學習運動生理學和生物化學中的一般性誤解分析

王成績

（巢湖學院體育系，安徽 巢湖 238000）

1 前言

體育與運動科學（SES）是大學學科中發展最快的科目之一。SES的定義為：“促進、維護和增強運動和訓練相關行為的應用科學”[1]。從教學和研究前景來看，SES主要是對運動表現的研究或什么樣的規律運動能夠促進健康和康復。這門學科還包括生理學、生物化學、心理學、社會學、生物力學和動作學習分支等學科，這就要求每一個學生集中精力去學習。

雖然SES是處于發展較快的一門學科，但是直接指導和改善SES教學的可利用的教育性研究還是很有限[2，3]。在SES所有分支學科中，學生反應比較典型的是在學習運動生理學和生物化學中遇到困難最大，這些是SES中最基礎的。最令人驚訝的或許不是這些課程事實上和概念上的困難。例如，運動生理學和生物化學引入分子生物學對于學生和教師來說都是一個挑戰。學生現在渴望理解整個身體對急性和慢性運動時的生理應答，同時也對這些適應的分子機制產生興趣。

在運動生理和生物化學教學中，因為覺得學生已經喜歡這門課程，很多教師常常認為學生具有一定的基礎。我們假設學生已經完成中學或大學的生物、化學或體育，因此他們在高等教育中通過學習高級內容而獲得好處。根據假設，隨后設計相關課程的教育目標和教學策略。假設學生通過大學1~3年級的學習取得進步。但是，當我們共同仔細考慮教學經驗時，我們會發現僅僅喜歡這門課程，所學的知識是不能確保充分理解生理學和生物化學的基礎概念的。

研究的目的是對文獻中的誤解進行闡述的初步研究，嘗試確定SES學生在學習運動生理學和生物化學時常識性的誤解。通過發問卷（可以自由調整答案）給1~3年級學生，嘗試跟蹤他們在學習過程中那些普遍性的誤解。

2 方法

常識性誤解列表由運動生理學和生物化學各個方面內容構成。這個列表是由研究者在課堂與學生互動過程中以及課程作業和考試評分過程中得出的。這些誤解的陳述見表1。 由這些誤解構成問卷，表1由10條問題構成。為研究者進一步理解誤解產生的根源，預留空白讓學生說明他們回答的理由。采用群體普查法，研究的學生樣本來源于巢湖學院體育系。為了獲得在整個教學計劃中任一誤解的普遍率，選擇的學生從1年級到3年級。

表1 根據筆者的教學經驗總結出學生對生理學和生物化學中可能存在的誤解

3 結果

筆者提出10條誤解，其中9條在學生中常見。表3顯示每個年級出現誤解的學生人數百分比。對乳酸的誤解，1年級、2年級、3年級學生人數的百分比分別為85%、80%和60%。反映了關于理解肌肉收縮過程中導致乳酸產生的細胞狀態的誤解（問題1）。乳酸產生增加的相關功能（問題2），誤解的普遍率從1年級到3年級呈線性下降。總之，1年級和2年級學生誤解了乳酸是代謝產物引起疲勞或將進一步產生氫離子引起疲勞。對于3年級學生，僅19%的人出現誤解。81%的學生能正確理解乳酸是一個重要的產生能量的底物。這些數據顯示，在對乳酸代謝的學習中要更細致，使學生正確地理解乳酸是代謝產物，而不是可能引起疲勞的因素。然而，學生沒有理解或注意在氧合狀態時也能產生乳酸。

對于脂肪代謝的誤解。學生對于運動中脂肪氧化的最佳運動強度的誤解的人數約44%（1年級），43%（2年級），72%（3年級）。 對于運動中脂肪和碳水化合物代謝的相互作用的誤解1~3年級的人數超過95%（問題4）。這種情形下，所有的學生對由于肌糖原和血糖或者兩者都降低導致碳水化合物降低，肌肉只能利用脂肪作為能源有明顯的誤解。

對于肌肉收縮的誤解。關于肌肉收縮過程相關問題 （問題5），回答錯誤的學生人數為84%（1 年級），75%（2 年級），90（3 年級），對于肌肉收縮的外周過程，產生誤解的學生較多，僅6%（1年級），25%（2年級），10%（3年級） 學生能正確回答，這些學生都能正確解釋肌肉收縮起始于大腦的沖動。然而研究數據顯示，僅6~25%的學生能理解中樞神經系統在肌肉隨意收縮中的重要作用。在回答問題6時，56%（1年級），50%（2年級），57%（3年級） 對關于縮短收縮時肌原纖維成分發生什么變化時出現誤解。就只一點來說，主要的誤解是收縮時A帶也縮短。因此，約50%學生沒有理解肌肉收縮的機制。關于最重要的耐力預測因子的誤解 （問題7），63%（1 年級），84%（2 年級），68%（3 年級）進行了回答。最主要的誤解是最大攝氧量是最重要的決定因素。僅 37%（1年級），16%（2年級），32%（3年級）的學生正確回答乳酸閾是耐力最重要的決定因素。

