大概念和大概念教学
刘徽 徐玲玲
浙江大学教育学院课程与学习科学系
基金：2016年国家社会科学基金教育学一般课题“中小学课堂学习环境的设计研究”(课题批准号:BHA160093)的研究成果之一。
参考文献引用格式：[1]刘徽,徐玲玲.大概念和大概念教学[J].上海教育,2020(11):28-33.
为什么要提大概念和大概念教学?这个问题要从核心素养谈起,随着工业时代向信息时代的转型,几乎所有的国家都制订了自己的核心素养或关键能力框架,思考未来要培养什么样的人这个问题。核心素养的核心是“真实性”。如格兰特·威金斯(Grant Wiggins)所说:“学校教育的目标是使学生在真实世界能得心应手地生活。”当前提倡的深度学习的内核同样也是解决真实问题,迈克尔·富兰(Michael Fullan)提出,新教育学(深度学习)的目标是“使学生获得成为一个具有创造力的、与人关联的、参与合作的终身问题解决者的能力和倾向”。
教育要使学生学会“解决真实情境中的问题”。未来真实情境中的问题往往是复杂的,没有现成方案的,需要创造性地运用专家思维来解决,因为简单、重复性的任务都交给人工智能来完成了,而人工智能不具备的恰恰是“自我突破的创新”。专家思维的核心特征是“创新”,而创新的机制是“迁移”。
迁移是指把在一个情境中学到的东西迁移到新情境的能力。戴维·珀金斯(David Perkins)等按照任务的相似性区分了两种迁移,当新任务与原任务相似时,称为“低通路迁移”,当新任务与原任务不相似时,称为“高通路迁移”。低通路迁移的路径是从具体到具体,因此,只能达成相似的“具体与具体”之间的简单关联,也就是“刷题”的逻辑。而高通路迁移的路径是从具体到抽象再到具体,因此能够形成复杂的认知结构。高通路迁移的这种路径指的就是“理解”,约翰·D.布兰思福特(John D.Bransford)提到,“新学习科学的一大特色就在于它强调理解性学习”。而大概念就是理解的核心。当前不论是威金斯的理解为先的教学设计理论(Understanding by Design,简称UBD),还是林恩·埃里克森(Lynn Erickson)的“概念为本的教学”(Concept-based Instruction),其根本性的改变都是强调以大概念为统领的目标导向。如果不理解大概念,只是照抄他们的设计步骤,那就没有掌握他们理论的“精髓”,还是会回到传统教学的老路上去。
大概念:理解的核心
许多学者都提到过大概念的重要性,只不过措辞不同。比如约翰·杜威(John Dewey)的“概念”、杰罗姆·布鲁纳(Jerome Bruner)的“一般观念”、阿弗烈·诺夫·怀特海(Alfred North Whitehead)的观念结构、戴维·珀金斯(David Perkins)的全局性理解、查尔斯·菲德尔(Charles Fadel)的元概念,等等。同时,学者也赋予大概念各种隐喻,来描述大概念对于理解的核心作用。威金斯等把大概念比作“车辖”,有了车辖,车轮等零部件才能组装起来,否则只能散落一地、毫无用处。其他的还有锚点、魔术贴、衣架、透镜、建筑材料等大概念隐喻。
(一)大概念的界定
大概念可以被界定为反映专家思维方式的概念、观念或论题,它具有生活价值。为了让大家理解得更清晰,我们可以把“大概念”拆开来看。
1.大概念的“大”,是指具有生活价值。威金斯特别指出,大概念的“大”的内涵不是“庞大”,也不是指“基础”,而是“核心”。大概念不仅可以联结学科内的概念,达成学科内知识的融汇贯通,还可以联结学校教育与真实世界。所谓大概念与小概念的区别,就是在适用范围的不同,大概念的适用范围比小概念要广。温·哈伦(Wynne Harlen)等学者在《科学教育的原则和大概念》一书中举了一对大小概念的例子,“蚯蚓能很好地适应在泥土中生活”(小概念),对应“生物体需要经过很长时期的进化形成在特定条件下的功能”(大概念)。而适用范围广到什么程度呢?就是要能在生活中被用到,或者说要有生活价值,只有这样,才有机会在日常的具体情境中不断地被运用,而每一次的具体运用都在提升它的可迁移性。小概念只有上升到大概念,处于认知结构之中,才能被不断激活。如果只停留在小概念的层面上,未来没有机会激活,日久天长就忘了。如图1所示,大概念包括跨学科大概念,也包括学科大概念。
