初一新生晝夜現(xiàn)象的前概念表現(xiàn)及其心智模型

張鵬韜，王 民，哈 斯

一、問題的提出

雖然我國(guó)正式的地理課程在初中才開設(shè)，但新入學(xué)的初一學(xué)生并不是“兩手空空”地走進(jìn)地理課堂。他們?cè)谛W(xué)階段的學(xué)習(xí)和日常生活中，已經(jīng)初步建構(gòu)了關(guān)于地球科學(xué)的若干概念。然而，這些概念知識(shí)里包含了大量的與業(yè)已確立的科學(xué)知識(shí)不一致的信念，它們被稱為前概念（preconception）、“錯(cuò)誤概念”（misconception，我國(guó)臺(tái)灣學(xué)者將其音譯為“迷思概念”）、“相異概念”（alternative conception）、“幼稚信念”（naìve belief）等。［1］本文采用“前概念”這個(gè)名稱，緣于其發(fā)生在正式教學(xué)之前，并可以通過(guò)教學(xué)進(jìn)行改正。［2］［3］心智模型（mental model）在前概念的形成與轉(zhuǎn)變過(guò)程中發(fā)揮重要作用，它被定義為可以表現(xiàn)具體的情境或推理的視覺—空間圖像的內(nèi)部概念系統(tǒng)。［4］心智模型源自并受制于個(gè)體內(nèi)隱的概念結(jié)構(gòu)，影響個(gè)人對(duì)現(xiàn)象的感知和對(duì)表征的理解。［5］從建構(gòu)主義的角度看，概念的理解就是通過(guò)心智模型的構(gòu)建而將新信息整合到現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)中。［6］促進(jìn)前概念向科學(xué)概念的發(fā)展和轉(zhuǎn)化，建構(gòu)高效的心智模型，被認(rèn)為是教育的挑戰(zhàn)之一。［4］可以說(shuō)，研究前概念是進(jìn)行有效地理教學(xué)的基礎(chǔ)，因此有研究者提出了“為概念轉(zhuǎn)變而教”的教學(xué)原則。［7］

在我國(guó)各版本初中地理教材中，初一新生最先接觸的多是關(guān)于地球科學(xué)的知識(shí)，例如地球的運(yùn)動(dòng)、晝夜現(xiàn)象與四季交替等概念。但由于前概念的存在，影響了他們對(duì)這些地球科學(xué)知識(shí)的正確理解，導(dǎo)致教師講課難、學(xué)生入門難的現(xiàn)象出現(xiàn)。［8］本文的目的在于以晝夜現(xiàn)象為例，探究初一新生在該主題下常見的前概念，為地理教學(xué)提供參考。

二、當(dāng)前研究進(jìn)展

對(duì)晝夜現(xiàn)象的相關(guān)前概念研究是科學(xué)教育領(lǐng)域中的一個(gè)重要主題，如地球形狀、晝夜更替、晝夜產(chǎn)生的原因等，各種研究長(zhǎng)盛不衰。美國(guó)學(xué)者詹克與佩拉（Janke&Pella）在1972年曾按照學(xué)界認(rèn)可度梳理了52條地球科學(xué)概念，其中晝夜現(xiàn)象（Day and Night）概念被表述為：地球上的晝夜現(xiàn)象來(lái)自地球在太陽(yáng)系中的位置以及地球繞地軸的自轉(zhuǎn)。［9］羅林斯等（Rollins,et al.,1983）將這個(gè)定義簡(jiǎn)化成：地球繞著地軸自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了白晝和黑夜。后者在研究中，將晝夜現(xiàn)象和另外四個(gè)概念（季節(jié)、環(huán)境、地球演化、太陽(yáng)能）以選擇題的形式測(cè)查美國(guó)得克薩斯州高中生的概念理解水平，發(fā)現(xiàn)他們對(duì)晝夜現(xiàn)象的理解在5個(gè)概念中處于較好水平。［10］希臘學(xué)者弗斯尼亞多（Vosniadou）對(duì)晝夜更替的原因進(jìn)行了持續(xù)地研究。在他與布魯爾（Vosniadou&Brewer）1992年對(duì)地球形狀的研究中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)地球形狀的誤解已經(jīng)影響到他們正確理解晝夜更替的原因［5］，并隨后在1994年對(duì)此作了專門的研究，提出了兒童關(guān)于晝夜更替原因的8個(gè)心智模型。［11］2017年，弗斯尼亞多與另一位合作者（Vosniadou&Skopeliti,2017）又以科學(xué)文本為變量，對(duì)學(xué)生這一前概念產(chǎn)生的原因進(jìn)行了探討。［12］對(duì)晝夜現(xiàn)象的錯(cuò)誤理解在職前教師群體中同樣存在，他們可能會(huì)表現(xiàn)出對(duì)其成因的錯(cuò)誤建模或語(yǔ)義解釋。［13］

