1、概念图与概念转变的科学教学,浙江师范大学课程与教学研究所蔡铁权2010年12月2日,概念图的定义诺瓦克和高文指出：“概念图是一种能形象表达命题网络中一系列概念含义及其关系的结构化图形，它由节点（概念）和连接节点的线段（关系标签）组成，能清楚地表达某一命题中各概念节点间的内在逻辑关系。”,一、概念图的概述,概念图的构成四要素节点(又称结点) 连线 连接词 实例,概念图的基本特征,概念（concepts） 命题（propositions） 交叉连接（cross-links） 层级结构（hierarchical frame-works）,概念图的制作,概念图制作的基本步骤,实践与案例：“植物的根”的
2、概念图（1）确定其知识领域，并列出相关概念划出或圈出该篇文章中的主要概念 植物的根每一颗种子,将它埋入泥土里，就会生根发芽。植物的根可能是直根（taproot），也可能是纤维根(fibrous root)。直根通常直而大，人们称之为主根(primary rot)，侧根 （secondary roots）从主根上长出来，每一个根上都有根冠(root cap)，它可以在植物成长过程中保护根尖(root tip)，并推动根尖深入泥土。像甜菜根、胡萝卜、萝卜、芜箐等都属于直根系。纤维根由许多很细的根组成，这些根通常是向四周扩散。例如，草的根和黑麦的根就是属于纤维根。根有两个主要作用：使植物固定在泥土中
3、吸收水份和养料。在一株健康的植物中，根一直保持成长。它们在泥土中吸收水份以及像铜、铁之类的矿物质。根的这些功能通过根冠、根须(root hairs)以及称为木质部(xylem)和韧皮部(phloem)的根管或根的导管（root tubes or vessels）来实现。根就像是海绵，吸收水份和矿物质。根须有利于吸收，通过扩大表皮细胞(epidermal cells)与土壤的接触面积，可以使根更多地获得养分和水份。,列出相关概念。此例中，知识领域是“植物的根”，因此将文中与“植物的根”相关的概念均列出： 植物的根 直根甜菜根和胡萝卜 纤维根草和黑麦 主根 侧根 根冠 根尖 根须 木质部 韧皮部
4、根的导管 表皮细胞,（2）选定关键概念，内化排序结构在确定了与知识领域相关的概念后，接下去则要在诸多概念中选取一个关键概念（在本例中关键概念为“植物的根”），并对各概念进行排序，按概括性程度将概念从高到低排列，将最一般、包摄性最广的概念排在最上面（本例中是“植物的根”）。将概念写在卡片或是速写纸的正确位置如下： 植物的根 直根甜菜根和胡萝卜 纤维根草和黑麦 主根 根冠 根尖 根须 根的导管 木质部 韧皮部 表皮细胞,（3）拟定概念图的纵横向关联：将概念以恰当的方式贴到一张纸上一般特征 植物的根直根 纤维根主根 侧根根的导管特殊特征 木质部 韧皮部,（4）建立概念间连接，绘制概念图把每一对相关的
5、概念用连线联结，并在线上标明二者的关系。这样，同一领域及不同领域中的知识通过某一相关概念而链接起来。然后再经过修改或修饰后，各级概念及其关系清晰了，概念图就基本上做好了。本例中，植物的根可能是直根，也可能是纤维根，“植物的根”与“直根”、“纤维根”都是“可能是”的关系，箭头由植物的根分别朝向“直根”与“纤维根”，连接词为“可能是”；直根通常直而大，人们称之为主根，箭头由“直根”朝向“主根”，连接词为“延伸”；侧根从主根上长出来，箭头由“主根”朝向“侧根”，连接词为“产生”；每一个根上都有根的导管，即直根、纤维根、主根、侧根都有根的导管，箭头分别由直根、纤维根、主根、侧根朝向根的导管，关系词为“
6、有”；根的导管称为“木质部”与“韧皮部”，由此，箭头由“根的导管”分别朝向“木质部”与“韧皮部”，连接词为“称为”。最后绘制成概念图。如图所示。,“植物的根”概念图,概念图的制作方式：,传统的手工制作方式,概念图的制作方式：,现代的软件制作方式,概念图制作软件一览表,概念图的制作方式：,Cmaptools,Inspiration,Kidspiration,MindMapper,Visio,易思认知助手,概念图制作的教学,1、填空型教师从完整的概念图中删除某些节点或链接，要求学生填充完整。该任务由于其图中已经呈现了正确概念框架，因此构图难度较低，且通过概念间关系所形成的提示较多，一般适用于教学过
