儿童迷思概念及其转变-国培讲稿

1、儿童迷思概念及其转变在这节课的开始，我先给大家讲一个小故事：一位科学教师提问学生，“鸡蛋中各个部分都有什么作用呀？” ，学生说，蛋黄变成小鸡, 蛋清提供营养，蛋壳保护蛋黄和蛋清。于是教师引导学生进行深入细致的观察。 (如下图) 学生经过观察后，意识到自己原有的观念是错误的。像刚才所讲的“蛋黄变成小鸡，蛋清提供营养”就是一个迷思概念。现在，你能说一下什么是迷思概念吗?、迷思概念的定义儿童不是空着脑袋进入教室的，在日常生活和以往的学习中，他们对各种事物已经形成了自己的看法，其中有些观念是与科学知识相一致的，可以作为新知识的起点，但也有很多理解是与科学知识相违背的，这就是迷思概念(misconcep

2、tion)，也称为错误概念。例如，“重的物体比轻的物体下落得快”、有的小学生认为“夏天白天长而冬天白天短是由于热胀 冷缩”，等等。二、迷思概念的成因1 认知发展的水平。儿童思维的泛灵论特点导致了他们对周围物理世界的认识常常掺 杂心理的因素。例如，5岁儿童、10岁儿童解释物体沉浮的原因。2日常生活经验的影响。日常生活经验并不能保证儿童对科学有正确的理解，相反也 会给他们一些错误的概念。例如，冬天穿毛衣感到暖和是因为毛衣本身会发热。3对语词的曲解或错误理解。概念是用一定的语词来记载和标志的，科学语言抽象、 严密、言简意赅、准确明了，但学生常用在生活中形成的对语词的理解来理解科学概念，并 由此产生对

3、科学概念的曲解或错误理解，导致错误概念，如错误地认为“加速度”就是描述“物体增加的速度”，把匀速圆周运动中的“匀速”理解为“速度保持不变”。望文生义是学生前概念形成的重要方式。4.知识的负迁移。产生负迁移的知识，既有本学科的知识，也有其他学科的知识。如， 学生从小就接受数学教育，在理解物理学中的密度公式p =m/v时，相当一部分学生错误地认为“物体的密度跟它的质量成正比，跟它的体积成反比”。又如，类化概念的干扰；类化概念指的是字面相近、含意相似或属性相关的概念，诸如单性结实与单性生殖、呼吸运动与 呼吸作用、囊胚与胚囊、胚孔与珠孔等。三、迷思概念的特点1. 个体性。教师在课堂上经常会有这样的体会

4、，对于同一个问题，儿童会给出五花八门的解释。因为儿童的经验千差万别，每个人都有其个体独特的体验，在此基础上，儿童会形 成不同的解释。2. 矛盾性/不连贯性/情境性。儿童的科学解释常常是自相矛盾的，甚至自己也不一定意识的到。在不同的时候，儿童会选择最“适合”的一种来进行解释，而不考虑他的理论是否 前后一致。例如学生解释湿衣服变干是因为衣服上的水蒸发到空气中，而对雨过天晴后地面由湿变干这一现象的解释则仅仅是地面上的水渗入了地下。因为这类前概念在学生的头脑中 不太稳定，容易受到情境因素的干扰，因此这类前概念是比较容易改变的。3. 表象性。学生的认识比较肤浅、直观，还停留在表象的概括水平上。学生的前概

5、念往往来自于自己的生活经验，只是凭借感官对现象进行一些直观的解释，这些解释往往停留在感性认识的水平上，缺乏严格的推理和实验验证，有时他们借用表面类似的现象对事物进 行解释。例如学生对地球形状的认识、力与运动的认识、对溶解现象的解释等中都体现出了 这一特点。4. 顽固性。奥斯本和维特罗克 （Osborne & Wittrock ,1985）对小学儿童在科学概念（如的事情。当这些事实资料不支持他的观点时, 留自己的观点。调查了美、英、澳大利亚和新西兰等地的儿童。对于研究者在电路中接上电流表后的实验结果， 儿童说：“哦，可能在学校中不是，但如果你跟 我回家（回到学校之外的真实世界中），你会看到电流是