這些研究與本文所關(guān)注的晝夜現(xiàn)象概念有所區(qū)別。它們主要關(guān)注的是學(xué)生對(duì)晝夜現(xiàn)象更替原因的理解，均從地球運(yùn)動(dòng)的角度分析學(xué)生關(guān)于地球、太陽(yáng)和月球的相對(duì)位置與變化的心智模型，而忽視了對(duì)晝夜現(xiàn)象本身的表現(xiàn)進(jìn)行調(diào)查與分析，未能涉及晨昏線、晝夜半球等概念。二者的區(qū)別是：晝夜更替由地球自轉(zhuǎn)引起，其相關(guān)概念是地球的運(yùn)動(dòng)；而晝夜現(xiàn)象則是由于地球是個(gè)不透明的球體導(dǎo)致，其相關(guān)概念是地球的形狀。晝夜現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)是晝夜更替的下位概念，但已有研究罕有涉及。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為：不應(yīng)將學(xué)生對(duì)晝夜現(xiàn)象的理解視作理所當(dāng)然。本概念可以表述為：地球是個(gè)不發(fā)光、不透明的球體，太陽(yáng)只能照射到其中一個(gè)半球，因此在同一時(shí)刻的不同地區(qū)產(chǎn)生了晝夜的差別。

三、研究方法

（一）數(shù)據(jù)收集

本研究基于一項(xiàng)對(duì)北京市某區(qū)新入學(xué)初一學(xué)生的科學(xué)能力測(cè)試，實(shí)際完成測(cè)試的共有5 133名學(xué)生（12-13歲），分別來(lái)自該區(qū)36所中學(xué)。他們此時(shí)剛剛結(jié)束小學(xué)階段的學(xué)習(xí)，在進(jìn)入中學(xué)兩周后填寫了這份試卷。本研究涉及其中地球科學(xué)試題的兩個(gè)問題，分別是一道選擇題和一道畫圖題。

地球形狀被認(rèn)為是理解晝夜現(xiàn)象等多個(gè)概念的基礎(chǔ)［6］，因此本研究設(shè)置了一道關(guān)于地球形狀的選擇題，讓學(xué)生在四個(gè)選項(xiàng)中選出正確的關(guān)于地球形狀的描述。這些選項(xiàng)源自學(xué)生的不同概念模型，根據(jù)其基于科學(xué)事實(shí)的多少而分為四個(gè)等級(jí)：（a）平面地球；（b）圓環(huán)地球；（c）正球體地球；（d）橢球體地球（Sharp,1999）。［6］同時(shí)，我們?cè)O(shè)置了畫圖題，這是測(cè)查學(xué)生心智模型的有效方法，在研究中得到了廣泛運(yùn)用（如Vosniadou&Brewer,1992;Vosniadou&Brewer,1994;Shepardson,et al.,2011;Reinfried&Tempelmann,2014;Vosniadou&Skopeliti,2017）。［5］［11］［12］［14］［15］本研究要求學(xué)生畫出被太陽(yáng)照射的地球，并用陰影表示出不能被照亮的部分，即夜半球。此題目的在于探究學(xué)生對(duì)地球形狀及晝夜現(xiàn)象的概念認(rèn)知。畫圖題中給出了部分背景（平行照射的太陽(yáng)光線），以規(guī)范學(xué)生的作答，避免在非本文關(guān)心的問題上出現(xiàn)冗余信息，便于對(duì)學(xué)生作答情況進(jìn)行分析建模［3］，同時(shí)也降低了學(xué)生的作答難度，便于進(jìn)行大樣本分析。

