兒童“沉浮”前概念研究綜述

曾 珍

(成都大學，四川成都 610106）

兒童“沉浮”前概念研究綜述

曾 珍

(成都大學，四川成都 610106）

研究表明，在接受正式學習之前，兒童對周圍世界已形成了自己的豐富認識，其認識往往具有強大的力量，影響著兒童未來的學習。在日常生活中，人們容易忽視兒童頭腦中的已有認識，這給教育活動帶來了一定阻礙。在基礎物理教學中，作為重點內容的“沉浮”相關概念是教學的一大難點，兒童關于沉浮的前概念影響著教學的效果。筆者在文中梳理了學者對兒童關于沉浮的前概念的研究，以期引起教師更多反思，并提出了進一步研究的方向，希望為完善對兒童沉浮前概念的認識做出努力。

兒童;沉浮;前概念

自從皮亞杰對兒童的認知進行開創性的研究以來，一批又一批的研究者越來越關注兒童頭腦中的原有認識，并不斷對其進行廣泛而深入的研究。大量研究表明，兒童原本就擁有許多對周圍世界的認識，其認識具有驚人的力量，并且不易改變，它們對未來的學習有著非常深遠的影響，因此有必要對兒童在進入正式學習之前的已有認識進行不斷的探索。許多研究表明，兒童對事物和現象的認識通常以概念化的形式呈現，兒童己有的概念蘊含了兒童對該事物和現象的直覺經驗以及經驗的概括和提升。［1］因而，研究兒童的已有概念是幫助我們了解兒童認識的有力切入點。

在目前我國的兒童科學教育實踐中，教師們面臨著如何有效地幫助兒童已有的不符合科學意義的認識真正發生轉化等不少難題，很大程度上這是由于缺乏對兒童已有科學概念和經驗的關注，缺乏對其已有科學概念發展的了解。有關“沉浮”的概念是基礎物理學中的重要概念，既是教學的重點，又是教師花費很大功夫但學生仍然容易出錯的難點。有學者曾針對兒童對“沉浮”的原有認識進行過研究，筆者期望通過梳理已有的研究，對兒童關于沉浮的認識進行總結歸納，以幫助成人更全面地了解兒童的已有認識，同時試圖找到進一步研究的突破點，為完善關于兒童對“沉浮”認識的研究做出努力，進而引發教師更多反思以更好地在科學教育中促進兒童的認知發展，并取得更好的教學效果。

一 關于前概念的研究

(一）前概念的含義

前概念是“前科學概念”的簡稱，指學習者在接受正規的科學教育之前，對從周圍獲得的各種經驗進行加工從而形成的概念，是基于感知的認識和理解。

(二）前概念的研究歷程

1903年，霍爾(Stanley Hall）在美國開展了關于兒童對火、熱、霜等自然現象的觀念的調查，這可看作是關于兒童前概念的最初研究。1929年，皮亞杰(Jean Piaget）較系統地在《兒童關于世界的概念》一書中對前概念的早期研究進行了闡述。從那以后，特別是二十世紀五六十年代以來，前概念受到了越來越多的學者的關注，不斷有學者對其進行研究，并取得了豐富的研究成果。

國外的前概念研究可大致劃分為三個發展階段:研究具體領域的兒童前概念(二十世紀五六十年代）、研究“前概念”本身(二十世紀八十年代）、研究前概念如何向科學概念轉變(二十世紀八十年代以后）。二十世紀八十年代后，國內的學者也開始對前概念進行研究，研究主要涉及自然科學領域中兒童前概念的探查、前概念對教學和學習的影響、如何促進其轉變等。

研究者們關于促進前概念的轉變的研究，為教學實踐、科學教育標準的制定等方面提供了不少參考，產生了深遠的影響。［2］

(三）前概念的產生原因及特征

對于前概念產生的原因，已有研究中比較有代表性的觀點有:日常生活經驗的影響，對詞語的歪曲理解，知識的負遷移，學習者的主觀臆測或進行不當的類比，教師、教材的誤導，不規范的課外渠道等。