6、按照我说的那种方式流动的”。当研究者把器材带到他的家中重复演示时，孩子常常会 说：“这是你的电流表、你的电池、灯泡和导线” 儿童认为，教师操纵的环境和知识是不真实 的，它只是纯学术的，不能代表真实世界中发生 他们常常怀疑这些事实资料，以避免冲突，保4持久性。对科学概念的误解不是小学生的专利，中学生、大学生和成年人都存在类似 的误解。克莱蒙特（Cleme nt，1983 ）向工科学生呈现了如下图的问题情境，结果学过大学 物理的学生中有 70%的学生答错了。009包6S)S）3S!S1*90*咯”一M si从刚才所讲的迷思概念的特点可以看出，迷思概念对学生的科学学习影响很大。科学 学习的过程不可能

7、绕开学生头脑中的迷思概念，相反，必须依靠学生原有的概念，通过概 念转变和重建，形成更加精确的科学概念。科学学习是一个概念发展过程。四、概念转变的教学策略请思考，如何转变儿童头脑中的错误概念？将学生的回答记在黑板上。【概念转变（con ceptual cha nge）是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。】（一）创设开放的、相互接纳的课堂气氛播放视频“自由落体运动.MPG。【播放视频之前要简要介绍一下视频中的实验用到的 器材。】为了了解学生的真正想法，促进错误概念的转变， 教学中应当创设一种开放的、相互接纳的课堂气氛，不管是对是错，学生都可以表达自己真正的想

8、法，所有的见解都应该得到尊重，而不是对不同意的见解嗤之以鼻。只有这样，学习者才能大胆地面对不同观点、事实之间的冲突，才能理智地去思考、分析问题。（二）诊断、洞察学生的迷思概念1. 预测法摆的研究一课，教师出示摆长相同、摆锤重量不同的两种摆，让学生进行预测，哪 种摆会摆得快些？有的学生根据已有经验认为，重的物体下落得更快，摆锤重的单摆会摆得更快。2. 解释法是指学生对给定情境或实验现象等做出解释，通过学生做出的解释来诊断学生的错误概念。教师在卡片上提供一系列带插图的解释，让学生分组讨论或做出自己的选择。如：为什么会有四季？1.地球辎建卸傭紳划曜 谐咸了四季豆址（3生尢阳转到地璋的弭 一边时我们牧

9、有了冬 天；而咗球的另一边ft2擡和天吨引起了 四爭矍化一4賈天时一堆玮离主朗 蹙近.5圣耒尖临星E3苗一牛 冰冷的甲球把太阳的 肉带走了-乞客丟舉临是担拘云朵 光郁肖住了本囲片四川宵电化教育馆制3.访谈法访谈法即为与学生做随机的、面对面的交流，并对学生的回答做弹性回应。气氛较为随 意。通过这种交流，了解学生已有的概念。访谈的内容可以围绕某一实例展开，也可以是围 绕某一概念进行。以下是研究者对二年级学生“昆虫”前概念的访谈：师：你听过“昆虫”这个名字吗？生：听过。师：那你知道什么是昆虫吗？生：它们有点儿小，会飞，会爬。师：你怎么会知道这么多啊？生：书上看的，在动物大百科上看的。师：昆虫都有什么

10、特点呢？生：有的会飞，有的会爬。师：还有呢？生：大部分生活在花丛中，阴暗的地方。师：还有没有呢？生：有的有花纹。师：你认为昆虫要符合哪些条件？生：（沉吟了一会儿）昆虫的脚比哺乳动物的脚多。师：有几只？生：6只左右，有的比6只多。（因为他们把蜈蚣、蜘蛛等也当作昆虫了。）师：你能举出脚多的昆虫的例子吗？生：蜈蚣、百脚虫、西瓜虫。通过访谈，我们可以了解到学生虽然已有“昆虫”这一概念，但只有模糊的认识：体型 较小、脚较多，会爬或飞，有些对形成“昆虫”科学概念有利，有些则可能造成误解和 阻碍，了解了学生的前概念就可以为我们进行有效的教学设计提供帮助。4.绘图法绘图法是学生通过画图的方式表达出他们对某一概

