王媛平 張齊齊 張萍

（北京師范大學(xué)物理學(xué)系 北京 100875）

國外診斷物理迷思概念的新方法
——多階選擇測試題的應(yīng)用

王媛平 張齊齊 張萍

（北京師范大學(xué)物理學(xué)系 北京 100875）

在物理迷思概念的研究中，選擇測試題是診斷學(xué)生迷思概念的常用方式．近年來，為了提高診斷和測試的精度，國外學(xué)者相繼開發(fā)出二階測試題、三階測試題等多階選擇測試題．本文著重介紹多階選擇測試題的特點(diǎn)及它們在診斷和研究學(xué)生物理迷思概念方面的應(yīng)用．

迷思概念 二階測試題 三階測試題 多階選擇測試題

學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中持有一些與科學(xué)概念不一致的原有認(rèn)識，研究者將這種認(rèn)識稱為“迷思概念”（misconceptions）．精確診斷學(xué)生頭腦中的迷思概念及其頑固程度，有助于在教學(xué)實(shí)踐中幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)的物理概念．在迷思概念的診斷研究中，選擇測試題是最常見的一種方式．隨著研究的深入，選擇測試題的功能與形式不斷地發(fā)展，國外研究者已先后開發(fā)出“二階測試題”、“三階測試題”等多階選擇測試題．本文重在介紹多階選擇測試題的特點(diǎn)及它們在診斷和研究學(xué)生物理迷思概念方面的應(yīng)用．

1 傳統(tǒng)選擇測試題

傳統(tǒng)的選擇測試題通常是在題干之后給出若干干擾項(xiàng)或正確選項(xiàng)，讓學(xué)生從中選出一個(gè)或多個(gè)．例如，David Hestenes（1992年）等研究者開發(fā)了力的概念測試量表FCI（Force Concept Inventory），被廣泛地用來測試學(xué)生對牛頓力學(xué)基本概念的理解情況；Maloney et al（2001年）開發(fā)了電磁學(xué)概念測試量表CSEM（the conceptual survey of electricity and magnetism），研究學(xué)生對電磁學(xué)概念的理解情況．然而傳統(tǒng)的選擇測試題雖具有客觀性、數(shù)據(jù)采集方便等優(yōu)點(diǎn)，它也存在局限性：

（1）學(xué)生僅憑“猜測”得到答案的情況會給研究帶來誤差；

（2）學(xué)生在答題過程中的推理過程無法診斷．雖可以使用訪談等方式加以彌補(bǔ)，但是訪談耗時(shí)、耗力，很難用于大樣本的研究．

2 二階測試題（two- tier tests）

針對上述局限性，研究者開發(fā)了兩種不同類型的二階測試題，為了區(qū)分，將其標(biāo)為A類二階測試題與B類二階測試題．

2．1 A類二階測試題

A類二階測試題主要彌補(bǔ)了第一種局限性，它在傳統(tǒng)選擇題的基礎(chǔ)上加入“確定度判定項(xiàng)”，題目設(shè)置包括“答案項(xiàng)”及“確定度判定項(xiàng)”兩部分．在測試時(shí)，首先讓學(xué)生從答案項(xiàng)中選擇某一（些）選項(xiàng)，再讓學(xué)生針對之前的選擇給出確定度等級（例如“非常確定”、“不太確定”、“猜測的”）．例如，Hasan，Bagayoko＆Kelley（1999年）開發(fā)了確定度指數(shù)CRI（Certainty of Response In dex），并將其加入傳統(tǒng)的選擇測試題中［1］．他們對不同層次的確定度賦值采用0～5分制（0即完全猜測的，1即幾乎是猜測的，2即不確定，3即確定，4即幾乎確定，5即完全確定），并將2．5分作為標(biāo)準(zhǔn)．若CRI高于2．5分的錯(cuò)誤答案表明學(xué)生持有迷思概念；若CRI低于2．5分，不管答案正確與否，均認(rèn)為學(xué)生缺乏與所考查概念相關(guān)的知識；只有CRI高于2．5分且選擇正確答案才表明學(xué)生真正地理解了所考概念．也有研究者如Johanna Leppavirta（2011年）采用0～2分制（0即猜測的，1即不太確定，2即非常確定）將CSEM改編為二階測試題，研究學(xué)生在電磁學(xué)各個(gè)知識模塊學(xué)習(xí)中存在的迷思概念［2］（見例1）．

