儿童速度概念发展的调查研究

1、一项关于低年级儿童速度概念发展的研究* 本研究获广西师范学院青年科研基金项目经费资助。吴娴1 赵光毅1 罗星凯2（1. 广西师范学院物理系，广西 南宁530001；2. 广西师范大学科学教育研究所，广西 桂林 541004）原载：广西师范大学学报（哲社版），2005年第1期摘要 研究者主动提供控制时间或距离一个变量恒定的问题情景并考虑皮亚杰提出的儿童对速度具有“超越”的直觉，创设了四个难易程度不同的问题情景，采取访谈形式对59名低年级儿童的速度概念发展状况进行调查研究。结果表明：低年级儿童的速度概念具有位置决定倾向，幼儿园大班学生的速度概念表现出严重的位置决定论，一年级学生的速度概念有一定的进

2、步，三年级学生的速度概念有了很大的提高，超过半数的学生从位置决定论中走出。研究还发现，低年级儿童距离概念和时间概念的发展存在不平衡，距离概念处于优势维度。关键词 速度概念 位置决定论 距离 时间 儿童1 问题提出概念在儿童头脑中如何发生发展一直都是心理与教育领域的研究热点。科学概念是概念集合中的一个特殊子集，从而科学概念在儿童头脑中如何发生发展自然成为学科教育心理研究的重要内容。速度是一个基本且重要的科学概念，其定义是距离与时间的比值，即v=s/t* 按照物理学的定义，速度是个矢量，包括大小和方向。本文采用的是心理学中已经通用的表述，实际上指的是速度的大小，即速率。这在成人看来可能是个很简单的

3、概念，但对儿童来说却并非如此。儿童最早产生的速度概念并非以度量形式出现，而是以序数形式出现的 皮亚杰, 英海尔德儿童心理学商务印书馆，1980，P81。首先提出这个观点的是瑞士心理学家皮亚杰，他认为，儿童对于速度的理解有种“超越”的直觉，即若某运动物体前一段时间落后于另一物体，而后一段时间却超越了后者，儿童会认为超越物体的速度大于被超越物体的速度；若运动物体始终落在另一物体之后，儿童就认为它的速度一定比另一物体的速度小。也就是，儿童在判断运动快慢时表现出明显的位置决定论倾向，他们关注的是物体位置的前后顺序，因而儿童早期的速度概念是以序数形式出现的，直到十、十一岁时才能达到度量形式的水平。皮亚杰

4、提出儿童具有“超越”直觉的假设并设计有关的实验加以检验。皮亚杰之后，国外的学者Cross 和 Pitkethly Cross, R.T., & Pitkethly, A. Speed, Education and Children as Pedestrians: a Cognitive Change Approach to a Potentially Dangerous Naive Concept. Inter. Journal of Science Education, 1988,10(5): 531 - 540以及我国台湾的学者黄湘武 Hsiang-Wu Huang & H

5、ui-Ting Chang .A Study of Chinese Students Conceptual Development on Motion. International Conference Physics Teacher Education beyond 2000 PHYTEB, Barcelona，2000 August 27 to September 1, Department of Physics Taiwan Normal University、王幸雯和简淑真 王幸雯，简淑真儿童速度概念发展之研究第十八届科学教育学术研讨会论文汇编2002，台湾科學教育學會、彰化師範大學科

6、學教育研究所主辦对儿童速度概念的发展进行了拓展性的研究。Cross 和 Pitkethly的研究发现四至八岁的儿童存在许多朴素的速度概念并提出了从知觉位置改变到掌握比值关系的速度概念发展六阶段。黄湘武等人对儿童速度概念发展所做的研究，被试取自小学二年级到初中三年级的学生。研究发现小学到初中阶段的学生速度概念的发展，经历下列四个典型的阶层：阶层一：只考虑距离或时间一个量；阶层二：综合考虑距离和时间两个量；阶层三：保持距离或时间其中一个量恒定，通过另一量进行判断；阶层四：任意条件下都能正确把握距离和时间比的关系进行判断。考察黄湘武等人的研究，不难发现他们所设计的测试任务具有一定的难度，学生需要自行

