用包含確定度指數(shù)的四階測(cè)試卷診斷迷思概念

鐘儀　皮飛鵬　梁文懿

摘? ?要：學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)產(chǎn)生迷思概念，這對(duì)其科學(xué)概念的建構(gòu)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，因而診斷并轉(zhuǎn)變迷思概念對(duì)于物理概念教學(xué)至關(guān)重要。文章在傳統(tǒng)二階測(cè)試卷的基礎(chǔ)上加入針對(duì)答案和理由的確定度指數(shù)階，形成包含確定度指數(shù)的四階測(cè)試卷，并以高中運(yùn)動(dòng)學(xué)概念為例在兩所中學(xué)進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)高中生在質(zhì)點(diǎn)、位移、加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)概念上存在的迷思。確定度指數(shù)測(cè)試結(jié)果表明，形成迷思概念的主要原因有：物理概念自身的抽象性、教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)影響、學(xué)生思維定式的負(fù)效應(yīng)等。

關(guān)鍵詞：迷思概念;四階測(cè)試卷;確定度指數(shù);高中運(yùn)動(dòng)學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2022）6-0044-5

學(xué)習(xí)者頭腦內(nèi)片面的、模糊不清的或錯(cuò)誤的概念被稱為迷思概念，它具有一定的隱蔽性和頑固性，能夠產(chǎn)生廣泛的負(fù)遷移，影響學(xué)生科學(xué)概念的形成，成為物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的巨大阻礙[1-2]。高中的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)與學(xué)生生活緊密相關(guān)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)物理量并學(xué)會(huì)對(duì)各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述，可以加深其對(duì)各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的理解，是學(xué)生構(gòu)建運(yùn)動(dòng)觀的基礎(chǔ)。因此，測(cè)試高中生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)時(shí)存在的迷思概念并了解其成因，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理及培養(yǎng)物理觀念具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，對(duì)高中生運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念的調(diào)查測(cè)試主要采用傳統(tǒng)一階測(cè)試選擇題，雖然客觀高效，但很難讓教師了解學(xué)生的實(shí)際思路。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)試的局限性，1988年Treagust在答案階的基礎(chǔ)上加入理由階，以凸顯學(xué)生的做題思路[3]。然而，二階測(cè)試仍無法區(qū)分學(xué)生對(duì)答案和理由的正確選擇是出于猜測(cè)或理解，因此隨后出現(xiàn)的四階測(cè)試卷增加了答案和理由是否確定的選項(xiàng)，不僅可以了解學(xué)生的推理過程，也有利于對(duì)學(xué)生缺乏的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行挖掘[4-5]。但這種確定階選項(xiàng)過于簡(jiǎn)化，無法對(duì)學(xué)生選擇某選項(xiàng)的確定程度進(jìn)行更細(xì)致深入的了解，不利于對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤選擇的原因進(jìn)行歸類。

本文通過二階開放式測(cè)試卷摸查學(xué)生的運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念，并結(jié)合一線教師訪談結(jié)果編制包含答案確定度指數(shù)階和理由確定度指數(shù)階的四階測(cè)試卷，通過分析測(cè)試結(jié)果，總結(jié)高中生運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念現(xiàn)狀，探討迷思概念產(chǎn)生的深層次原因，并提出針對(duì)性的教學(xué)建議。

1? ? 迷思概念四階測(cè)試卷的編制

1.1? ? 迷思概念四階測(cè)試卷設(shè)計(jì)流程

本研究的四階測(cè)試卷設(shè)計(jì)和施測(cè)流程如圖1所示。

1.2? ? 運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念初步總結(jié)

為了能在進(jìn)行四階測(cè)試卷診斷之前獲得高中學(xué)生運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念的大概分布，提高四階測(cè)試卷的信度及效度，本研究先采用二階開放式測(cè)試卷初測(cè)學(xué)生的迷思概念，該測(cè)試卷答案階（一階）為選擇題，理由階（二階）為開放題。二階測(cè)試卷在整理了有關(guān)高中生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)概念認(rèn)知的研究文獻(xiàn)，并總結(jié)其中重點(diǎn)研究的運(yùn)動(dòng)學(xué)概念（包括質(zhì)點(diǎn)、參考系、速度與速率、位移與路程等）后形成，共12題，部分題目改編自力學(xué)概念測(cè)試量表FCI。二階測(cè)試的同時(shí)，我們還訪談了多位資深高中物理教師，通過分析二階測(cè)試和教師訪談的結(jié)果，初步總結(jié)了高中生主要的運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念情況（表1）。