11、念或某一事物的理解。如画出影子、人体器官、地球的形状等，有时还需请学生对所画的做解释。这种使学生的认识和思维可视化的策略相比于传统的访谈、问卷有其不可替代的优势。它可以更加容易地让孩子表达出自 己的真实想法，避免受文字表达的影响； 其次，在对一些似是而非的模糊概念的把握上，通 过学生的绘图，教师可以探查到学生更深层的、真实的想法。以上介绍的三种方法是最有代表性的，除了这三种方法之外，诊断学生错误概念的方法还有很多，在这里我们就不一一介绍了。（三）引发认知冲突引发认知冲突，让学习者意识到与原有概念相对立的事实或观点，这是转变学生错误概念的基本途径。呈现对立性事实的基本方法是观察和实验。对于以下教

12、学内容，让学生自己提出引发认知冲突的做法： 儿童将物体沉浮的原因归结为它们的重量，对此，可以让他们观察：一个很重的篮球会浮在水面上而很轻的玻璃球却会沉下去。 在声音的产生这一内容教学中，学生根据已有的经验：拍、敲、弹等方法都能使 物体产生声音，很多学生认为：声音是对物体用力而产生的，用力就可以使物体发出声音。然而这个概念并不科学，这时教师举出反例并演示：用力压鼓面、用力弯折尺子、用力拉扯橡皮筋并不能使物体发出声音，让学生进行解释。反例的出现，与学生的理论或观点又产生了冲突，激发其继续探究声音产生的本质原因。1. 创设问题情境引发认知冲突：问题情境是指学生觉察到的一种有目的但又不知如何达到这一目

13、的的心理困境。 充分利用和发掘教材以及学生活动中的矛盾因素，把学生置于矛盾氛围，使学生产生解决矛盾的迫切需要，从而激起认知冲突。 教学中，可以引用与学生日常生活体验有出入的实例或实验来创设情境，也可以引用易引发学生之间争论的生活实例和实验现象等来创设情境，引发学生的认知冲突。 例如：把一个大马铃薯先后放入清水和盐水中， 出现了沉浮两种不同情况。 上述两个实验中出现的对比现象引发了学生强烈的认知冲突：马铃薯为什么浮起来了呢？从而激起了学生浓厚的探究兴趣。2. 利用探究性实验引发认知冲突：探究性实验前先让学生根据自己的理解预测实验结果，然后指导学生制定探究实验计划，让学生亲身去经历科学探究的过程，

14、最后引导学生把观察实验后的结果和自己的先前预测进行对比，产生认知冲突，使学生信服科学概念的正确。例如：摆的研究一内容教学中，很多学生根据自己的经验预测到摆的快慢与摆锤的重量 有关，摆锤越重摆得越快，摆锤越轻摆的越慢。然而经过实验探究分析测量数据后发现，摆 锤的轻重与摆的快慢没有任何的关系，从而引发了强烈的认知冲突，引发他对科学概念的思考，促进迷思概念的转变。3. 利用科学史引发认知冲突：教师在教学中针对具体的课题内容及教学目标，从学生的认知水平出发，适当地选取或处理相关的科学史内容，将其作为教学内容的一个组成部分， 融入单元课题的教学之中，儿童通过科学史来探索科学概念，这种教学从本质上说是一种

15、探究的过程，利用科学史的学习内容中科学家研究结果与学生前概念产生认知冲突，从而激发儿童进一步探究或更加深刻地理解自己所获得的科学概念，促进科学概念的转变。例如：燃烧的蜡烛一课开始就是利用科学家拉瓦锡的燃烧实验，进行分析和讨论。当教师引导学生分析： 木炭燃烧后，容器的重量会发生变化吗？学生根据发现容器里只剩下 了极少的一撮灰，学生的讨论结果有：“会变轻，燃烧需要氧气，用光氧气，重量就减轻了”“会变重，因为火也有热量，玻璃瓶热胀冷缩，容器变大了，就变重了”当教师继续出示拉瓦锡的实验结果之后，学生这时候的认知和思维会和已有的观点产生了很大的冲突。科学家的实验结果激发了学生兴趣和思维，容器的重量没有改