我國學者對于前概念的特征討論較多，通過整理，筆者發現比較一致的觀點主要有:自發性、隱蔽性、頑固性、廣泛性、差異性、低概括性。［3］

二 關于兒童對“沉浮”現象解釋的研究

皮亞杰最早對兒童如何理解“沉浮”現象進行研究(1930），他將兒童對物體沉浮的因果解釋劃分為四個階段:階段一(5歲以前），從萬物有靈論的和道德方面對船漂浮進行解釋;階段二(5～6歲），重是船漂浮的原因;階段三(6～8歲），船輕是它漂浮的原因;階段四(9歲開始），開始理解船的重量和液體成分重量的關系。［4］皮亞杰的研究成果給人們的觀念帶來了沖擊，帶動了后來的許多學者對兒童關于沉浮現象的理解進行研究，他的研究方法也被很多研究者采用。

Hewson(1983）曾對40名14～22歲南非地區的中學生的“沉浮”相關概念進行研究。他發現，學生對“密度”缺乏正確的認識，尤其是對“體積”做了錯誤的推論，所以無法正確解題，并且在回答沉浮的問題時，很少使用課本上的概念，而是采用自己關于體積、質量、密度和力等的前概念來回答。［5］

Denticini，O．A．et al．(1984）研究表明，6 ～8 歲兒童認為決定沉浮的主要因素是物體的重量、組成、形狀。［6］

莊麗娟(1996）以國小六年級學生為對象的研究發現，絕大多數兒童(53%）純粹以“重量”因素來判斷浮沉，其次有28%會先考慮重量，如果重量相等，再看體積，體積大的物體比較容易沉。［7］

袁美英(2008）采用質量結合的方法探討了5～7歲兒童的沉浮概念的具體發展情形，研究顯示:5～7歲兒童的沉浮概念發展不存在顯著的性別差異，大部分兒童能夠抓住影響物體沉浮的某一種本質因素來解釋沉浮現象，并提出5～6歲是兒童沉浮概念發展的質的飛躍期。

沉浮現象是兒童從小就很容易接觸和體驗到的，在正式入學之前，他們就擁有了豐富的與物體沉浮相關的經驗。從國內外學者的研究來看，兒童對于物體在水中出現沉或浮的現象的原因最傾向于從物體重量進行解釋，其次是大小、形狀等比較直觀的因素，同時其解釋也會受到周圍具體液體的影響。

三 關于兒童對物體沉浮預測的研究

皮亞杰將兒童對物體沉浮的預測同樣劃分為四個年齡階段，與對沉浮解釋的階段相同。

Rowel land Dawson(1977）根據研究認為:學生習慣于根據物體的外觀(如體積、實心或空心）來判斷物體的浮沉。

Kohn Amy S．(1993）研究表明，在判斷物體沉浮時，3～4歲幼兒沒有采用一致的標準;4～6歲幼兒主要從重量和大小來判斷，他們對密度已經有了初步的概念，其概念想法與成人類似。［8］

Suat＆Trabzon＆Bayram(2005）調查了土耳其八年級學生的沉浮概念，結果表明學生仍然用質量或體積來判斷物體的沉浮，同時也考慮了不相關的因素，如有洞、液體的體積等。［9］

陳振威(1999）的研究是對六年級學生進行訪淡，結果發現:判斷物體沉浮時，學生常采用物體的體積、重量、空氣與力、實心或空心等不同的概念來思考;學生的密度、沉浮概念與概念生態間呈現明顯的關聯性，如:有正確密度、沉浮概念的學生，其學習本質的層次也較高。［10］

陳玉真(2004）對中國臺灣36名4～6歲幼兒沉浮概念的發展進行研究，結果發現，大部分幼兒會依據物體的重量來對物體的沉浮進行猜測(67%）、分類(71%）及觀察比較(67%）。［11］

四 兒童對“沉浮”規律的理解

根據阿基米德定律，浮力的大小F浮等于物體所排開液體的重力G排，可知F浮=G排=m排·g=ρ液·g·V排。物體密度大于液體密度則下沉，物體密度小于液體密度則上浮，物體密度與液體密度相同時，物體懸浮在液體中。許多研究者發現，在學習過“沉浮”的相關知識后，兒童面臨“沉浮”情景時依然容易傾向于采用自己的原有認識來解釋相關問題。

