基于迷思概念轉化的5D教學模型構建與案例

張亞明

摘 要：概念之間存在一定偏差，甚至是存在完全與科學概念相違背的迷思概念.迷思概念的存在既制約著科學概念的建構，也是學生新舊知識間建構的橋梁和教師教學的“生長點”.本文提出迷思概念轉化的5D教學模型，通過迷思探查（Deplore）、迷思肯定（Demonstrate）、沖突否定（Deny）、概念建構（Design）、迷思瓦解（Destroy）5個環節為迷思概念轉化為科學概念提供遞進式的發展臺階.基于迷思概念轉變的教學能夠有效緩解教師“供給”與學生真實“需要”之間形成矛盾，使學生科學概念的建構更加扎實和有效.

關鍵詞：迷思概念;概念轉化;認知沖突

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）16-0005-04

作者簡介：張亞明（1987-），女，河北人，碩士，中學一級教師，研究方向：初中學生物理迷思概念和項目式學習.

1 迷思概念的含義與意義

科學概念是對某一科學領域所做的系統解釋的知識體系，由系列性的概念、判斷和推理所組成，具有抽象性、概括性、系統性、嚴密性、邏輯性以及層次性等重要特征，人們對科學概念的理解過程是持久而進階式發展的.

學生在正式學習科學概念之前，已經根據日常生活經驗對客觀世界的各種現象形成自己的前概念.這些前概念是學生建立在感性認識階段的直觀知識，有些正確但是理解深度尚且不夠，稱為淺表概念.有些則是片面的，與科學概念之間存在一定偏差，甚至是完全與科學概念相違背，即迷思概念.

迷思概念的存在會妨礙學生對新知識的理解，或與所學知識結合生成新的迷思概念，從而嚴重影響學生對知識的理解與學習，進而造成學生“聽而不懂”“懂而不會”“會而不對”的怪象.迷思概念既是教師課堂教學的“生長點”，也是學生新舊知識間建構的橋梁，基于迷思概念轉變的教學能夠緩解教師“供給”與學生真實“需要”之間的矛盾，教師的教學活動更具針對性，進而使學生的思維得到有效的建構和進階.

2 迷思概念發展進程

皮亞杰的認知發展理論認為，當學習者面對新知識或新問題能利用已有知識經驗去解決時，心理上處于一種平衡狀態.一旦學習者發現用已有的知識經驗無法解決，或新知識與已有知識經驗不一致時，便會出現認知不平衡.學習者通過同化和順應的過程，從不平衡達到新的平衡，實現認知的發展.

科學概念的建構過程就是其認知從不平衡到平衡的過程.而科學概念的理解過程需要經歷若干進程：經驗階段、映射階段、關聯階段、系統階段、整合階段等.筆者認為，科學概念的建構過程并非一步到位，而是要經歷從迷思概念到淺表概念的轉化過程和從淺表概念到科學概念的深化過程，如圖1所示.

2.1 迷思概念轉化

迷思概念的轉化過程即概念經過經驗、映射、關聯的過程.學習者在學習新概念前已經存在的迷思概念會使得學生原有認知結構無法同化新的認知體系，學習者在認知層面需要經歷順應過程，改變現有的認知圖式，形成某些適合新經驗的新圖式，引起認知結構的不斷發展變化.

2.2 淺表概念深化

淺表概念形成后，尚且是孤立的存在，需要在與其他知識建構關聯形成知識系統中得到深化、在知識的遷移運用整合中得到固化.概念的深化過程主要是認知上的同化，即認知圖示的擴充過程.個人擁有的圖式越多，同化的事物的范圍也就越廣泛，對于概念的理解越深刻.

2.3 認知進程顯化

迷思概念具有經驗性、頑固性、內隱性以及動態發展性等特征，無論是轉化階段或深化階段，如果教師能夠借助一定的手段顯化出學生的理解進程，便能夠更加有效地判斷學習者所處階段及其學習效果.

3 基于迷思概念轉化的5D教學模型構建

教師找到造成學習者認知不平衡的迷思，并在迷思的基礎上幫助學生進行轉化，可以激發學生學習的內驅力，是教學非常重要的生長點.在傳統教學中，教師對于學生的迷思概念往往采用比較粗糙的“表達—否定—解釋”過程加以轉變，但這樣往往不能從本質上幫助學生徹底改變迷思概念，這就導致學生對于科學概念總是“似懂非懂”.

