“宇宙與地球”相異概念的國外研究簡述

孫 遜

（山東省濟寧市第一中學(xué), 山東 濟寧 2720001）

?

“宇宙與地球”相異概念的國外研究簡述

孫 遜

（山東省濟寧市第一中學(xué), 山東 濟寧 2720001）

摘要：國外學(xué)者對地理相異概念的研究集中在“宇宙與地球”方面，并發(fā)現(xiàn)學(xué)生頭腦中普遍存在關(guān)于地球模型、晝夜交替、季節(jié)變化、夏熱冬冷、正午太陽方位、月相變化等重要概念的相異概念。研究還證明雖然年齡增加會使理解能力加強，但在一些重要概念上各年齡階段出現(xiàn)相異概念的頻率變化并不太大。

關(guān)鍵詞：宇宙與地球；相異概念；國外研究

一、引言

1903年，美國的Stanly Hall啟動一個計劃，調(diào)查兒童對自然現(xiàn)象如熱、霜和火的認識，這是最早涉及兒童相異概念的研究。1929年，瑞士著名心理學(xué)家、哲學(xué)家Piaget出版了他的經(jīng)典著作《學(xué)生對于世界的認識》（The Childs Conception of the World），其中對云的移動研究發(fā)現(xiàn)，5歲左右的兒童認為“我們走使得云也跟著我們走，云在遠處跟著我們走”，這是關(guān)于相異概念的一項早期研究。

相異概念于20世紀80年代中后期開始被學(xué)者關(guān)注。Gilbertt和Swift（1985）、Abimbola（1988）認為，相異概念是學(xué)習(xí)者對一系列可理解的自然現(xiàn)象和物體建構(gòu)了基于經(jīng)驗的解釋，學(xué)習(xí)者擁有相異概念是有理由的、合理的，不一定就是絕對錯誤的，要給予學(xué)習(xí)者以智力上的尊重[1]。Dykstra（1992）、Wandersee （1994）進一步解釋認為，相異概念是在對周圍世界感性認知基礎(chǔ)上建構(gòu)的，往往具有一定的理性基礎(chǔ)，盡管學(xué)生關(guān)于世界如何運行的知識與科學(xué)家不同，甚至有些是錯誤的，但他們所持有的相異概念卻可以幫助他們解決認知結(jié)構(gòu)中的不平衡[1][2]。David（1996）支持這種觀點并指出，相異概念是一種強烈的、穩(wěn)定的認知結(jié)構(gòu)，從根本意義上影響學(xué)生的認知，即使在接受學(xué)?？茖W(xué)教育之后，相異概念依然可能存在。為了學(xué)生能夠接受科學(xué)知識，相異概念必須被克服、避免或消除[3]。

二、“宇宙與地球”方面常見相異概念

國外地理相異概念研究逐漸形成規(guī)模是從20世紀80年代開始。研究者習(xí)慣采用問卷、測試和訪談的手段探查出個體擁有哪些具體的相異概念。研究發(fā)現(xiàn)集中在地球模型、流星與恒星、晝夜交替、季節(jié)變化、夏熱冬冷、正午太陽方位、月相變化等問題上[4][5]。

關(guān)于地球模型，Vosniadou和Brewer（1992）對兒童關(guān)于地球的心理模型進行了訪談研究，發(fā)現(xiàn)學(xué)生通常具有“空間有上下之分”“沒有支撐的物體會下落”的基本信念，在這一框架理論的影響下，學(xué)生無法相信地球是球形，不然住在地球下方和兩側(cè)的人豈不要掉下去了[6]，而且這一現(xiàn)象存在跨文化的相似性。此外，一些研究表明，部分學(xué)生相信地球地面形狀像一個平坦的長方形或者圓盤形，天空和宇宙物質(zhì)在地面頂部；也有部分學(xué)生認為地球作為一個空心球體，人們居住在球體與平面“上”和“下”，天空像圓屋那樣覆蓋地面；還有部分學(xué)生形成“雙重地球”的信仰，一方面認為地球是一個人類生存的平坦地面，另一方面也知道地球是天空中一顆球形行星[7][8][9][10]。

關(guān)于月相變化，Plummer和Julia（2003）的調(diào)查報告顯示，中小學(xué)生普遍認為月相變化是由于云的移動遮擋了月亮，而年齡較大的學(xué)生和成人用地球陰影（月食模型）來解釋月相變化[11]。這種觀念在Dai和Capie（1990）、Trumper（2001）的研究中可以得到確證[5][12]。

關(guān)于晝夜交替，兒童最早形成相異概念與日常經(jīng)驗有關(guān)，比如烏云遮住太陽，白天被黑夜取代，太陽落下山。學(xué)生結(jié)合日常經(jīng)驗和文化教育，往往持有這樣的相異概念：太陽和月亮24小時圍繞靜止的地球旋轉(zhuǎn)；地球上下方位旋轉(zhuǎn)，太陽和月亮固定在兩側(cè)；地球圍繞太陽轉(zhuǎn)；月亮擋住了太陽；太陽移到別的地方[13][14]。Vosniadou和Brewer（1994）研究了兒童對晝夜交替的理解，發(fā)現(xiàn)如果兒童把大地看成平的，而不是球形的，那么很難讓他們相信晝夜交替是地球自轉(zhuǎn)造成的[15]。