徐章英(1984）通過調查發現，在接受“沉浮”條件和浮力的計算公式時，學生會受到有關概念混淆的干擾，以及感性經驗的干擾，對于沉浮認識的發展遵循“沉”——“浮”——“浮體”的層次。［12］

Mullet＆Montcouquiol(1988）通過研究發現，學生對質量和體積、壓力和壓強的概念總是容易混淆，在理解浮力或是把物體的重量和該物體所排開的液體的重量進行比較方面都是很困難的。質量、體積、壓力和壓強的潛在概念會對兒童理解該規律造成影響。［13］

許嘉玲(1997）研究發現，國中學生對于沉浮現象的錯誤概念是由于對“密度”概念不了解，無法區分重量和密度，學生較難理解體積變化造成的沉浮現象變化。［14］

羅海軍(2004）對未系統學習浮力知識的小學二、三、五年級以及初中一年級的學生關于沉浮的理解進行了探查，結果發現，二、三年級的小學生還不能對什么是“沉”和什么是“浮”建立起正確的概念表征，在對物體分類時，學生采用了不同的策略，如:輕重策略、密度策略、材料策略、壓強策略、空實心策略等，并且指出兒童只有具備了“密度”概念才能科學地理解“沉浮”的規律。［15］

五 兒童對浮力的理解

浮力是流體作用于沉浸在其中的物體的向上托的力，實質是流體對浸入其中的物體各側面壓力的合力。［16］

黃湘武和黃寶鈿(1987）在研究對浮力概念的理解時，對象涉及國小4～6年級、國中1～3年級、高中1～2年級學生，師大文理科學生以及在職進修理化的教師，結果發現從小學生到大學生，關于浮力的錯誤概念的發生相當普遍，且沒有隨年齡增長而遞減的現象;多數國小學生容易受到日常生活經驗的誤導，認為空氣是產生液體浮力的原因，當空氣抽掉后液體的浮力會消失。［17］

江新合、許榮福、林寶山(1991）對國中1～2年級、高中1～2年級學生有關浮力相關概念的研究發現，不同性別、年齡及地區的學生普遍具有浮力相關的迷思概念，并無太大差別，而且不因年級的增加而發現任何遞減現象。［18］

吳昆勇(2002）認為，學生關于浮力概念應用的迷思概念具有7個特征:沉體在液體中不受到浮力;同樣的沉體或浮體在物體體積、液體密度發生變化的情況下，所受的浮力不變;浮力的大小跟物體和水的接觸面積有關，認為物體在水中所受浮力比在水面上所受浮力大;單向誤用所學習的浮力概念，只利用物體密度、體積、質量(重量）的大小而忽略其他因素來判斷浮力的大小;判斷浮力時只注意到題目中的變化量;物體的性質改變浮力;鹽水和水的差異對浮力沒有影響。［19］

高凌飚等(張杰、陳紀峰、高凌飚，2003）對已學過浮力知識的初二、高一和高二年級學生進行問卷調查，了解其另有概念(alternative conceptions），結果表明:回答錯誤的學生基本上沒有使用已學過的科學概念分析和回答問題，而用所謂的常識去代替物理概念及定理，甚至根據直覺回答，在浮力理解上的另有概念非常頑固，并沒有隨年級的增加而減少。［20］這與江新合等人的研究一致。

六 對教師教學的啟示

通過一系列研究，人們發現兒童關于“沉浮”的前概念比較普遍，通過教學也比較難以改變，因此，后來有學者希望通過自己的研究對教師教學提出有效的建議。

Rowel land Dawson(1977）根據自己的研究結果提出，要讓學生理解沉浮規律，教師首先要通過具體的例子和邏輯的論證來幫助學生理解密度概念，他們認為浮沉的主題提供了一個適度的教學平臺，這個平臺可以促進學生的思維能力從具體推理向抽象推理的躍遷。［21］

