初中物理聲音迷思概念的診斷研究

張亞希 王濤 謝麗

摘 要：迷思概念是概念轉變教學的起點，直接影響著學生科學概念的形成.筆者通過發(fā)放聲音迷思概念測試問卷，分別從聲音的本質、聲音的傳播和聲音的特性三個方面對八年級學生的迷思概念進行探查，結果表明：八年級學生對聲音概念的理解普遍存在一種物質性的感知傾向.然后基于測試數(shù)據(jù)的診斷分析，對聲音迷思概念的產生原因進行探討，繼而提出針對性的教學建議.

關鍵詞：迷思概念;聲音概念;概念轉變

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）12-0017-03

1 問題提出

概念作為學生知識結構的基礎，直接影響學生科學思維與邏輯能力的發(fā)展.建構主義學習理論的學生觀認為學生不是空著腦袋走進教室的，在進行科學學習之前他們會主動接收自然界的現(xiàn)象，構建現(xiàn)象的意義，在頭腦中形成許多先入為主的概念.這些概念根植于生活經驗中，并與生活現(xiàn)象相互印證，導致學生對這些概念深信不疑，影響科學概念的建立和科學思維的培養(yǎng).這種與科學概念不一致的認識常被稱為樸素概念、先前概念、新手概念和迷思概念等[1].

聲音作為生活中常見的物理現(xiàn)象，該內容看似簡單，但學生在理解聲現(xiàn)象時卻存在許多錯誤認識.究其原因在于學生帶著對聲音的主觀認識進入課堂，阻礙著他們對聲音科學概念的深度理解和掌握.為了有效地將學生對聲音的初始感知重塑為科學概念，教師需要識別并解決他們現(xiàn)有的錯誤認識，然而針對聲音迷思概念的研究相較于物理學科的其它主題而言相當缺乏[2].為此本研究通過編制聲音迷思概念測試問卷，選取已經學習過聲現(xiàn)象的八年級學生作為被試者，對初中生聲音迷思概念展開探查和診斷，以期為教師今后的教學干預和改進提供參考.

2 研究方法

2.1 診斷工具

2013年Haim等人開發(fā)設計聲音迷思概念量表SCII（the Sound Concept Inventory Instrument），該量表結合多項測試問卷與開放性問卷的優(yōu)點，設置多個問題情境，并在每個問題情境下設置迷思概念問題與科學概念問題[3].依據(jù)測試結果，學生的迷思概念被歸納為10種物質屬性（Materialistic properties），見表1.

本研究基于SCII測試量表，參考初中物理課程標準和考試大綱，邀請2名物理學科專家、2名市物理教研員和3名重點學校一線教師共同編制中文版聲音迷思概念測試問卷.該問卷共27個題項，包含7道科學概念問題（Q4、 Q9、 Q13、Q15、Q19、 Q22、Q26）和20道迷思概念問題，分別從聲音的本質、聲音的傳播和聲音的特性三個方面探查學生的迷思概念.表2列出了聲音概念、物質屬性和迷思概念題項之間的關系.

2.2 測試過程

首先，選取J市某初中15名八年級學生進行預測試，并根據(jù)預測結果對問卷的部分問題表述進行修改.在隨后開展的正式測試中，J市某初中八年級7個班的學生參加本次測試（預測試學生不包含在內），測試為紙筆形式，要求學生在40分鐘內獨立完成.整個測試過程共回收問卷363份，其中有效問卷334份，未選擇完成問卷視為無效問卷，回收率達92.01%.其中，參加預測試和正式測試的學生均已學過聲現(xiàn)象的相關知識.

3 測試結果

3.1 測試問卷的難度和信度

筆者采用SPSS軟件對測試數(shù)據(jù)進行分析，全體被試學生得分區(qū)間為[7，21]，其平均得分為12.67，難度系數(shù)為0.55，說明該試卷對學生而言總體難度適當.試題信度分析中，α=0.691，按照奇數(shù)偶數(shù)題型分成兩半計算信度，其對半信度為0.718，說明試卷具有較高的信度.

