（课程与教学论专业论文）普化原理学习中错误概念及其转变的初步研究.pdf

果。 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 8 u i 2 盘1 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经 发表或撰写过的研究成果。 恳o 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢 作者签名： 日期： 过趁趱 2 塑五：生 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有 权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸 质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆被查阅：有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索：有权 将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定。 作者签名：篮丝理 日期：2 垒堕! 竺 中文摘要 本研究是在教育心理学相关理论的指导下，结合化学学科教学实际( 化学平衡和 电化学部分) 进行的一个尝试：探查学生有关化学平衡和电化学错误概念的现状，探 索促进学生概念转变的教学策略。作者试图通过问卷测试和个别访谈相结合的方法诊 断大中学生在某些概念理解上存在的困难，归纳各年级层次学生的理解情况，分析产 生困难的原因，并对概念教学提出建议，为化学教学改革做些基础性的上作。最后， 在高三年级和大学一年级用“类比活动法”进行化学平衡概念教学的探索实践，考察 其可行性和合理性。 研究结果表明，学生在对化学平衡和电化学相关概念的理解上存在许多错误，这 些错误概念具有广泛性和顽固性等特征。作者认为，其形成原因主要有，知识本身太 抽象：日常生活经验的负面影响；学习中负迁移产生的干扰作用；不良的课堂教学和 教材内容的局限性等。“类比活动”教学可以让学生亲身感受化学平衡建立及平衡移 动的过程，从而促进学生对平衡概念的理解。最后，对化学概念教学提出一些建议： ( 1 ) 首先必须承认并努力揭示学生的错误概念：( 2 ) 有针对性地创设具体情境，引 发学生认知冲突是实现概念转变的关键；( 3 ) 概念教学中使用类比要恰当；( 4 ) 概念 教学中重视培养学生定性分析问题的能力。 关键词：错误概念概念转变化学平衡电化学类比活动 a b s t r a c t t h ep r e s e n tr e s e a r c hi sc a r r i e do u ti nc o m b i n a t i o nw i t ht h er e a l i t i e so fc h e m i s t r y t e a c h i n g ( c h e m i c a le q u i l i b r i u ma n de l e c t r o c h e m i s t r y ) u n d e rt h eg u i d a n c eo f r e l a t i v et h e o r y o f p e d a g o g i c a lp s y c h o l o g y o u rp u r p o s ei st od i a g n o s et h es t u d e n t s d i f f i c u l t i e sa b o u ts o l n c b a s i cc o n c e p t sb yd i a g n o s i st e s ta n dc l i n i c a li n t e r v i e w w jt r yt os u mu pt h es i t u a t i o n so f s t u d e n t s c o n c e p t u a lu n d e r s t a n d i n ga td i f f e r e n tg r a d e s ，t oa n a l y z ew h yt h em i s c o n c e p t i o n s c a m ei n t ob e i n g ，a n dt og i v es o m es u g g e s t i o n st ot h et e a c h i n go ft h ec h e m i s t r yc o n c e p t s ，s o a st oo f f e rs o m eb a s i cw o r kf o rt h er e f o r mo f t h ec h e m i s t r yi n s t r u c t i o n f i n a l l y ，w ec a r r yo n t h et r i a lo fc o n c e p tt e a c h i n go ft h ec h e m i c a le q u i l i b r i u mt ot h es t u d e n t so fs e n i o rt h r e ea n