1.3? ? 四階測(cè)試卷的編制

在前期二階測(cè)試、文獻(xiàn)調(diào)研和教師訪談的基礎(chǔ)上，本文編制了診斷運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念的四階測(cè)試卷。第一階，傳統(tǒng)測(cè)試題的題干和選項(xiàng)，以檢測(cè)學(xué)生是否形成正確概念;第二階，理由階，考查學(xué)生選擇答案的理由，探查學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)概念的理解情況是否存在偏差;第三階，答案確定度指數(shù)階;第四階，理由確定度指數(shù)階。第三階和第四階設(shè)置為李克特量表，讓學(xué)生分別選擇對(duì)于答案階和理由階所選選項(xiàng)的確定程度，由1（很不確定）～5（完全確定）的5個(gè)等級(jí)表示。以探查質(zhì)點(diǎn)概念的題目為例，如表2所示。

測(cè)試卷共9題，測(cè)試主題包括質(zhì)點(diǎn)（第1題）、參考系和坐標(biāo)系（第2題）、時(shí)間間隔與時(shí)刻（第3題）、位移與路程（第4題）、速度與加速度（第5～8題）、自由落體運(yùn)動(dòng)（第9題）等。

1.4? ? 四階測(cè)試卷的施測(cè)情況

四階測(cè)試卷在兩所中學(xué)的高一年級(jí)施測(cè)，被試學(xué)生樣本共277人，其中A校人數(shù)133人，男女比例約為4：5，B校人數(shù)144人，男女比例約為1：1。采取不記名形式完成，測(cè)試時(shí)間為15分鐘，測(cè)試是在學(xué)生學(xué)習(xí)完運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)大約半年之后進(jìn)行。

使用SPSS 22.0軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出兩個(gè)李克特量表的克隆巴赫系數(shù)分別為0.939和0.932，測(cè)試卷的信度良好。四階測(cè)試卷是在前期二階測(cè)試結(jié)果和教師訪談的基礎(chǔ)上確定的，保證了效度。

2? ? 應(yīng)用確定度指數(shù)四階測(cè)試卷診斷迷思概念的方法

四階測(cè)試卷測(cè)試結(jié)果的整理分析步驟如下：首先，統(tǒng)計(jì)各題答案階和理由階的正確率，并采用圖表直觀呈現(xiàn)，了解高中學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)概念的掌握情況;其次，利用確定度指數(shù)階的測(cè)試結(jié)果，將指數(shù)3作為分界，重點(diǎn)考查理由階的確定度，將學(xué)生的迷思概念分類診斷為：真性、假性迷思概念，假陽(yáng)性、假陰性迷思概念，知識(shí)缺失及缺乏信心的迷思概念，具體診斷方法如表3所示。真性、假性迷思概念指學(xué)生對(duì)答案和理由的選擇皆有錯(cuò)誤，但兩者在理由階確定度上有所不同;假陽(yáng)性迷思概念指學(xué)生可以從記憶中提取相關(guān)知識(shí)或靠猜測(cè)得到正確答案，但無法分析出選擇答案的原因;假陰性迷思概念則指學(xué)生能清晰理解概念并選出正確理由，但做題時(shí)卻不能準(zhǔn)確應(yīng)用導(dǎo)致答案選擇錯(cuò)誤;缺乏信心的學(xué)生對(duì)概念的理解和運(yùn)用皆無問題，但確定度不高。根據(jù)分類，統(tǒng)計(jì)學(xué)生存在的迷思概念中最突出的類型，分析該類迷思概念形成的原因。最后，把探查得出的高中運(yùn)動(dòng)學(xué)真性、假性迷思概念及相對(duì)應(yīng)的人數(shù)比例總結(jié)成表格，深入探討迷思概念的成因，為提出教學(xué)建議提供參考。