（二）試卷批閱與評(píng)分層級(jí)的確定

試卷批閱由全區(qū)46名初一科學(xué)課程教師共同完成，他們多由物理教師兼任，不太熟悉地球科學(xué)知識(shí)和判卷方法，因此進(jìn)行了閱卷培訓(xùn)。在正式批閱前先由研究者進(jìn)行了預(yù)閱，確定學(xué)生在畫圖題上的評(píng)分層級(jí)，然后對(duì)所有閱卷教師進(jìn)行培訓(xùn)，并在所有試卷批閱的全程跟隨指導(dǎo)，以保證評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。

確定評(píng)分層級(jí)時(shí)，我們借鑒了貝尼克等人（Béneker,et al.,2015）的內(nèi)容分析編碼方法。［16］每一題的預(yù)閱都進(jìn)行了60份以上，在其中不斷修改我們的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，直到所有閱卷者得出結(jié)論：新的層級(jí)分類已經(jīng)涵蓋了所有學(xué)生的能力水平，加入再多的試卷也不會(huì)再有新的評(píng)分層級(jí)出現(xiàn)了。下文中出現(xiàn)的評(píng)分層級(jí)由此確定而來(lái)。

（三）數(shù)據(jù)分析

對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析由SPSS 23.0完成。對(duì)學(xué)生前概念的個(gè)案分析使用了隨機(jī)抽樣的方式。學(xué)生的作答結(jié)果以36個(gè)學(xué)校為單位分別存放，各學(xué)校按照校名的字母順序排列。我們等距抽取了其中的6所學(xué)校進(jìn)行預(yù)研究，在發(fā)現(xiàn)一些前概念之后，我們?cè)谄渌麑W(xué)校中也進(jìn)行了遍歷，以獲得更多的同類案例，每類案例至少找出6-7個(gè)，以保證前概念的代表性。被遍歷的學(xué)校有23所，共3 862名學(xué)生，占總樣本人數(shù)的75.24%。在每個(gè)前概念模型的分析中，我們采用多個(gè)研究者進(jìn)行的三角測(cè)量法［17］，并附加了多個(gè)學(xué)生作答原圖，便于歸納共同點(diǎn)，以提高研究的內(nèi)部效度。

四、結(jié)果

表1顯示了選擇題四個(gè)選項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的人數(shù)分布與百分比，后兩列是各組在畫圖題上的得分狀況。按照概念表述科學(xué)性的由低到高，四個(gè)選項(xiàng)的選擇人數(shù)不斷增多。絕大多數(shù)學(xué)生（4 387人）選擇了“橢球體地球”選項(xiàng)，達(dá)到了科學(xué)層級(jí)四，占有效記錄的85.62%；認(rèn)可“平面地球”（層級(jí)一）和“圓環(huán)地球”（層級(jí)二）的學(xué)生分別為129和161人，僅占總?cè)藬?shù)的2.52%和3.14%；認(rèn)可“正球體地球”（層級(jí)三）的人數(shù)也非常少，僅有447人，占比8.72%。LSD事后檢驗(yàn)結(jié)果顯示，層級(jí)四的學(xué)生與其他3個(gè)層級(jí)的學(xué)生在畫圖題得分均值上存在顯著差異（p＜0.05），而其他三組內(nèi)部差異并不顯著。因此可以認(rèn)為，學(xué)生經(jīng)過(guò)小學(xué)階段的科學(xué)教育，已經(jīng)知道了地球的橢球體形狀，這有助于他們科學(xué)地理解晝夜現(xiàn)象的概念。

表1 . 學(xué)生選擇題人數(shù)分布及其作圖題得分統(tǒng)計(jì)

