概念教学刍议（四）：概念表征理论及其教学启示

                                                 赵占良

       摘要：概念的心理表征是指概念在人们头脑中的存在方式。关于概念表征的理论包括特征说、原型说、样例说、理论说、多元表征说等。各种学说都对部分类型的概念具有一定的解释力，同时对概念教学有一定启示作用。在教学中要针对概念的类型和学生的年龄特征，激活或调动学生的表象编码系统和语言编码系统，提高概念教学的有效性。

       关键词：概念表征；具体概念；抽象概念；表象编码；语言编码

 

        概念教学中存在一种现象，即教师把表达概念的名词和定义当作概念本身，帮学生逐字逐句分析定义，于是概念教学几乎等同于语句分析，似乎概念能像板书写在黑板上那样，直接摹写在学生的头脑中。这些做法的背后是教师关于概念存在方式的观念在起作用。概念在头脑中的存在方式到底是什么样的？对这一问题的认识直接影响到概念教学的行为。

一、什么是概念的表征

        表征是指信息记载或表达的方式。［１］概念的表征是指概念的记载和呈现方式，其中，概念在大脑中的记载和呈现方式叫作概念的心理表征或内在表征，概念在人际交流中的记载和呈现方式叫作概念的外在表征。词典中的每个词条及其释义就是概念的外在表征，以文字的形式表达了概念的名称、内涵和外延。教材中每个概念的定义和例子也是概念的外在表征，有时还会以图解、符号、等式或不等式等形式出现。同一个概念，在不同书籍中一般有基本相同的表达，然而在不同的人的头脑中存在形式往往是有差别的，就像一千个读者心中有一千个哈姆雷特一样。科学教育中的概念教学，目的就是让学生头脑中建构接近于“词典中的概念”的概念，特别是要掌握概念的实质意义，这就需要深入了解概念在大脑中的存在方式，即概念的心理表征。本文所说的概念的表征，主要就是指概念的心理表征。

 

二、概念表征的理论

关于概念在大脑中以什么方式存在的问题，许多专家进行了深入的研究，提出了各种学说。

（一）特征说

      在20世纪70年代以前，学界普遍认为，概念所表征的就是一个概念的所有例证共同具有的充分且必要的特征，这些特征又叫定义性特征（defining features）。［２］如果一个事物具有某概念的充分且必要的特征，它就是这个概念的例证，反之则不是。换句话说，一个事物要么是某概念的例子，要么不是。一个概念的所有例子的地位是平等的。例如，一个图形只要具有“有三条边、是封闭的几何图形”这两条充分且必要的特征，它就是三角形，否则就不是三角形，只要符合这两条特征的图形都是三角形合格的正例。

       特征说作为概念表征的经典理论，对许多概念的存在形式作出了合理的解释。但是这种观点过于绝对化了。首先，有些概念难以用充分且必要的特征来表征。在一个实验中，实验者以家具、水果、衣服、交通工具等概念做实验，每个概念呈现20例证，要求被试列出这20个例证的共同特征。结果发现，被试并不能像预期的那样列出这些共同的特征。［２］再例如，对“植物细胞”这个概念来说，有细胞壁、有成形的细胞核、有质体的细胞，可以看作其定义性特征，有叶绿体和中央大液泡并不是所有植物细胞都具有的特征，即不是必要特征，但是，同没有叶绿体和中央大液泡的植物细胞相比，一个有叶绿体和中央大液泡的细胞显然被认为是植物细胞更为典型的例证，这就是所有的教科书中植物细胞结构模式图都画有叶绿体和中央大液泡的原因。可见，对一个概念来说，各种例证的典型性是有差异的。

（二）原型说

        20世纪70年代，有学者提出概念表征的原型说。［２］原型说认为，概念的表征不是概念例证的定义性特征，而是存在于人们头脑中的概念原型。要理解原型说，可以借用影视剧的例子。比如剧中农民的角色，如果演员形象过于白皙斯文，人们就会说他不像农民，这是因为他的形象与人们头脑中的农民原型不符。人们头脑中的农民原型，并不是像照片那样清晰的某个农民的形象，也不一定是某条只有农民才有的形象特征，而是将众多农民的形象合成为一种比较模糊的“共相”，这样的原型其实就是农民这一概念的表征。再比如，关于鸟的概念，在人们头脑中保存着一种类似麻雀、家燕那样的动物的形象，这个形象就是鸟的概念原型，也就是鸟的概念在人们头脑中的存在形式，人们是通过这个原型来表征鸟的概念的。如果看到一种动物与原型相近，就会判断它是鸟类；如果看到一种动物与原型差异很大，就会判断它不是鸟类。