3? ? 高中運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念診斷結(jié)果

3.1? ? 四階測(cè)試卷正確率分析

各測(cè)試題答案階和理由階的正確率如圖2所示。所有題目的答案階正確率都比理由階高，即大部分學(xué)生僅在答案階選擇正確，說明學(xué)生可能靠猜測(cè)得出正確答案，無法準(zhǔn)確分析選擇該答案的理由，這代表學(xué)生并非真正掌握科學(xué)概念，存在一定迷思。如果教師僅依靠答案階的正確率來判斷學(xué)生的科學(xué)概念掌握情況，就會(huì)對(duì)學(xué)生的概念理解產(chǎn)生誤判而疏忽了課堂上對(duì)概念的講解，迷思概念得不到充分的解決。

3.2? ? 確定度分析

根據(jù)表3的診斷方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，假陽(yáng)性、假陰性以及知識(shí)缺失的情況如圖3所示。

整體上看，知識(shí)缺失的情況比較嚴(yán)重，可能是由于這部分學(xué)生在第一次學(xué)習(xí)相關(guān)概念時(shí)并未很好地理解和掌握新概念，存在知識(shí)缺失，需要教師特別重視。而測(cè)試是在學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)半年后進(jìn)行的，知識(shí)缺失的情況可能很大比例是知識(shí)點(diǎn)遺忘造成的。

假陽(yáng)性迷思概念是指學(xué)生答案選擇正確但理由錯(cuò)誤，且確定度偏低的概念。第7題的假陽(yáng)性比例為7.94%，這說明有部分學(xué)生雖然能通過猜測(cè)得到正確答案，但無法對(duì)正確理由進(jìn)行選擇。這些學(xué)生對(duì)加速度的比值定義潛在迷思，沒有正確理解掌握這種物理分析方法，尚未學(xué)會(huì)從具體走向抽象的思維方式。

假陰性迷思概念是指學(xué)生選擇了錯(cuò)誤答案和正確理由，且確定度較高。第5題、第6題的假陰性比例較其他題目偏高，說明這部分學(xué)生對(duì)速度與位移、路程之間的關(guān)系理解不徹底，能熟練調(diào)取頭腦中儲(chǔ)存的課本定義、規(guī)律、理論等來選擇出正確理由，但是難以將定義規(guī)律或理論應(yīng)用到實(shí)際中選擇正確答案。即學(xué)生并沒有真正理解速度與位移之間關(guān)系的本質(zhì)，這有可能是在課堂討論和教科書中較少提及兩者之間的關(guān)系的緣故。

3.3? ? 迷思概念成因分析

測(cè)試發(fā)現(xiàn)迷思概念主要有14個(gè)，我們?cè)诒?中統(tǒng)計(jì)各個(gè)迷思概念在學(xué)生中的人數(shù)比例，并分析其確定度指數(shù)兩階的確定度百分比（由李克特量表?yè)Q算得出，完全確定為100%），從而確定迷思概念的真假?？梢钥闯?，雖然運(yùn)動(dòng)學(xué)概念屬于高中知識(shí)點(diǎn)中較為簡(jiǎn)單的內(nèi)容，但是學(xué)生仍然存在一定的迷思概念，需要教師在教學(xué)時(shí)重點(diǎn)講解。

在作為基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的質(zhì)點(diǎn)、參考系、時(shí)間間隔和時(shí)刻、位移和路程等概念，以及第9題這類與現(xiàn)實(shí)情境有較大聯(lián)系的題目上，學(xué)生存在的迷思概念大部分是真性的，原因是這些概念與生活情境相近，學(xué)生在未上課前就已經(jīng)積累一定的經(jīng)驗(yàn)，形成了與正確概念有出入甚至相悖的想法;教師也通常因?qū)⑵湟暈榛A(chǔ)概念而簡(jiǎn)單講解，未厘清科學(xué)概念與生活概念的區(qū)別，使學(xué)生的迷思概念無法及時(shí)轉(zhuǎn)變。這類迷思概念的形成與先入為主的生活經(jīng)驗(yàn)脫不了關(guān)系。

第5題學(xué)生難以辨別平均速度與平均速率這兩個(gè)不同的概念，大約有38.27%的學(xué)生認(rèn)為平均速度與平均速率相同，且確定度指數(shù)高達(dá)77.74%和74.15%，說明部分學(xué)生對(duì)速度概念的含義不明確，可能是因?yàn)榻處熀驼n程教材為了教學(xué)簡(jiǎn)便，偏向于使用勻速直線運(yùn)動(dòng)及勻加速直線運(yùn)動(dòng)來代表普遍的機(jī)械運(yùn)動(dòng)情況，恰巧這兩種情況下平均速度和平均速率是相同的，學(xué)生錯(cuò)誤地舉一反三，將特殊情況放大至一般，形成了真性迷思概念。顯然，這類迷思概念是由教師“不恰當(dāng)”的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教材案例局限性造成。