關(guān)于季節(jié)變化，正確的原因是地軸與公轉(zhuǎn)軌道之間存在一定夾角，地球傾斜著身子公轉(zhuǎn)，而學(xué)生頭腦中十分盛行的相異概念是“距離理論”（distance theory），即在公轉(zhuǎn)的橢圓軌道上，地球與太陽之間不斷變化的距離引起了季節(jié)變化，冬季和夏季溫度變化是由于在這兩個季節(jié)太陽與地球之間的距離不同。例如，在地球公轉(zhuǎn)軌道變成正圓形的假設(shè)下，有28.36%的中學(xué)生和35.03%的大學(xué)生認為若是沒有了近日點與遠日點，全球接受的太陽輻射會均勻一些，四季將不再有差異，有32.84%的中學(xué)生和46.19%的大學(xué)生認為四季差異將減弱[16]。Baxter（1995）、Atwood（1996）、Ojala （1997）、Kikas（1998）等學(xué)者的研究都證實了這一

結(jié)論[17][18][19]20]。

三、教育與年齡階段對相異概念的影響

鑒于年齡對理解能力的影響，國外相異概念的研究對象大致可分為學(xué)前兒童組、中學(xué)生組、高校學(xué)生組以及教師組。年幼的兒童基于日常感知而發(fā)展天真的相異概念，例如，冬天的低溫是由于寒冷的冰雪，黑夜來臨是由于人們需要休息，太陽一天在天空中運行一個圓圈。事實上，類似“日心說”的想法不僅出現(xiàn)在兒童頭腦里，甚至還存在中學(xué)生、大學(xué)生身上[18]。

過去的30年的大量研究表明，雖然年齡的增加、教育水平的提高有利于加強理解能力，但在某些問題上，師范生也存在相異概念[19][20]。Trumper（2001）進行了一項對學(xué)生基本地理概念的評估研究，讓被試者回答21個關(guān)于地球和宇宙的題目，總結(jié)了個體普遍存在相異概念，并且發(fā)現(xiàn)學(xué)生甚至教師在一些重要概念上出現(xiàn)相異概念的頻率變化并不太大，如表1所示，這一結(jié)論與很多教育家的觀點是相一致的[6][15][21][22]。

表1　“宇宙與地球”領(lǐng)域常見的相異概念（百分比）

Trumper（2001）在以色列用問卷調(diào)查了448名初中學(xué)生，其中13歲的7年級學(xué)生有154名，8年級、9年級學(xué)生分別152名、142名。問卷內(nèi)容包括晝夜交替、月相、尺寸和距離、季節(jié)變化、太陽的位置、物體相對于地球空間距離、月球轉(zhuǎn)動、時區(qū)、日蝕原因以及關(guān)于宇宙的概念。總的來說，只有36.4%的學(xué)生對各種各樣天文學(xué)的概念做出了正確回答，且比例隨年齡增長而增加[23]?；谝陨铣晒琓rumper（2001）用相同的方法對378名以色列的高中生展開調(diào)查，其中10、11、12年級學(xué)生分別有153名、116名、109名?？傮w上，43.6%的學(xué)生做出正確回答，且比例隨年齡增長而增加[24]。

Bakas和Mikropoulos（2003）對希臘11～13歲的102名學(xué)生進行問卷調(diào)查。值得關(guān)注的是，調(diào)查是在學(xué)生完成一個單元的學(xué)習(xí)后展開的。問卷以多項選擇的形式涉及天體運動、天體尺寸、晝夜交替和季節(jié)變化的原因等天文地理概念。當(dāng)問及冬夏溫度差異的時候，79%的學(xué)生能夠解釋北極和南極的溫度變化，58.8%的學(xué)生歸因于“太陽光線角度和地表狀況的改變”。同時17.6%的學(xué)生認為溫度的變化與日地距離變化相一致，而16.7%的人認為夏天溫度較高的原因是太陽在天空中呆更長的時間[25]。

Atwood（1996）選取49名高級水平的地理專業(yè)學(xué)生。總體而言，85%的學(xué)生在與研究者的訪談中流露出了相異概念。研究發(fā)現(xiàn)有19人認為季節(jié)更替是由于日地距離變化，3人認為太陽圍繞地球造成的季節(jié)更替，7人認為當(dāng)?shù)厍蚶@著太陽轉(zhuǎn)的時候傾斜會變化，4人認為夏季時半球極點直接指向太陽[17]。

總之，大量的實證研究都指出，雖然年齡的增加會幫助理解能力增長，但各個年齡組在一些重要概念上存在的相異概念的頻率差距并不太大，而且?guī)煼渡泊嬖谝欢ǖ南喈惛拍睢?/p>