d u n i v e r s i t yw i t ht h e “a n a l o g yg a m e ”，v e r i f y i n gi t sf e a s i b i l i t ya n dr a t i o n a l i t y t h er e s u l t ss u g g e s tt h a t ，s t u d e n t sh a v eal o to fm i s t a k e si nu n d e r s t a n d i n gt h ec o n c e p t s o fc h e m i c a le q u i l i b r i u ma n de l e c t r o c h e m i s t r y , t h e s em i s c o n c e p t i o n sh a v ec h a r a c t e r i s t i c s s u c ha sb e i n ge x t e n s i v ea n do b s t i n a t e 历em a i nr e a s o n sa r et h a t ：t h ek n o w l e d g ei t s e l fi s t o oa b s t r a c t ；n e g a t i v ee f f e c to fe x p e r i e n c eo fd a i l yl i f ea n ds t u d y ；b a dc l a s s r o o m i n s t r u c t i o na n dl i m i t a t i o no ft h et e a c h i n gc o n t e n t ，e t o a n a l o g yg a m e ”t e a c h i n gh a ss o m e e f f e c to np r o m o t i n gs t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go fc o n c e p t s ，b e c a u s es t u d e n t sc a ne x p e r i e n c e t h ee s t a b l i s h m e n ta n dm o v e m e n to fc h e m i c a le q u i l i b r i u mi np e r s o n a tt h ee n do ft h i s r e s e a r c h ，w ep u tf o r w a r ds o m es u g g e s t i o n so nc h e m i s t r yc o n c e p t st e a c h i n g ：( 1 ) a tf i r s t ，i t i sn e c e s s a r yt oa c k n o w l e d g ea n dt r yt od i s c o v e rs t u d e n t s m i s c o n c e p t i o n ；( 2 ) c r e a t i n g m a t e r i a ls c e n e sa n da r o u s i n gc o g n i t i v ec o n f l i c ta r et h ek e yt or e a l i z ec o n c e p t i o nc h a n g i n g ( 3 ) t h ea n a l o g yi nt h ec o n c e p t st e a c h i n gs h o u l db eu s e dp r o p e r l y ( 4 ) w es h o u l da t t a c h i m p o r t a n c e t of o s t e r i n gs t u d e n t sa b i l i t yo nq u a l i t a t i v ea n a l y s i si nc o n c e p t i o nt e a c h i n g k e y w o r d ：m i s c o n c e p t i o n ，c o n c e p t u a lc h a n g e ，c h e m i c a le q u i l i b r i u m ，e l e c t r o c h e m i s t r y , a n a l o g yg a m e 2 日l j吾 概念是思维的工具，是知识结构的联结点，是学生学习的核心。大量的科学教育 教学研究和教学实践表明，学生对科学概念往往存在许多错误的理解，我们把个体所 拥有的与科学概念不一致的那些认识和想法称之为“错误概念”。它们具有广泛性、 顽固性、负迁移性、自发性以及隐蔽性等特点。学生认知结构中的错误概念影响他们 对科学教材和讲授的理解、对实验的观察以及对观察结果的解释，阻碍了学生科学概 念的建立，影响了教学质量。因此，了解学生的错误概念，探索概念转变的策略对提 高教学质量具有重要意义。 在过去的二十多年里，关于学生的错误概念及其转变的研究一直是国际科学教育 研究的核心和热点问题。