7、程中对学生进行概念转变的引导和启发。,2、结构型教师提供概念构图所需要的节点、链接、概念图的结构类型或概念图模板， 要求学生根据教师的提示制作概念图。它的难度适中，能够很好地反映学生的 概念掌握情况，适用于教学完成后对旧知识的回忆复习。,3、限定条件型 教师提供概念构图所需要的节点和链接，要求学生根据 教师的提示制作概念图。该任务通过对概念的限定，可 以进行标准化评价，因此它适用于教学完成后对学生的 统一测试。,4、开放型教师根据学科知识选定范围，不给学生任何提示或只给出核心概念，使学生围绕这个主题，联想有关的知识、概念，创造性地制作概念图。这类任务没有对学生进行概念限定和提示，要求学生将所学
8、的概念自主进行整合梳理、成串结网，将概念有目的地构化、系统化，而使学生加深对知识的理解和领悟，因此难度较大，一般适用于教学完成后的对学生概念转变情况的评价。同样由于开放任务型对学生限定很少，能够充分展示学生已有的概念网络，因此也是进行前概念测定的理想工具。,概念图在科学教学中的应用：,概念图作为一种评价工具 1.探测学生的前概念,2.评价学生概念的转变与发展,3.评价结果,概念图作为一种科学教与学的工具 1.作为问题解决工具,2.辅助交流/合作进行合作式概念构图，可以提供一个理想的情境，让学生能够公开地与其他同学沟通概念或命题的意义，并建构自己的知识，以达到有意义的学习。在合作学习的情境下，同
9、伴的教导与意见的分享是提高学生成就表现的主要关键。在各种教学情境下，小组成员对概念有着不同的理解，用概念图进行交流，可以很直观、清楚地了解对方的主要观点。通过共建概念图来进行协商，培养了批判性思维技能，使各自的认识得到完善与扩展。概念图在小组合作解决问题时，可帮助小组理清知识线索、理解和表征问题、寻找解答方法，最后提出解决方案。,3.在认知和情意学习上的应用研究认为：“概念构图组”的学生在成就测验上的成绩要显著地高于“传统讲授教学组”的学生；此外，概念构图组的学生对“科学”的焦虑程度也显著地低于控制组，诺瓦克认为这是有意义学习与机械式学习的差别所在。,4.作为学习策略,5.作为教学计划工具 组
10、织课程内容 准备特定课堂 学生材料,6.作为复习的工具 引导学生主动建构概念图是一种高效率、 有效地复习知识的途径，学生通过建立 概念图间的联系促进对知识的深入理解， 概念图使零散的知识结构化、条理化、 系统化，有利于学生长期有效地记忆 知识。,7.作为知识管理工具,二、V形图的构成与类型：,V形图的构成,V形图的类型1.知识论V形图（Knowledge Vee Diagram）,2.学习V形图（Learning Vee Diagram）,3.访谈V形图（Interview Vee Diagram）,V形图在科学实验教学研究中的应用实例 “从磁场中产生感应电流”,1、选择一个事件或是问题情景本
11、例中的实验情景是：从磁场中产生感应电流。学习者可以按照自己的想法来做，或是参考有关科学活动的书籍。在标题“事件”的下面列出过程： 事件在一个闭合线圈中来回移动条形磁铁，闭合线圈的终端与电流计相连。然后磁铁不动，上下移动线圈。两种情形进行多次观察。,2、写出关键思想在V形图的左边写出关键思想。对于电磁感应了解了哪些内容？对于这一事件有哪些知识是最关键的，可以查阅相关的书籍或是网络，总结得到的信息，并将它们写在V形图左边“关键思想”的下面： 关键思想当条形磁铁插入线圈时，可以产生感应电流。简单地将条形磁铁移进或移出线圈时，在线圈中可以产生电流。这一现象被称为电磁感应。,3.列出所需的概念名词，制作
12、概念图因为概念是V形图的一部分，在V形图左边“关键思想”之下，在“概念”一栏中列出所有的“概念名词”（思考的问题：对于电磁感应知道哪些“概念名词”；从阅读的有关电磁感应的文献中可以挑出哪些概念名词；对事件有意义的关键概念是什么。） 概念导线，线圈，条形磁铁，电流计，感应，电流，电荷，磁，场先对这些概念之间的关系作一考虑，在电磁感应过程中，感应电流是如何产生的？做出概念图。在空白纸上画一个足够大的“V”形，将事件的“关键思想”和“概念”都写在“V”形图中的相应位置。,感应电流的产生,4、列出焦点问题在关于关键思想以及电磁感应（事件）的概念的基础上，要展开观察或是学习这一事件，最重要的问题是 什么