3.2 迷思概念測試情況

如圖1所示，為聲音迷思概念測試結果的整體情況，可以看出八年級學生在學習過聲現(xiàn)象的知識后，各題項的正確率分布在12%至88%之間.不同題項的正確率波動較大，說明學生對于聲音概念的理解并不是十分透徹，存在部分概念在不同問題情境下正確率差異較大的情況，也就說明迷思概念的產生容易受到問題情境的影響.其中，正確率最低的題項為第1題與第23題，這兩題都是考查學生對聲音特性的理解，由此說明學生對該方面的知識掌握最為薄弱;問卷中正確率最高的題項是第6題與第13題，說明學生對聲音的傳播具有一定了解，但仍存在較為明顯的迷思概念，如第2題和第10題的得分率均低于30%.

基于測試的結果，以下為學生迷思概念的詳細分析，筆者分別從聲音的本質、聲音的傳播和聲音的特性三個方面進行診斷.

3.2.1 迷思概念之聲音的本質

學生對于聲音的產生存在較為清楚的認知，但對聲音本質的理解存在偏差.在13題中（醫(yī)生能夠清楚地聽見身體內部聲音的原因是聽診器薄膜震動導致的導管內空氣密度變化），88%的學生能夠清楚地知道聲音是由物體振動產生，但大部分學生將聲音感知為有形的實體物質，如“聲音像液體”或“聲音是一種微粒”.例如，在18題中，53%的學生認為“聲音會被墻壁和門吸收（就像海綿吸收水一樣）”;在11題中，67%的學生認為通過聽診器聽見聲音是因為聲音粒子在聽管中移動;這也進一步說明在學生頭腦里，迷思概念和科學概念同時存在.

3.2.2 迷思概念之聲音的傳播

筆者根據(jù)測試結果發(fā)現(xiàn)，學生對聲音傳播有基本的認識.例如在第6題和第16題中，分別有81%和79%的學生認為聲音不可以在真空中傳播，說明大部分學生能清楚地知道“聲音傳播需要介質”.但學生仍存在許多物質屬性的迷思概念.例如，學生認為聲音能夠被吸收.在18題中，53%的學生認為“聲音能夠被墻壁和門吸收，導致聲音無法傳播”，說明學生認為聲音是一種類似于水一樣的物質，同樣情況也發(fā)生在第3題，66%的學生認為“聲音是看不見的液體”.其次，有部分學生認為聲音受到重力或摩擦力的作用，24%的學生認為遠距離聽不見聲音是因為“聲音在傳播過程中受到重力的作用向下傳播”（第20題）;26%的學生認為“摩擦力阻止聲音的傳播”（第7題）.還有部分學生認為聲音會在傳播中被消耗，如在24題中，26%的學生認為距離遠時聽不見聲音是因為聲音在傳播過程中完全被消耗;在12題中，40%的學生認為聲音在聽診器中傳播時會消散.還有一種常見的類型是學生認為聲音傳播是聲音粒子被推動的過程.例如，71%的學生認為“聲音移動是因為空氣推動聲音粒子”（第2題）;66%的學生認為“大聲說話時，我們會更快地推動聲音粒子”（第27題）.

3.2.3 迷思概念之聲音的特性

在回答有關聲音特性的問題時，學生均表現(xiàn)出將聲音的特性與聲音粒子的形狀與數(shù)量相聯(lián)系的情況，學生認為聲音粒子數(shù)量越多，響度越大，聲音粒子形狀越大，音調越高.例如，第1題中，88%的學生覺得“動物能聽見人類聽不到的聲音是因為動物耳朵能吸收不同大小的聲音粒子”; 第23題中83%的學生贊同“進入耳朵的聲音粒子越少，聽見的聲音越小”;第25題中60%的學生選擇“大聲說話時，嗓子會釋放更多聲音粒子”.這些均說明大部分學生存在對聲音特性相關概念的錯誤理解.