【例1】（二階測試題a）如圖1所示，兩導(dǎo)線1和2平行放置，流經(jīng)它們的電流分別是I和3I，導(dǎo)線2對導(dǎo)線1的作用力為F1，導(dǎo)線1對導(dǎo)線2的作用力為F 2［2］．

圖1

（1）關(guān)于二者之間的作用力，下列說法正確的是

A．F2＞F1

B．F1＞F2

C．F1＝F2，且是吸引力

D．F1＝F2，且是排斥力

E．二者之間不存在作用力

（2）對于上述選擇，你是否確定，請選

A．猜測的 B．不太確定 C．非常確定

例1考查的知識點(diǎn)有“用右手定則判斷載流導(dǎo)線周圍的磁場分布”及“安培力大小與方向的判定”等．若學(xué)生在確定度選項(xiàng)中選擇“猜測的”，則不管對應(yīng)的答案正確與否，研究者認(rèn)為該學(xué)生缺乏該題目所考查的相應(yīng)知識；若學(xué)生在答案項(xiàng)中選B（錯(cuò)誤選項(xiàng)），在確定度判定項(xiàng)中選“非常確定”，則認(rèn)為學(xué)生頭腦中存在迷思概念，比如學(xué)生可能認(rèn)為“流經(jīng)導(dǎo)線的電流越大，它對另一根導(dǎo)線的作用力越大”．但是該類測試題并不能診斷學(xué)生的推理過程，因而很難得知學(xué)生迷思概念的具體內(nèi)容．

2．2 B類二階測試題

B類二階測試題主要彌補(bǔ)了第二種局限性，它在傳統(tǒng)選擇題基礎(chǔ)上加入“理由項(xiàng)”，從而使學(xué)生的推理過程外顯出來．在測試時(shí)，首先讓學(xué)生在答案項(xiàng)中選擇一個(gè)，然后在理由項(xiàng)中選擇自己的理由．自從Treagust（1988年）［3］介紹了編制此類二階測試題的方法后，這類二階測試題已被不同背景的教育研究者所使用．在臺灣，為了建立有關(guān)學(xué)生對科學(xué)概念理解情況的數(shù)據(jù)庫，由臺灣地區(qū)有關(guān)機(jī)構(gòu)贊助的一項(xiàng)跨年級的調(diào)查研究中所使用的就是該類二階測試題．這項(xiàng)研究涉及物理、化學(xué)、生物3個(gè)學(xué)科，其中在物理迷思概念的診斷研究中，共開發(fā)編制了9套二階測試卷，所考查的知識內(nèi)容涉及5個(gè)物理主題：力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、聲與波動(dòng)學(xué)、光學(xué)［4］．如，Chia-Hsing Tsai等研究者采用二階測試題研究中學(xué)生對電路相關(guān)概念的理解情況，研究樣本涉及了7 145 個(gè)8，9年級的學(xué)生以及2 857個(gè)11年級的學(xué)生（見例2）［5］．

【例2】（二階測試題b）如圖2所示，I1表示從電源流出的電流，I2表示經(jīng)過燈泡后又返回電源的電流，比較I1與I2的大小

A．I1＞I2B．I1＝I2C．I1＜I2

你選擇上述答案的理由是

A．電流被燈泡消耗了一部分

B．電流和能量在燈泡處都有消耗

C．電流是電荷的移動(dòng)，由于電荷守恒，因而電流是恒定的

D．電流是能量的移動(dòng)，由于能量守恒，因而電流是恒定的

圖2

在例2中，若學(xué)生在答案項(xiàng)選擇“I1＞I2”，之后又選擇理由項(xiàng)“A”，則認(rèn)為學(xué)生具有“電流被消耗掉了”這一迷思概念．總之，這類二階測試題不僅能檢測學(xué)生選對答案的能力，同時(shí)也能檢測學(xué)生的推理過程．但編制理由項(xiàng)需要前期的相關(guān)研究做支撐．也有研究者采用了一種更簡單的方式實(shí)施，即讓學(xué)生在選擇答案之后，寫出自己的陳述理由．

總之，這兩類二階測試題雖然在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)選擇測試題的不足，但仍有不足，如A類二階測試題雖可將學(xué)生錯(cuò)誤的原因區(qū)分為“缺乏知識”與“持有某種迷思概念”，但是不能直接診斷出學(xué)生所持迷思概念的具體內(nèi)容．