13、？在V形图中“焦点问题”的标题下写下这一问题： 焦点问题磁如何产生电？,5、记录观察当开展电磁感应的实验时，观察到了什么？用自己的语言来描述，写在“记录”一栏中。观察必须包括所描述的每一种具体的情形： 记录,6、数据转换能简化记录吗？数据转换磁铁的移动产生了电流，它可以由电流计检测得到。同样，线圈的移动也产生了电流。7、得出结论在电磁感应实验的观察中可以得到什么结论。在V形图右侧“结论”标题下写下结论： 结论线圈和磁铁相对运动时产生电流。,8、写出价值判断电磁感应实验有价值吗对教师或是对学习者？在V形图右边“价值判断”的标题下写出这一活动的价值： 价值判断这一活动让我明白了电和磁之间的关系。这
14、样，一个V形图的制作就完成了，同时也完成了用另一种新的方式呈现知识的过程。通过提问与回答焦点问题，学习者深入探究了科学家建立的关于电磁感应理论的过程，同时，也从V形图的制作过程中得出了电磁感应的科学概念。,V形图在科学实验教学研究中的应用实例,前概念基本上包含以下几方面含义：学生在学习前就存在着对科学事件的个人认识；学生的个人认识是其知识框架的一部分，是学习新 知识、解决新问题的基础；学生的前概念虽然可能是错误的，但对于解决日常问题十分有效，这也是为什么学生不愿意放弃前概念的原因之一；学生科学概念的形成与科学家的研究过程是一致的，因此必须重视学生的认识过程。,三、概念转变的科学教学概述,前概念
15、（preconception）,学者及其提出有关前概念用语一览表,“迷思概念”是指学生在接受正规的教育之前，对于自然界的一些现象已有自己的想法，这是其自行所发展出来的概念，是不同于科学家的科学概念的。,迷思概念（misconception）,迷思概念的特征：1、不完备性 2、个人性 3、顽固性 4、情境性 5、普遍性 6、历史相似性,1. 不完备性,台湾学者钟圣校（1993）以访谈法对五、六年级未上过及已上过电动机单元的学生进行调查，并比较六年级学前、学后对此单元的认识，发现皆有迷思概念，唯内容和程度不同。在各类迷思概念的访谈资料中，可发现大量的受访者，其回答不够完整，且这种不完整，不是表达力
16、的问题，而是对问题的思考不周全，以致说出的概念也失之片面或零碎。 对于迷思概念的不完备性，很多学者也表示了类似的看法。有学者指出迷思概念有别于同领域专家的看法，如Fisher（1986），郭重吉（1989），邱弘毅（1998）。他们指出迷思概念常常是不周全、片面、或是零碎的。学生具有的迷思概念往往不是体系完整的知识架构；对于同一个概念，学生常常出现不周全、甚至相互矛盾的想法。,2. 个人性,Driver等人曾指出迷思概念有个人性（personal），个人遭遇相同的事件，接受相同内容的教学，个体会产生不同的解释，以自己的方式来内化经验，建构出自己的定义。钟圣校也指出，许多迷思概念是相当特别的，属
17、个人特有，是学生将信息内化，用自己的经验来建构事物的意义。裘维钰（1995）综合了Driver等人的看法，认为迷思概念具有个人性，学生以自己的方法来内化他们的经验，建构属于自己的意义，而这些个人的想法会影响获得信息的方法。邱弘毅（1998）也认为有些迷思概念是个别的、是个人所独特拥有的。,3. 顽固性,虽然有些迷思概念很容易经过教学或简单的解说，就得到改变，但有些迷思概念，虽经过教学时教师提出大量的证据或费许多口舌讲解，仍然一再出现，让学者不得不承认其根深蒂固的存在事实。 其他学者，如Fisher(1985)认为许多迷思概念拒绝改变，至少在传统教学方法下是不行的，正是这一特性，导致许多学者研究
18、有效的方法来改变学生的迷思概念。Driver等人(1985)也指出，迷思概念很难被改变，儿童常以自我的意识来诠释学习到的观念，并且加以强化自我的信念，甚至在教学之后，仍不会修正或改变其原本的想法。Novak（1988）关于迷思概念的八项原则中提出，概念很早即被获得（concepts are acquired early in life），迷思概念很早即被获得，并且是拒绝修正的（misconceptions are acquired early and are resistant to modification）。Wandersee等人（1994）也认为以传统的教学策略，迷思概念非常顽强且不易消
19、失。林楷植（2002）通过研究也发现迷思概念用传统的教学策略是不易改变的。,4. 情境性,Tytler(1998)的研究指出，在大气压力的科学概念中，认为学生利用具有多重的概念来了解现象，而多重概念是以情境的特征形成。 裘维钰（1995）指出迷思概念具有变易性：常前后不一致，有时同样的问题，因其所处的情境不同，学生往往会有不同的解释。 邱照麟（2000）研究指出，迷思概念具有不稳定性，因学科知识的不足或思考问题不够周详，同一问题在不同的情境中，会出现相互矛盾的想法。,5. 普遍性,迷思概念在教学历程中的变化，可从统计教学前、中、后三段，迷思概念出现率消长的情形得知。但可发现某些迷思概念确实普遍