国外从2 0 世纪7 0 年代开始，关于错误概念形成的研究逐渐 形成规模，8 0 年代达到高潮，至今仍是教育界和科学学习心理研究的热点问题。从 8 0 年代中期开始，研究转向理论层面，讨论错误概念形成的原因。与此同时，关丁- 概念转变策略的研究也发展起来，并在教学实践中取得了一些效果，尤其是在生物和 物理学科教学方面。在化学学科的研究上则比较落后一点，但也取得了一定的成果： 研究内容涉及物质粒子性、溶液、化学反应、化学键、电化学、化学平衡、物质的量 等；研究对象从儿童、中学生也逐渐扩展到大学生、研究生以及教师。近3 0 年来， 研究者们在这个领域还尝试把研究成果运用到课程开发和教师培训以及教学改革中 去，旨在促进学生积极主动地学习，对学生真正理解化学概念以及实现错误概念的转 变做出了很大贡献。 近几年来，国内化学教育工作者也开展了前科学概念、错误概念及其转变方面的 研究，分析错误概念产生的原因，寻求对策，并取得了一些成果，对化学概念的教学 起到了推动作用。例如：北京师范大学的王磊等对初中生正式学习化学前的前概念进 行探查( 2 0 0 0 ) ，对高中生有关物质结构的前科学概念进行了诊断( 2 0 0 2 ) 等；山东 师范大学的曲慧娴等( 2 0 0 4 ) 对初中生的化学前概念进行了探查，并进行了概念转变 教学的初步研究。但已有的研究更多的还停留在经验总结的阶段，研究对象和范围也 很有限。 化学原理中的化学平衡和电化学知识是我国中学化学教材中重要的理论基础，并 且比较抽象，是教师难教、学生难学的内容。大量的教育教学研究表明，学生在这些 地方经常产生许多错误的理解，但到目前为止，还没有见到在这方面进行全面、系统 研究的国内报导。因此我们选择这两部分作为研究内容，探查学生存在的错误概念， 探讨概念转变的策略，希望能为我国的化学教学和改革做一些基础性工作。 研究主要是在前人研究的基础上，通过问卷测试和个别访谈相结合的方法对国内 大中学生的概念理解情况做细致研究，归纳不同年龄层次的学生对概念的理解，探究 产生错误概念的原因，在研究结果的基础上有针对性地提出些教学建议：另外，针 对化学平衡的内容进行概念转变教学方面的实践，即参考国外的“类比教学活动”， 进行教学设计，在国内的学生中进行教学，考察此教学活动的可行性和合理性。 通过研究，得出如下结论： ( 1 ) 学生在化学平衡和电化学相关概念上存在许多错误理解，并且，相当一部 分错误理解并不因学生接受正式的化学教学而自行消失，也不随学习的逐渐深入而真 正被消除，它们仍不同程度地存在于各年级学生群体中，并且随着学习的进行会继续 产生新的错误概念。研究证明了错误概念的顽固性和广泛性。 ( 2 ) 错误概念产生的主要原因是化学平衡和电化学原理知识具有抽象性的特征， 学生无法通过直观的实验现象来感受这些科学事实和结论得出的过程，只能靠自己逻 辑推理和想象去理解现成的结论，因此受到日常生活经验和相关概念的影响会产生许 多错误的想法；另外教师或媒体的误导、化学用语的不当使用以及教材内容的局限性 等因素也有可能使学生产生许多新的错误概念或使学生原有的错误概念得到加强。 ( 3 ) “类比活动”概念教学实践以学生的错误概念为基础，设计了教学活动，在 活动中学生可以亲身体会化学平衡建立和平衡移动的过程，因此促进了学生对化学平 衡相关概念的理解，在消除一些错误概念方面取得了一定的效果。 鉴于以上结论，作者对化学概念教学提出了一些建议。 ( 1 ) 首先必须承认并努力揭示学生的错误概念 研究表明，学生会带着许多错误的观念进入课堂，它们会影响学生理解教师和教 科书提供的信息，影响学生的整个学习过程。因此，对教师而言，承认这一点并努力 去发现学生头脑中错误的观念就显得尤为重要。教师可以通过下面的途径来揭示学生 的错误概念：平时注意观察、记录和分析学生在课堂上、家庭作业、考试出现的各种 错误；采用个别访谈或发放测试问卷，深入了解学生的想法；另外，教师也可以提出 问题或设置具体实验情境，让学生自己对结论做出预测并对结论加以解释，从学生们 的结论中收集一些错误概念。 ( 2 ) 有针对性地创设具体情境，引发学生认知冲突是实现概念转变的关键 错误概念具有顽固性的特征，促进概念转变不是简单地告诉学生他们错了以及什 么是正确的观念就行得通的。学生定要乐意改变，一定要改变得信服。波斯纳 ( p o s n e r ) 等提出的概念转变模型认为概念转变的条件包括：对现有概念的不满， 新概念的可理解性，新概念的合理性，新概念的有效性。只有学生认识到 现有的概念已无法解决、解释所面临的问题，产生了认知上的冲突，意识到科学概念 的合理性、有效性，学生才有可能放弃原有的观念。科学教学中可以通过教师的演示、 实验、师生对某一现象的讨论等使学生产生认知上的冲突，然后通过教师的科学解释 使学生意识到新观念的合理性和有效性，从而促进他们的观念发生变化。 ( 3 ) 概念教学中使用类比要恰当 类比推理在科学发现和解释中起着非常重要的作用，并且，日常生活中人们为了 解释某些事物或现象也经常用到类比，它是人类思维的一种基本方式。在教学中使用 恰当的类比可以有效的在新旧概念之间建立联系，可以使学生更容易理解抽象的科学 概念；但使用类比一定要恰当，要注意强调说明模型物与目标概念之间的区别，以避 免对学生产生误导。 ( 4 ) 概念教学中重视培养学生定性分析问题的能力 4 从错误概念的探查结果看出，学生定性分析解决问题的能力比较欠缺。