3 三階測試題（three- tier tests）

為了進(jìn)一步提高診斷的科學(xué)性，研究者開發(fā)了三階測試題．三階測試題就是將上述二階測試題的兩種形式合二為一，即每道題的設(shè)置包括答案項(xiàng)、理由項(xiàng)、確定度判定項(xiàng)，其中確定度判定項(xiàng)要求學(xué)生對之前的兩個(gè)判斷給出所持有的確定度．如，Derya＆Didis，Nilüfer（2007年）利用三階測試題，研究41個(gè)職前物理教師對重力概念的理解情況，并區(qū)分了“缺乏知識”、“迷思概念”、“失誤”3種不同的情況．研究者認(rèn)為若學(xué)生選擇“不確定”，則認(rèn)為該學(xué)生缺乏知識；若選擇結(jié)果為“錯(cuò)誤答案＋錯(cuò)誤理由＋確定”或“正確答案＋錯(cuò)誤理由＋確定”，則認(rèn)為該學(xué)生存在迷思概念；若選擇結(jié)果為“錯(cuò)誤理由＋正確答案＋確定”，則認(rèn)為該結(jié)果是失誤造成的；只有選擇結(jié)果為“正確答案＋正確理由＋確定”，才表明學(xué)生真正理解所考查的概念［6］．

三階測試題在診斷學(xué)生迷思概念的研究中，既可以了解學(xué)生的推理過程，又能將迷思概念與缺乏知識等區(qū)分開，更深入地研究迷思概念，更有益于大樣本的研究．然而也有一些研究者指出，三階測試題要求學(xué)生給出對所選“答案項(xiàng)”與“理由項(xiàng)”所持有的確定度，但學(xué)生可能對此持有不同的確定度，比如學(xué)生可能對所選答案很確定，但是對所選的理由并不確定．針對以上出現(xiàn)的問題，Imelda S．Caleon＆R．Sub ramaniam（2010年）在研究學(xué)生對波的振動(dòng)與傳播的理解時(shí)開發(fā)了四階測試題［7］，每道題包括四部分：答案項(xiàng)-確定度判定項(xiàng)；理由項(xiàng)-確定度判定項(xiàng)．

4 小結(jié)

總之，隨著對迷思概念研究的深入，研究者越來越關(guān)注診斷方式的科學(xué)性、合理性．多階選擇測試題數(shù)據(jù)采集方便、客觀，能較精確、定量地診斷持有迷思概念的學(xué)生比例及迷思概念的具體內(nèi)容，尤其在大樣本研究中，其優(yōu)勢更明顯．需要注意的是多階測試題在具體實(shí)施時(shí)，為了避免后面理由項(xiàng)內(nèi)容影響學(xué)生之前的判斷，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，要求學(xué)生依次完成各階的選項(xiàng)，不能返回去修改之前答案，這一點(diǎn)可借助計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺得以實(shí)現(xiàn)．

1 Hasan．S，Bagayoko．D，Kelley．E．L．Misconceptions and the Certainty of Response Index（CRI）．Physics Education，1999，34（5），294～299

2 Treagust，D．F．The development and use of diagnostic instruments to evaluate students′misconceptions in science．International journal of Science Education，1988，10，159～169

3 Johanna Leppavirta．Assessing undergraduate students’conceptual understanding and confidence of electromagnetics．International Journal of Science and Mathematics Education，2011，10：1 099～1 117

4 Huey- Por Chang，Jun- Yi Chen，Chorng- Jee Guo et al．Investigating Primary and Secondary Students′Learning of Physics Concepts in Taiwan．International Journal of Science Education（2007），29：4，465～482，DOI：10．1080/09500690601073210

5Chia- Hsing Tsai，Hsueh- Yu Chen，Ching- Yang Chou，Kuen- Der Lain．Current as the Key Concept of Taiwanese Students′Understandings of Electric Circuits．International Journal of Science Education，Vol．29，No．4，19 March 2007，pp．483～496

6 Kaltakc i，Derya＆Didis，Nilüfer．Identification of Pre-Service Physics Teachers′Misconceptions on Gravity Concept：A Study with a 3- Tier Misconception Test．AIP Conference Proceedings，2007，Vol．899 Issue 1，p499

7 Imelda S．Caleon＆R．Sub ramaniam．Do students know what they know and what they don′t know？Usinga four- tier diagnostic test to assess they nature of students′alternative conceptions．Res Sci Educ，2010， 40：313～337 DOI 10．1007/s11165- 009- 9122- 4

王媛平（1986- ），女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槲锢碚n程與教學(xué)論專業(yè)．

指導(dǎo)教師：張萍（1964- ），女，博士，博士生導(dǎo)師，教授，主要從事高等物理教育研究．

2014- 05- 25）