      原型说解决了特征说不能解决的一些问题，如有些概念很难找出其定义性特征，不同例证的典型性存在差异等。但是，研究者很快就发现，它也存在明显的局限，比如，它只适用于具体概念的表征，对于抽象概念，如民主、正义、道德，就很难通过原型去表征了。我们不妨再以生物学概念略作验证。对于细胞、植物细胞、动物细胞、叶表皮细胞、神经细胞等概念，大体可以用原型去表征，但对于同化作用、异化作用、细胞代谢、激素、表观遗传、自然选择等概念，原型说是明显不能适用的。

（三）样例说

        与原型说相近的概念表征理论还有样例说［３］，也称范例说［４］。样例说认为，概念在认知系统中的储存形式是一个个具体的范例和情境，而不是在具体例子基础上合成的原型。按照这一理论的解释，人们在判断一个新例子是否属于某个概念的正例时，主要根据它与记忆中存储的一个或多个正例的相似程度来进行。比如，一个人的记忆中存储了多个品种的狗的模样，当他再看到一只陌生的狗时，他就会将这只狗与记忆中狗的实例进行对比，如果与记忆中的某个狗的实例非常接近，就判定这确实是狗。这一理论得到了相关实验证据的支持，但是它的不足也是明显的，原型说不能解决的抽象概念的表征问题，它同样未能解决。

        原型说和样例说都主张概念表征是利用概念所代表的成员间的相似性来进行的。实际上，世界上任何两个物体都可以找到相似性，一个种概念的不同实例之间有相似性，同一个属概念下的不同种概念的实例之间也有相似性。当人们遇到一个陌生的实例时，应该与头脑中储存的哪一级原型或实例比较相似性呢？这是原型说和样例说都不能解释的问题。

（四）理论说

        为了解决上述相似性理论的困境，研究者又提出另一种观点——理论说。这种观点主张，概念的表征不是孤立地根据这个概念所代表类别的特征、原型或样例，而是在一定理论的指导下进行的，也就是更强调个人的知识背景在概念表征中的作用。［５］以下笔者以鲸的概念为例来说明。

      鲸是哺乳动物而不是鱼，虽然它外形像鱼，也像鱼一样生活在水中，且不具有哺乳动物一个普遍而显著的特征——体表被毛。当然，它具有胎生、哺乳等哺乳动物的主要特征。它既有与鱼吻合的特征，也有与哺乳动物吻合的特征，为什么人们在确认它属于鱼还是哺乳动物时，只选择重视它与哺乳动物吻合的特征，对它像鱼而不像哺乳动物的特征采取忽略态度呢？这是由于动物分类和进化的理论在起作用。过去人们大都认为鲸是鱼类，因此俗称“鲸鱼”，是因为那时动物分类和进化理论尚待发展或普及，不过这也说明基于相似性的概念表征也是存在的。

       理论说还注意到概念表征的情境相关性。一个形状和大小介于杯子和碗之间的饮食工具，给它倒满啤酒时，人们就认为它是杯子；给它盛上米粥时，人们就认为它是碗。同样是番茄（西红柿），厨师用它做西红柿炒鸡蛋时，它就被看作蔬菜；同其他水果一起摆在果盘里时，它就被看作水果。

       理论说过于强调已有理论和知识结构在概念表征中的作用，不看重相似性。实际上，有许多的例子表明，基于相似性的表象编码，在许多概念的表征中起着重要作用。

       之后发展起来的双层表征说，弥补了理论说的不足。双层表征说综合了上述四种学说的优点，提出概念的表征包括核心成分和原型或样例两层结构。核心成分就是概念的实质性内容，即概念的内涵；原型或样例则在外围对概念的表征起辅助作用。［２］比如祖母的概念，其核心成分应该是一个人的父亲的母亲，也就是说，作为祖母的人，必须是有孙子或孙女的女性。但儿童往往将头发白、年龄大的女性作为“祖母”的原型或样例来表征“祖母”的概念，而成年人的祖母概念中，白头发、年龄大等成分会淡化，祖母与孙辈关系这一概念实质会占据核心地位。