Bliss(1995）根據研究得出了對中學教師有指導作用的結論:在能夠分離相關變量、從中找出他們之間的關系、理解比率和比例、有對不可見變量進行推理的能力后，兒童才能用公式明確表達出沉浮的規律。［22］

七 小結與思考

已有研究多采用訪談、紙筆測驗的方法獲取兒童對于相關概念的認識，并對其進行定性或定量的分析。通過對已有研究的梳理可以看出，在不同地區，從幼兒到成人，都有著關于物體沉浮的難以改變的原有認識，并且十分相似，無性別差異。沉浮前概念普遍存在，沒有隨年齡增長而遞減的明顯趨勢。

物體沉浮現象的核心點在于物體在液體中所受到的“浮力”，浮力與物體重力相比較下的大小影響著物體在水中的狀態，即下沉、上浮或者懸浮。由于“浮力”是較抽象的概念，國內外的已有研究內容更多地集中在兒童對于影響物體沉浮因素的理解、判斷物體的沉浮上，聚焦于對“浮力”本身的認識的研究相對缺乏。而聚焦于對兒童關于浮力這一核心概念本身(如:浮力的大小、方向等）的認識的考查能更進一步幫助我們深層次地把握兒童沉浮前概念，進而為編寫科學教育的教材、幫助教師反思和改進教學、制定評價標準等提供更多的參考。

已有研究更多的是以學齡階段兒童為研究對象，對于學齡前階段兒童的研究相對較少。研究表明，學齡前兒童也已形成了關于“沉浮”的前概念，可進一步探查其對于“浮力”這一較抽象的概念是否擁有自己的認識，一方面可以完善對于兒童“沉浮”前概念的了解，另一方面能進一步促進探索兒童“沉浮”前概念轉變的策略研究。在方法上，根據學齡前兒童的發展特點，可以采用情景訪談的方式對其前概念進行探查。

:

［1］袁美英．5－7歲兒童沉浮概念的發展［D］．南京師范大學，2008．

［2］汪艷梅．中學物理前概念及其轉化研究［D］．華中師范大學，2007．

［3］咸蕊．初中生化學前概念的探查及教學對策的研究［D］．首都師范大學，2008．

［4］李高峰，劉恩山．前科學概念的研究進展［J］．內蒙古師范大學學報，2007(7）．

［5］Hewson，M．G．＆ Hewson，P．W．．Effeet of instruction using students’prior knowledge and conceptual change strategies on science learning．Journal of Research in Science Teaching．1983．

［6］徐杰．大班幼兒沉浮概念轉變教學之研究［D］．南京師范大學，2008．

［7］郭重吉．利用晤談方式探查國中學生對重要物理概念的另有架構［R］．臺灣第五屆科學教育學術研討會，1989．

［8］莊麗娟．國小六年級浮力概念動態評量的效益分析［D］．“國立”高雄師范大學，1996．

［9］Kohn．Amy．s．Preshooler’s reasoning about density:Will it float?Child Development．1993．

［10］Suat，Trabzon ＆ Bayram．Problematic issue for students:Does it sink or float?Asia－Pacific Forum on Science Learning and teaching．2005．

［11］吳同華．對農村初中生浮力相異構想的研究［D］．曲阜師范大學，2007．

［12］羅海軍．中小學生對浮沉現象及其原因理解的案例研究［D］．廣西師范大學，2004．

［13］吳同華，陳萬平，孟立群．國內對浮力理解的研究［J］．物理教師，2006．

［14］亞賽高德邁編，顏鵬飛譯．朗文英漢圖解科學詞典．北京:商務印書館出版社，1987(10）:36．

［15］黃湘武，黃寶鈿．學生推理能力與概念發展之研究［A］．臺灣認知學習研討會專集［C］．1987．

［16］Rowell，J．A．＆Dawson，C．J．．Teaching about floating and sinking:an attempt to link cognitive psychology with classroom practice．Science Education．1977．

［17］Bliss，J．Piaget and after:The case of learning science．Studies in Science Education．1995．

G61

A

1004－342(2013）05－125－04

2013－08－23

曾珍(1986－），女，成都大學學科建設辦公室，助教，碩士。