初高中學生力學概念理解的性別差異研究

摘要 通過對92名初二和高一學生進行力的概念測試，并對不同年級的性別差異進行了比較研究。結果表明，在初中階段，男女生在力學概念的掌握上沒有差別，在高中階段，男生好于女生，具體體現在對運動學、牛頓第一定律和牛頓第二定律的掌握上。根據建構主義理論，結合女生的特點，論文給出了相關教學建議。

關鍵詞 中學生 力學 物理 前概念 性別差異

一、引言

概念教學在中學物理教學中具有重要的地位，尤其是力學概念，是整個物理體系的基石。近幾十年來國際物理教學的研究表明，學生在傳統物理學習中的表現并不盡如人意，即使經過了多年的中學教學，學生頭腦中仍存在著許多錯誤的“前概念”(preconception)，在力學概念中這一現象非常突出。與此同時，物理教學中另一個現象值得關注，那就是女生在物理學習中的落后。鑒于力學概念在物理學習中的重要地位，因此需要了解，女生是否在力學概念的理解上處于不利地位，如果是這樣，那么，從什么時候開始男女生的成績開始出現差距，具體涉及哪些力學概念?對于這些問題的回答，對于改進力學概念的教學，明確物理學習中性別差異的實質，提升女生的物理學習成績都具有一定的意義。

二、研究方法

選取蘇州市某普通中學學生92名進行測試，其中，初二學生39名(男生18名，女生21名)，高一學生53名(男生27名，女生26名)。測試材料選用“力的概念測試(Force Concept Inventory)”中文版(簡稱FCI)。FCI由David Hestenes于1992年設計發表，在國際物理教育領域廣為使用，中文版由曲亮生、郭玉英翻譯，并率先在國內使用。

測試在4月下旬學生的自習課上進行，時間為30分鐘。主試由所在班級的物理任課教師擔任，所有主試都經過了指導語方面的培訓。測試的指導語為：“同學們，這是一次測驗，主要為了考查大家對于力的概念的掌握情況，但測驗成績不計入期末總評，請大家認真完成，時間為30分鐘。”指導語設計的目的是為了保證學生測驗時的認真態度、中等強度的焦慮以及第一時間的反應，以獲得對學生力學概念情況的真實了解。測試數據收集上來審核后編碼，采用SPSS18.0對數據進行統計分析。

三、結果與分析

1 FCI成績的一般情況與性別差異

對初中生的FCI成績進行性別差異比較，t(37)=0.89，p=0.379，差異不顯著。男女生成績沒有明顯差別；對高中生的FCI成績進行性別差異比較，t(51)=2.96，p=0.005，差異在0.01水平上達到顯著，男生成績明顯高于女生。

2 FCI各部分成績的性別差異

FCI測試問卷包括運動學、牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律、迭加原理以及多種形式的力這六個部分，下面從這六個部分出發，對初中和高中學生的性別差異進行統計分析。

對初中生的FCI各部分成績進行性別比較發現，各個部分都不存在性別差異，男女生對各個概念部分的理解都基本相當。

對高中生的FCI各部分成績進行性別比較發現，運動學、牛頓第一定律和牛頓第二定律三個部分存在性別差異，男生表現明顯好于女生，牛頓第三定律、迭加原理和多種形式的力三個部分不存在性別差異，男女生對這些部分的概念理解基本相當。

四、討論與小結

1 初中生力學概念的性別差異

研究結果表明，在初中階段，男女生的力學概念理解水平基本相當，并且在所有具體的力學概念上也沒有明顯區別。我們認為，產生這一現象的主要原因是初中力學部分的知識較淺，學生掌握的程度都比較低。總體35分的平均成績跟FCI設計的60分的牛頓力學概念入門線的差距非常大。可以說，不論是男生還是女生都基本保留著原始樸素的力學概念，錯誤和空白之處非常多，差別不明顯。

2 高中生力學概念的性別差異

在高中階段，男女生的力學概念差異明顯，具體說來，在運動學、牛頓第一定律和牛頓第二定律方面，男生的掌握情況好于女生，在牛頓第三定律、迭加原理和多種形式的力方面，男女生的表現基本相同。高中生的力學概念總體水平比初中生有較大進步，總平均成績為58分，基本接近60分的牛頓力學概念入門線的水平，說明在高中階段，學生通過對力學概念系統深入的學習，對于科學概念的理解已經達到了較為基礎的入門水平。在這個程度上，男女生的概念掌握情況的差異顯現出來了。在具體概念的掌握上，可以發現，男女生出現性別差異的這三部分概念，相對是比較抽象復雜的，難度較大，平均正確率只有0.47，而男女生沒有出現性別差異的三部分概念，抽象復雜程度要小一些，平均正確率達到了0.71，對這兩個正確率進行配對樣本t檢驗，結果表明，t(52)=9.22，在0.001水平上差異明顯。可以推測，對復雜抽象的力學概念掌握不佳是導致女生力學概念水平低于男生的重要原因。

五、教學建議

對復雜的概念應用實例教學有很大差異。建構主義者曾提出了以下建議：

(1)對同一內容的學習要在不同時間多次進行，每次的情境都要經過改組，著眼于不同側面；(2)教學的內容要選擇真實性任務，不能對其進行過于簡單的處理；

(3)提倡教師與學生以及學生之間的互動和交流，使學生超越自己的認識，并通過反思，促使建構能力的提高。與男生相比，女生對人、對具體生活的場景更感興趣，在人際交流過程中，女生更“愛面子”，竭力避免出丑。我們認為，針對女生的這些特點，在教學中增加以“人”為對象的例子，探討“廚房物理學”、“醫院物理學”，在互動交流時，增加同桌討論、前后位討論等更自然的交流方式，應該會取得更好的教學效果。