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，關于聲音的傳播和聲音的特性迷思概念往往從對聲音本質的錯誤認知中延伸出來.學生將聲音當作有形實體，進而導致其認為聲音具有一系列的物質屬性.因此要轉變聲音的迷思概念，究其根本教師在實際教學中應糾正學生對于聲音本質的錯誤理解.

4 原因分析

學生經過聲現(xiàn)象的學習，已經初步掌握相應的聲學知識，但學生的頭腦中仍存在頑固的迷思概念.筆者通過對學生迷思概念的測試診斷，發(fā)現(xiàn)學生聲音迷思概念出現(xiàn)可能有以下兩方面的原因.

4.1 利用生活經驗理解聲音概念

學生在系統(tǒng)學習科學知識前，迷思概念大多產生于學生對生活知識的主觀理解，例如學生在生活中觀察到關上房門可以減小門外噪音，因此學生常認為“聲音由大小不同的微粒組成，最小的微?？梢源┻^未完全密封的門”或者“在門中聲音被吸收（如海綿中的水），大部分聲音不會傳播出去”.這種受生活經驗影響產生的物質感知傾向，導致學生用實體模型來理解和解釋身邊的聲現(xiàn)象[4].

4.2 根據(jù)有限知識概括科學現(xiàn)象

學生對于聲音的認知以一種螺旋上升的趨勢發(fā)展，從最開始的聲音由振動產生到聲音傳播需要介質的過程中，他們對聲音本質的認識還處于淺層.在后續(xù)機械波的學習中，學生才會理解聲音的本質是能引起人類聽覺的機械波，它不是物質的傳播，而是振動狀態(tài)和能量的傳播.學生的認知是從具體到抽象再到概括，聲波概念比較抽象，中學階段學生的認知層次還未達到要求，導致學生對聲音的樸素認識在很多方面都與“物質屬性”相關聯(lián).

5 教學建議

聲音是學生學習機械波的起點，學生正確理解聲音本質，將為后續(xù)機械波的學習奠定堅實的基礎.針對學生物質感知傾向的迷思概念，教師在教學過程中要善于利用認知沖突策略或科學建模策略，設計符合學生認知發(fā)展規(guī)律的教學過程.教師只有在教學前充分了解學生的迷思概念，在教學中穩(wěn)抓聲音的核心概念，使用規(guī)范科學的教學用語，才能更好地幫助學生轉變迷思概念，構建科學的聲音概念模型.

教師在進行聲現(xiàn)象概念教學時，應先激活學生的迷思概念.例如，在課前診斷中，教師利用喇叭和人耳圖片讓學生以小組為單位，畫出聲音是如何從喇叭傳遞到人耳的，以此暴露學生對聲音的樸素認識.然后，教師結合教材中擊鼓現(xiàn)象（鼓面的振動帶動周圍的空氣振動，形成疏密相間的波動）設置“迷思陷阱”，引發(fā)學生認知沖突.再利用圖示（如圖2所示）解釋人耳聽見聲音的原理——喇叭振動發(fā)出的聲波使附近空氣（介質）分子振動，導致人耳處空氣密度發(fā)生變化，從而加深學生對“聲音是振動狀態(tài)的傳播”的正確理解[5].接著，教師在學生已初步理解聲音本質的基礎上，再利用蠟燭實驗現(xiàn)象（發(fā)聲揚聲器旁的燭焰會抖動）完善學生的科學概念，達到幫助學生正確理解“聲音既能傳遞振動狀態(tài)，也能傳遞能量”的教學目的.

參考文獻：

[1]陳坤，唐小為.國外迷思概念研究進展的探析及啟示[J].教育學術月刊，2019（06）：17-24.

[2]張鵬.以學生為中心的概念評價工具研究[J].數(shù)理化解題研究，2016（27）：63.

[3]葛元鐘，徐天明.初中物理迷思概念的轉化策略[J].中學物理，2016，34（14）：15-17.

[4]薛燕敏.基于認知沖突下的物理課堂教學[J].中學物理，2014，32（03）：12-13.

[5]李雁冰，刁彭成.科學教育中“迷思概念”初探[J].全球教育展望，2006，35（05）：65-68.

（收稿日期：2021-03-02）