20、性较高。例如学生普遍都有“假设的内容必须是正确的”这种程序性知识迷思概念。综观全球各地可发现许多一样的迷思概念。Fisher(1975)的研究也指出，单一或少数的迷思概念具有普遍性。Wandersee等人（1994）认为，学习者带进正式科学课程的迷思概念跨越年龄、能力、性别和文化藩篱。 郭重吉（1989）综合各学者关于迷思概念的看法，认为，迷思概念具有同时存在不同个体的普遍性。邱照麟（1998）也指出，某些迷思概念却是相当普遍化的，不管年龄、文化、或是性别等的不同，都具有相同的迷思概念。,6. 历史相似性,关于迷思概念的特性，Fisher(1975)提出，有些迷思概念具有其历史背景，即可能来自
21、同一领域中在早期被接受的观点。 Wandersee等人（1994）总结了以往关于迷思概念的研究，指出，今日学生的迷思概念和前代科学家对自然现象的解释非常相似。虽然没有足够证据显示学生在学习科学概念上重蹈覆辙，但研究者建议科学史可被用来鼓励和帮助学生发现自己概念上的弱点。 郭重吉（1989）表示了类似的看法，他认为，迷思概念可能是在同一领域中，早期所能被接受的想法。 裘维钰（1995）也认为，概念发展类似于科学史的演进：有些迷思概念具有历史渊源，即在早期的时候，该学科领域的专家也持有和今日学生相同的迷思概念。,迷思概念产生的原因：1、个人因素（1）日常的观察与经验（2）原有知识的不足 2、社会文
22、化因素 （1）文化语言 （2）社会互动 3、教师与教科书因素 （1）教师因素（2）教科书因素,1. 个人因素,（1）日常的观察与经验迷思概念可能起因于学生企图去理解每天日常生活中的经验，透过此理解的过程，学生会发展自发的概念，其中也会包括某些迷思概念。例如Erickson和Triberghien(1989)的研究中，认为用手摸到炉子、灯泡、热的物体等经验，几乎所有年龄的小孩都会认为是“热的移动”（movement of heat），热将会从一物体移到另一物体，这种热是物质的概念，常被小孩用来解释上述的这些现象；Lewis和Linn的研究里，学生在热平衡的概念上，他们会认为金属在热的环境里，金属
23、会比外在的环境更热，相反地，若是金属在较冷的环境里，金属会比外在的环境更冷，虽然他们知道物体会和环境达成相同的温度，但是日常经验却不是如此的结果。Osborne, Bell和Gilbert(1983)认为学习者易以个人为中心或是以人类为中心来看事物，只考虑事物的本质，并且直接从日常生活经验来建构知识。,（2）原有知识的不足Ausubel(1968)有意义学习理论认为，“要使学生达到有意义的学习，必须先由学生所知教起”，了解学生所知，必先了解学生在学习概念或知识前，可能已存在一些有别于科学家的想法或概念。学生原有的想法可能成为学习的阻碍，因为学生在学习时，是以其先入为主的观点来解释所见所闻，因此
24、他们所得的结论和解释很可能会和教师或课本所要教的不同。由此可见，学生原有知识的不足很可能引发其迷思概念的产生。,2. 社会文化因素,（1）文化语言学生除了与物理环境的接触外，学生也可能会从他们生活的社会环境中获得一些迷思概念。因为他们所使用的语言、文化的信念与他人的互动，也是迷思概念主要的来源。我们的日常用语保留了许多概念，数百年来这些概念在科学里就被认为是过时的。例如，“太阳升起来了”说明了太阳在天空中的行经，而非“现代”观点的地球相对太阳运转。换言之，文法上的构造导致这般的思想，因为在某些方面而言，它反应了逻辑结构。因此很多语言的建构并未能符合现今的科学知识。,（2）社会互动在日常生活中，
25、与朋友、父母和其他人的交往谈话中，学生舍取了零星的科学知识和另有概念。其他信息来源如媒体，也提供了科学知识，虽然这种科学知识，由科学家观点来看并不一定正确。这类的概念来源也许比教室上课的影响力大，因为上自然课时间只有几小时，而其他时间，学生则面对各种的来源刺激。由此，学生在与社会互动过程中产生迷思概念，因为他们会倾向于简化科学概念，而使得他们更易了解这个社会。,3. 教师与教科书因素,（1）教师因素有许多研究指出，教师是迷思概念的来源。教师有可能在教学过程中有错误的诠释，缺乏科学知识的本质的了解，或是企图简化概念，而来提供对于概念描述，教师对儿童迷思概念缺乏察觉心及兴趣、教师认为讲述时只要涵盖