然而，在對(duì)各選項(xiàng)學(xué)生的畫圖分析中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生選擇的地球形狀與他們所畫的并不一致。例如，選擇“平面地球”的129名學(xué)生中，除了少數(shù)未作答的學(xué)生（n=8，占選擇此項(xiàng)的人數(shù)比為6.20%）之外，在畫地球的時(shí)候也將地球輪廓全部畫成了圓形（n=121，占比93.80%），而并非他們?cè)谇懊孢x擇題中所選的“地球是個(gè)平面”。因此，雖然這組學(xué)生選擇的文字選項(xiàng)科學(xué)層級(jí)最低，但他們?cè)诋媹D題上的得分卻不是最低的。這進(jìn)一步佐證了初一新生基本已經(jīng)消除了對(duì)地球形狀的錯(cuò)誤理解，普遍接受了地球的“球體”概念。

基于學(xué)生對(duì)地球形狀的這種理解水平，似乎他們已經(jīng)可以順利理解晝夜現(xiàn)象這個(gè)概念了，但實(shí)際情況遠(yuǎn)非如此。表2顯示，雖然絕大多數(shù)學(xué)生能用圓形表示地球的側(cè)視形狀（層級(jí)2-4），但能正確畫出太陽(yáng)光照射下的圓形地球晝夜現(xiàn)象側(cè)視圖的卻不到總?cè)藬?shù)的一半（47.17%）。這表明，除了地球形狀之外，還存在其他因素干擾著學(xué)生對(duì)晝夜現(xiàn)象的理解，使學(xué)生產(chǎn)生了若干前概念。

表2 . 學(xué)生對(duì)晝夜現(xiàn)象不同理解水平的分布情況

通過(guò)對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤作答的分層抽樣查閱，我們發(fā)現(xiàn)，初一新生至少存在以下三種關(guān)于晝夜現(xiàn)象的典型前概念。按照它們基于科學(xué)事實(shí)的由少到多，排列如下。

前概念1：雙地球模型。地球像一個(gè)放在面前的球形障礙物，擋住了太陽(yáng)光，生活在影子中的人就進(jìn)入了黑夜。

前概念2：浮球模型。地球像個(gè)漂浮在水中的球，露出水面的一半是白天，底下一半是黑夜。

反觀《紅樓夢(mèng)》大觀園里那一群“小善微才”的“異樣女子”們，她們的關(guān)系甚至可以用“親密無(wú)間”來(lái)形容了。從本質(zhì)上分析，大觀園里的女人們沒有根本的利益關(guān)系方面的沖突，最尖銳的矛盾是妻妾之間的爭(zhēng)風(fēng)吃醋，這也沒有發(fā)展到你死我活的斗爭(zhēng)程度，最多算是一種爭(zhēng)強(qiáng)好勝掐尖要強(qiáng)。例如王夫人和趙姨娘的矛盾，王熙鳳和尤二姐的矛盾，夏金桂和香蓮的矛盾，等等。

前概念3：手電筒模型。太陽(yáng)像一把手電筒照向地球，被光線照得到的光圈中為白天，其余部分為黑夜。

（一）前概念1：雙地球模型

該前概念的名稱源于弗斯尼亞多與布魯爾（Vosniadou&Brewer,1992）對(duì)學(xué)生關(guān)于地球的心智模型的命名。他們發(fā)現(xiàn)學(xué)生為了理解“地球是圓的”這個(gè)概念，而將日常生活經(jīng)驗(yàn)與其整合，建構(gòu)出“兩個(gè)地球”（Dual Earth）的前概念：天上有個(gè)圓的地球，人們住在平面地球上［5］，或者另有一些人也能住在圓的地球上。［6］我們發(fā)現(xiàn)，這種前概念也影響了學(xué)生對(duì)晝夜現(xiàn)象的認(rèn)知。學(xué)生將地球畫作一個(gè)平面上的球（無(wú)論他們有沒有畫出這個(gè)平面），太陽(yáng)光直射過(guò)來(lái)，在平面上留下了一個(gè)圓形的陰影，生活在平面上陰影中的人們就進(jìn)入了黑夜（見表3）。