（五）多元表征说

       上面所介绍的概念表征学说基本上都是针对具体概念来说的，也就是针对客观存在的物质实体及其属性的概念来说的，其共同特点是不同程度地通过表象编码来形成概念，而表象来自感觉和知觉。由于这些概念的具身性比较突出，近些年来兴起的具身认知理论又深化了人们对表征的认识。对于抽象概念（如公平、正义、民主等）来说，其表征的对象并非客观存在的物质实体，人们无法通过感觉器官来获得表象，原型和样例就无从谈起，上述理论就难以适用了。

      实验研究表明：人们对图形和抽象概念的记忆、再现和作出反应的速度是不同的，对图形的记忆和相关反应要明显快一些，对抽象概念的记忆和相关反应则要迟缓；当被试学习了抽象概念的文字定义后，对抽象概念作出相关反应的速度会加快。这说明具体概念通过感知觉参与的表象编码学习更加有效，而抽象概念通过语言文字的学习会更加有效。人类的概念系统太复杂了，各种各样的概念不可能都通过单一的机制来表征，于是，多元表征理论应运而生。

         多元表征理论主张人类概念的表征方式是多元化的。［６］早在20世纪80年代，研究者就提出了双重编码理论。［７］该理论认为，人的大脑中存在着基于形象的和基于语言的两套概念表征系统，对于具体概念，需要在感知经验基础上，通过表象编码和语言编码来获得概念表征，对于抽象概念，则只需要语言编码来参与概念表征。其具体机制还有待进一步研究。

        关于概念形成与语言的关系，维果茨基的论述颇有参考价值。“当一系列被抽象了的特征重新综合时，当用这种方法获得的抽象的综合成为主要的思维形式时（儿童借助这种抽象的综合理解和认识他周围的现实），才会出现概念。正如上面我们所说过的，实验表明，在形成真正的概念中起决定作用的是词语。儿童正是借助词语才能自如地注意一些特征，借助词语他才能将抽象的概念符号化，把词语用做人类思维创造的一切符号中最高级的符号。”［８］

       研究者还发现，多元表征在不同年龄的儿童身上有不同的表现。年龄越小的儿童，越倾向于在事物的表面特征基础上建立概念。把看似凶猛的狗的面具戴在一只温顺的猫的头上，问儿童这是什么动物，3～6岁的儿童会认为这是一只狗，并拒绝宠爱它，6岁的儿童能忽略面具，认为它仍然是一只猫。［９］随着年龄的成长，儿童越来越不注意表面的显著特征，而更多地关注抽象的性质。

三、概念表征理论的教学启示

         关于概念表征的各种理论尽管有不一致之处，但它们并不是完全矛盾的，而是都有一定的合理性和适用范围。“每一种理论都可以解释概念学习的不同方面。比如：正方形概念更可能以特征的形式来编码；其他的，比如汽车，可能以原型的形式呈现；还有一些，比如狗或者鸟，可能以范例进行编码。”［10］后来的理论总是在弥补前面理论的缺陷，使人们对概念表征的认识越来越全面和深入。各种表征理论都能给概念教学以启发。

        特征说提示我们，对于有定义性特征的概念，在教学中应该让学生抓住概念所代表的事物的关键特征，而忽略其他相关特征和无关特征。在判断一个事物是否这个概念的正例时，其定义性特征起到关键的作用。特征说还提示我们，好的定义能够促进概念的学习。

        原型说和样例说提示我们：对于基于感知觉经验的、表象编码所表征的概念，在教学中应该重视学生的观察活动，通过观察建立表象，形成概念；在遇到这个概念的新例子时，能够通过比较它与头脑中储存的原型或样例的相似性，来判断它是否属于这个概念所代表的事物类别。具身认知理论进一步强化了这种认识，强调了身体动作、感觉、知觉乃至情绪体验在概念学习中的重要作用。［11］