究其原因 是：在传统的化学概念教学中，教师往往是直接呈现已有的结论，而学生则满足于结 论的识记和运用，忽略了概念的形成过程；在平时的概念测试中过多的涉及定量计算， 也对教师的教和学生的学产生了误导。比如对于学生学习电化学部分的知识来讲，无 论是平常上课还是考试都比较重视学生解决定量问题，很少涉及到对电化学现象进行 深层剖析的定性问题，因此学生对化学电池的工作过程做定性解释时会存在错误理 解。 ( 5 ) 对化学平衡概念教学的建议 探查结果表明，受到日常生活中平衡现象的影响，学生在化学平衡特征的理解上 错误率比较高。因此教师在教学中要明确指出化学平衡中的“平衡”与日常生活中提 到的“平衡”意义的不同之处；另外在教学中运用类比时应该注意模拟物与目标概念 的相似点和不同点，避免对学生产生误导。 另外，在进行勒夏特列原理的教学时，教师要向学生说明以下两点：此原理 只能用于定性的预测平衡移动的方向，不能对其他物理量作任何数量上的判断；当 只有影响平衡体系的一个条件( 物质浓度、压强或温度) 发生改变时，才能够利用此 原理预测平衡移动的情况，当有多个条件发生变化时则不能简单的机械套用。以避免 学生错误的扩大此原理的应用条件和范围。 ( 6 ) 对电化学概念教学和教材的建议 探查结果表明约一半的学生对电解液中电流的产生理解模糊，认为在电解液中可 以有电子存在。针对这一点化学教师可以利用计算机软件制作一些模拟化学电池微观 工作过程的动画，其中包括导线中电子的运动路径和电解液里面阴阳离子的运动情 况，并同时强调导体导电和电解液导电的联系和区别。 在电化学教学中教师要注意化学和物理学科知识的相互联系和影响，可以借助物 理学科中电势知识帮助学生理解化学电池中电子和阴阳离子的运动方向，避免学生从 电极所带电性上去解释。 至于教材方面，作者认为，在原电池原理及其应用一节的原电池示意图中， 应该把电解液中阴阳离子的运动方向标示的更清楚一些，并且在文中明确指出导线中 电流和溶液中电流的不同：另外，是否可以尝试在中学教材中就引入金属及其阳离- 了 的溶解沉淀平衡和电极电势的内容，以便学生更容易理解化学电池的工作原理，同 时对电极带电情况做一个比较明确的说明。 总之，错误概念的形成并非一朝一夕之功，所以实现概念的转变也不可能蹴而 就。因此揭示学生在化学学习中存在的错误概念，设计合理有效的教学活动和策略帮 助学生实现概念转变需要教育工作者付出巨大的努力。我们应该将研究成果与具体的 学科教学结合起来，更透彻地的了解学生在化学诸多教学内容领域的错误概念，从而 发展相应的教学策略以促进学生对概念的真正理解。 普化原理学习中错误概念及其转变的初步研究 1 绪论 1 1 问题的提出 化学基本概念是学生化学学习的核心，因此，对化学概念理解的研究便成为国 际化学教育研究领域的一个热点问题。大量研究表明，学生在接受正式化学教育之 前，在日常生活中通过长期的经验积累与辨别式学习，已经形成了一些比较固定的 看法和观点，这些被称为前科学概念，简称前概念。在前概念中尽管有一小部分与 科学观念相一致，可以作为学生学习科学概念的积极“生长点”，但大部分却与科学 观念相悖，或者说是不完全正确的，人们称这部分为学生的“错误的前概念”。此 外，学生在学习过程中由于教师教学、个体本身思维方式等因素的影响，也会产生 一些与科学概念不一致、不正确的认识和理解。我们用“错误概念”来特指个体所 拥有的与科学概念不一致的那些认识和想法。错误概念具有广泛性、顽固性、负迁 移性、自发性以及隐蔽性等特点。 大量的科学教育教学研究和教学实践表明，学生认知结构中的错误概念影响他 们对科学教材和讲授的理解、对化学实验的观察以及对观察结果的解释，阻碍了学 生科学概念的建立，影响了化学教学的质量。实际教学过程中，由于多方面的原因， 教师往往忽视学生原有的知识状态和学生的反应，这会造成学生学习卜的困难。因 此有效的教学要重视了解学生的各种想法，探查学生认知结构中的错误概念，并采 取相应的教学策略在适当的时机纠正学生头脑中的错误观念，这样才能够达到教学 所期望的学习目标。正如美国当代著名认知心理学家奥苏贝尔说过的一句话“如果 我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说：影响学习的最重 要的因素是学生已知的内容。弄清了这一点后，再进行教学。”总之，针对学生在化 学概念理解方面进行研究，揭示学生存在的各种错误概念，无论是在教学方法的确 定还是课程设计方面，都具有深远的意义。 自上个世纪7 0 年代开始，西方化学教育工作者和研究者就着手对学生如何理解 化学概念进行了大量的、深入细致的系统研究，这些研究，内容涉及物质粒子性、 溶液、化学反应、化学键、电化学、化学平衡、物质的量；研究对象从儿童、中学 生到大学生、研究生以及教师。近3 0 年来，西方研究者们在这个领域取得了丰硕的 成果，并尝试把研究成果运用到课程开发和教师培训以及教学改革的实践中去，这 对于促进学生积极主动地学习，对于学生有效理解化学概念以及实现错误概念的转 变做出了很大贡献。 然恧，国内在这方面的研究还比较匮乏，尽管已经有不少研究者把目光投入了 该领域，并取得了一定的研究成果。国内已有的研究更多的还停留在经验总结的阶 段，研究对象和范围也很有限。