2.大概念的“概念”包括概念、观念和论题。“大概念”的英文是“Big idea”,这里用的是“idea”而非“concept”,因此,也有学者翻译为“大观念”。应该说,概念的确是大概念的一种重要表现形式,但大概念不局限于概念。威金斯认为,大概念通常表现为一个有用的概念、主题、有争议的结论或观点、反论、理论、基本假设、反复出现的问题、理解和原则。所以,大概念可以表现为一个词、一个短语、一个句子或者一个问题。因此,大概念有三种表现方式,即概念、观念和论题。
图1大概念和小概念图3 二维目标模式与三维目标模式
图2 知识的结构与过程的结构
图3 二维目标模式与三维目标模式
(二)大概念统摄知识和技能:从二维目标到三维目标
埃里克森比较了“知识的结构”和“过程(技能)的结构”,尽管两者在下端的学习是有所区别的,知识的结构是“事实”和“主题”,过程的结构是“策略和技能”,但往上都是“概念、原理、概括、理论”,也就是“大概念”,如图2所示。她提出的三维模式则用概念性知识(理解)把事实性知识(知识)和程序性知识(技能)有效地组织起来,这样,就构成了一个立体的三维模式,区别于以往不区分这三种知识类型的二维模式。三维模式用KUD来明确目标,分别是知道(Know)、理解(Understand)和做(Do),其中知道的是“事实”,做的是“技能”,而理解的是“概念”,而KUD的核心是“U”,只有“理解”了,才能“知道”和“做”,如图3所示。
图4 传统教学与大概念教学
(三)大概念是具体与抽象之间的协同思维
《人是如何学习的:大脑、心理、经验及学校(扩展版)》一书中提到,专家思维是以大概念来组织的,但同时也指出“专家的知识常常镶嵌在应用的情境之中”。也就是说大概念虽然表现为抽象的概念、观念或者论题,但它需要具体的案例支撑,否则就只是被充分理解的“惰性知识”。大概念的建立经历了“具体→抽象→具体”的循环过程,从思维方式来看,也就是经历了归纳和演绎两种思维过程,先从多个具体的案例中抽象出大概念(归纳),再将大概念运用于新的具体案例中(演绎),而每一次演绎都进一步加深了对大概念的理解。
埃里克森认为,大概念是具体和抽象之间协同思维的结果,“协同思维是大脑低阶和高阶处理中心之间的能量互通”。实际上,日常生活中我们也重复这个过程,就是所谓的“经验总结”,只不过这样总结出来的概念还比较粗糙,我们称为“日常概念”,而大概念也好,小概念也好,都是经过科学论证的,都是“科学概念”。但无论是哪些概念,都经历了归纳和演绎的过程,并常常在演绎中不断地修正原有的理解,支撑抽象大概念的具体案例越多样、越丰富,大概念的迁移性往往就更强。
大概念教学与传统教学的区别
大概念教学和传统教学最大的差别在于目标的不同。如图4所示,传统学习就像在海滩边捡石子,学生带着一个空空的罐子来到海滩上,在教师的指导下,往罐子里一块块地扔石子,石子都是散的,之间也没有什么关联,最后学生来到一个地方,就是我们说的考试,把所有的石子倒掉,茫然地又带着空空的罐子回去了。而在大概念学习中,学生是带着自己的己知来的,但日常经验中获得的己知常常是粗糙的、未经雕琢的,就像那块石料,学习的过程就像雕刻,每一刀都是有目的的,就像对观点的琢磨,使之更加地清晰、成熟、复杂、正确,最后得到的是一个精致的雕像。
图5“潜得更深”的大概念学习
与传统教学相比,大概念教学更能引发学生的学习兴趣。如图5所示,学习就像潜水,潜水员潜得越深,物种就越丰富、景像就越美丽,探索之旅就会更加多变和有趣,充满了各种惊喜,但如果只浮在表面,通常看到的景像和物种都比较单一,慢慢地就失去了兴趣。
大概念教学的神经科学依据
杰伊·麦克泰格(Jay Mctighe)等专门研究了UBD理论的教育神经科学依据,他认为神经科学的研究已经取得了一定的突破,我们在一定程度上已经能观察到大脑在学习过程中的反应,大概念教学一直受“大脑如何实现最佳学习”这一问题的导引,大脑遵循两个主要的生存指令,即寻求快乐和寻求模式,它们都在大概念教学中得以体现。神经科学不仅为大概念教学提供了支撑的依据,也提供了改进的依据。
(一)为什么大概念教学更容易让人兴奋?