26、概念，学生就能理解学会。教师过分强调讲述法，如此都可能使学生产生迷思概念。,（2）教科书因素教科书亦是学生迷思概念的来源之一，Summers(1983)分析一些教科书对于热的定义，发现在不同的教科书中对于热有不同定义的方式，但似乎都会困扰学生，使学生获得不同热的概念，例如常把热与内能混在一起，或把热当作物质的热质理论。因此，Summers建议应该把heat改为heating，因为heating属于一种过程，当物体的内能改变时，则会导致物体温度的改变。而Stavridou和Solomonidou(1998)的研究指出，大部分的教科书对化学反应的呈现总是有两个反应物，因此很多学生会认为化学反应需有
27、两个反应物才可以进行。教师与教科书设计者应多留心学生的概念，在课程上应呈现多样的化学反应，包含只有一个反应物的化学反应，如此才能避免学生迷思概念的产生。,概念转变的含义概念转变一般被定义为现有概念的转变（如，信念，观念或思维的方式）。现有知识或信念的转变或重构是概念转变与其他学习方式的区别。在概念转变情形下，现有概念得到了根本的转变甚至被取代，成为学生用来解决问题、解释现象和在他们世界中活动的概念框架。概念转变可以理解为，学习过程中新、旧经验相互作用的过程，是新经验对已有经验的改造与重构过程。,四、概念转变的基本理论,建构主义学习理论,在皮亚杰的“个人建构”理论和维果斯基的“社会建构”等理论的
28、基础上，建构主义学习理论得以发展。20世纪80年代以来，建构主义学习理论在科学教学领域中逐渐流行起来，形成科学教育全面革新的一股主要力量。人们普遍认为，建构主义代表了当代科学教学的“范式转变”。建构主义促使人们对科学知识、科学学习和科学教学的本质进行了重新认识，由此导致了科学知识观、科学学习观和科学教学观的深刻变化。,建构主义知识观：建构主义者一般强调，知识不是对现实的纯粹客观的反映，任何一种传载知识的符号系统也不是绝对真实的表征。它只是一种解释、一种假设，它并不是问题的最终答案，相反，它会随着人类的进步而不断地被否认，并随之出现新的假设；而且，知识并不能精确地概括世界的法则 。按照这种观点，
29、课本知识只是一种关于各种现象的较为可靠的假设，而不是解释现实的“模板”。科学知识包含真理性，但不是绝对正确的最终答案，它只是对现实的一种更可能正确的解释。另外，知识在各种情况下应用并不是简单套用，具体情境总有自己的特异性，所以，学习知识不能满足于教条式的掌握，而是需要不断深化，把握它在具体情境中的复杂变化，使学习走向“思维中的具体”。,建构主义学习观：建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。因此，建构主义学习观认为，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己
30、主动建构知识的过程。建构必有基础，基础就是每一个人原有的知识和经验，这就是知识的生长点，也可以说知识是通过新旧经验的相互作用“生长”出来的。学习的结果在于意义的获得，对新信息形成自己的理解。学习不只是印入信息，而是调动、综合、重组甚至改造头脑中已有的知识经验，对所接受到的信息进行解释，生成了个人的意义或者说自己的理解。,建构主义教学观：在教学中，教师不仅要让学习者知道什么，更可贵的是要让学习者感受到什么；知识的意义不能直接传递，对知识的情感就更不能传递了。教师不只是关注如何呈现、讲解、演示信息，更重要的是，要创设一定的情境，促进学生自己主动建构知识的意义，时刻关注、了解、探知学生头脑中对知识意
31、义的真实建构过程，并适时提供适当的鼓励、辅导、提示、点拨、帮助、支持，进一步促进学生的建构活动。,图1 鱼就是鱼,“鱼就是鱼”这个故事说明，学习总是建立在学习者原有知识基础之上的。没有基础我们就无法理解自己到底在干什么。,Ausubel在其最有影响的著作教育心理学:一种认知观(1968年再版)的扉页上写道：“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说：影响学习的最重要的因素是学生已知的内容。弄清了这一点后，进行相应的教学。”,1.概念转变的条件 在面对新、旧概念冲突时，在何种条件下学习者才会转变已有概念呢？对此，波斯纳等提出了概念转变的四个条件：对现有概念的不满（dissat