對于氧化反應的誤解。關于自然氧化反應（問題 8）81%（1 年級），61%（2 年級），67%（3 年級）學生進行回答。最主要的誤解是氧化反應涉及唯一從（或被）氧分子丟失（或獲得）電子。因此，學生的誤解是任何生物底物都能被氧化或氧化反應式從特異性底物丟失（不是獲得）電子。

對于血壓調節的誤解。關于在熱環境中運動過程中導致脫水的血壓應答（問題9）有78%（1年級），54%（2 年級），80%（3年級）作答。 數據顯示，學生沒有理解血壓是如何被調節的，以及如何對運動應答的。

4 討論

初步研究的目的是了解運動人體科學學生在學習運動生理學和運動生物化學概念中的一般性誤解。用特異設計的多選題問卷，共有9條常見誤解。在9條誤解中，僅1條可以在目前的教學中輕松解答。誤解可能來源于班級、課本或實踐[4~8]。

很難闡述文章中提及的誤解的起源，也可能1~3年級學生誤解的起源不同。例如，1年級學生沒有接受任何“運動”科學教育，但是接受“生理學基礎”視為2年級學習“運動生理學”的必要前提。就這方面來說，可以推測1年級學生的誤解歸因于缺乏運動科學知識。這些學生的誤解可能由于缺乏課外實踐。但是，考慮到＞50%和＞70%的學生分別完成了中學和大學的生物和體育教育，學生進入大學以后在這些方面有更多的誤解，如肌肉收縮、乳酸代謝、脂肪和碳水化合物聯合代謝，甚至更為焦慮的是誤解在2年級和3年級仍然較為普遍，盡管逐漸強調運動科學史發展中的課程。目前的教學方法可以減少對乳酸代謝的誤解，然而，1年級~3年級誤解的普遍性顯示目前教室和實驗室教學沒有顯示獲得滿意的結果。與Michael等[6]一致，很明顯“我們在教室做的或說的抑或包括我們寫的材料”將會促成學生產生誤解。所以在教學和學習中，教師和學生不要使用模糊語言。

表2 學生群體調查的概要

Jacobs[9]也注意到，每一個科學學科常用術語在學科中都有特定的含義。不能正確使用這些術語，就可能導致誤解的產生，同時提出教師的視覺呈現[10]和過分單純相似科學[11]是誤解的起源。為此，很顯然要求我們教學語言（或視覺輔助）必須盡量精確和清楚以致能正確表述這些術語。

除“教室實踐”外，很多誤解的產生也有可能是由于研究文獻呈現的矛盾結果或 “信息閉塞的”和“含糊的”內容的教材。在這些誤解中有些格外的突出，如乳酸代謝和耐力的決定因素。例如，乳酸的功能是2006年《應用生理學》雜志“觀點碰撞”爭論的主題[12，13，14，15]。 此外，盡管有豐富的研究證據支持乳酸閾是最重要的預測因素[15]，還有一些作者援引VO2max作為耐力成績最重要的決定因素[16]，。與其他教師的授課方式一樣，教科書的作者在起草時也應該盡量精確和清楚地表達。了解一般性誤解的產生根源和了解學生的理解力是寫作過程最好的起始點。

課外實踐活動也可能是誤解產生的根源[6]。這可能存在于當前的學習中，如乳酸閾疲勞或脂肪和碳水化合物聯合代謝。例如，很多體育輿論和普通大眾經常提及競賽中乳酸積累引起疲勞。大量的廣告助長了運動飲料中碳水化合物對最佳能力的重要性，同時會產生運動時脂肪不是能量的重要來源的感覺。當然，很難說什么原因引起這些誤解。但是，作為教師和科學家，我們有責任告知普通大眾和媒體相關的研究結果。也應該注意到大多數學生能正確回答問題，但是不能證明他們能夠理解這些主題之外的問題。在這種形勢下，可能還低估了誤解的范圍。與Michael等[7]一樣，作者也觀察到學生“理解”要少于“知道”。這些數據說明學生可能記住他們讀到的或者聽到的特別事情，但是不能理解這些是如何發生的。

不論誤解的明確起源，我們意識到誤解的存在是事實。確實，可能較多的教育工作者在陳述問題的時候沒有意識到誤解的存在。而且，如果沒有意識到這些一般性誤解，這些教師講課的深度可能超過目前學生的理解水平。對誤解的正式確立是恰當和寶貴的開始，就可以了解學習者的需要和目前的理解水平，同時也促進對同類課程的教學方法的改進。一旦確定一個誤解，合理的改變是制定教學方法以糾正和/或防止誤解在以后的學習中再次發生。改進的教學方法包括積極的實驗室實踐提供對特殊現象的理解，互動學習的教室環境[18，19，20]等。 如果學生沒有機會使用實驗設備，建議用運動生物化學和運動生理學的“經典文獻教學”。如 Brown[21]報道如何用Gollnick等[22]的經典文獻教學解釋有訓練和無訓練個體運動中生物酶、肌纖維類型和適應特征的差異特別有用。