主要涉及对初中生正式学习化学前的前概念进行探 施良方学习论北京：人民教育出版社，2 0 0 1 ：2 2 6 查，对高中生有关物质结构和物质的量等错误概念的诊断等：另外，也有研究者开 始了化学概念转变教学的研究。鉴于此，我们选择探查学生错误概念和探索概念转 变的策略作为研究课题，希望能为我国的化学教学和改革做一些基础性工作。 1 2 研究目的和方法 我们选择普通化学原理中有关化学平衡和电化学的错误概念及其转变做为实证 研究的内容。作这样的选择是基于以下考虑：这两部分内容是我国中学化学教材中 重要的理论基础，并且比较抽象，是教师难教、学生难学的内容。有的研究表明， 学生在这些地方经常产生许多错误的理解。但到目前为止，我们并没有见到国内在 这方面系统的研究。 我们试图在前人研究的基础上通过问卷测试和个别访谈相结合的方法对国内大 中学生的概念理解情况做细致研究，归纳其在不同年级层次概念理解的情况，并深 入探究产生错误概念的原因，在研究结果的基础上有针对性地提出一些教学建议。 另外，针对化学平衡的内容进行概念转变教学的尝试，即参考国外的一个“类比活 动”进行教学设计，然后在国内的学生中进行教学实践，考察此教学活动的可行性 和合理性。需要指出的是，论文中所说的化学概念是广义的，它包括人们对某一化 学现象的看法和观点。 1 3 理论综述 1 3 1 有关错误概念的相关理论 1 3 1 1 错误概念的涵义 在国内外有关错误概念和概念转变研究的诸多文献中，出现了很多被称为学生 概念和学生的概念结构的术语。这些术语之间彼此既有联系，又有区别，因此有必 要对这些名词分类进行说明。 “前科学概念( p r e c o n c e p t i o n ) ”，主要是指个体在正式的学校科学学习之前通过 一定的途径而掌握的概念。前概念有很多种称谓，西方称之为孩子的概念、替代的 概念等：前苏联心理学家维果茨基把它称之为日常概念、自发概念或“自下而上的 知识”：国内有些学者把它翻译为“个人概念”、“前科学概念”、“日常概念”等。我 们把它译作“前概念”。不能产生这样的误解，即把“前概念”误认为是“错误概念”， 因为在学生所拥有的前概念中有一些是与科学概念相一致的，尽管这种一致尚处于 比较低级的、直觉的、表面的水平，但仍可看作是实施科学教育的良好基础和有利 因素。 “相异构想( a l t e r n a t i v ec o n c e p t i o n ) ”、“模糊概念”，它们包含的范围要广一些。 学生除了在正式的科学学习之前所形成的一些前概念外，在科学学习过程中由于教 师教学、个体本身思维方式等因素的影响，对一些科学概念形成自己的认识a n n 解。 学生的这些认识和理解可能与科学概念是一致的、正确的，也可能与科学概念不一 致、是不正确的。 “错误概念”与其它概念的涵义不同，特指个体所拥有的与科学概念不一致的 那些认识和想法，它是相对于科学概念( s c i e n t i f i cc o n c e p t i o n ) 而言的。“错误概念” 7 不仅仅包括那些错误的“前概念”，还包括学生在正式的学习过程中，受各种因素的 影响所产生的与科学概念不一致的认识和理解。本文中所提到的错误概念，是指学 生在正式学习化学概念以前就拥有的以及在学习过程当中形成的与科学概念不一致 的理解和看法。 1 3 1 2 错误概念的特征 错误概念的存在使得学生在学习自然科学时产生许多障碍和困难。大量的科学 教育教学研究和教学实践表明这种概念具有以下重要特征： ( 1 ) 自发性 学生头脑中的有些错误概念是自发产生的。学生在正式学习某个概念以前，在 长期的生活实践和学习过程中，通过与周围环境的接触，已经对生活中各种事物和 现象形成了自己的看法，并逐步内化为自己的思维方式和行为规则。例如，他们认 为“盐的味道是咸的”，“纯净物就是指非常干净、不含杂质的东西”，“平衡是 一种静止状态”等。 ( 2 ) 广泛性 错误概念具有广泛性的特征，一是涉及的知识范围广，由于学生接受系统的科 学教育之前就己接触了形形色色的自然现象，有了丰富的生活经验，因而他们在头 脑中自发形成的错误概念所涉及的范围也是相当广泛的。二是涉及的主体层次多， 错误概念并不只是存在于某些特定的人群之中，而是存在于具有各种不同知识层次 的主体之中。三是持有相异构想的主体分布地域广。 ( 3 ) 特异性 由于每个学生的生活环境、活动范围、认知方式等的差异，他们对同一事物的 认识、感受也不会完全相同，这就造成了学生错误概念的多样性和特异性。 ( 4 ) 表象性 由于学生认知事物的能力有限及认知过程的自发性，他们具有的错误概念往往 比较肤浅、直观，一般还停留在表象的概括水平上，不能脱离具体表象而形成抽象 的概念，自然也无法摆脱局部事物的片面性而把握事物的本质。 ( 5 ) 顽固性 研究发现，学生头脑中的错误概念具有顽固性，即使在刚学过某个概念以后， 他们记住了概念的定义，但是几周以后又恢复了最初的错误概念。这是因为学生花 了相当多的时间与精力建构了自己的“朴素理论”，并且这些理论还帮助他们“成 功的解释”了一些现象，所以无论在感情上还是在理智上都有了依赖感，难以舍弃。 ( 6 ) 隐蔽性 所谓隐蔽性，就是指学生本人并不能自觉地意识到自己的错误，常常坚持和使 用自己的错误概念去观察、思考和解决有关问题。这是因为学生大脑中的错误概念 是潜移默化地形成的，以潜在的形式存在着，平时并不表现出来。