32、isfied）；新概念的可理解性（intelligibility）；新概念的合理性（plausibility）；新概念的有效性（fruitfulness）,概念转变的条件与影响因素,2.概念转变的影响因素反例(anomalies)：不满足的主要来源就是在概念生态中，必须有反例存在；类比或隐喻(analogies and metaphors)：类比与隐喻可以提供新的观念，使得新的概念变得可理解；认识论信念(epistemological commitments)：大多数的知识领域都具有判断何者为成功解释的标准；形而上的信念与概念(metaphysical beliefs and concepts
33、)：在科学观念里，关于宇宙具有秩序、对称，或是不混乱的信念，通常在科学工作时决定了新概念应该被接受或是丢弃；其他的知识(other knowledge)：新的概念必须要比在其他领域的知识，或是竞争的概念，具有更多发展的前途。,3.概念转变的方式与途径 （1）概念转变的方式丰富该模式首先按已有认知结构的改变方式将概念转变类型称之为“丰富”。指在现存的概念结构中概念的增加或删除。人们在生活中获得的大量知识充实着他们原有的知识。充实的另一种形式包括对现存概念结构的区分、合并以及增加层级组织。总之，这一途径涉及到原有概念结构的量的扩展（enlargement）。重建重建意味着创造新结构，这种新结构的建
34、构或者为了解释旧的信息，或者为了说明新信息。心理学家对不同的重建类型作了区分。其一是区分弱势（weak）与根本（radical）重建。,（2）概念转变的途径连续途径连续途径试图避开在不连续途径中的基本的重建的需要，其概念转变开始于同科学概念一致的学生原有概念结构或是对已有概念的重新解释。在第一种情况中，其要点是概念的变更和目标概念的协调是逐步发展起来的。在涉及科学概念和原理的解释时，并不是任何情况下都必需从学生建构的概念开始的。它也可能开始于某些问题领域中部分知识的类比，这一问题领域中的科学内容的结构与性质已被阐明。在第二种情况中，“重新解释”策略稍有不同。与之类似的是虽然它也是从学生的原有概
35、念开始，但对它已用新的方式作出了解释。,不连续途径不连续途径的显著特点是学生已有概念与科学概念是完全不同的。在不连续途径中，认知冲突（connitive conflict）策略起关键作用。认知冲突主要有以下三种：首先，认知冲突产生于学生的预测同其经验结果相反时；其次，认知冲突产生于学生的观点与教师不一致时；再次，认知冲突产生于学生之间的不同观念的碰撞中。,4.概念转变的科学教学过程Lee和Kwon使用认知冲突过程的模式来解释当学生学习时面临到反例时认知上所面临到的冲突、冲击的过程。这个模式有三个阶段：初步的阶段（preliminary stage）、冲突阶段(conflict stage)和解
36、决阶段(resolution stage)。（1）初步阶段（preliminary stage）初步阶段是发生在认知冲突之前的阶段和包括学习者相信自己所拥有的概念与反例（即教师用来使学生觉察原有概念有其局限性的数学例子或想法）都为真的阶段。换言之，当教学者察觉到学习者另有概念时，教学者企图使用反例来使学习者产生认知冲突，然而学习者认为教学者所用的反例与他所拥有的另有概念并不会抵触或是两者可相安无事的存在。所以初步阶段是尚未察觉到反例与迷思概念不能相容的阶段。,（2）冲突阶段(conflict stage)在这认知冲突过程的模式中，冲突过程被定义为：学习者察觉到反例与原有概念有所差异；学习者在解
37、决认知冲突时所表现出的是感到兴趣还是焦虑；重新评价冲突情境。换言之，当察觉到既有概念有其局限时，学习者思索为何如此，当然有些使人觉得惊奇，有些则让人感到惊讶，接着学习者评价所面临的情况。在这些阶段过后或是这些阶段同时，他评量自己的认知冲突情境后决定是要继续下去以解决冲突或是停止下来逃离冲突。,（3）解决阶段在解决问题阶段，学习者将尝试用任何方法去解决认知冲突。解决冲突的反应可以当作一种内在反应来表示。学习者的反应包含由Chinn和Brewer(1998)所提起的：例如忽略反例的存在（ignoring）、否认反例（rejecting）、不确定（uncertainty）、排斥反例（exclusio