表3 . 學(xué)生關(guān)于晝夜現(xiàn)象的雙地球模型

持這個(gè)前概念的學(xué)生意識(shí)到了地球作為不透明球體的存在，畫出了陰影，但這個(gè)陰影卻是投影到一個(gè)假想的平面中去的，而且常常忽略地球本身背陽(yáng)面的陰影，也忽略了所給陽(yáng)光射入的角度，典型作答如表3中的樣例。該樣例中的假想投影面是緊挨著地球的，地球表現(xiàn)得像是在某個(gè)平面上擺放的靜物，這反映出了學(xué)生頭腦中存在著一個(gè)平面的“地球”，而畫出的圓則是機(jī)械地接受“球體地球”這個(gè)表述的產(chǎn)物。該模型中的平面也有可能與地球不相連，如表3中的變式，受到圖中左側(cè)太陽(yáng)光照射的地球在右側(cè)的一個(gè)未知平面上投下了圓形陰影。

（二）前概念2：浮球模型

浮球模型在學(xué)生的作答中，表現(xiàn)為只有一個(gè)地球出現(xiàn)，沒有其他變式，所有樣例都是將陰影部分涂在了下半圓上（有的并未占到一半），上半圓留白，表示白天（見表4）。這種前概念內(nèi)在的心智模型是將地球作為一個(gè)漂浮物，重力向下而非向內(nèi)，上面的一半出露在太陽(yáng)光下，下面的一半處于黑暗之中。圖中右側(cè)已經(jīng)給出的太陽(yáng)光線方向完全被忽略了。

表4 . 學(xué)生關(guān)于地球形狀與晝夜現(xiàn)象的浮球模型

與雙地球模型相比，浮球模型在外形上擺脫了對(duì)平面地球概念的依賴，但卻將地球分為上下兩部分，機(jī)械地理解了白天和黑夜的劃分。其白天與黑夜的交界線類似地平線，這樣該模型還可以將地球的自轉(zhuǎn)導(dǎo)致日出日落這個(gè)概念納入其中，反而形成更為牢固的錯(cuò)誤理解。

（三）前概念3：手電筒模型

在手電筒模型中，學(xué)生認(rèn)為太陽(yáng)光線像一把手電筒掃射到地球上，從而產(chǎn)生了晝夜現(xiàn)象，其典型特點(diǎn)是認(rèn)為太陽(yáng)照到的白晝面積不足一個(gè)半球。在畫圖題中表現(xiàn)出來(lái)的樣例是有兩個(gè)平行的晨昏線，地球中間部分被右側(cè)太陽(yáng)光線照射到成為白天，而沒有被畫出光線的球體兩端則成為黑夜（見表5）。其變式主要有兩類：一是地球兩端的晨昏線從平行改為收斂，離光線越遠(yuǎn)，光明面積越小，如表5中的變式；二是白晝部分從條帶狀變形為光圈，這個(gè)光圈仍然小于一個(gè)半球，因此側(cè)視圖的晨昏線畫成了曲線而非直線，如表6中的三種變式，分別從正面、斜側(cè)和側(cè)面三個(gè)視角展現(xiàn)了這種認(rèn)知模型。

表5 . 學(xué)生關(guān)于地球形狀與晝夜現(xiàn)象的手電筒模型

表6 . 三種方位視角下的手電筒模型變式

盡管該模型看起來(lái)與科學(xué)概念差別很大，比如晨昏線出現(xiàn)了兩條，但卻是這三個(gè)前概念中基于科學(xué)事實(shí)最多的。它避免了雙地球模型的錯(cuò)誤，也比浮球模型更靈活地考慮到了太陽(yáng)光線的入射角度，還避免了二者所犯的對(duì)地球重力的錯(cuò)誤理解。表6中三個(gè)變式的錯(cuò)誤畫法更多地需要側(cè)視圖畫法上的指導(dǎo)，并讓學(xué)生知道圖中右側(cè)所給的太陽(yáng)光線只是一個(gè)示意，而不代表全部的光線。

