科學誤概念的診斷與教學研究

摘 要：概念學習是學習科學的基礎，但在學習概念的過程中經常會產生一些誤概念，從而阻礙教學。通過文獻整理，發現科學誤概念的診斷工具，由測驗問卷向畫圖工具發展，注重學生微觀水平的理解。誤概念的成因主要集中在三方面：學生日常的生活經驗、不恰當的教學方法和概念的抽象性，并根據形成原因和誤概念的類型，針對學生的認知沖突進行概念轉化。

關鍵詞：誤概念；診斷工具；概念轉化

概念是人腦對客觀現實的反映，是一類事物所共有的本質特征。由于學生在進行正確概念學習時，已受日常生活和先前學習的影響，可能形成與科學理論相違背的概念，故將其稱為誤概念。

誤概念具有特異性、隱蔽性、頑固性和廣泛性。由于誤概念具有特異性，所以科學學習中的誤概念不同于人文學科。誤概念具有隱蔽性，需采用有效的診斷工具進行挖掘。誤概念十分頑固，成因多樣，故增加了概念轉變的難度。本文將從診斷工具、形成原因及轉變概念三方面，探究學生在科學學習中產生誤概念的學習特征。

一、科學學習中誤概念的診斷

1.科學概念的測驗問卷

隨著對科學概念的深入研究，測試工具也隨之進步。最早是開放性問題的問卷，數據分析繁雜，后出現了選擇題工具。

考慮到“測驗效應”的影響，研究發現正確概念測驗中正確概念提升得最多，而用誤概念測驗，誤概念提升得最多（“正確概念測試”都是正確的概念表述，判斷正誤即可，誤概念測試類似）。一份測試卷正確概念和誤概念比例需得當。

2.兩段式選擇題診斷工具

Treagust（1988）研發了“兩段式選擇題工具”，測定學生的相異概念。該工具由兩段式組成：第一段為普通問題；第二段為問題的推理原因，旨在探查產生誤概念的原因。Chandrasegaran（2007）等人為了解決學生“從多水平（宏觀、亞微觀、符號）描述科學現象”的困難，設計了一個“表征系統和化學反應診斷工具”。題目設計如下所示。

【表征系統和化學反應診斷工具中的測試題目之一】

當將鋅粉加入藍色硫酸銅溶液中時，藍色漸漸褪去，溶液呈無色，同時產生了紅色沉淀。

上述反應的化學方程式如下，Zn（s）+CuSO4→ZnSO4（aq）+Cu（s），

離子反應方程式：Zn（s）+Cu2+（aq）→Zn2+（aq）+Cu（s）。

（題目第一段）為什么溶液最后變成無色？

A.銅形成一種沉淀

B.鋅更容易與硫酸銅反應

C.硫酸銅已經完全反應

D.鋅已經溶解，像糖溶解于水中一樣。

（題目第二段）你選擇上述答案的原因是什么？

①鋅離子溶于水。

②鋅比銅更容易失去電子。

③藍色可溶的Cu2+，完全形成不可溶的紅色Cu單質。

④可溶的Cu2+形成一種藍色溶液，然而Zn2+形成一種無色溶液。

分析該題目第二段，選擇③的學生，從宏觀現象分析亞微觀水平；選擇④的學生，從宏觀表征進行分析。由此可見，兩段式診斷工具能夠剖析學生的思維方式。

3.開放式畫圖工具

Kern等人（2010）開發了“開放式的畫圖工具”。Nyachwaya（2011）等人利用該工具，檢測學生配平化學方程式以及畫出這些反應微觀圖的能力，題目如下所示。

【微觀水平的化學方程式題目之一】

AgNO3和CaCl2反應，生成AgCl和Ca（NO3）2，化學方程式如下所示：

AgNO3（aq）+ CaCl2（aq）→ AgCl（s）+ Ca（NO3）2（aq）

a.為該化學方程式配平，填寫空格。

b.在下面空白處，畫出你心中所想的該化學方程式的微觀圖，好像看見該反應過程中的原子和分子。記住正確畫出每個反應物和生成物的原子和分子個數。

某學生的微觀圖如下圖所示，學生將C和O直接連在Ca上面，從中看出該學生不理解聚合離子的結構。

三種工具都有各自的特點和局限性。“概念測驗問卷”容易統計且直觀，卻不能探查學生的心智模型。而“兩段式選擇題工具”和“畫圖工具”，能夠就某一問題進行深入剖析，前者數據統計繁瑣，后者畫圖分類整理需要技術。

