驗，把胭脂紅放在水里，它溶解后整杯水都是紅色的，而不是還有一些地方是透明的……（頓了一下）正常的水了。但是這個呢，就是跟那個做的胭脂紅的實驗一樣，它們兩個混合在一起變成了綠色，不會顯現(xiàn)出來有藍色或者黃色的痕跡。所以我覺得這個叫‘溶解’”。

二、案例診斷

顯然，該生對概念的理解方式與教材所倡導的建構主義思路并不相同。按照教材布設的思路，首先對比食鹽與沙子在水中的差別，從而引出全課核心問題：食鹽“藏”到哪里了？然后通過設計、實施實驗，驗證自己對于核心問題的猜想，進而建構“溶解”概念。而胭脂紅的實驗位于其后，目的是將溶解現(xiàn)象可視化。即胭脂紅的實驗只是使這個建構過程更完整，它絕不是這節(jié)課的主體?？梢哉f，該生對于“溶解”概念的理解與現(xiàn)今概念學習的主流觀念差異極大。

目前科學教育的主流觀點仍然是建構主義學派的。1934年，維果茨基出版了《思維與語言》一書，系統(tǒng)地闡述了他的概念觀：首先，兒童會將觀察到的一系列現(xiàn)象雜糅起來，形成復合思維。第二，對這些復合物進行加工，形成“鏈式復合”（即“復合思維最純粹的類型”）。第三，對這些復合物特征進行抽象概括，形成假概念。但假概念極不穩(wěn)定，容易受到具體現(xiàn)象的干擾。最終，語言加入認知過程使假概念蛻變成了科學概念。所以，維果茨基的概念觀可以大致概括為一個進階鏈：復合思維—鏈式復合—假概念—概念。

20世紀中葉，美國認知學家進一步豐富了建構觀，突出體現(xiàn)在從新知識與舊有經(jīng)驗的角度看待進階。如布魯納的發(fā)現(xiàn)學習理論，認為“學習是一個積極主動的認識過程……通過把新獲得的知識和已有的認知結構聯(lián)系起來，積極地建構其知識體系”。從進階性上說，布魯納顯然是維果茨基的擁躉。同樣，奧蘇貝爾的意義學習理論也具有這一特點：其實質(zhì)上是新知識與舊有知識、經(jīng)驗的交互，在這種交互過程中，概念的含義逐漸變得更加豐富。

與其上均不同的是布魯姆，其將關注點放在了教學目標上，即基于學生的認知特點，我們的目標應該如何設定？根據(jù)認知的難易程度（所需調(diào)用的認知資源的多寡），其將認知目標的水平劃分成了不同的6個層級。雖然布魯姆著眼于目標，但不難看出，其分類理論的本質(zhì)依然是對學生認知結構的刻畫。因此，不少學者認同布魯姆理論的建構性。

但那名女生的概念學習方式顯然與諸流派有著極大差異。首先，該生并沒有把任何現(xiàn)象雜糅的跡象，而是直接抓住了胭脂紅溶于水這一現(xiàn)象，在此基礎上形成原型。其次，該生的認知過程也并未顯示出如維果茨基的進階跡象，其對于胭脂紅實驗的認識，以及顏料混合算不算溶解的判斷幾乎是瞬時完成的，該生的判斷顯示出明顯的概念激活的特點。第三，該生的認知過程也顯然與布魯姆的認知結構有別。按照布魯姆的理論，對于知識的記憶屬于最低層級。該生連最低層級的要求都沒有達到，遑論高階層級了。但如果仔細分析她的話語不難發(fā)現(xiàn)，她通過對胭脂紅實驗的解析，牢牢抓住了其中“顏色”這一要素，以此構建了原型的匹配標準。換言之，她在通過“分析”完成概念的辨別——在連最低層級的要求都沒有達到——的情況下，卻調(diào)用了高階層級的認知策略！

一個更加合乎邏輯的解釋是，基于原型匹配的概念學習模式是學生的偏好與優(yōu)先選項。

三、有關概念學習的原型觀

盡管在教育界鮮有提及，但原型（prototype）在認知學及神經(jīng)科學中并不是一個新鮮的事物。

對于原型觀的界定存在一些模糊性，經(jīng)典教科書認為只要樣例足夠典型就完全可能形成原型，也有學者認為需要從多個樣例中抽象出共同特征，形成原型。但無論哪種，大多數(shù)學者都同意原型是從典型的樣例出發(fā)形成的對某一概念的代表（例如知更鳥相比火雞更適合代表“鳥”）。進而，當人接觸新的事物時，可以利用原型判斷新事物是否屬于該概念。