對(duì)于第6題，高達(dá)32.49%的學(xué)生在使用物體運(yùn)動(dòng)的頻閃圖像判斷物體運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間時(shí)，認(rèn)為在位移相同的情況下，不需要考慮時(shí)間，其運(yùn)動(dòng)速度也相同。對(duì)于第8題，有13.36%的學(xué)生認(rèn)為速度變化與加速度變化一致，這反映了學(xué)生對(duì)速度和加速度概念的混淆。第6題和第8題的錯(cuò)誤可能是因?yàn)閷W(xué)生忽視了時(shí)間在位移、速度和加速度三個(gè)概念之中所起的不同作用，也可能由于初中沒有強(qiáng)調(diào)物理量的方向，思維定式使學(xué)生忽略了物理量的矢量性，這種物理概念自身的抽象性和初中思維定式的負(fù)效應(yīng)使得學(xué)生形成了假性迷思概念。

4? ? 研究結(jié)論與建議

我們使用自編的包含確定度指數(shù)的高中運(yùn)動(dòng)學(xué)迷思概念四階測(cè)試卷診斷發(fā)現(xiàn)，高一學(xué)生在運(yùn)動(dòng)學(xué)部分存在的主要迷思概念及其原因包括：質(zhì)點(diǎn)的迷思概念主要是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)抽象概念理解能力的欠缺，無法理解質(zhì)點(diǎn)有質(zhì)量但無形狀;參考系的迷思在于學(xué)生無法對(duì)建立了不同參考系的同一物體進(jìn)行不同的運(yùn)動(dòng)分析;關(guān)于時(shí)刻和時(shí)間間隔的定義，學(xué)生仍無法理解“點(diǎn)”（時(shí)刻）和“線段”（時(shí)間間隔）的不同;部分學(xué)生不能區(qū)分位移和路程，對(duì)位移的定義不明確;加速度的定義中，學(xué)生不考慮位移和時(shí)間的單位，對(duì)量綱沒有明確的概念;而對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的理解仍有學(xué)生停留在“物體下落時(shí)重力增加”的迷思上。

通過確定度指數(shù)的診斷結(jié)果對(duì)這些迷思概念進(jìn)行分類后，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在運(yùn)動(dòng)學(xué)概念學(xué)習(xí)過程中真性、假性迷思概念的成因有：概念不清（物理概念自身抽象性）、教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)影響（概念教學(xué)較少）、教材案例局限性、思維定式負(fù)效應(yīng)、先入為主的生活經(jīng)驗(yàn)影響等。在確定度指數(shù)的幫助下，四階測(cè)試卷不僅可以了解學(xué)生的做題思路，同時(shí)更深入地顯示學(xué)生迷思概念的類型，還可以診斷出真性、假性、假陰性、假陽(yáng)性以及知識(shí)缺失的情況。因此，四階測(cè)試卷在一定程度上提高了評(píng)價(jià)效果，能夠提供更為可靠的診斷結(jié)果。

在實(shí)際教學(xué)中，教師要了解學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)概念理解的現(xiàn)狀，厘清迷思概念及其產(chǎn)生的原因，重視基本概念內(nèi)涵的講授，轉(zhuǎn)迷思概念為科學(xué)概念。我們建議：教師講授新課時(shí)可以在教材案例的基礎(chǔ)上，尋找貼近學(xué)生生活、與時(shí)俱進(jìn)的案例進(jìn)行概念教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生了解概念內(nèi)涵的定義原因，減少機(jī)械灌輸，避免迷思概念的形成。

對(duì)于已經(jīng)存在的迷思概念，教師在自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使用測(cè)試卷來檢測(cè)學(xué)生的迷思概念[6]?？梢詤⒖冀?gòu)主義理論的主張，創(chuàng)造必要的情境，在教科書的內(nèi)容和學(xué)生的原始觀念之間建立認(rèn)知“沖突”，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己存在的迷思，從學(xué)生自身努力和教師外在干預(yù)兩個(gè)方向促使迷思概念的轉(zhuǎn)變。

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（欄目編輯? ? 陳? 潔）