科學(xué)誤概念的診斷與教學(xué)研究

葉思宇　　丁　　偉

（華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院）

科學(xué)誤概念的診斷與教學(xué)研究

葉思宇丁偉

（華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院）

概念學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)科學(xué)的基礎(chǔ)，但在學(xué)習(xí)概念的過程中經(jīng)常會產(chǎn)生一些誤概念，從而阻礙教學(xué)。通過文獻(xiàn)整理，發(fā)現(xiàn)科學(xué)誤概念的診斷工具，由測驗(yàn)問卷向畫圖工具發(fā)展，注重學(xué)生微觀水平的理解。誤概念的成因主要集中在三方面：學(xué)生日常的生活經(jīng)驗(yàn)、不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和概念的抽象性，并根據(jù)形成原因和誤概念的類型，針對學(xué)生的認(rèn)知沖突進(jìn)行概念轉(zhuǎn)化。

誤概念；診斷工具；概念轉(zhuǎn)化

概念是人腦對客觀現(xiàn)實(shí)的反映，是一類事物所共有的本質(zhì)特征。由于學(xué)生在進(jìn)行正確概念學(xué)習(xí)時，已受日常生活和先前學(xué)習(xí)的影響，可能形成與科學(xué)理論相違背的概念，故將其稱為誤概念。

誤概念具有特異性、隱蔽性、頑固性和廣泛性。由于誤概念具有特異性，所以科學(xué)學(xué)習(xí)中的誤概念不同于人文學(xué)科。誤概念具有隱蔽性，需采用有效的診斷工具進(jìn)行挖掘。誤概念十分頑固，成因多樣，故增加了概念轉(zhuǎn)變的難度。本文將從診斷工具、形成原因及轉(zhuǎn)變概念三方面，探究學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中產(chǎn)生誤概念的學(xué)習(xí)特征。

一、科學(xué)學(xué)習(xí)中誤概念的診斷

1.科學(xué)概念的測驗(yàn)問卷

隨著對科學(xué)概念的深入研究，測試工具也隨之進(jìn)步。最早是開放性問題的問卷，數(shù)據(jù)分析繁雜，后出現(xiàn)了選擇題工具。

考慮到“測驗(yàn)效應(yīng)”的影響，研究發(fā)現(xiàn)正確概念測驗(yàn)中正確概念提升得最多，而用誤概念測驗(yàn)，誤概念提升得最多（“正確概念測試”都是正確的概念表述，判斷正誤即可，誤概念測試類似）。一份測試卷正確概念和誤概念比例需得當(dāng)。

2.兩段式選擇題診斷工具

Treagust（1988）研發(fā)了“兩段式選擇題工具”，測定學(xué)生的相異概念。該工具由兩段式組成：第一段為普通問題；第二段為問題的推理原因，旨在探查產(chǎn)生誤概念的原因。Chandrasegaran（2007）等人為了解決學(xué)生“從多水平（宏觀、亞微觀、符號）描述科學(xué)現(xiàn)象”的困難，設(shè)計(jì)了一個“表征系統(tǒng)和化學(xué)反應(yīng)診斷工具”。題目設(shè)計(jì)如下所示。

【表征系統(tǒng)和化學(xué)反應(yīng)診斷工具中的測試題目之一】

當(dāng)將鋅粉加入藍(lán)色硫酸銅溶液中時，藍(lán)色漸漸褪去，溶液呈無色，同時產(chǎn)生了紅色沉淀。

上述反應(yīng)的化學(xué)方程式如下，Zn（s）+CuSO4→ZnSO4（aq）+Cu（s），

離子反應(yīng)方程式：Zn（s）+Cu2+（aq）→Zn2+（aq）+Cu（s）。

（題目第一段）為什么溶液最后變成無色？

A.銅形成一種沉淀

B.鋅更容易與硫酸銅反應(yīng)

C.硫酸銅已經(jīng)完全反應(yīng)

D.鋅已經(jīng)溶解，像糖溶解于水中一樣。

（題目第二段）你選擇上述答案的原因是什么？

①鋅離子溶于水。

②鋅比銅更容易失去電子。

③藍(lán)色可溶的Cu2+，完全形成不可溶的紅色Cu單質(zhì)。

④可溶的Cu2+形成一種藍(lán)色溶液，然而Zn2+形成一種無色溶液。

分析該題目第二段，選擇③的學(xué)生，從宏觀現(xiàn)象分析亞微觀水平；選擇④的學(xué)生，從宏觀表征進(jìn)行分析。由此可見，兩段式診斷工具能夠剖析學(xué)生的思維方式。

3.開放式畫圖工具

Kern等人（2010）開發(fā)了“開放式的畫圖工具”。Nyachwaya （2011）等人利用該工具，檢測學(xué)生配平化學(xué)方程式以及畫出這些反應(yīng)微觀圖的能力，題目如下所示。