大脑的功能区域和边缘系统分别如图6、图7,杏仁核附近有伏隔核,伏隔核会向前额皮层区域释放多巴胺流,产生正面情绪,这种积极愉悦的反应会强化相应的神经记忆网络。
图6 大脑的功能区域
图7 大脑的边缘系统
首先,大概念教学强调明确预期学习成果,从而让学习有了明确的方向。从神经科学来看,我们的大脑不断地接收信息,这些信息来自感觉系统(听觉、视觉、味觉、触觉、嗅觉)和感觉神经末梢(肌肉、关节、内部器官),但只有约1%的信息能进入大脑,这是因为大脑在信息加工处理过程中要付出大量精力,高密集和高活跃度的新陈代谢活动使大脑要消耗人体中20%的氧气和营养物质。因此,一旦信息进入大脑加工系统,就会被许多“切换站”转发,其中,最高水平的加工过程会发生在大脑的外层,也就是皮层。大脑有明确的目标时,会让人集中注意力,搜索与目标相关的感官输入,并从记忆中寻找已有的信息钩住新的信息。
其次,大概念教学强调挑战性。比如复杂的真实性问题、带有挑战性的问题等等,这些会被大脑优先接收。这也有神经科学的依据,因为在后脑下部有一个“感觉摄入过滤器”,称为“网状激活系统”(Reticular Activating System,简称RAS),如图6。这一系统会优先接收新的、不同的、有变化的和意想不到的信息,这也是人和动物生存过程中发展起来的本能,那些“不一样”的信息往往预示着危险的靠近。同时,好奇心会激活大脑的多巴胺奖励系统,既能引起学习者的注意,也能促使学习者不断努力。
最后,大概念教学强调“具体→抽象”的归纳之外,也强调“抽象→具体”的演绎,其实就是让学生在具体案例中运用大概念去判断和预测,而成功的预测会让大脑释放多巴胺,强化模式。不仅人类如此,动物也一样,比如狐狸会发现天气冷的时候兔子会较早入洞,因此,会建立起“低温一兔子”之间的关联,从而更早地候在兔子的洞穴边,而预测的成果会强化这一模式。所谓的模式在很大程度上就是我们所说的抽象的“大概念”,借此大脑能更好地预测“接下来会发生什么”。预测得到的反馈会让学生产生成就感。脑成像和神经电学研究表明,反馈能促进前额皮层的活动,而且会强化这种模式,当大脑知道会从哪种活动中获益时,它就会自然产生响应。体验到这种活动的价值,大脑会付出更多努力来投入活动中。
(二)为什么大概念不容易被遗忘?
首先,大概念教学强调抽象大概念的建立,而如前所述,抽象大概念从某种程度上来看就是一种模式,模式是指对事物之间的关系和共性的分类和组织。事实上,主导我们思维和行动的信息往往不是存储在单个神经元上的,哪怕只是一个简单的拍手行为,每个神经元都拥有一个微小的片断,多个神经元构成神经回路形成了记忆。
换言之,大脑是以模式为单位来存储信息的,只有模式才能更快地识别、存储、检索和提取信息。新的感觉信息经由杏仁核进入上脑后,在海马体中停留不到一分钟时间,能否从短时记忆上升到长时记忆很大程度上取决于是否能识别和激活现有的存储器(已有的信息以及模块),对新的信息进行处理,使之与己有信息产生连接。
此外,杰罗姆·布鲁纳(Jerome Bruner)认为,大脑形成模式的一个基本方法就是寻找相似性和差异性,形成概念类别。大概念教学就是要让学生区分正例和反例,在比较中加强对大概念的理解。这也解释了为什么类比是大概念学习的一个非常好的方式,因为喻体常常是学生更为熟悉的、强大的记忆模式,比如,“好的故事就像一个过山车,那些情节能让你体会起伏”。
其次,大概念教学的学习机制是高通路迁移,即“具体→抽象→具体”的路径,而不是低通路迁移,“具体→具体”的路径,高通路迁移实际在不断地塑造强有力的神经网络,形成神经可塑性反应,而低通路迁移则只能形成微弱的神经通路。长期以来,我们有一种错误的观念,认为大脑在我们出生时就已经定型了,事实上,尽管神经元的数量变化不大,但神经元之间的连接,也就是神经网络却在人的一生中却不断地增长和扩展。每一次有意义的信息输入都会激活神经元之间的电信号,形成神经回路,唤醒、加强、修正或改变神经网络。神经元之间的连接越多,灵活性就越强,就好比我们的交通系统,如果只有一条路,那就只能走这条路,别无选择,而如果能开发出四通八达的道路,那么你就可以灵活地选择各种路线。神经科学发现,如果要求学生一遍一遍地重复相同的信息,只会形成微弱的、固定的“孤独”通路,只能用相同的提示去检索和激发,无助于神经网络的建构,也无法迁移到新的问题解决中去。
最后,大概念不易遗忘,小概念容易遗忘。神经可塑性既可能表现为加强,也可能表现为衰退,也就是说,如果长期没有相关信息的激活,树突的连接会逐渐减少,也会不断变薄,最终会消失。这也解释了为什么我们在学校里学习的知识后来会“还给老师”。因为如果我们建立的只是适用范围局限在课本上的“小概念”,还没有上升到大概念,编织起一个牢固的概念网络,那么走出学校后,那些“小概念”会因为再也没有运用的机会,而出现遗忘的现象。
(三)为什么大概念要在润泽的学习环境下发生?