五、結(jié)論與討論

（一）晝夜現(xiàn)象前概念的成因

基于前文結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生關(guān)于晝夜現(xiàn)象的三個(gè)前概念是建立在一個(gè)或多個(gè)對(duì)基礎(chǔ)概念的錯(cuò)誤理解之上的：雙地球模型和浮球模型可能源于學(xué)生對(duì)地球的形狀、重力方向和太陽(yáng)光線的錯(cuò)誤理解，而手電筒模型則可能源于對(duì)太陽(yáng)大小和光線的錯(cuò)誤理解（圖1）。

圖1 晝夜現(xiàn)象三個(gè)前概念的成因概念圖

對(duì)這些基礎(chǔ)概念的誤解通常是由于日常生活體驗(yàn)與科學(xué)概念的差異較大［1］［17］，使該年齡段的學(xué)生難以理解。加上所學(xué)知識(shí)有限，相關(guān)的前提知識(shí)準(zhǔn)備不足［18］，因此形成了前概念，這是學(xué)習(xí)的一個(gè)必經(jīng)階段。［6］它們常常會(huì)導(dǎo)致學(xué)生構(gòu)建出非科學(xué)的心智模型，并影響到未來(lái)學(xué)習(xí)中對(duì)新概念的建構(gòu)。

（二）對(duì)地理教學(xué)的啟示

1.識(shí)別前概念，科學(xué)確定教學(xué)難點(diǎn)

識(shí)別學(xué)生在地球科學(xué)中常見的前概念，能幫助教師確定和改正未來(lái)的學(xué)習(xí)障礙，有望顯著改進(jìn)教學(xué)。［2］通過(guò)對(duì)學(xué)生前概念的研究，可以更好地了解學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)建構(gòu)的特點(diǎn)，從而為教師確定教學(xué)難點(diǎn)提供依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，教師可以通過(guò)自下而上的教學(xué)方法來(lái)促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，而不是機(jī)械地按照課程標(biāo)準(zhǔn)“自下而上”地進(jìn)行教學(xué)。［18］根據(jù)研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)前概念的識(shí)別可以通過(guò)提問或畫圖的方法。畫圖法能防止學(xué)生作答出現(xiàn)“學(xué)大人說(shuō)話”的情況，便于展示他們對(duì)概念的真實(shí)認(rèn)知。［14］“不憤不啟，不悱不發(fā)”，啟發(fā)式提問是幫助學(xué)生反思心智模型和轉(zhuǎn)變前概念的有效方法。［2］［19］例如，要轉(zhuǎn)變學(xué)生關(guān)于晝夜現(xiàn)象的三個(gè)前概念模型，就可以按照?qǐng)D1提問學(xué)生“地球的重力是向下還是向內(nèi)部”，并在他們轉(zhuǎn)變概念之前進(jìn)行追問。

2.課堂上鋪墊關(guān)于晝夜現(xiàn)象的背景知識(shí)

一些被成年人視作常識(shí)的背景知識(shí)，如地球的形狀、重力方向、太陽(yáng)與地球的相對(duì)大小、光的直線傳播等，卻是為初一新生所缺乏或者沒有真正理解的。在單一情境中，他們也許能說(shuō)出單個(gè)問題的答案，比如在選擇題中能正確選擇地球的形狀，在直接提問中知道太陽(yáng)比地球更大，但在更復(fù)雜或間接的晝夜現(xiàn)象情境中，卻未能將這些知識(shí)與新情境整合。本文展示的學(xué)生關(guān)于晝夜現(xiàn)象的三個(gè)常見前概念，其形成均與他們對(duì)背景知識(shí)的錯(cuò)誤建構(gòu)有關(guān)。因此，在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，適當(dāng)鋪墊相關(guān)背景知識(shí)，有助于學(xué)生將其整合到新概念的建構(gòu)中去，實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)。

