初中学生在接受正统科学教育之前，就已经通过对日常生活中的一些现象的观察和体验，形成了许多概念。在这些概念中，一些是反映客观世界的朴素概念，但更多的是有悖于科学的错误概念。我们把学生头脑中存在的错误概念或与科学概念不完全一致的认识叫作前概念。前概念不能正确地反映事物的本质而仅仅反映事物的一些表面现象，违背了科学道理，对学生正确地掌握科学概念、形成正确的认识造成一定的障碍，造成科学教学的低效率。研究前概念的目的和意义就在于发现学生形成各种前概念的原因，明确的前概念特征，寻求提高教学效率的策略。
一、前概念的成因分析
1.先入为主的日常生活经验
科学前概念的形成首先从感知开始，受个体知识经验的限制。由于认知系统的特性会导致在对科学现象、过程和材料进行感知时形成的表象产生偏差或失真。知觉系统是一个有限并具有选择性的能量加工系统，它受到人的以往经验和当时兴趣、愿望、价值观等个人因素的影响，带有强烈的个人感情色彩，不是对感觉到的事物原封不动、原汁原味的“原貌”反映，而是经过各种感觉器官和大脑相互作用的结果。环境和文化教育的差异也会产生对同一科学现象的不同表象，父母、幼儿园老师及与其交往的其他的人给出不正确的形成概念的信息。
2.教学要求的局限性
任何一个科学概念都是其内涵和外延的统一。因此，让学生掌握科学概念，一方面指的是要理解科学概念的内涵，同时也要明确其外延。所谓外延，即该概念适用的范围和条件。实践告诉我们，使学生明确科学概念的外延是深化对科学概念的理解、正确运用科学概念解决实际问题的关键。但是，学生在不同学习阶段对同一概念有不同的要求。
3.对科学语言或文字的错误理解
科学概念不是具体科学实体的形象，而是对一类科学过程的理解和概括，对科学概念的描述必须要借助于语言和文字，包括高度抽象概括的数学语言。科学语言与生活中的语言和文学语言既有相似之处也有不同的特点。生活中的语言带有地方的局限性和随意性，文学中的语言生动而形象，往往具有渲染的功效，它们都不像科学语言那样抽象、严密、言简意赅、准确明了。如果教师采用生活中的语言教学或文学语言教学，往往会导致科学教学失误，学生在理解概念时往往也凭直觉。学习科学概念必须咬文嚼字，理解文字上的每个解释。很多学生在学习科学概念时，遇到模糊的信息就采取想当然的方式，这样就把个人的生活经验迁移到概念上使其失真。例如，在匀速直线运动中，“匀速”指的是“速度保持不变”，因而对匀速圆周运动中的“匀速”也理解为“速度保持不变”。
4.从不正确的课外渠道中形成
在学生没接受正确的渠道学习概念前已经在不断地接受不科学的概念。日常用语的误导、隐喻的使用、不适当的科学名词、模拟的联想易导致前概念的产生。在日常生活用语中，有许多是过去所沿用的习惯用语，或是因为相近的字义而使学生混为同类事物。例如，学生认为“白色污染”是白色粉末造成的环境污染；而“绿色科学”则是有关绿颜色的科学；“冰水混合物”属于混合物；某广告中的“本饮料纯天然合成，绝不含任何科学物质”，这种错误的表述会让学生对物质产生前概念，甚至认为人工合成的科学物质均对人体有害的错误认识。
在我国，科学普及还不够，电视、电脑、网络等大众媒体所播放的节目中也会出现不科学的内容；或在不具科学性的书籍中得到的内容或定义；更甚的是把神话真实化，如把“水雾”说成“水蒸气”等。无知的一些老人还跟孙辈们说“下雨是天掉的眼泪，打雷是雷公发怒，天狗食月”。在不正确的课外渠道得到前概念占科学前概念的绝大部分，而其中又有很大部分是错误的前概念，不可忽略。
5.从教学过程中形成
教学的过程中，教师未留意学生的想法、教科书上的错误或不当的模拟，皆可能造成学生的错误想法。教学的过程中，教师学科知识不足或错误，可能造成学生的错误想法，而且更为根深蒂固。例如，学生在学习一些科学概念时，运用类比思维可得到很大帮助，但有时用其他概念来类比推理一些科学概念时，会导致错误的结论。例如，汽车的速度就是汽车本身的移动速度，因此，由电荷定向移动而形成的电流的传导速度就是电荷定向移动的速度；用导线将干电池的两极连接起来，导线中就有电流，那么，用导线将磁铁的两极连接起来，导线中也会有电流产生。