16、变这是为什么呢？烧掉的那部分木炭哪里去了呢？是不是变成了另外的物质？变成什么物质呢？这个物 质有什么特点呢？学生根据科学家的实验进行的各种推测，对于后面科学概念的理解和改变起到了很好的帮助。4. 通过讨论引发认知冲突：在教学中，教师可引导学生与他人 （同学或老师）就某一问题进行讨论，在讨论中，当学生发现他人观点与自己不同，且比自己的观点更加适合解决问题时，往往会对自己的观念提出怀疑，产生认知冲突和求知心理，此时学生较易接受新的、 正确的科学概念。丹瑟里恩的一项研究也表明：学生在合作学习中学到的知识比单独学习时多得多，且合作学习有助于克服错误观念，能使学生超越自己的认识，通过他人与自己不同的观点

17、，看到事物的其他方面，从而形成对事物更加丰富的了解。例如，在动物的基本特征相关内容的学习中，让学生去讨论：鸡和鸭是鸟吗？蝙蝠是鸟吗？蜘蛛是昆虫吗？等等，使学生之间的认知产生冲突。对前概念调查表明， 不同的学习者对问题的认识深度和广度不同，存在着差异性，即因人而异。因此， 在科学教学过程中，在预测阶段、实验结束后的汇报交流阶段，概念应用 阶段等都可以让学生充分地交流和解释自己的观点，使得学习者之间产生不同观点的对立交锋，从而引发认知冲突，能够有效地促进概念的学习和转变。（四）解决认知冲突：建构科学概念1. 关于学生解决认知冲突方式的研究（P276）；皮亚杰区分了面对矛盾事件的两种反应：适应的和不

18、适应的。 不适应的反应指的是没有认识到冲突。适应的反应又分为三种：a、B、丫。回答a的人是那些忽略或不考虑认知冲突的人。回答3的人被认为是通过普遍化和区别对自己的理论做了部分修改。回答丫的人是那些对理论的核心部分进行修改的人。在凯恩和布鲁尔的研究里，他们将学生面对反例时的反应分为七种类型。（图2）2. 解决认知冲突的核心思想（P280）凯恩8布鲁尔的两项研究，其中包括了“引导学生深度加工反常数据，鼓励交流讨论”。在自由落体运动的教学中，学生的迷思概念是重的先落地，并用实验证明自己的观点。这时，另一个同学用实验证明轻重不同物体同时落地，引发了认知冲突。教师用纸团先落地的实验再一次引发了认知冲突（

19、做演示实验）。学生就要深入思考，为什么会有这种反常的现象？它说明了什么？怎样解释？最终，学生领悟到是阻力的原因。 那就要创设一个没有阻力的环境再来研究。教师演示的毛钱管实验终于使学生明白在无阻力的情况下，轻重不同物体下落一样快，称为自由落体运动。通过这个案例我们可以看到， 在认知冲突情境中， 教师要进一步引导学生思考其中的问 题：为什么会有这种反常的现象？它说明了什么？怎样解释？在分析思考的过程中， 教师应该组织学生进行讨论，交流各自的看法，不同观点的交锋能更好地引发学生积极的思维活动， 促进学生对问题的深层理解。【课堂练习】：练习1：请你根据以上所讲的概念转变的教学策略，想一想，如何转变“冬

20、天穿毛衣感到暖和是因为毛衣本身会发热”这一前概念？（学生认为“也许温度计坏了，因为它是用来测量室内温度的”）练习2：如何转变“烧杯里的盐水上半部分含的盐少，下 半部分含的盐更多”这一迷思概念？3.类比的教学策略（1）斯太威的案例（P281）:五、六年级学生研究碘的蒸发和丙酮的蒸发 台湾的案例（P298）（有细微调整）：教学中学生提出了“陆地比较不容易吸热，海洋更容易吸热，所以海洋比较热，陆地比较凉”的想法。教师立即提出了一个类比的情境：夏天在沙滩上走路比较热还是到海水中走路比较热？又准备了一个类比实验：用两个有盖的杯子分别放入砂石和水，在阳光下晒十分钟，让小朋友测量砂石和水的温度，以改变学生原