38、n）、将反例搁置一旁（abeyance）、重新诠释反例（reinterpretation）、外围理论的改变 （peripheral theory change）和理论的改变 （theory change）。,根据以上分析，概念转变的教学过程可概括为以下三个阶段：探测认知结构，了解已有概念； 引发认知冲突，解构迷思概念； 解决认知冲突，建构科学概念。,概念转变的科学教学过程,三、概念转变的教学策略,（一）探测认知结构：了解前概念 1、探测认知结构的工具与方法,（2）探测认知结构的概念图分析 结构比较,图3 学生概念图,图4 丰富的概念图,3、访谈明茨基（Mintzes J.J.），万达西（Wan
39、dersee J.H.）和诺瓦克把访谈方式分为：,4、二段式诊断测验二段式诊断测验每一题都包含两个部分，第一部分针对题目可能的结果（单一选择题）作答后，紧接着对第二部分针对理由作答（单一选择题），一般在第二部分理由中会安排“其他”的选项供受试者自由填答,二段式测试实例,（A) 将A、B两个电阻不同（RARB）的灯泡与电池串联，形成通路，如图9所示，若IA是流经A灯泡的电流，IB是流经B灯泡的电流，请问IA与IB的大小关系为（ ） A. IA IB B. IA = IB C. IA IB,（B）：你选择上述答案的理由是（ ） A. 电流被A灯泡消耗掉，所以流到B灯泡时会变小 B. 电流被B灯泡消
40、耗掉，所以流到A灯泡时会变小 C. 因为B的电阻小，所以B灯泡的电流比较大 D. 因为A的电阻大，所以A灯泡的电流比较大 E. 电流是电荷的移动，而电荷是守恒的，因此电流不变 F. 电流是电能的移动，而能量是守恒的，因此电流不变,（二）引发认知冲突：解构迷思概念 1、合作学习 （1）正式合作学习的实施方法 学生小组成绩分工法 切块拼接法 小组调查法 小组辅助个别学习法 小组游戏竞赛法 共学式 （2）非正式合作学习 （3）辩论,2、探究性实验 探究性实验的实施：提出问题进行猜想和假设实验验证,（三）解决认知冲突：建构科学概念,1、类比 类比教学的模式： 一般类比教学模式 类比模式的教学 FAR导
41、引模式 类比桥模式 多重类比模式 学生产生类比模式 故事性类比模式 以实例为基础的推论模式,一般类比教学模式：,这一模式包含九个步骤： 评价学生类比推理能力，以及处理视觉影像或认知复杂需求工作的能力等相关特质。 评价学生的原有知识以决定类比是否有帮助。班级讨论、临床访谈或问卷作答均可达此目的。 分析某主题学习的材料以决定是否已含有类比。倘若没有，教师可另行建构新的类比或找寻恰当的类比。 依据类比是否为学生所熟悉、类比的复杂程度、其与目标类比相关的特质，进而评断类比的恰当性。建议在正式教学前，可以不同教学策略进行教学，并以少数学生测试这些类比的可行性。 依据学生的特质来决定类比的特征。如此一来，
42、可协助教师决定使用一个实物模式的必要性与类比的具体性。 选择教学的策略以及教学的媒体。可由下列三种策略中选择一种：学生自我发展、引导式教学或解释性教学。另外的选择则包含教学媒体的运用，例如教师以书写、口语、录音带、电视、幻灯片、示范、游戏、操作模型、图片和图形来教学。 呈现类比的方式包含下列步骤：介绍目标概念、介绍类比、将类比与目标物连接呈现相似性的特质，并从最显著的特质开始，利用转移的语句呈现类比与目标物中不相关的属性，最后再讨论不相关的属性。 评价学生的学习成就，以了解学生对于某主题概念的知识特质，并诊断出使用类比可能造成学生哪些迷思概念的产生。 在评价此模式的每一步骤后加以修改，以决定是
43、否需要额外的讨论、其他替代类比或不同的教学策略。,类比模式的教学 ：,分为六个部分： 目标概念的介绍； 回忆类比概念； 找出目标物与类比间的相似特质； 标出相似的特质； 依据概念得出结论； 指出哪些类比物之特质与目标物的不同。,FAR导引模式 ：,使用类比教学应该分别注意聚焦（focus）、行动（action）、反思（reflection）三个面向，简称FAR 。,类比桥模式 ：,教学模式如下： 呈现锚类比（anchoring analogy）； 呈现目标物，并与锚类比物来进行比较； 提供类比桥，并辅以小组讨论来加强学生思考，藉以拉近锚类比与目标物的差异； 提供可以解释现象的机制的解释模式，让
