1、科学误概念的诊断与教学研究 摘 要：概念学习是学习科学的基础，但在学习概念的过程中经常会产生一些误概念，从而阻碍教学。通过文献整理，发现科学误概念的诊断工具，由测验问卷向画图工具发展，注重学生微观水平的理解。误概念的成因主要集中在三方面：学生日常的生活经验、不恰当的教学方法和概念的抽象性，并根据形成原因和误概念的类型，针对学生的认知冲突进行概念转化。 关键词：误概念；诊断工具；概念转化 概念是人脑对客观现实的反映，是一类事物所共有的本质特征。由于学生在进行正确概念学习时，已受日常生活和先前学习的影响，可能形成与科学理论相违背的概念，故将其称为误概念。 误概念具有特异性、隐蔽性、顽固性和广泛性。
2、由于误概念具有特异性，所以科学学习中的误概念不同于人文学科。误概念具有隐蔽性，需采用有效的诊断工具进行挖掘。误概念十分顽固，成因多样，故增加了概念转变的难度。本文将从诊断工具、形成原因及转变概念三方面，探究学生在科学学习中产生误概念的学习特征。 一、科学学习中误概念的诊断 1.科学概念的测验问卷 随着对科学概念的深入研究，测试工具也随之进步。最早是开放性问题的问卷，数据分析繁杂，后出现了选择题工具。 考虑到“测验效应”的影响，研究发现正确概念测验中正确概念提升得最多，而用误概念测验，误概念提升得最多（“正确概念测试”都是正确的概念表述，判断正误即可，误概念测试类似）。一份测试卷正确概念和误概念
3、比例需得当。 2.两段式选择题诊断工具 Treagust（1988）研发了“两段式选择题工具”，测定学生的相异概念。该工具由两段式组成：第一段为普通问题；第二段为问题的推理原因，旨在探查产生误概念的原因。Chandrasegaran（2007）等人为了解决学生“从多水平（宏观、亚微观、符号）描述科学现象”的困难，设计了一个“表征系统和化学反应诊断工具”。题目设计如下所示。 【表征系统和化学反应诊断工具中的测试题目之一】 当将锌粉加入蓝色硫酸铜溶液中时，蓝色渐渐褪去，溶液呈无色，同时产生了红色沉淀。 上述反应的化学方程式如下，Zn（s）+CuSO4ZnSO4（aq）+Cu（s）， 离子反应方程式
4、：Zn（s）+Cu2+（aq）Zn2+（aq）+Cu（s）。 （题目第一段）为什么溶液最后变成无色？ A.铜形成一种沉淀 B.锌更容易与硫酸铜反应 C.硫酸铜已经完全反应 D.锌已经溶解，像糖溶解于水中一样。 （题目第二段）你选择上述答案的原因是什么？ 锌离子溶于水。 锌比铜更容易失去电子。 蓝色可溶的Cu2+，完全形成不可溶的红色Cu单质。 可溶的Cu2+形成一种蓝色溶液，然而Zn2+形成一种无色溶液。 分析该题目第二段，选择的学生，从宏观现象分析亚微观水平；选择的学生，从宏观表征进行分析。由此可见，两段式诊断工具能够剖析学生的思维方式。 3.开放式画图工具 Kern等人（2010）开发了“
5、开放式的画图工具”。Nyachwaya（2011）等人利用该工具，检测学生配平化学方程式以及画出这些反应微观图的能力，题目如下所示。 【微观水平的化学方程式题目之一】 AgNO3和CaCl2反应，生成AgCl和Ca（NO3）2，化学方程式如下所示： AgNO3（aq）+ CaCl2（aq） AgCl（s）+ Ca（NO3）2（aq） a.为该化学方程式配平，填写空格。 b.在下面空白处，画出你心中所想的该化学方程式的微观图，好像看见该反应过程中的原子和分子。记住正确画出每个反应物和生成物的原子和分子个数。 某学生的微观图如下图所示，学生将C和O直接连在Ca上面，从中看出该学生不理解聚合离子的结
6、构。 三种工具都有各自的特点和局限性。“概念测验问卷”容易统计且直观，却不能探查学生的心智模型。而“两段式选择题工具”和“画图工具”，能够就某一问题进行深入剖析，前者数据统计繁琐，后者画图分类整理需要技术。 二、科学误概念的成因 1.日常的生活经验 学生每日接触各种生活信息，常常将一些概念与生活相联系，而有些现象会导致学生错误理解概念。曾有学者对“辐射”概念进行了一次探索性研究。结果发现大部分学生对“辐射”的理解都只局限于核辐射，而且觉得辐射很危险。由于他们日常接触手机、家用电器等比较多，认为“辐射的来源都是工厂和人造的东西”，没想到一些自然物质也会释放辐射。还有的认为“光和辐射不一样”，其实
7、光也是一种辐射类型。少部分认为“辐射类似于辐射粒子，穿上雨衣可以抵挡”。 日常的生活经验既能帮助学生理解抽象概念，同时又局限了概念的理解。教学时需开拓学生的眼界，避免概念的狭义化理解。 2.不恰当的教学方法 某学者研究学生对“水扩散”概念的理解时发现，大部分人都认为“水分子只有自由扩散一种方式，而没有专门通道”。究其原因，生物学上，一般利用“反渗透的原理”讲解“水进出细胞的扩散”，以至于产生误概念。由此可见，教师的教学方法和案例，若不严谨或使用不恰当，都会产生误概念。 3.概念的抽象性 科学是复杂的，很多概念都很抽象。如“物质溶于水的过程”，有的认为“糖溶于水后形成新的物质”；还有的认为“氯化