21、有的迷思概念。但是当学生发现砂石的温度明显高于水温时，学生又产生了新的迷惑：老师，那这样不对啊！西伯利亚是陆地，应该 产生暖气团，太平洋这边就应该是冷气团才对啊！老师再以类比说明：“实验的两杯水是晒了相同的太阳，但实际上西伯利亚的太阳和太 平洋这里的不一样，太平洋这边的太阳直射就像是中午的太阳，西伯利亚照到的太阳是斜射，就像是清晨的太阳或是黄昏的太阳，哪一个晒到你身上比较热呢？ ”学生回答：“中午。”原先发问的同学思索后一直点头，脸上流露着满足的表情。（2 ）类比教学的模式 TWA莫式（以“电流”教学为例 P305,以台湾案例为例）TWA莫式分为六个部分：目标概念的介绍；回忆类比概念；找出目标

22、物与类比物之间的 相似特质；标出相似的特质；依据概念得出结论；指出类比物的哪些特质与目标物的不同。“电流”教学（图5-7）如果说电子流出电池或流入电灯泡，会造成一些误导，事实上应该说电流流经这些装置水流不会“挤入”或集中在某一处，而是不断地流通，电流亦呈现出相似行为。该类比的不妥之处：当切断水管时；开关的问题 FAR导引模式切尔格斯特等提出修正 TWA莫式里所忽略的两个部分一一课程计划和课后反思。（图8） 类比桥模式这个策略的目标是“增加有效直觉的应用范围，减少不利直觉的应用范围”。克莱蒙特提出的教学模式如下：呈现锚类比；呈现目标物，并与锚类比物进行比较；提供类比桥，并辅以小组讨论来加强学生思

23、考，借以拉近锚类比与目标物的差异；提供可以解释现象机制的解释模式，让目标物对学生更具有意义。学生在接受“静止在桌面上的书将受到桌子施加给书的力”的概念上有困难。为了使这样的陈述具有合理性，教师请学生想象书在弹簧上的情形。这能让学生注意到弹簧真的施加了力给书本。然而，学生可能仍然拒绝接受桌子和弹簧的类比。在这里，介绍“书放在有弹性的桌子上”作为中间过渡步骤（架桥的例子）。学生于是能看到此情形类似于将书放在弹簧上，或者是将书放在桌子上（目标物）。如图所示。（3）类比教学的限制：导致迷思概念（P311，简要一提）4. P0E策略POE是Prediction Observation Explanati

24、on （即预测观察解释）的简称。该策略通过 三个连续的步骤来诊断学生的迷思概念进而促成科学概念建构。这三个步骤为： 在每个学生了解针对概念学习活动的情境或实验的基础上，对实验或事件中某些现象或结果做出预测，并阐述他们预测的理由； 让每个学生观察实验或事件发生后的结果，并独立记录下他们所看到的现象； 每个学生对预测和观察之间的任何冲突作出解释，思考并调和自己的观察与预测的不一致性。案例1:观察种子结构科学教师在上课时并没有按照传统教法直接出示挂图，带领学生辫认种子内部的子叶、 胚芽、胚根等各个部分，而是发给学生每人一粒经过水泡的蚕豆，请学生在不打开蚕豆的条件下，预测蚕豆宝宝里面的模样。有人说，里

25、面有一个小小的树苗一样的芽；有人说，里面是黑乎乎的泥土一样的东西；又有人说，里面住着一个小姑娘在一一记录了孩子们的不同答案之后，教师发给每个学生一枚安全刀片，让孩子们打开种子，看看里面究竟是什么样子的，同时验证自己的预测是否正确。孩子们在兴奋激动的心情下打开蚕豆，观察得非常仔细，这时教师又趁热打铁出示大挂图，和学生们一起认识讨论种子内部各部分的名称和用途，并再次让学生做出预测，种下去的种子，各个部分会长成植物的哪一部分。这样的教学对于学生最终建立种子“结构与功能”的核心概念有着明显的效果。5. 实验探究策略一旦学生产生了认知冲突，就应该提供充分的有结构的材料让学生进行实验探究。实验是科学探究的