【微觀水平的化學(xué)方程式題目之一】

AgNO3和CaCl2反應(yīng)，生成AgCl和Ca（NO3）2，化學(xué)方程式如下所示：

___AgNO3（aq）+___CaCl2（aq）→___AgCl（s）+___Ca（NO3）2（aq）

a.為該化學(xué)方程式配平，填寫空格。

b.在下面空白處，畫出你心中所想的該化學(xué)方程式的微觀圖，好像看見該反應(yīng)過程中的原子和分子。記住正確畫出每個反應(yīng)物和生成物的原子和分子個數(shù)。

某學(xué)生的微觀圖如下圖所示，學(xué)生將C和O直接連在Ca上面，從中看出該學(xué)生不理解聚合離子的結(jié)構(gòu)。

某學(xué)生微觀圖

三種工具都有各自的特點(diǎn)和局限性?！案拍顪y驗(yàn)問卷”容易統(tǒng)計(jì)且直觀，卻不能探查學(xué)生的心智模型。而“兩段式選擇題工具”和“畫圖工具”，能夠就某一問題進(jìn)行深入剖析，前者數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)繁瑣，后者畫圖分類整理需要技術(shù)。

二、科學(xué)誤概念的成因

1.日常的生活經(jīng)驗(yàn)

學(xué)生每日接觸各種生活信息，常常將一些概念與生活相聯(lián)系，而有些現(xiàn)象會導(dǎo)致學(xué)生錯誤理解概念。曾有學(xué)者對“輻射”概念進(jìn)行了一次探索性研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對“輻射”的理解都只局限于核輻射，而且覺得輻射很危險。由于他們?nèi)粘＝佑|手機(jī)、家用電器等比較多，認(rèn)為“輻射的來源都是工廠和人造的東西”，沒想到一些自然物質(zhì)也會釋放輻射。還有的認(rèn)為“光和輻射不一樣”，其實(shí)光也是一種輻射類型。少部分認(rèn)為“輻射類似于輻射粒子，穿上雨衣可以抵擋”。

日常的生活經(jīng)驗(yàn)既能幫助學(xué)生理解抽象概念，同時又局限了概念的理解。教學(xué)時需開拓學(xué)生的眼界，避免概念的狹義化理解。

2.不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法

某學(xué)者研究學(xué)生對“水?dāng)U散”概念的理解時發(fā)現(xiàn)，大部分人都認(rèn)為“水分子只有自由擴(kuò)散一種方式，而沒有專門通道”。究其原因，生物學(xué)上，一般利用“反滲透的原理”講解“水進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散”，以至于產(chǎn)生誤概念。由此可見，教師的教學(xué)方法和案例，若不嚴(yán)謹(jǐn)或使用不恰當(dāng)，都會產(chǎn)生誤概念。

3.概念的抽象性

科學(xué)是復(fù)雜的，很多概念都很抽象。如“物質(zhì)溶于水的過程”，有的認(rèn)為“糖溶于水后形成新的物質(zhì)”；還有的認(rèn)為“氯化鈉在水溶液中是以分子形成存在的”。Basil M.Naah（2012）等人檢測學(xué)生書寫“離子化合物溶解于水中的電離方程式”，并對出現(xiàn)的誤概念進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)四個誤概念：（1）學(xué)生認(rèn)為“離子鹽在水中發(fā)生置換反應(yīng)”。（2）學(xué)生認(rèn)為“離子鹽溶解呈中性原子或分子，可替代陽離子和陰離子”。（3）學(xué)生混淆下標(biāo)和系數(shù)，不知道其作用。（4）學(xué)生認(rèn)為“多原子離子分解呈更小的粒子”。

即使是學(xué)生非常熟悉的科學(xué)現(xiàn)象，由于概念的復(fù)雜性，仍會產(chǎn)生誤概念。誤概念形成的原因有多種，除了文中提到的，還有誤概念本身的特性，如頑固性、持久性，這些因素都會影響學(xué)生的理解。有時并不是由一方面原因造成的，很可能是多方面因素的共同作用。

三、科學(xué)誤概念的轉(zhuǎn)變

1.認(rèn)知沖突與學(xué)生立場的關(guān)系

研究者認(rèn)為，以下四個因素會影響學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變：先前知識的性質(zhì)；新的替代模式和理論的特征；轉(zhuǎn)變觀念時呈現(xiàn)信息的方法；學(xué)生對反常數(shù)據(jù)加工的深度。