6.数学知识的负迁移
数学知识是学习和研究科学的重要工具，能否恰当运用数学工具解决科学问题也是衡量学生能力高低的重要方面。但科学不同于数学，科学更重要的是科学事实、科学本质和科学过程。学生由于从小就接受数学教育，在解决科学问题时常常有“数学惯性”，以数学关系来理解科学概念。如在学习“光的反射”时，探究得出光的反射定律的表述中，学生们认为入射角等于反射角是正确的。
7.由个体认知心理造成
学生认知发展不成熟，背景知识不足也是导致前概念产生的原因之一。由于学生认知发展尚未达到学习某一概念层次，对于抽象世界的不了解，以致无法达成有效的学习迁移。
二、前概念的特征
1.共性与个性
由于学生在初中学习之前已有十多年的生活经验，接触了许多形形色色的科学现象，因而他们头脑中自发形成的前概念所涉及的范围也是相当广泛的。当然，这种广泛性是相对的，他们对能看得见、摸得着，日常生活经常接触到的事物形成了较多的前概念，而对那些比较抽象的科学知识，则很少有前概念。如学生对力学、热学和几何光学均有较多的前概念，而对电学则很少有前概念。
许多前概念具有相当的个别性，属于个人私有的。因为前概念是以个体自己的想法将外在信息内化，用自己的经验建构事物意义而产生的，所以其概念具有相当的个别性。
2.顽固性与反复性
由于前概念是儿童大脑中业已形成的模式，且在长期的生活经验累积中又强化了这些观念，加之儿童的思维又具有自我中心性，因此儿童头脑中的前概念是极其顽固的。一些研究表明：一旦学生对某些科学现象形成了前概念，要想加以转变是相当困难的。如有位教师在讲清惯性概念之后，让学生回答并解释这样一个问题：一个人站在做匀速直线运动的火车里，如果面向前竖直跳起，是落回车厢原处，还是落到原处的后面？全班学生皆回答“落到原处后面”。原因在于学生的生活经验中已有了“力是维持运动原因”的前概念，由此可见，学生头脑中的前概念是多么顽固。
通过学习，很多学生都能转变错误的前概念，但由于时间的推移，新的刺激逐渐淡化以及社会生活中错误概念的反反复复地冲击和诱导，学生中原有的错误“前概念”又会死灰复燃，潜移默化地占据科学概念的位置。由一种前概念变成了另一种前概念，进而影响学生知识的建构，制约学生思维的发展，这就是前概念的反复性。
3.自发性与隐蔽性
中学生大脑中的科学前概念，缘于学生个人长期对事物的观察、感知，他们站在自己的立场，凭借个人以往的经验进行探索并不断取得新的经验，这些经验在大脑中逐步沉淀、深化、发展，最终形成科学前概念。因此，科学前概念的形成过程是一个自发的过程。
学生头脑中的前概念还具有隐蔽性。由于学生大脑中的前概念是潜移默化形成的，因此它以潜在形式存在，平时并不表现出来。然而在科学教学中讲授科学的概念时，儿童马上就会联想到他们头脑中的前概念。当让学生用科学概念去解释问题时，前概念就会马上表现出来。
三、针对前概念的教学策略
在教学过程中，教师如果草率地用所谓正确的观点去覆盖学生原有的想法，那么其教学效果就可想而知了。概念的转化过程是一个认识结构的调整和完善的过程，它需要有内在的探究欲望，也需要有外部条件的支持。在科学概念教学中，教师适时地介入，引发学生对科学概念的不满，激发概念转化的内驱力，使前概念和科学概念发生交互作用，根据两者的优势及局限性进行相互协调，再施加有效的教学引导，收获的往往是惊喜。本文从以下几个方面谈谈自己的做法：
1.加强实验，增强感性认识，使前概念转化更直观