四、結(jié)語

國外對于相異概念的研究進行了數(shù)十年，但是在地理學(xué)科領(lǐng)域的理論及實踐仍起步比較晚，處于比較年輕的階段，大部分的實踐研究是利用觀察、對話手段探查出個體擁有哪些具體的相異概念。可喜的是，部分學(xué)者已開始向縱深發(fā)展，探究年齡、教育水平等因素對相異概念的影響，并且結(jié)合學(xué)科特點，著手探索具體相異概念轉(zhuǎn)變策略，例如晝夜交替、季節(jié)變化等地理概念的轉(zhuǎn)變策略，這也是今后該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1] James H Wandersee,Joel JMintzes,Joseph D Novak.Research on alternative conceptions in science[M]. Handbook of Research on Science Teaching and Learning. Macmillan Publishing Company,1994.

[2] Dykstra.Studying conceptual change in learning physics[J].Science Education,1992,76（6）:615-652.

[3] Hammer, David.Misconceptions or P-Prims:How may alternative perspectives of cognitive structure influence instructional perceptions and intentions?[J].The Journal of the Learning Sciences,1996,5（3）:97-127.

[4] Gonzalez-Espada,W.J.A last chance for getting it right:addressing alternative conceptions in the physical sciences[J].The Physics Teacher,2008,46（2）:192-209.

[5] Trumper,R.Teaching future teachers basic astronomy concepts–seasonal changes-at a time of reform in science education[J].Journal of Research in Science Teaching,43（9）:879-906.

[6] Vosniadou,Stella,Brewer,William F.Mental models of the earth:A study of conceptual change in childhood. Cognitive Psychology[J],1992,24（4）:535-585.

[7] Panagiotaki,Georgia,Nobes,Gavin,Potton,Anita. Mental models and other misconceptions in children’s understanding of the earth[J]. Journal of Experimental Child Psychology,2009,104（1）:52-67.

[8] Vosniadou,S.Capturing and modeling the process of conceptual change[J].Learning and Instruction,1994, 14（1）:45-69.

[9] Vosniadou,Stella,Skopeliti,Irini,Ikospentaki, Kalliopi.Modes of knowing and ways of reasoning in elementary astronomy[J]. Cognitive Development, 2004,19（2）:203-222.

[10] Vosniadou,Stella,Skopeliti,Irini,Ikospentaki, Kalliopi.Reconsidering the role of artifacts in reasoning: Children's understanding of the globe as a model of the earth[J].Learning and Instruction,2005,15（4）:333-351.

[11] Plummer,Julia D.Early elementary students development of astronomy concepts in the planetarium[J]. Journal of Research in Science Teaching,2003（41）:36-38.

[12] M .F .Dai & W.Capie. Misconceptions about the moon hold by preservice teacher in Taiwan[J].ERIC Document No.ED325327.1990

[13] Vosniadou S.Reframing the classical approach to conceptual change:preconceptions,misconceptions and synthetic models.Springer International Handbooks of Education,1,Volume 24, Second International Handbook of Science Education,Part 2,Pages 119-130.

[14] Eve Kikas.The influence of teaching on students'explanations and illustrations of the day/night cycle and seasonal changes[J].European Journal of Psychology of Education, 2000,15（3）:281-295.

[15] Vosniadou S, Brewer W F.Mental models of the day/night cycle[J].Cognitive science,1994（18）:123-183.

[16] Adam Scott Hicks. Alternative conceptions:a comprehensive examination of space science[D].Miami University,2009.

[17] Atwood, R. Atwood,V.Preservice elementary teachers'conceptions of the causes of seasons[J].Journal of Research in Science Teaching,1996（33）:553-563.

[18] Eve Kikas.The influence of teaching on students' explanations and illustrations of the day/night cycle and seasonal changes[J].European Journal of Psychology of Education,2000,3（15）:281-295.

[19] Kikas,E.Pupils'explanations of seasonal changes: Age differences and the influence of teaching[J]. British Journal of Educational Psychology,1998（68）,505-516.

[20] Ojala,J.Lost in space.The concepts of planetary phenomena held by trainee primary school teachers[J]. International Research in Geographical and Environmental Education,1997（6）:183-203.

[21] Baxter,J.Children’s understanding of familiar astronomical events[J].International Journal of Science Education,1989（11）:302-313.

[22] Nussbaum,J.Novak, An assessment of children’s concepts of the earth utilizing structure interviews[J]. Science Education,1976（60）,535-550.

[23] Trumper,R.A cross-age study of junior high school students’conceptions of basic astronomy concepts[J]. International Journal of Science Education,23（11）: 1111-1123.

[24] Trumper,R.A cross-age study of senior high school students’conceptions of basic astronomy concepts[J]. Research in Science & Technological Education,19（1）:97-109.

[25] Bakas,C. & Mikropoulos,T.Design of virtual environments of planetary phenomena based on students’ideas[J].International Journal of Science Education,25（8）:949-967.