只有当教师讲授 到与之相关的概念时，错误概念才能够表现出来。如果教师的概念教学并不能改变 学生原有的错误认识，那么这些错误概念还会再次潜伏在他们的头脑中，甚至伴随 终身。 1 3 1 3 错误概念形成的原因 国内外许多学者都曾对“错误概念”的形成原因进行了深入细致研究，综合起 来，我们可把它分为两类。 ( 1 ) 直觉和生活经验。在进入正式科学概念学习以前，学生头脑中并非一片空 白，他们在现实生活中对周围的事物获得了些感性的印象和对事物的直觉认识， 久而久之自然地获得一些经验，这就是我们通常所说的“前概念”。其中，有的前概 念是和科学观念相一致，可以作为新知识的生成点；有的则是片面的、错误的、与 科学理论相悖的，就是错误的前概念，例如，有的学生认为，可逆反应在达到平衡 时就停止了，因为他们把日常生活中的平衡现象与化学平衡等同起来，比如骑自行 车、称量平衡等，在这些情况下，所谓的平衡就是静止的、不变的状态。 ( 2 ) 前学习的“知识”。在学习过程当中，在各学科和各技能之间，或在同一 学科和技能的各个不同部分之间都存在某种程度上的彼此相互影响的现象，这种影 响可能是积极的，也可能是消极的。例如，学生把对宏观事物和现象的认识方法套 用于微观世界，用万有引力解释电子的绕核运动等。另外，知识的呈现方式，教师 在教学中的疏漏或教法的不当，也会使学生产生某种错误概念。例如，有的学生认 为，既然分子和原子有大小之分，那么电子的大小也应该不同，这与在物质结构知 识的教学中，教师一般采用模型和多媒体模拟软件等直观性教具辅助教学密切相关。 由此可见，错误概念往往不单是由于理解偏差或遗忘而造成的错误，它常常与日 常直觉经验相联系，植根于一个与科学理论不相容的概念体系。 1 3 2 有关概念转变的相关理论 1 3 2 1 概念转变的基本涵义 建构主义学习理论认为，学习过程是学习者构建自己的知识经验的过程，而建 构在于学习者通过新旧经验的相互作用来发展自己的知识经验。在新旧经验的相互 作用过程中存在着两种相反的运动：同化和顺应。建构主义学习理论用同化与顺应 的统一来解释学习的机制，该理论认为：学习不仅要运用原有知识经验中与新知识 一致的部分，作为同化新知识的固着点，而且需要同时看到学习者头脑中与新知识 不一致、甚至是冲突的经验，使学生通过分析、比较、综合等思维活动，对新旧经 验做出必要的调整和改造，从而获得新知识的意义。即学习不仅仅是新知识经验的 获得，同时也意味着原有知识经验的改造。而概念转变( c o n c e p t u a lc h a n g e ) 研究是 从顺应的侧面来研究知识建构的过程，揭示学生的错误概念及其转变的规律的。 概念转变指个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验的影响而发 生的重大改变。目前比较一致的观点认为概念的变化有两种可能1 ：一种可称为“丰 富”，即新知识的纳入补充了原有知识，通过积累的方式使这些知识发生的变化就是 概念增长。另一种情况可称之为“修订”，即个体原有的某种知识经验受到了与此不 一致的新经验的影响而发生重大改变。概念转变( c o n c e p t u a lc h a n g e ) 主要针对于后 一种情况，是指对学生现有的理解、解释做出的调整、改造，而不是细枝末节的变 v o s n i a d o us c a p t u r i n ga n d m o d e l i n g t h e p r o c e s s o f c o n c e p t u a l c h a n g e l e a r n i n ga n d i n s t r u c t i o n ，1 9 9 4 ，4 ：4 5 6 9 9 化，是学生的生活概念向科学概念的转变，是新旧经验相互作用的集中体现，是新 经验对己有经验的改造。概念丰富是较容易实现的，而概念转变则会遇到较大的阻 力，因为个体己有的知识经验是根深蒂固的，不可能轻易发生改变。本文主要探讨 后一种情况的概念变化即概念转变。 需要特别说明的是，概念转变理论中涉及的“概念”与心理学中对于概念的理 解不同。在心理学上，“概念”代表一类享有共同特性的人、物体、事件或观念的符 号：概念转变理论中的概念，是指个体关于某一对象的观点、看法，它是个体所拥 有的一种信念，因此也有人将“概念转变”称之为“信念转变”( b e l i e f c h a n g e ) 1 。 1 32 2 概念转变模型的提出 在传统教学中教师比较重视新知识的传授，但学生记住了正确的科学概念并不 一定就能放弃或转变原有的错误想法。因此，必须寻找促进学生概念转变的有效途 径。 1 9 8 2 年，波斯纳( p o s e n e r ) 等人提出了概念转变模型( c o n c e p t u a lc h a n g em o d e l ， c c m ) 2 。该模型提出实现概念转变必须满足以下四个条件。 ( 1 ) 学习者对当前的概念产生不满( d i s s a t i s f i e d ) 学生往往不愿放弃他们原有的概念，除非有充足的理由对它产生疑问。学生对 原有概念产生不满主要有两种方式：第一，学生感到自己原有的概念失去了作用， 不能解释新的事件或者不能解决当前遇到的问题；第二，学生遇到的新概念与原有 的概念产生冲突，新概念无法顺利纳入学生的认知结构中。