        基于理论的概念表征说提示我们，人类对概念的表征并不是按图索骥，每个人原有的知识背景甚至所处情境都影响概念的表征。因此，在教学中不仅要让学生掌握概念所表征的事物的特征，还要让学生掌握相关的理论知识，理解为什么这个特征是关键的，那个特征是不重要的，提高概念理解的深刻性。比如鸟类的概念，企鹅、鸵鸟等不像绝大多数鸟类那样能够飞翔，但跟其他鸟类一样有羽毛、体温恒定、卵生，既然将它们归为鸟类，说明未将飞翔视为鸟类的关键特征，而将有羽毛、体温恒定、卵生等视为鸟类的关键特征。这是为什么呢？从动物进化角度看，比鸟类低等的动物也有能够飞行的，如昆虫、古代爬行动物翼龙等，但它们都是变温动物。只有鸟类和哺乳动物是恒温动物，它们在进化地位上是最高等的。维持恒定的体温需要有相应的结构和生理机制，鸟类的羽毛、哺乳动物的体毛，都对维持体温恒定起着重要作用，因此有羽毛和体温恒定是鸟类的关键特征。同样是恒温动物，鸟类和哺乳动物的重要区别在于鸟类是卵生的，哺乳动物是胎生的，因此，也将卵生列为鸟类的关键特征。由此可见，重视概念表征背后的理论背景的教学，能够提高概念理解的深刻性。

         多元表征说提示我们，概念种类的多样性决定表征方式的多元化，具体概念和抽象概念的表征方式是不同的。生物学中大量的概念是对生命系统各个层次结构与功能的描述，属于具体概念，如动植物的分类、人体的基本组织、神经系统的组成和结构等，应该给学生提供大量的可观察的实物或图片，帮助学生了解其各种特征、掌握定义性特征、建立表象，在此基础上讲解其名称和定义，使学生的表象编码系统与语言编码系统建立联结，完成概念的表征。细胞和组织等概念，必须建立在表象的基础上，而表象来自观察，如果学生看不到细胞和组织，语言描述得再详尽透彻，概念的建构也难以到位。再比如原子的概念，如果没有原子结构模型图和行星围绕太阳转的类比来帮助学生展开想象，仅靠语言描述是很难让学生理解电子与原子核的关系的。

         生物学中还存在大量的抽象概念，如化学反应的活化能、遗传信息、基因频率、稳态、生态系统的稳定性等，教学中应该主要调动学生的语言编码系统，结合一些用语言描述的实例，用语言揭示概念的实质意义，并且尽量辅之以模式图、示意图等可视化媒介，激活表象编码系统，使概念的表征更加生动和明晰，便于理解和形成长期记忆。

        不同年龄的儿童多元表征策略的差异提示我们，在概念教学中，不能刻板地按照概念的类型确定概念的教学方式，而是要关注学生的年龄特征，进行概念学习的进阶研究，将学生的心理特点和概念本身的特点结合起来考虑，设计最适合学生的概念教学策略和方法。

         双重编码理论还提示我们，在教学中要注意处理概念与表达概念的语言之间的关系。语言在揭示概念的内涵方面起着决定性的作用，那种以为只让学生观察一个个样例，学生就能自动完成概念建构的想法，用于科学教育是不切实际的。当然，另一种极端的做法，即只对概念的定义做说文解字式的解释和说明，不让学生观察和分析具体例子，也是不可取的。

参考文献

［1］杨盛春．知识表征研究述评［J］．科技情报开发与经济，2012（19）：145．

［2］王小明，鞠瑞利．现代认知学关于概念表征的研究［J］．上海教育科研，1998（10）：32-35．

［3］韩劢．认知心理学中概念结构观的演变［J］．淮北煤炭师范学院学报（哲学社会版），2004（3）：132．

［4］郭建鹏．概念学习理论及其条件述评［J］．心理研究，2010（2）：4．

［5］赵冬梅，刘志雅，莫雷．基于理论观的类别研究进展［J］．应用心理学，2009（1）：74-76．

［6］殷融，叶浩生．多元表征假设：概念表征机制的新观点［J］．心理科学，2014（2）：482-489．

［7］申继亮．心理表征的若干研究［J］．心理科学进展，1988（1）：24．

［8］维果茨基．维果茨基教育论著选［M］．余震球，译．北京：人民教育出版社，2004：172．

［9］简妮·爱丽丝·奥姆罗德．学习心理学（第6版）［M］．北京：中国人民大学出版社，2015：187，200-201．

［10］保罗·埃根，唐·考查克．教育心理学——课堂之窗（第6版）［M］．北京：北京大学出版社，2009：356，354．

［11］殷融，曲方炳，叶浩生．具身概念表征的研究及理论述评［J］．心理科学进展，2012（9）：1372-1381．

（本文选自《中小学教材教学》2020年第10期。作者系人民教育出版社副总编辑，编审，中国教育学会生物学教学专业委员会原理事长，人教版中学生物学教材主编。）