在教学中，老师可以将一些片面的前概念涉及的教学内容设计成实验，引导学生认真观察实验现象。当实验现象与学生的前概念不相符时，学生就会产生认知冲突，此时，再因势利导，促进学生认识到自己前概念的不合理处，从而推翻前概念，实现认知结构的顺应。
根据教学的主体性原则，初中的许多实验内容应该在教师演示后由学生自己动手完成。实验前，教师可先让学生预测实验结果；实验后，教师引导学生将实验结果和预测结果作对比，实际上，此举是在引导学生对比通过实验建构起来的科学概念和实验之前已有的科学前概念，从而彻底颠覆脑中错误的科学前概念。
2.挑起认知冲突，使前概念转化更有效
皮亚杰认为：呈现给学生的材料和主体过去的经验既要有一定的联系，又要足够的新颖，能产生不协调和冲突，这样才能引起好奇心，激发认知兴趣、启迪思维。好的情境创设应该对学生前概念具有较强的衍生性与矛盾性。教师要善于创造“矛盾事件”，使学生明确意识到想法的不足，引发概念认知的冲突。
3.合作学习，使前概念转化更轻松
每个学生的生活经历不同，对信息的获取不同，因此对问题认识的深度和广度也不同。研究表明：人与人之间的合作学习优于个体单独学习，在合作学习中，可使学生大脑中的思考和推理过程外观化，通过互动交流会发现他人的观点与自己不同，当看到他人的观点比自己的更合理、更适合解决问题时，学生就会对自己原有的观点产生不满，愿意接受新的、正确的科学概念。
学生与学生之间合作、交流与讨论，使他们超越了自己原来狭隘的认识，了解彼此的见解，而且在合作学习中，每个学生都是积极的参与者，在自由平等、相互信任的气氛中更适宜表达各种荒诞的概念，这些荒诞的概念有些是自相矛盾的，在激烈的争论和积极的思考中，常常会促使他们认识到自己原有认识的片面性和不合理之处，并萌发一些新的猜想，这些猜想往往已经走向真理的边缘。
4.知识迁移，使前概念转化更深化
奥苏伯尔认为：在有意义的学习中，迁移是普遍存在的。原先的学习和后继的学习总是相互作用的。在教学中，教师可以利用学生已初步转化的前概念进行知识迁移，促进学生对科学概念的理解。在学习“摩擦力”时，部分学生对压力这一概念有着错误的认识，如压力一定等于物体重力，压力方向一定竖直向下等。针对这些错误的前概念，某教师引导学生分析如下生活现象：
现象1：把手压在竖直墙面上，墙面受到的压力是否还等于手的重力？方向是否还竖直向下？
现象2：把手压在置于讲台的书上，桌面受到的压力是否还等于书的重力？
现象3：把书放在倾斜的桌面上，桌面受到的压力是否等于书的重力？
之后，教师详细讲解书本的受力分析图，基本上消除了学生大脑中“压力一定等于重力”这个错误前概念的影响。
5.使用概念图，使前概念正规化
在了解概念体系中相关概念关系的基础上，逐渐让学生由易到难，学会描绘自己的概念体系。根据现代认知心理学的认识，人们在头脑中是以某种命题或命题网络的形式表征知识的，并且这些命题是按层次结构进行储存的。概念图是以综合、分层的形式表示概念之间相互联系的空间网络结构图。学生在描绘一幅概念图时，好比经历一次头脑风暴，将概念体系整合的过程清晰呈现。不同的学生由于在思维方式、认知风格、已有知识基础等方面会存在差异，因此，针对同一内容而制作的概念图会存在很大的差异。所以，概念图不仅可以作为学生学习概念的工具，同时也可以作为教师对学生概念学习开展评价的工具，甚至在科学概念学习前，概念图还可以作为前科学概念的诊断工具。
总而言之，学生的前概念有的是正确的，有的则是错误的，它积蓄着极大的教学能量，是学生确立科学概念的基础。我们不要期望通过粉笔和简单的说教就可以使学生经过一两次纠正使前概念销声匿迹。在教学过程中，老师要营造一个宽松、自由的环境，给学生充分表达自己前概念的机会，让学生的前概念得以充分展现。并通过各种方法转变学生的前概念，使前概念向科学概念转变，是在学生头脑中引发的一场革命，需要改变原有的认知结构，需要克服旧模式的惯性，因而这是个充满艰辛的过程。
（作者单位：浙江省仙居县新生中学）