只有这样学生才有可能 去改变原有概念。 ( 2 ) 新概念的可理解性( i n t e l l i g i b i l i t y ) 如果新概念不容易被学生理解的话，即使存在明显的问题，原有的概念也只是 会被简单地修复或保持不变。因此学生需懂得新概念的真正含义，而不仅仪是字面 的理解，他需要把与新概念有关的各片断联系起来，建立整体一致的表征。 ( 3 ) 新概念的合理性( p l a u s i b i l i t y ) 即使新概念是易于理解的，如果它不十分合理的话，学生接受它的时间也不会 长久。学生需要看到新概念是台理的，而这需要新概念与学生所接受的其他概念、 信念相互一致，而不是相互冲突。学生看到了新概念的合理性，就意味着他相信新 概念是真实的。 ( 4 ) 新概念的有效性( f r u i t f u l n e s s ) 个体应看到新概念对自己的价值，它能解决其他途径所难以解决的问题，并且能 向个体展示出新的可能和方向，具有启发意义。有效性意味着个体把它看作是解释 某些问题的更好的途径。 概念的可理解性、合理性、有效性之闻密切相关，其严格程度逐级上舟，人们 对概念有一定的理解是看到概念的合理性的前提，而看到概念的合理性又是意识到 1 w h i t e r tg u n s t o n e r e m e t a l e a m i n ga n d c o n c e p t u a l c h a n g ei n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo f s c i e n c ee d u c a t i o n 、1 9 8 9 i l ： 5 7 7 5 8 9 2p o s n e rgj ，s t r i k ek a ，h e w s o npw | g e r t z n gwa a c c o m m o d a t i o no fas c i e n t i f i cc o n c e p t i o n ：t o w a r da t h e o r yo f c o n c e p t u a lc h a n g es c i e n c ee d u c a t i o n ，1 9 8 2 ，6 6 ：2 1 1 - 2 2 7 0 其有效性的前提。亨森( h e w s o n ) 。把概念的可理解性、合理性和有效性称为概念的 状态( c o n c e p t u a ls t a t u s ) ，即可理解的( i n t e l l i g i b l e ) 、可相信的( p l a u s i b l e ) 及可广泛 应用的( f r u i t f u l ) 等三个状态。学习者对于概念所处的状态愈高，其发生概念转变的 可能性也就愈高；也就是说，概念转变是在学习者能够充分理解与应用新概念时发 生的。 值得注意的是，概念的上述三种状态不是概念实际上如何，而是指个体所看到、 所认识到的概念的可理解性、合理性和有效性，是个体对新旧信息整合过程的元认 知监控。概念转变模型是关于转变也就是提高或者降低概念的状态的模型。不仅新 概念的状念，而且原有概念的状态也会对概念转变产生影响，两者相互作用。 13 2 3 概念转变模型的发展 概念转变模型自诞生后，在科学学习的研究领域引起了广泛的影响。研究者丌 始借助概念转变模型的某些观点来分析、解释错误概念，或者把它作为设计建构性 教学的思想基础，这些研究都得出了基本一致的结论：这种教学能有效地帮助学生 改变自己的错误概念，接受科学概念。 不过，在概念转变学习理论的研究进行中也发现了一些棘手的问题。波斯纳等 人在提出概念转变模型时，认为当学生在学习新概念的时候，若能满足概念转变的 条件，也就是不满足、更合理、更可信、更有效四个条件时，新概念的相对状态就会 升高，学生自然而然地就愿意接受新的概念，放弃原有的概念。然而事实上，这样 的理论并不如预期中的顺利，例如，许多的科学知识在用于解释现象时，比前概念 还要不能令人满意或难以理解，学生自然没有理由转变概念。此外，学生也缺乏对 新概念的元认知( m e t a c o g n i t i o n ) ，所以学生常会继续持有他们的错误概念，而将科 学概念置之不理。这样的结果促使研究者再次重新审视学生概念转变的困难，认为 影响学生概念学习的因素不单单只需要满足概念转变模式中的四个条件，还应该有 更多因素参与概念转变的过程，影响学生接受新的概念的意愿。 1 ，概念转变的多维解释框架 针对概念转变模型仅局限于认知方面的不足，一些学者开始探讨学生的目标、 价值观以及情感因素在概念转变过程中的作用。齐( c h i ，1 9 9 4 ) 2 等人依据本体论观 点，将概念转变看作是具有非科学观念的学生必须改变其看待概念的方式的过程。 本体论范畴将概念归于学生的心理，认为概念转变必须从非科学类别转变为科学类 别。 为了建构一个更加整体化的模型，泰森( t y s o n ) 3 等在前人研究的基础上提出概 念转变的多维解释框架( m u l t i d i m e n s i o n a li n t e r p r e t i v ef r a m e w o r k ) ，藉此解释学习者 的概念转变。