二、科學誤概念的成因

1.日常的生活經驗

學生每日接觸各種生活信息，常常將一些概念與生活相聯系，而有些現象會導致學生錯誤理解概念。曾有學者對“輻射”概念進行了一次探索性研究。結果發現大部分學生對“輻射”的理解都只局限于核輻射，而且覺得輻射很危險。由于他們日常接觸手機、家用電器等比較多，認為“輻射的來源都是工廠和人造的東西”，沒想到一些自然物質也會釋放輻射。還有的認為“光和輻射不一樣”，其實光也是一種輻射類型。少部分認為“輻射類似于輻射粒子，穿上雨衣可以抵擋”。

日常的生活經驗既能幫助學生理解抽象概念，同時又局限了概念的理解。教學時需開拓學生的眼界，避免概念的狹義化理解。

2.不恰當的教學方法

某學者研究學生對“水擴散”概念的理解時發現，大部分人都認為“水分子只有自由擴散一種方式，而沒有專門通道”。究其原因，生物學上，一般利用“反滲透的原理”講解“水進出細胞的擴散”，以至于產生誤概念。由此可見，教師的教學方法和案例，若不嚴謹或使用不恰當，都會產生誤概念。

3.概念的抽象性

科學是復雜的，很多概念都很抽象。如“物質溶于水的過程”，有的認為“糖溶于水后形成新的物質”；還有的認為“氯化鈉在水溶液中是以分子形成存在的”。Basil M.Naah（2012）等人檢測學生書寫“離子化合物溶解于水中的電離方程式”，并對出現的誤概念進行整理，發現四個誤概念：（1）學生認為“離子鹽在水中發生置換反應”。（2）學生認為“離子鹽溶解呈中性原子或分子，可替代陽離子和陰離子”。（3）學生混淆下標和系數，不知道其作用。（4）學生認為“多原子離子分解呈更小的粒子”。

即使是學生非常熟悉的科學現象，由于概念的復雜性，仍會產生誤概念。誤概念形成的原因有多種，除了文中提到的，還有誤概念本身的特性，如頑固性、持久性，這些因素都會影響學生的理解。有時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。

三、科學誤概念的轉變

1.認知沖突與學生立場的關系

研究者認為，以下四個因素會影響學生的概念轉變：先前知識的性質；新的替代模式和理論的特征；轉變觀念時呈現信息的方法；學生對反常數據加工的深度。

Gyoungho Lee（2011）探究認知沖突與學生反應的關系時提出：學生對反常數據的新反應——表面概念轉變，還發現焦慮對概念轉變具有負面影響。“表面概念轉變”是指學生雖然轉變了原有知識，卻不知其意。雖然很多學生不理解范例的答案，但是相信老師講解正確，僅“表面上”進行了概念轉變。

研究發現，認知沖突分數與學生反應具有一定的相關性，結果與耶克斯-多德森定律一致，如果學生經歷過低過高的認知沖突，都會對學習產生負面影響，所以適當水平的認知沖突具有概念轉變的潛能。

2.誤概念的轉化

對于誤概念的轉化方法，一般分為三類：測試卷、教學干預和多媒體技術。測試卷包括概念轉化試卷等；教學干預包括合作學習、概念圖、實驗等；新媒體技術則是3D動態圖、反應機理動畫等。

有的概念轉化方法并不明顯，原因是忽略了誤概念的類型。研究者將誤概念按其復雜性分為三類：錯誤理念、缺陷心智模型和不正確的本體論類別。而目前對特定類型的誤概念進行指導性干預的研究比較少。Soniya等人（2012）就對心智模型水平的“循環系統”概念進行了轉化研究，采用“類比比較”和“自我解釋”兩種方法，比較兩者成效。由于心智模型更加強調各命題之間的相互聯系與特征，“類比比較”的方法更適合轉化心智模型水平上的概念。

診斷工具由問卷向畫圖發展，關注學生對科學概念的微觀理解。教學不能僅停留在表面的宏觀教學，要深入到微觀，幫助學生從本質上理解科學概念。考慮形成科學概念的原因，教師對概念的反應應比學生更加敏感，從形成原因入手，結合誤概念類型，成功轉化誤概念。

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作者簡介：葉思宇，女，浙江溫州人，華東師范大學化學與分子工程學院，碩士生，主要從事化學教育研究。

丁偉，女，黑龍江人，華東師范大學化學與分子工程學院副教授，教育學博士，主要從事化學教育研究。