26、重要方式，也是为了探究或发现、证实或证伪而寻找事实证据、收集数据资料 的过程。为了探究而进行的实验过程是基于自己的假设、经过主动设计和计划、 不断进行反思和调控的丰富的心理活动过程。 帮助学生通过实验探究获取正确的事实和结果，对于解决学生认知冲突，有效转变前概念，正确形成科学概念具有重大的作用。例如：空气占据空间教学中，一开始学生经过“吹不大的气球”实验后产生强烈的 认知冲突：气球吹不大的原因是什么呢？接着教师提供相关的结构材料让学生去主动探究， 最后发现由于瓶内的空气堵在瓶内不能出来，所以气球吹不起。这样的探究和发现，对于学生正确建构“空气要占据一定的空间”这个概念有着至关重要的作用。马铃薯

27、在不同的液体中为什么会出现不同的沉浮情况？等科学教学过程中出现的认知冲突解决都离不开实验的 探究和验证。所以，探究性实验不仅可以使学生产生认知冲突，也可使学生在一定程度上解决认知冲突，建构自己的概念。但是学生通过探究性实验建构的概念并不一定就是科学概念，教师还须在此基础上，采取其它的概念改变转变教学策略，使学生建构科学概念，实现真正的概念转变。6. 抽象思维策略科学概念的形成过程都有一个共同点一一从具体感知过程到抽象思维过程。科学教师不仅要创设情景，发现和转变学生的原来观念，还需要组织、引导学生对概念的内涵和外延作进一步探讨，帮助学生将感性认识上升为理性认识，完成对科学概念的意义重建，从根本上

28、放弃前科学概念。抽象思维是指以概念、判断、推理的形式来反映客观事物的运动规律， 以达到对事物的 本质特征和内在联系的认识的思维。 表现为分析、综合、比较、抽象、概括、具体化、分类、 系统化等思维的过程。其中分析和综合是思维的基本过程， 其他则是通过分析和综合来实现。例如：关于“鸟的主要特征”概念的建立过程，就是一个从具体到抽象的过程。起先， 学生对于“鸟”的认识是感性的、片面的：“鸟是有头、眼睛、脚的动物。”“鸟和鱼的外表不一样，身体上有毛。”“鸟的嘴巴是尖的，很硬。”“鸟会飞，也能走路。”“鸟和鸡一样会生蛋。”“鸟有翅膀，但没有手。”在学生感性认识的基础上，科学教师组织学生抽象和概括，共同分

29、析和比较，哪些该“去”，哪些该“存”，为什么要“去”，为什么要“存”。最后，帮助学生建构鸟的主要 特征，促进了概念的建构和转变。值得一提的是，概念转变是一个艰苦的过程，往往不是一步到位的，有些概念的转变可能需要很长的时间，对此我们要做好心理准备。四、儿童迷思概念及其转变策略的个案一一热和温度（一）引言：科学的观点1. 热和温度现象在很多方面违背了直觉冬天室外的一块木头和一块铁哪个摸上去更冷？哪个温度低？为什么？ 夏天，雪糕拿出冰箱后应该用什么裹起来才能保持比较长的时间？2日常生活中对“热”这一词语的用法导致理解的混乱“关好窗户，把热留在屋里”、“热在金属棒中传递”3.热学主要科学概念回顾（1）

30、温度：描述系统状态的参数， 对于预测系统之间发生相互作用时出现的变化至关重要。（2 ）内能：有时称为热能。（3）热：传递能量的一个过程。（4）热能：有时指系统间能量传递的量，有时指粒子总的动能。（二）儿童“热和温度”前概念回顾1儿童对热概念的理解（1）8-12岁儿童会把热与活的物体、热源、物体的热度以及热引起物体相变和体积膨胀等 变化联系起来。“热升起来了，太阳有热，我认为它是有的，太阳是有热的热从气体中上升，它是热的,太阳燃烧热而发光，热降下来使地球变热”（8岁）“热，能熔化任何东西，比如铅、金、铁、铝，还有锌”（12岁）（2） 12-16岁儿童中大部分年幼一些的孩子和1/3较年长的孩子都把