8、钠在水溶液中是以分子形成存在的”。Basil M.Naah（2012）等人检测学生书写“离子化合物溶解于水中的电离方程式”，并对出现的误概念进行整理，发现四个误概念：（1）学生认为“离子盐在水中发生置换反应”。（2）学生认为“离子盐溶解呈中性原子或分子，可替代阳离子和阴离子”。（3）学生混淆下标和系数，不知道其作用。（4）学生认为“多原子离子分解呈更小的粒子”。 即使是学生非常熟悉的科学现象，由于概念的复杂性，仍会产生误概念。误概念形成的原因有多种，除了文中提到的，还有误概念本身的特性，如顽固性、持久性，这些因素都会影响学生的理解。有时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。
9、三、科学误概念的转变 1.认知冲突与学生立场的关系 研究者认为，以下四个因素会影响学生的概念转变：先前知识的性质；新的替代模式和理论的特征；转变观念时呈现信息的方法；学生对反常数据加工的深度。 Gyoungho Lee（2011）探究认知冲突与学生反应的关系时提出：学生对反常数据的新反应表面概念转变，还发现焦虑对概念转变具有负面影响。“表面概念转变”是指学生虽然转变了原有知识，却不知其意。虽然很多学生不理解范例的答案，但是相信老师讲解正确，仅“表面上”进行了概念转变。 研究发现，认知冲突分数与学生反应具有一定的相关性，结果与耶克斯-多德森定律一致，如果学生经历过低过高的认知冲突，都会对学习产生
10、负面影响，所以适当水平的认知冲突具有概念转变的潜能。 2.误概念的转化 对于误概念的转化方法，一般分为三类：测试卷、教学干预和多媒体技术。测试卷包括概念转化试卷等；教学干预包括合作学习、概念图、实验等；新媒体技术则是3D动态图、反应机理动画等。 有的概念转化方法并不明显，原因是忽略了误概念的类型。研究者将误概念按其复杂性分为三类：错误理念、缺陷心智模型和不正确的本体论类别。而目前对特定类型的误概念进行指导性干预的研究比较少。Soniya等人（2012）就对心智模型水平的“循环系统”概念进行了转化研究，采用“类比比较”和“自我解释”两种方法，比较两者成效。由于心智模型更加强调各命题之间的相互联系
11、与特征，“类比比较”的方法更适合转化心智模型水平上的概念。 诊断工具由问卷向画图发展，关注学生对科学概念的微观理解。教学不能仅停留在表面的宏观教学，要深入到微观，帮助学生从本质上理解科学概念。考虑形成科学概念的原因，教师对概念的反应应比学生更加敏感，从形成原因入手，结合误概念类型，成功转化误概念。 参考文献： 1王祖浩.化学教育心理学M.南宁：广西教育出版社， 2007：29-31. 2A.L.Chandrasegaran. The development of a two-tier multiple- choice diagnostic instrument for evaluating s
12、econdary school students ability to describe and explain chemical reactions using multiple levels of representationJ. Chem. Educ. Res. Pract，2007，8（3）：293-307. 3James M. Nyachwaya. The development of an open-ended draw- ing tool：an alternative diagnostic tool for assessing students understand ing of
13、 the particulate nature of matterJ. Chem. Educ. Res. Pract，2011（12）：121-132. 4Basil M. Naah，Michael J. Sanger. Student misconceptions in writing balanced equations for dissolving ionic compounds in waterJ. Chem. Educ. Res. Pract. 2012（13）：186-194. 5Gyoungho LeeTaejin Byun.An Explanation for the Diff
14、iculty of Leading Conceptual Change Using a Counterintuitive Demonstration：The Relationship Between Cognitive Conflict and ResponsesJ. Res. Sci. Edu，2012（42）：943-965. 6Soniya Gadgil et al. Effectiveness of holistic mental model conf rontation in driving conceptual changeJ. Learing and Instruction，2012（22），47-61. 作者简介：叶思宇，女，浙江温州人，华东师范大学化学与分子工程学院，硕士生，主要从事化学教育研究。 丁伟，女，黑龙江人，华东师范大学化学与分子工程学院副教授，教育学博士，主要从事化学教育研究。第 8 页 共 8 页