3.謹(jǐn)慎選擇地理教學(xué)用圖

在正式的地理教學(xué)環(huán)境中，教師所使用的圖像和文本均有可能導(dǎo)致學(xué)生形成錯(cuò)誤的概念理解。［12］［18］［20］特別是地理教科書中的圖像，表征著重要的概念［21］，但同時(shí)這些圖像也是學(xué)生前概念的主要來(lái)源之一。［1］［14］［17］以本文為例，表6中后兩種變式所展示的學(xué)生畫法，顯然是受到了某些立體地球圖片的影響，尤其是常見（甚至在教科書中出現(xiàn)）一些圖片對(duì)太陽(yáng)光采用的是以黃道面上某點(diǎn)為視角的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)視投影畫法，但對(duì)地球和晨昏線卻采用了以黃道面北側(cè)上空某處為視角的立體畫法。這種畫法應(yīng)該說(shuō)是不夠科學(xué)的，雖然在具有空間想象能力的成年人看來(lái)并無(wú)誤解之虞，但對(duì)于初一新生（多為12歲）來(lái)說(shuō)，他們正處于從形象思維向抽象邏輯思維過(guò)渡的階段［22］（P218），還沒有足夠的理解能力來(lái)同化這種誤差。［18］因此，這種畫法容易給他們帶來(lái)困擾，導(dǎo)致在不理解的情況下機(jī)械模仿，如過(guò)度彎曲晨昏線（表6的側(cè)面視角變式），并將這種錯(cuò)誤構(gòu)建到個(gè)體的心智模型之中。

需要說(shuō)明的是，此處所討論的是教科書整體的問題，而非具體某一版本，正如本文描述的前概念反映的是樣本整體而非具體某個(gè)學(xué)生一樣。［14］此外，教師在媒體、互聯(lián)網(wǎng)等資源中搜索教學(xué)圖片時(shí)，也需要謹(jǐn)慎選擇，避免在地理課堂上給學(xué)生帶來(lái)不必要的困惑。

（三）進(jìn)一步研究展望

前概念研究是國(guó)際科學(xué)教育研究領(lǐng)域的一個(gè)長(zhǎng)期熱點(diǎn)，探討了大量的物理、化學(xué)和生物學(xué)科的概念主題。地理學(xué)科中的地球科學(xué)知識(shí)也是科學(xué)教育領(lǐng)域不可或缺的一部分，相關(guān)研究雖然所占比重較少，但有著悠久的研究歷史，很多早期的概念轉(zhuǎn)變主題都與地球科學(xué)有關(guān)，而且至今仍然非常活躍。因此，從上世紀(jì)70年代以來(lái)，也已積累了眾多成果。這些研究涉及多個(gè)不同層級(jí)的地球科學(xué)概念，包括地球形狀、地球圈層、晝夜更替、四季變化、風(fēng)化與侵蝕、水循環(huán)（水文系統(tǒng)）、流域、河流、地下水、溫室效應(yīng)、全球變暖與氣候變化、風(fēng)、熱帶雨林、冰川、沙漠化等。然而，當(dāng)前我國(guó)地理教育研究領(lǐng)域?qū)υ撝黝}的探討還非常有限，有不少概念尚未被涉及。鑒于前概念研究對(duì)有效教學(xué)的指導(dǎo)意義，在未來(lái)的工作中，應(yīng)調(diào)查學(xué)生對(duì)更多不同層級(jí)概念的理解情況。同時(shí)，還可以運(yùn)用訪談與畫圖結(jié)合、多項(xiàng)目同步信度等三角測(cè)量方法，對(duì)學(xué)生出錯(cuò)的原因做進(jìn)一步的研究。同時(shí)，前概念通常被認(rèn)為是雜糅的而不是單一的錯(cuò)誤概念，是兒童接觸科學(xué)信息時(shí)將其與初始的帶有直覺與天真想象的信念聯(lián)系起來(lái)的嘗試。［12］因此，這種概念通常是暫時(shí)的和可塑的。基于這種理念，需要開展進(jìn)一步的概念轉(zhuǎn)變研究。

致謝

本文全體作者向參與本研究的所有答卷學(xué)生與閱卷教師致以真誠(chéng)的謝意。本研究基于由北京師范大學(xué)與北京市房山區(qū)教育委員會(huì)合作開展的“大數(shù)據(jù)助力房山區(qū)教育質(zhì)量改進(jìn)”項(xiàng)目。