波斯納（Posener）等提出概念轉變模型作為分析概念轉變的認識論框架.該模型指出，概念轉變發生必須滿足四個條件：（1）學習者對當前的概念產生不滿;（2） 新概念的可理解性;（3） 新概念的合理性;（4）新概念的有效性.本文在波斯納概念轉變理論的基礎上，提出基于迷思概念轉變的5D教學模型，如圖2所示，即迷思探查（Deplore）、迷思肯定（Demonstrate）、沖突否定（Deny）、概念建構（Design）、迷思瓦解（Destroy）.通過找到學生會出現迷思點的情境，制造迷思現象產生的事實，肯定迷思;之后再制造沖突事實，造成認知不平衡，否定迷思;通過更深層次的本質分析，用新的科學概念兼并迷思認知，澄清迷思產生的真正原因，從而將迷思概念真正消除，達到新的認知平衡，實現認知上的順應.

3.1 迷思探查（Deplore）

由于迷思概念具有極強的經驗性、頑固性、動態發展性、內隱性、主觀性等特點，其探查不是一件容易的事情，國內外針對其特點形成多種探查方式.一類是量表工具類，如美國的海斯特內斯（Hesterness）等人設計的概念測量表（FCI），廣泛應用于測查力學的迷思概念.二類是采用紙筆測驗，如切爾格斯特（Treagust）的二階段式測驗法（two—tier diagnostic assessment）、概念圖測驗法等.三類是用質性方法進行探查，如訪談、問卷、觀察、個案、行動研究等方式診斷學生的迷思概念，這種方法也是教師在日常教學中最為常用的方法.

3.2 迷思肯定（Demonstrate）

學習者之所以會持有迷思概念，大多數情況是因為具有與迷思概念相適應的經驗，如果能夠找到產生這種迷思的經驗或情境，呈現或肯定這樣經驗的發生，會為迷思概念的轉變和發展過程提供更緩和的過渡臺階，也可以在科學概念建構后運用科學概念反思迷思概念產生的原因，使迷思概念的轉變更加徹底.

3.3 沖突否定（Deny）

認知沖突是指學生在認知發展過程中原有認知結構與現實情境不符時在心理上所產生的矛盾或沖突.唯物辯證法認為矛盾是事物發展變化的根本原因，皮亞杰認知理論認為認知不平衡有助于學生建構自己的知識體系，可見認知沖突對學生的認知發展具有非常重要的作用.可以認為，只有通過認知沖突，才能讓學習者真正否定迷思，為科學概念的建構建立機會.

3.4 概念建構（Design）

概念的建構過程需要經歷新概念的可理解性、合理性、有效性才能真正實現概念的轉變.概念的可理解性：學習者需懂得新概念的真正含義，不僅包括概念的字面意義，還要發現其上位概念的聯系、與對立概念的區別，及其適用范圍等.概念的合理性：個體需要看到新概念是合理的，而這需要新概念與個體所接受的其他概念、信念相互一致，而不是相互沖突，它們可以一起被重新整合.新概念的有效性：個體應看到新概念對自己的價值，它能解決其他途徑所難以解決的問題，并且能向個體展示出新的可能和方向，具有啟發意義.

3.5 迷思瓦解（Destroy）

在科學概念建構后，教師應該讓學習者利用科學概念，反思迷思概念產生的真正原因.可以從上位概念、下位概念、方法論等角度進行分析，挖掘認知層面更為本質的漏洞，以使新概念的建立更加穩定，這樣既能檢驗新概念的合理性，又能體現新概念的有效性.

4 基于迷思概念轉變的5D模型案例

案例一：拔河取勝的關鍵.

拔河是一項趣味的體育運動，但是就拔河比賽勝利的原因進行分析，很多學生會以為是獲勝方的拉力大于失敗方的拉力導致.而事實上這是錯誤的認知.教師如何幫助學生有效更正錯誤的認知，實現迷思概念的有效轉化？本案例采用基于迷思概念轉變的5D模型法進行教學設計，教學基本流程如圖3所示.

4.1 迷思探查

教師以拔河為情境，向學生提問：拔河比賽中獲勝方取勝的原因是什么？你的判斷依據是什么？幾乎所有學生都會認為是因為獲勝方的拉力大于失敗方的拉力.因為學生在現實生活中經常有這樣的體驗，摔跤、掰手腕等游戲中，都是力氣大的一方勝利.

4.2 迷思肯定

從學生中選擇兩位力氣相差懸殊的同學進行拔河比賽，果然力氣大的同學取得勝利，這樣肯定學生的經驗和判斷.

