科學(xué)誤概念的診斷與教學(xué)研究

摘 要：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)。通過文獻整理，發(fā)現(xiàn)科學(xué)誤概念的診斷工具，由測驗問卷向畫圖工具發(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、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)知沖突進行概念轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：誤概念；診斷工具；概念轉(zhuǎn)化

概念是人腦對客觀現(xiàn)實的反映，是一類事物所共有的本質(zhì)特征。由于學(xué)生在進行正確概念學(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)概念的測驗問卷

隨著對科學(xué)概念的深入研究，測試工具也隨之進步。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“測驗效應(yīng)”的影響，研究發(fā)現(xiàn)正確概念測驗中正確概念提升得最多，而用誤概念測驗，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)計了一個“表征系統(tǒng)和化學(xué)反應(yīng)診斷工具”。題目設(shè)計如下所示。

【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)將鋅粉加入藍色硫酸銅溶液中時，藍色漸漸褪去，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)。

三種工具都有各自的特點和局限性?！案拍顪y驗問卷”容易統(tǒng)計且直觀，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”，能夠就某一問題進行深入剖析，前者數(shù)據(jù)統(tǒng)計繁瑣，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

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、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“水進出細胞的擴散”，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。“表面概念轉(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、實驗等；新媒體技術(shù)則是3D動態(tài)圖、反應(yīng)機理動畫等。

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。考慮形成科學(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。

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作者簡介：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。

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。