31、热与热的物质等同。“热是一种暖气”“热是一种暖的流体或固体”“当你触摸时，就能感觉到热如果这个物体内部有热”（3 ）儿童广泛使用“热是一种物质”这样的概念来说明热的转移现象“因为热从棒的一点不断地流向另一点，直到整根棒变热”“整根杆子变热，因为热聚集在一头，直到装不下了，然后就沿着杆子移动” 对流：“热从取暖器里出来，这就像烟放出来之后又充满了整间屋子，取暖器也是一样，正 是你看不见的烟进入了整个房间”（4）13岁以下的儿童常用热的强度 /材料的性质来预测和解释热传导现象 木块和塑料块放在热碟子上而不会变得很热一一热不够强，不能穿透那些物体 预测变热速度一一“因为木头不像金属那么牢固热穿过木头

32、要比穿过金属快。”（5 ）学生对典型热传导问题的典型解释及其分析情况1:哪一种材料有利于冷的（或热的）钢珠保温？情况2:哪一种材料有利于热饮或冷饮隔热？情况3:为什么金属盘子和塑料盘子摸起来感觉不一样？情况4:为什么自行车的金属把手和塑胶把手在天气冷的时候摸起来感觉不一样？ 解释1:材料制成的容器能较好（差）地保持容器内物品的热（冷）的状态； 解释2:材料有变冷或变热的属性，因为这是天然的；材料是热（或冷）的，因此它可以加 热（或冷却）。“铝能够保持低温或更好地保持低温”（塞西尔，11岁，情况1）“铝能保存地更好” （11岁，情况2）“铁罐比普通的玻璃杯要更冷一些”（11岁，情况2）“金属能冷

33、却物体，所以金属是冷的”（玛丽-诺埃勒，12岁，情况1、2）“盘子是金属制成的，而金属是冷的”（11岁，情况3）物理学家的思路：确定发生相互作用的系统：热饮（或冰块）、容器、周围空气；-儿童与科学家解释过程的差别： 儿童没有考虑所有发生相互作用的系统 （比如本案例中的 周围空气）；学生不会使用状态参数来重新描述系统（如本案例中的温度）。2. 学生对温度概念的理解一一温度主要由物质或材料决定（1 ）小学生往往相信物体的温度与它的体积有关，即认为温度是物体含有多少热（或冷） 的量度。超过50%的12岁儿童认为，“大冰块的温度比小冰块的温度低”，因此大冰块的熔化需要更长的时间。12-16岁的学生难以

34、区分“热”和“温度”。当要求他们说出两者间的区别时，最常见的答案就是它们之间没有差别。其它典型的回答还有：“温度就是用来测量热的，但热是热的你可以感觉到热的存在”“温度是热的数量，热使温度升高”“温度就像一个东西，像太阳，当太阳发光的时候也就产生了温度。但对于热，你必须使某些东西产生热。而温度，就这么来了，就是天然产生的”大规模成就测验中要求学生预测两份水混合后的温度的题目（图1）年幼组（8-9岁）多采取“加法策略”，年长组倾向于采取“减法策略”。另一组测试中， 16岁学生使用加法或减法策略的比例甚至与使用平均数策略的学生的比例一样多。（2）科学家认为，物体受热其温度必然升高，除非发生物理或化

35、学变化。但儿童认为，是 否存在这种因果关系由物质决定，可以被加热的能力是物质的一种“天然”属性。在接受教育之前，只有1/3的学生认为沙子和糖在受热时温度会升高。在接受教育之后，超过50%的学生认为沙子和糖在受热时温度会升高，但这仍然是一个难以理解的概念。（4）学生很难承认达到热平衡状态时物体温度相等大多数学生在接受教育之后，仍然认为同一个房间里的两个碟子（金属的和塑料的） 不可能具有相同的温度；大多数学生认为在一个60C恒温容器里放置好几个小时的不同物质（面粉、钉子和水）具有不同的温度。（三）教学建议1. 教学应该包括以下内容：（1）对不同物质做各种加热和冷却实验。这些实验可以给学生提供机会来