这个框架主要是从认识论( e p i s t e m o l o g y ) 、本体论( o n t o l o g y ) 与社会 情意( s o c i a l a f f e c t i v e ) 三个维度来解释学习者的概念转变。其中，本体论探讨的足 1 h e w s o npwac o n c e p t u a lc h a n g ea p p r o a c ht ol e a r n i n gs c i e n c ee u r o p e a nj o u r n a lo fs c i e n c ee d u c a t i o n ，1 9 8 1 ，3 ： 3 8 3 - 3 9 6 2c h i m t e t a l ，f r o m t h i n g s t o p r o c e s s e s ：a t h e o r y o f c o n c e p t u a l c h a n g e f o rl e a r n i n g s c i e n c e c o n c e p b l e a r n i n g a n di n s t r u c t i o n ，1 9 9 4 ，4 ：2 7 卅3 3 王磊等初中生化学前科学概念的探查科学学习心理的研究心理发展与教育，2 0 0 0 ( ”：3 7 4 2 学习者对于自然现象的认识与概念的本质。认识论探讨的是学习者对于所学知识的 理解情形，也就是学习者如何看待知识。社会，情意观点探讨的重点是学习者学习时 的态度与情感，例如参与程度，喜好程度等因素。 2 概念生态 面对批评者的质疑，波斯纳等人开始重视影响学生学习的更复杂的其他背景因 素，他们把影响概念发展的个体的经验背景称为“概念生态”( c o n c e p t u me c o l o g y ) 。 概念生态为学生提供了一个概念转变的环境，在该环境中的各个因素都影响着学生 概念转变的进行。近年来，许多研究者认为，在概念转变学习中，构成概念生态的 要素对学生学习的过程产生着非常重要的影响，而且概念生态中的要素也有相当多 的交互作用，它们是影响学生建构新概念的原因。那么，构成概念生态的因素有哪 些呢? 综合关于概念生态的研究，一般认为概念生态包含以下七个组成因子。 ( 1 ) 认识论信念( e p i s t e m o l o g i c a lc o m m i t m e n t s ) 认识论信念与个体对概念的理解、相信以及应用的程度有关。也就是说，个体 认识论信念会影响其对概念所处的状态。通过深入了解学生的概念，研究者可以找 出他们对知识的认识论信念的类型，通过对学生有关认识论信念的了解可以帮助教 师确定学习者所处的概念状态。 ( 2 ) 原有知识( p r i o rk n o w l e d g e ) 学习者的原有知识通常来自于过去的生活和学习经验。个人的过去经验与知识 的建构密切相关；有研究者1 ( b l u m ，1 9 8 6 ；b r o d y 和k o c h ，1 9 8 9 ；o s t m a n 平up a r k e r , 1 9 8 7 ) 将某些科学概念与学习者非正式教育所得的经验加以连结进行研究，结果表 明，非正式教育环境所接触的课程、阅读、媒体、朋友及亲人，都是学生概念与知 识获取的源泉，尤其是课外的科技活动，对于学生科学概念的发展有重大的帮助。 ( 3 ) 学习的本质( t h en a t u r eo f l e a r n i n g ) 指学生如何获取知识。例如，记忆的方式或理解的方式。以密度概念的学习为 例，知识的本质探讨的是“什么是密度，它与物体浮沉有何关系”等，而学习的本 质探讨的是“学生如何学习密度概念”的问题。 ( 4 ) 概念的本质( t h en a t u r eo f c o n c e p t i o n s ) 概念的本质探讨的是学习者如何呈现知识。例如，学习者可能用反例( a n o m a l i e s ) 、 模拟( a n a l o g i e s ) 、隐喻( m e t a p h o r s ) 、范例( e x e m p l a r s ) 或图像( i m a g e s ) 等方式 来解释密度，浮沉的概念，这些呈现方式都是概念本质的一部分。这些概念的本质会 影响学习者直觉地判断自然现象的合理性。 ( 5 ) 问题解决的策略( p r o b l e m - s o l v i n gs t r a t e g i e s ) 当学习者解决问题时，其概念生态会影响学习者形成假设、澄清假说，进而解 决问题的过程。对于某一特定问题，并不是所有概念生态的组成因子都会有影响， 要视具体的问题而定。此外，概念生态的组成因子也不是独立存在的，在许多情况 下，组成因子间是相互关联的。虽然学习者在问题解决的过程中，不会呈现出所有 p o p e ，m g i l b e r t ，jp e r s o n a le x p e r i e n c ea n dt h ec o n s t r u c t i o no f k n o w l e d g ei ns c i e n c es c i e n c ee d u c a t i o n ，1 9 9 3 6 7 ( 2 ) ：1 9 3 - 2 0