目前神經(jīng)科學的研究認為，原型之所以在概念學習中起到關鍵作用，與原型本身具有的該類概念的典型特征有關。例如相比于牛油果，蘋果具備更多“水果”的典型特征，因此人們提到水果，更容易想到蘋果，很少有人會想到油膩的牛油果。之所以如此，是因為擁有更多、更典型特征的樣例更容易激活某些對特征敏感的腦區(qū)（如腦內(nèi)側前額葉皮層或前顳葉區(qū)），而這些腦區(qū)是概念識別的關鍵區(qū)域。換言之，更典型的特征擁有激活的優(yōu)先權，最終形成特定的認知偏好。

這一點值得注意，因為目前探究式的建構法是科學的主流學習理論之一，這種方法強調(diào)在實驗中搜集證據(jù)與線索，進而建構概念。但由于概念激活的優(yōu)先權，此種方法存在明顯的劣勢，突出體現(xiàn)在認知負荷問題上。大量實驗已證實，由于大腦的認知資源有限，一旦一個認知成本低、更容易激活的內(nèi)容被激活，其他認知活動將被抑制。因此一旦原型被激活，復雜的基于證據(jù)與線索的探究建構活動可能就會被抑制，反映到課堂上就是探究活動的實效性會受其所累。這一點從本案例中可清晰地看出：學生完全被胭脂紅所吸引，徹底忽略了還曾經(jīng)在實驗中探究過“食鹽去了哪里”這回事。

四、案例后續(xù)

為了驗證原型匹配是不是學生更加偏好的概念學習方式，我們于2022年對北京市另一所小學的160名五年級學生進行了隨機對照試驗。試驗題目全部是非A即B的選擇題，且兩個選項全部是正確的，唯一區(qū)別是其中一個選項是教材中出現(xiàn)過的實驗（即含學生見過的原型特征）。結果顯示，絕大部分學生選擇了那些含有原型的選項，且這種傾向具有極強的統(tǒng)計意義（p＜0.001，ES≈0.35）。這一點驗證了我們的猜測，即原型匹配是學生面對具體概念的首選工具。

更加耐人尋味的是，我們對其中一部分測試卷悄悄地“做了手腳”，即這些題目所謂的“原型”其實是錯誤的，它們只是猛地看起來像原型，但不能解釋題目中的現(xiàn)象。我們的目的是考查學生是否能識別這些所謂的“原型”其實是濫竽充數(shù)。但學生依然不假思索地選擇了這些“原型”（p＜0.001，ES≈0.31）。這說明，學生根本沒有仔細、審慎地分析與思考，而是遇到見過的“原型”，立刻選擇了它們。

這一點非常明確地昭示出激活的特點：它并不經(jīng)過復雜的思索與分析，也沒有靠得住的推理論證。為了更快速、便捷地反應，大腦選擇了一條認知成本更低的捷徑，即將復雜的信息打包并貼上標簽，這些標簽就是原型所包含的典型特征。而當需要調(diào)用這些信息時，大腦通過尋找標簽，將信息包裹從記憶中翻出來，卻并不會仔細檢查包裹里的東西是否已經(jīng)變質(zhì)了。

五、教學改進建議

顯然，原型觀與我們現(xiàn)在的概念學習主流觀點格格不入。但問題是，諸多證據(jù)都顯示，這種傾向是脊椎動物大腦的固有生理特征——科學家甚至在鴿子身上也觀察到了明顯的原型效應。換言之，原型觀似乎更受大腦歡迎。

既然如此，我們?yōu)楹尾豢紤]利用這種獨特的方式呢？具體來說，原型觀下這節(jié)課例或許應該是（圖1）：先出示胭脂紅溶于水的實驗，通過其強烈的視覺沖擊力給學生一個典型的樣例，從而建立原型；第二步，引導學生仔細觀察胭脂紅在水中發(fā)生了什么，目的是引導學生從現(xiàn)象中抽象出溶解的典型特征，在此基礎上可以讓學生畫一畫這個過程，即嘗試建立溶解過程的動態(tài)模型；第三步，出示實驗“食鹽去哪里了？”引導學生基于原型解釋新現(xiàn)象，并尋找線索與證據(jù)進行驗證；最后，給出其他現(xiàn)象，讓學生根據(jù)所學辨別它們是否屬于“溶解”，從而完成概念的遷移與泛化（如下圖）。

這一思路的優(yōu)點有二：其一，符合學生的原型偏好；其二，將“食鹽去哪里了？”的實驗放在胭脂紅實驗之后，實質(zhì)上變成了基于原型對于新現(xiàn)象的解釋。相比于正向的搭建概念，這是一個逆向思考的過程，即引導下的對原型的訓練，需要調(diào)用更多的認知資源，可以激發(fā)更深層的認知，更有利于概念的建構與鞏固。

參考文獻

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