Gyoungho Lee（2011）探究認(rèn)知沖突與學(xué)生反應(yīng)的關(guān)系時提出：學(xué)生對反常數(shù)據(jù)的新反應(yīng)——表面概念轉(zhuǎn)變，還發(fā)現(xiàn)焦慮對概念轉(zhuǎn)變具有負(fù)面影響?！氨砻娓拍钷D(zhuǎn)變”是指學(xué)生雖然轉(zhuǎn)變了原有知識，卻不知其意。雖然很多學(xué)生不理解范例的答案，但是相信老師講解正確，僅“表面上”進(jìn)行了概念轉(zhuǎn)變。

研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知沖突分?jǐn)?shù)與學(xué)生反應(yīng)具有一定的相關(guān)性，結(jié)果與耶克斯-多德森定律一致，如果學(xué)生經(jīng)歷過低過高的認(rèn)知沖突，都會對學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面影響，所以適當(dāng)水平的認(rèn)知沖突具有概念轉(zhuǎn)變的潛能。

2.誤概念的轉(zhuǎn)化

對于誤概念的轉(zhuǎn)化方法，一般分為三類：測試卷、教學(xué)干預(yù)和多媒體技術(shù)。測試卷包括概念轉(zhuǎn)化試卷等；教學(xué)干預(yù)包括合作學(xué)習(xí)、概念圖、實(shí)驗(yàn)等；新媒體技術(shù)則是3D動態(tài)圖、反應(yīng)機(jī)理動畫等。

有的概念轉(zhuǎn)化方法并不明顯，原因是忽略了誤概念的類型。研究者將誤概念按其復(fù)雜性分為三類：錯誤理念、缺陷心智模型和不正確的本體論類別。而目前對特定類型的誤概念進(jìn)行指導(dǎo)性干預(yù)的研究比較少。Soniya等人（2012）就對心智模型水平的“循環(huán)系統(tǒng)”概念進(jìn)行了轉(zhuǎn)化研究，采用“類比比較”和“自我解釋”兩種方法，比較兩者成效。由于心智模型更加強(qiáng)調(diào)各命題之間的相互聯(lián)系與特征，“類比比較”的方法更適合轉(zhuǎn)化心智模型水平上的概念。

診斷工具由問卷向畫圖發(fā)展，關(guān)注學(xué)生對科學(xué)概念的微觀理解。教學(xué)不能僅停留在表面的宏觀教學(xué)，要深入到微觀，幫助學(xué)生從本質(zhì)上理解科學(xué)概念?？紤]形成科學(xué)概念的原因，教師對概念的反應(yīng)應(yīng)比學(xué)生更加敏感，從形成原因入手，結(jié)合誤概念類型，成功轉(zhuǎn)化誤概念。

［1］王祖浩.化學(xué)教育心理學(xué)［M］.南寧：廣西教育出版社，2007：29-31.

［2］A.L.Chandrasegaran.The development of a two-tier multiplechoice diagnostic instrument for evaluating secondary school student' s ability to describe and explain chemical reactions using multiple levels of representation［J］.Chem.Educ.Res.Pract，2007，8（3）：293-307.

［3］JamesM.Nyachwaya.Thedevelopmentofanopen-endeddrawingtool：analternativediagnostictoolforassessingstudents'understand ing of the particulate nature of matter［J］.Chem.Educ.Res.Pract，2011（12）：121-132.

［4］Basil M.Naah，Michael J.Sanger.Student misconceptions in writing balanced equations for dissolving ionic compounds in water［J］.Chem.Educ.Res.Pract.2012（13）：186-194.

［5］Gyoungho Lee·Taejin Byun.An Explanation for the Difficulty ofLeadingConceptualChange Using aCounterintuitiveDemonstration：The Relationship Between Cognitive Conflict and Responses［J］. Res.Sci.Edu，2012（42）：943-965.

［6］Soniya Gadgil et al.Effectiveness of holistic mental model conf rontation in driving conceptual change［J］.Learing and Instruction，2012（22），47-61.

丁偉，女，黑龍江人，華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院副教授，教育學(xué)博士，主要從事化學(xué)教育研究。

·編輯薛直艷

Misconception’s Diagnosis and Conceptual Change on Scientific Teaching

Ye Siyu Ding Wei

Studying concepts is a basis of learning science.When they learn scientific concepts，students will have some misconceptions which impede teaching.This study organizes and analysis a few literatures.Scientific misconception’s diagnostic instruments have a development trend from multiple-choice instrument to drawing tool，focusing on student’s micro-level understanding.Causes of formation contain mainly students’experience of daily life，unsuitable teaching methods as well as the concept of abstraction.According to causes of formation and the styles of concept，teachers implement the conceptual transformation of students’cognitive conflict.

misconception；diagnostic instruments；conceptual change

葉思宇，女，浙江溫州人，華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，碩士生，主要從事化學(xué)教育研究。