36、观察这些物质发 生了什么变化，测定它们的温度和周边环境的温度，如果可能的话，还可测定热源（或冷源）的温度；（3）利用讨论和测验等多种形式，帮助学生归纳学习过的概念，以便他们理解这些概念的 应用范围。2. 以下这些教学方法至少在一定程度上有助于学生的学习：（1）教学生使用温度参数来重新描述实验情况（如果实验与温度有关）；（2 ）教学生使用热平衡原理，即两个长时间接触的物体之间会达到热平衡，如果有两个物 体已经达到热平衡，再加入第三个物体，那么这三个物体又会达到一个新的热平衡；（3 ）在讲解与热相关的知识之前应该先有一个过渡步骤。应该先向学生介绍物体的相互作 用的概念，这样他们才能知道一个物体的温

37、度也由它周边环境的温度决定。自20世纪70年代后期至今，国外研究者提出了多种概念转变理论，以揭示概念转变的机制，这些理论已成为当代科学教学改革的思想基础。五、概念转变的四大理论1. 概念转变的认识论模型（7波斯纳（Posener）等从认识论的视角， 提出了概念转变模型 （Conceptual Change Model， 简称CCM ），作为分析概念转变的认识论框架。该模型指出，概念转变发生必须满足四个条件：第一，学习者对原有的概念产生不满。第二，新概念的可理解性。学习者需懂得新概念的真正含义，而不仅仅是字面的理解。第三，新概念的合理性。学习者感到新概念是合理的，这意味着新概念与个体所接受的 其

38、他概念、信念是相互一致的，不存在什么冲突，它们可以一起被重新整合。这种一致包括： 新概念与原有的认识论信念的一致；与自己的其它理论知识的一致；与自己的经验一致； 与自己的直觉印象一致等。学习者看到了新概念的合理性，意味着他相信新概念是真实的。第四，新概念的有效性。学习者还需要看到新概念对自己的价值： 它能解决其他概念所 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 把新概念看作是解释某问题的更好的途径。概念的可理解性、合理性、有效性之间密切相关，其严格程度逐级上升，人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其有效性的前提。概

39、念转变的认识论模型并没有充分揭示出概念转变过程的复杂性，一个概念的转变不一定是一步完成的。各个科学领域的不同概念， 其转变的过程显然各不相同。 这些缺陷与下面 将要讲的两个模型密切相关。2. 概念转变的本体论假定（10科学教学实践表明，有的前科学概念易发生转变，而有的前科学概念却难以发生转变， 这是为什么呢？齐（Chi）从本体论（ontology ）的角度分析，认为概念转变的难易与概念属 于不同的本体类别有关。概念可以分为三个不同的本体类别：物质本体类别、关系本体类别和过程本体类别。所谓“物质本体类别”指的是具有特定属性的范畴，如金属、有机物、生 物、分子等等；所谓“关系本体类别”指的是依赖于

40、相互作用而产生的范畴，如力学理论、守恒、平衡、食物链等等；而所谓的“过程本体类别”是指随时间的改变而发生的一种变化 的范畴，如声音的传播、溶质溶解、扩散运动、生物进化、心肺循环等过程都属于过程本体 类别。概念转变分为两种类型：一是“本体类别内”的概念转变，同一本体论类别下子类别 之间的转换，称为“枝节转移”(branch jumping)；二是“本体类别间”的概念转变或称为“跨本体类别”的概念转变，比如从“物质”类别转移到“过程”类别，称为“主干变换” (tree switching)，前者较易实现，后者较难达成。如“鲸鱼”常被误认为是“鱼”，但经由增加对鲸鱼的了解，使既有的知识表征逐渐与 哺乳类的特性连结，则鲸鱼的分类就不再属于鱼类而是哺乳类。如直接告知学习者鲸鱼是哺乳类，这种类别的改变基本上仍在物质类别中，只不过是从一个分枝到另一个分枝。“跨本体类别”的概念转变则可以视为根本的概念改变。以物理学为例，许多物理学上的概念(如力学、电学、热和温度)较难发生概念改变，是因为学生原有的科学前概念是属 于物质本体类别，但科学家对这些概念的界定却是属于过程本体类别，学