44、目标物对学生更具有意义。,类比桥模式案例,学生在接受“静止在桌面上的书将受到桌子施与书的力”的概念上有困难。为了使这样的宣称达到合理，教师请学生想象书在弹簧上的情形。这能让学生注意到弹簧真的施了力给书本。然而，学生可能仍然拒绝接受桌子和弹簧的类比。在这里，介绍书放在有弹性的桌子作为中间过渡步骤（架桥的例子）。学生于是能看到此情形类似于将书放在弹簧上，或者是将书放在桌子上（目标物）。,多重类比模式 ：,类比常会过度简化概念的复杂性“简化性偏差”，当老师在教授复杂的目标概念时为了防止这种偏差的产生，因此提出多重类比模式（Multiple Analogies Model），藉以弥补单一类比的缺失。此
45、外，许多科学的概念在描述或是解释时，都需要依赖多重的模式。因此，在这种多重类比的教学模式里，主要是包括有计划性的和连续性的类比，每一个类比物建立于前一个之上，以连续精致化的过程提供一个自我更正的机制，来降低产生非预期的迷思概念的可能性。,多重类比模式案例,Spiro等人提供用来解释肌肉纤维功能的五个类比和图形。每个类比分别表达某些概念，同时也漏掉其他概念。第一个用来解释这种机制的类比是类比划桨手。这个类比拥有下列几个与目标物概念相似的特性：产生力的创造：小臂；施力者运动的特性：往前、往后、击打；有许多个别的施力者。然而这种类比可能会误导人，因为它：产生力的构造；划桨手动作可能是混乱的；忽略整体
46、的运动；忽略物体与宽度的关系。第二个类比是：类比在同船中相面对的划船者。这类比表达动作可能拉某物到中间（水中），但是它忽略了可拉物体到中间的构造（问题是桨是滑过水面的）。第三个类比是类比螺旋扣（turnbuckle），这将增强以下的想法：不用改变拉东西的长度，就可以将物体拉至中央；缩短是有限的。但是它遗漏了以下的观念：跨越桥梁（cross-bridges）；个别的施力者；在延伸长度限度的缺失。接下来的类比是中国手掌（chinese finger cuffs）类比跟军舰类比。相似的类比已经被描述过了，而这些类比帮忙建立一些关系跟机制，但是误导了某些关系。这里探讨到第五个类比为止。,学生产生类比模
47、式 ：,这个教学模式包含呈现给学生一个新的主题或状况，其中显示一系列的科学概念，同时要求学生针对特定的现象提出解释。教师作为资源提供者，学生参与的工作可分成三步骤，而同时进展到第四步骤前必须重复前三步骤：解释现象；建立他们自己的类比，得以较深入地理解该现象；运用类比于该现象，并且找出其间的相似和相异性；参与课程讨论，以讨论在解释现象中所使用的建议类比的恰当程度。此过程导致不断地发展出一套套的解释和类比。,学生产生类比模式案例,虽然这个例子是从研究里撷取出来的，但是所使用的教学方式是很相似的。教师呈现三个大气压力现象的活塞/圆筒的装置；当活塞推进手指封住的管口的管柱时，要移动活塞的力就要增加（加
48、压）；当活塞被拉出手指依然封住的管口时，需要的力也要增加（减压）；当活塞被推和拉之后，放开活塞，它将会回到最初的位置（回复）。 教师请学生解释这三个他们刚刚所观察的现象。稍后教师请学生发展自己的类比来改善他们对现象的了解。当他们创造了自己的类比后，学生被要求描述他们的类比跟所观察的现象是如何相似。接着，他们也被要求指出自己的类比跟所观察现象不一样的地方。这个过程重复几次后，将引发一系列类比和解释的改进，更能引发造成许多讨论与修正所提出的类比/解释的模型。,故事性类比模式,此类比是以故事方式来进行教学。 隐含下列几个特点： 选择熟悉的事物； 发展多个连接图； 探索其间的相关性； 建立在学生的直觉
49、和原有知识上。,故事性类比案例,在某一个八年级教室进行类比教学，教师构建了一个故事，是一些在教室的学生到附近的湖边进行假想之旅。作为开展故事的向导，教师常常在目标概念（地壳的运动：地区上的地质改变）跟故事的事件（学生乘船的事件）来来回回，并且藉由关键性的问题与使用图片来让学生参与活动。让我们假设Jenny在达令湖（Lake Darling）边，而她就坐在船里（画在图片里）所以Jenny在船里，而船浮在水上。我们就可以将这个情境当作一个比喻，地壳浮在地函上。地壳就像船，而水就像地函。接着我们假设当Jenny在湖边散步，遇到认识的人：Candy、Mike和Danny，并邀请他们与她同游。当其他三个人进入这艘船会怎样？（它会沉）这艘船会沉到底。你觉得呢？假设Jenny的船可坐四个人，那我们要注意到当船里坐一个人跟四个人有什么不同？这个船将会沉到水面较低处,