大脑深处有一个主管情绪的“边缘系统”,包括两个结构(大脑两侧各一个),称为杏仁核,负责指导下脑和上脑之间的交流,其中,下脑负责控制原始行为,包括大部分身体功能,如呼吸和消化,以及本能反应,如逃跑和防御,这也是大脑在减少能量输出的一种表现。而上脑,也称为前额皮层,负责更为高级的信息加工,比如分类、归纳、判断等,作出更为深思熟虑的反应。杏仁核可以被认为是信息流向上脑还是下脑的切换站。当处于压力状态时,比如感受到焦虑(比如考试临近时,或者作业过多时)、恐惧(比如当众发言时,被同学孤立时)、沮丧(比如考试成绩不好时,回答问题错误时)、无聊(比如重复某一简单任务时)等情绪时,信息会进入下脑,就会出现抵御或走神等行为。
图8 SEEI反思模板
大概念教学练习:大概念教学的热身运动
大概念教学无论对于教师还是学生都是一个很大的转变,因此,先期可以开展一些练习,让学生熟悉大概念教学。朱莉·斯特恩(Julie Stern)设计了一套大概念教学的热身运动,包括9个步骤。值得一提的是,如前所述,大概念的表现形式既可以是概念,也可以是观念和论题(反映概念与概念的关系,也称概念关系陈述),因此在大概念教学时,常常也会从概念形态的大概念开始过渡到观念和论题形态的大概念。
1.揭示专家思维。教师可以和学生探讨“专家为什么能记住那么多知识?如何才能成为专家?”等问题,引入大概念。比如教师可以说“向你们透露一个关于专家的小秘密。他们会利用“结构”,也就是大概念,在头脑中组织信息。有了大概念,专家们能够更轻松地记忆,更重要的是有了大概念,他们就能解决很多别人解决不了的新问题。要恭喜各位同学的是,你们现在也开始以这种方式来学习啦!”
2.区分概念和事实。每组学生会拿到一组词汇,既有概念也有事实,教师请学生找出每组词汇中的“异类”。比如“白宫、华盛顿纪念碑、安娜卡斯蒂亚河、自然景观”,学生会将“自然景观”作为异类挑出来。
3.归类事实,并概念化。展示白宫、华盛顿纪念碑、安娜卡斯蒂亚河等
或视频,让学生对这些事实进行分类,并予以概念化,比如将这些事实分为自然景观、人文建筑两大类。
4.尝试在概念与概念之间建立联系。教师可以提示学生思考概念与概念之间的关系,问一问“这两个概念之间的关系如何?”,比如思考“自然景观与人类生活有何种关联”,并用自己的语言表达出来。
5.完善概念关系陈述。告诉学生什么是好的概念关系陈述,介绍原则,比如尽量不要使用专有名词和弱动词(如“影响”“具有”这些比较笼统的词汇),并让学生尝试练习,比如修改以下陈述“华盛顿特区的建筑象征着权势”“大城市中的河流影响着交通运输”等。
6.理解概念关系陈述(观念或论题)。以小组为单位拿到概念关系陈述,比如“河流两侧往往会聚集更多的人口,因为交通方便”,学生可以讨论一下这样的概念关系陈述是否帮助他们拓展了理解,并可以对概念关系陈述进行修改。
7.促进协同思维。为概念关系陈述寻找合适的事实例证。思考“哪些事实能更好地支撑这条概念关系陈述”“有没有事实是违背这条概念关系陈述的”,比如“自然景观可以提升该地方对人才的吸引力”(比如安娜卡斯蒂亚河、岩湾公园)。
8.迁移至新问题情境中去。教师出示一些学生比较陌生的国家的地图或照片,让他们用概念关系陈述来解释。比如,用“自然景观可以提升该地方对人才的吸引力”来解释法国或中国的热点城市的产生。
9.反思和总结。学生对一系列问题进行思考,比如“概念和事实的区别是什么?”“大概念学习和传统学习有什么不同?”,具体可以用理查德·保罗(Richard Paul)提出的SEEI模板来反思,即陈述(State)、解释(Elaborate)、举例(Exemplify)和说明(Illustrate),如8所示。
本文来源：上海教育 2020,(11),28-33
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