表3 各年級學生對1~9問題中存在誤解的百分比

5 結論

總之，研究闡明體育與運動科學學生在學習運動生理學和生物化學時出現的一般性誤解，為我們了解學生目前的理解水平，從而采取系統闡述的教學策略大有意義。通過在線多選題形成的課程評價，也許是一個獲得這些信息的可能途徑。研究數據也顯示學生似乎理解的比知道的少，就這一點而言，我們關注于發展培養學生的思想和理解力，而不是讓學生成為被動接受的教學活動是必要的。創造教學互動環境、積極的實驗、精心選擇評價任務是必須的。最后，一旦我們了解了學生的理解水平，作為教育者的任務就是要提供給大學生易于領會的、容易接受的、綜合的和可以負擔的主題。提供運動生理學和生物化學目前的研究方向，如從眾多學科中提煉的主題以及和各種水平的化學機構合作。

[1]British Association of Sport and Exercise Sciences.What Is BASES?(online).http://www.bases.org.uk/newsite/aboutbases.asp[17 October 2007].

[2]Morton JP.Teaching the sport sciences:is it time for us to “teach” in the way that we do resear-ch[J].Sport Exerc Scient,2007，11:10-11.

[3]Morton JP.The active review:one final task to end the lecture[J].Adv Physiol Educ.2007，31:236－237.

[4]Michael JA.Students’ misconceptions about perceived physiological responses[J].Adv Physiol Educ.1998，19:90–989.

[5]Michael JA.Misconceptions–what students think they know[J].Adv Physiol Educ，2002，26:5-6.

[6]Michael JA,Richardson D,Rovick A,et al.Undergraduate students’misconceptions about respiratory physiology[J].Adv Physiol Educ,1999,22:127-135.

[7]Michael JA,Wenderoth MP,Modell HI,et al.Undergraduates’understanding of cardiovascular phenomena[J].Adv Physiol Educ.2002,26:72-84.

[8]Oliveira GA,Sousa CR,Da Poian AT,et al.Students’misconception about energy yielding metabolism:glucose as the sole metabolic fuel[J].Adv Physiol Educ,2003，27:97-101.

[9]Jacobs G.Word usage misconceptions among first year university physics students[J].Int J Sci Educ,1989，11:1056-1065.

[10]Veiga MD,Costa Pereira D,Maskill R.Teachers’ language and pupils’ ideas in science lessons:can teachers avoid reinforcing wrong ideas?[J].Int J Sci Educ,1989，11:465-479.

[11]Glynn SM.Explaining science concepts:a teaching with analogies model.In:The Physiology of Learning Science,edited by Glynn SM,Yeany RH,Briton BK.Hillsdale,NY:Erlbaum,1991，219-240.

[12]Bangsbo J,Juel C.Reply:The Last Word:Point:Counterpoint authors respond to commentaries on“Lactic acid accumulation is an advantage/disadvantage during muscle activity.”[J].Appl Physiol.2006，101:369-370.

[13]Lamb GD,Stephenson DG.The Last Word:Point:Counterpoint authors respond to commentaries on“Lactic acid accumulation is an advantage/disadvantage during muscle activity.”[J].Appl Physiol.2006，101:369-369.

[14]Lamb GD,Stephenson G,Bangsbo J,Juel C.Point:Counterpoint:Lactic acid accumulation is an advantage/disadvantage during muscle activity.[J].Appl Physiol.2006，100:1410-1412.

[15]MacMillan K,Helgerud J,MacDonald R,Hoff J.Physiological adaptations to soccer specific endurance training in professional youth soccer players[J].Brit J Sports Med.2007，39:273-277.

[16]Lindinger MI,Brooks GA,Henderson GC,et al.Lactic acid accumulation is an advantage/disadvantage during muscle activity[J].Appl Physiol.2006，100:2100-2102.

[17]Bassett DR,Howley ET.Limiting factors for maximal oxygen uptake and determiants of endurance performance[J].Med Sci Sport Exer.2000，32:70-84.

[18]Biggs J.Teaching for Quality Learning at University.Buckinghamshire,UK:SRHE/OU,2003.

[19]Michael JA.Where’s the evidence that active learning works[J].Adv Physiol Educ.2006，30:159-167.

[20]Silverthorn DU.The Claude Benard distinguished lectureship:teaching and learning in the interactive classroom[J].Adv Physiol Educ.2006，30:135-140.

[21]Brown GA.Teaching skeletal muscle adaptations to aerobic exercise using an American Physiological Society classic paper by Dr.Philip Gollnick and colleagues[J].Adv Physiol Educ.2006，30:113-118.

[22]Gollnick PD,Armstrong RB,Saubert CW,et al.Enzyme activity and fibre type composition in skeletal muscle of trained and untrained men[J].Appl Physiol.1972，33:312-319.