4.3 沖突否定

一位力氣大的同學坐在帶輪子的凳子上;力氣小的同學依然站立在地面上;力氣大的同學居然失敗.由此激發學生的認知沖突，學生原有認知已經不能解釋新的現象，滿足概念轉化的第一步即學習者對當前的概念產生不滿，這樣學習者具備想要建構新概念的強大內驅力.

4.4 概念建構

新概念應該具備可理解性、合理性和有效性才能夠使迷思概念實現真正的轉化.

首先從學生既有的知識出發認識到新概念的可理解性：力是改變物體運動狀態的原因，物體受到的力會改變物體的運動狀態，無論是獲勝還是失敗都是運動狀態在那一刻發生改變.其次，從受力分析角度出發使學生認識到新概念的合理性：選擇失利方作研究對象—確定失利方運動狀態—對失利方進行受力分析—失利方的摩擦力小于其受到的拉力;再選擇獲勝方作研究對象作同樣的分析，得出獲勝方的摩擦力大于其受到的拉力;而雙方的拉力是一對相互作用力，大小始終相等，因此可以推導出獲勝方的摩擦力大于失敗方的摩擦力.摩擦力的大小比拼才是拔河取勝的關鍵.

最后再從概念的有效性出發，利用摩擦力的相關知識提出其他可以獲勝的方法，并通過實驗驗證其有效性.如讓力氣小的一方綁上沙袋或讓鞋底變得更粗糙等.

4.5 迷思瓦解

新概念建構后，教師有必要讓學習者進一步反思當初迷思產生的原因，只有徹底明確錯誤產生的本質，才能真正固化新的概念.在這個現象中學習者之所以會迷思主要是在以下幾個方面的認知存在問題：（1）觀念層面：力和運動觀念的建立尚未扎實穩固，沒有建立從受力角度去分析運動變化的觀念;（2）思維層面：遇到復雜問題時，缺乏選擇主要矛盾忽略次要矛盾以簡化問題的建模能力，將失利方與獲勝方交織在一起，因素復雜;（3）方法層面：學生尚未建立利用力學范式來解決力和運動關系的問題.

案例二：杠桿的平衡條件.

在初中物理“杠桿的平衡條件”一課中，力臂是非常重要的概念，但是無論教材還是傳統教學中，往往直接給出力臂的概念，學生利用力臂概念進行平衡條件的探究，這樣操作會使學生孤立地認識力臂的概念，不利于建構知識系統.

杠桿的平衡實際上是“力和運動”核心觀念的深化.平衡是物理學中非常重要的一種狀態，物體如何才能處于平衡狀態，這是一個具有深刻概念認知價值和生產應用價值的問題.二力平衡條件對于學生來說是比較自然的認知，但從二力平衡條件過渡到杠桿平衡條件涉及到研究對象、條件的質變，研究對象不再是可以忽略形狀體積大小的質點，而是需要考慮大小的剛體.但是初中階段又不涉及質點和剛體的知識點，如何讓學生從點的平衡過渡到體的平衡，理解“力臂”概念的本質是教師在教學設計中非常困難的點.本案例采用基于迷思概念轉變的5D模型法進行教學設計攻克這一難點，基本流程如圖4所示.通過二次沖突的方式將“力臂”的概念逐步轉化和建構.

迷思探查：學生認為物體保持平衡時，受到的兩個力的大小應該相同，方向相反.

第一次沖突：蹺蹺板實驗中杠桿平衡時兩個力的大小可以不同，方向也可以不相反.使學生從只關注力的大小過渡到關注力的作用點的影響.

第二次沖突：當學生意識到距離會對作用效果造成影響后，通過在滿足既有條件下，斜拉測力計造成不平衡的現象，進而引發第二次沖突.從而使學生又關注到力的作用方向對于作用效果的影響.

迷思瓦解：從力的三要素角度認識力臂概念的必要性.正是通過不斷的迷思肯定又否定的方式不斷將思維升級和進階，學生對力的三要素也從而具有更加清晰和深刻的理解.

5 總結

學生在初學物理前已經形成非常多的迷思概念，這些迷思概念的存在具有很強的頑固性，也制約著學生對于科學概念的建構.教師基于學生的迷思概念，設計認知沖突，使學生對既有前概念產生不滿，才能激發學習者建構新的科學概念的內驅力.但是對于迷思概念的矯正過程并非一步到位，教師應當發現使其產生迷思的情境，肯定其存在的合理性，再用認知沖突的方式轉變其迷思，用更加本質的概念或方法瓦解迷思存在的根本原因.基于迷思概念轉變的教學會讓學生不斷產生“頓悟”的感受，在一次次的否定中實現思維的升級與進階.

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（收稿日期：2021-04-22）