科学概念的形成是认知心理学和教育学领域的重要研究课题，涉及个体如何通过经验、学习和思维加工将具体事物或现象抽象为具有普遍性的认知结构，这一过程不仅受到个体认知发展水平的制约，还与教学环境、社会互动等因素密切相关，以下从理论基础、形成阶段、影响因素及教学启示等方面,结合相关参考文献进行详细阐述。
科学概念形成的理论基础
科学概念的形成研究主要基于皮亚杰的认知发展理论、维果茨基的社会文化理论以及奥苏贝尔的有意义学习理论，皮亚杰认为，概念形成是个体通过同化和顺应机制，在原有认知结构基础上构建新概念的过程，其发展水平取决于个体的运算阶段（如具体运算阶段或形式运算阶段），维果茨基则强调社会互动在概念形成中的核心作用，提出“最近发展区”理论，认为成人或同伴的引导能帮助个体跨越现有认知水平，奥苏贝尔进一步指出，科学概念的学习需以学习者已有认知结构为基础，通过下位学习、上位学习或组合学习实现新知识的整合,这些理论共同揭示了科学概念形成的复杂性和多维度特征。
科学概念形成的主要阶段
科学概念的形成通常经历从具体到抽象、从模糊到清晰的渐进过程，根据Posner等人（1982）提出的概念转变模型，可分为四个阶段：
- 概念引入：通过具体案例或实验现象引发认知冲突，例如学生通过观察“铁钉浮在水银表面”的现象，对“沉浮条件”的原有认知产生质疑。
- 概念探究：个体主动搜集证据、分析数据，尝试解释新现象，通过比较不同物体的密度与沉浮关系，逐步建立“密度决定沉浮”的初步假设。
- 概念形成：在教师引导下，将零散经验系统化，形成科学定义，明确“密度是物质单位体积的质量”，并理解其与物质属性的关系。
- 概念应用：将新概念应用于解决新问题，实现知识的迁移，利用密度知识解释“轮船为何能浮于水面”。
这一过程并非线性发展，个体可能在不同阶段反复循环,直至概念内化为稳定认知结构。
影响科学概念形成的因素
科学概念的形成受多种因素交互影响，主要包括以下方面：
- 个体因素：包括先备知识、认知风格和动机水平，已有丰富物理知识的学生更易形成抽象的科学概念；场独立型学习者更擅长通过自主探究构建概念。
- 教学因素：教师的教学策略（如探究式教学、类比推理）和表征方式（如图表、模型）直接影响概念形成的效率，Taber（2025）的研究表明，使用“概念冲突”策略能有效促进学生的概念转变。
- 社会文化因素：课堂讨论、合作学习等社会互动形式为概念形成提供了多元视角，Driver等（1994）指出，通过小组辩论，学生能更清晰地辨析日常概念与科学概念的差异。
下表总结了主要影响因素及其作用机制：
| 因素类型 | 具体表现 | 作用机制 |
|--------------|--------------|--------------|
| 个体因素 | 先备知识、认知风格 | 影响信息加工方式和概念构建速度 |
| 教学因素 | 教学策略、表征方式 | 提供概念学习的支架和情境 |
| 社会文化因素 | 课堂互动、合作学习 | 促进多元观点碰撞和意义协商 |
教学启示与实践建议
基于科学概念形成的研究，教学实践应注重以下几点：
- 创设认知冲突情境：通过反直觉现象或实验挑战学生原有概念，激发探究欲望，在“力与运动”教学中，展示“物体撤去外力后仍运动”的案例，引发对“力是维持运动原因”的质疑。
- 强调概念间的联系：采用概念图工具，帮助学生梳理新旧概念的关系，如将“质量”“体积”“密度”等概念整合为系统性知识网络。
- 提供多元表征：结合语言、图像、公式等多种表征形式，满足不同学习风格的需求，用“分子排列疏密”的示意图解释密度概念，辅助抽象理解。
相关问答FAQs
Q1：如何帮助学生克服日常概念对科学概念形成的干扰？
A1：日常概念（如“轻的物体会上浮”）与科学概念（如“密度小的物体会上浮”）常存在冲突，教师可采用“概念冲突策略”：首先引导学生明确日常概念的使用范围（如“只在空气中成立”），再通过对比实验（如比较气球和铁球的沉浮）揭示科学规律，鼓励学生反思自身认知过程，逐步建立批判性思维能力，从而实现从日常概念到科学概念的转变。
Q2：探究式教学是否适合所有科学概念的教学？
A2：探究式教学虽能有效促进概念形成，但需根据概念类型和学生水平灵活调整，对于抽象概念（如“熵”）或低年级学生，可结合引导式探究（如教师提供部分步骤）和直接讲解；对于具体概念（如“光合作用”）和高年级学生，则可采用开放式探究，探究需以明确的学习目标为导向，避免因过度强调过程而忽视概念本身的准确性，确保探究活动与概念建构深度结合。
参考文献
- Posner, G. J., Strike, K. A., Hewson, P. W., & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, 66(2), 211-227.
- Taber, K. S. (2025). Building the science teacher: Issues in secondary science teacher education. Routledge.
- Driver, R., Leach, J., Millar, R., & Scott, P. (1994). Young people's images of science. Open University Press.
- 奥苏贝尔. (1994). 教育心理学：认知观点. 人民教育出版社.
系统梳理了科学概念形成的理论基础、阶段、影响因素及教学策略，并结合实证研究和教学实践提供了具体建议,旨在为教育工作者和研究者提供参考。