7、提出判断的依据是位移和时间并加以测量，最后进行比值处理才能获得正确的解答。由于测试任务一开始就对学生提出了较高的要求，最后获取的只能是学生较高水平的速度概念，甚至有未反映或未探测出学生概念水平的可能。所以，本研究从设计要求学生主动提出控制时间或距离的想法转变改为研究者主动提供控制时间和距离其中一个变量恒定的问题情景，并且考虑了皮亚杰提出的儿童对速度具有“超越”的直觉，创设了四个难易程度不同、具有一定层次关系的问题情景，旨在考察低年级儿童速度概念发展的状况。2 研究方法2.1 研究对象被试取自南宁市北湖区一所幼儿园和广西医科大学附属小学。幼儿园大班20人（约6岁），男女各10人；小学一年级21人

8、（约7岁），男9人，女12人；小学三年级18人（约9岁），男女各9人。样本以随机方式抽取。2.2 研究工具两个微型电动机固定在一块较厚的木板上用来带动两辆小车做匀速直线运动；两个电位器用来控制电动机的转速即调节两辆小车的运动速度；一个插座；一个36伏的电源适配器为电动机供电。2.3 研究程序访谈的四个问题情景设计如下：1. 等速（两车行走速度相等）：起先小车位置一前一后，行走时间相等、距离相等，两车速度相等。这是最简单的一步，旨在了解儿童对速度与位置关系的理解；2. 等时（两车行走时间相等）：控制两辆小车位置从同一位置出发，行走时间相等，两车速度不等，故行走的距离不等。这一步旨在了解儿童对速度

9、与距离关系的理解；3. 等距（两车行走距离相等）：控制两辆小车位置从同一位置出发，行走距离相等，两车速度不等，故行走的时间不等。这一步旨在了解儿童对速度与时间关系的理解；4. 追赶：两辆小车一前一后，前面的小车运动慢、后面的小车运动快，后面的小车追及前面的小车但没超过，此时让两小车立即停下（速度不大，可以实现）。研究者估计这是最难的一步，难在儿童必须克服位置决定论，综合考虑位置的变化与时间才能正确判断。访谈时，一名研究者先与儿童进行沟通并呈现研究工具，提示儿童注意观察两小车的运动，然后按上述说明的顺序演示各问题情景下的小车运动，每演示完毕一个情景，要求儿童判断两小车的行进何者较快并说明理由，测

10、试过程每位儿童平均所需时间为8分钟。另一名研究者笔记儿童对运动快慢的判断以及对此所做的解释。访谈后，根据记录就儿童判断小车运动快慢的正确率以及判断所运用的概念与策略两方面进行统计处理。结果与分析各年级儿童判断小车运动快慢的正确率如表1所示。回答正确的评判标准是，只要儿童对两小车运动快慢判断正确即可，无论其后续的解释为何（前后不一、明显的猜测除外）。表1.各年级在不同问题情景下回答正确的人数统计控制条件 答对人数（百分比）幼儿园大班 一年级 三年级N=20 N=21 N=18等速（位置不同） 14（70%） 19（90.5%） 17（93.9%）等时（距离不同） 10（50%） 17（81.0%

11、） 15（83.3%）等距（时间不同） 11（55%） 13（61.9%） 12（66.7%）追赶* 1（5%） 8（38.1%） 11（61.1%）*由表1可见，对学生来说，四个问题情景确实具有不同的难易程度。等速问题是最简单的问题情景，小学一年级和三年级都有90%的学生能够正确判断，幼儿园大班也达到了70%的正确率。等时问题和等距问题处在中间水平，较等速问题而言，这两类问题各年级的答对率都有所下降。小学一、三年级对等距问题判断比等时问题判断的正确率低了将近20%。追赶问题是最难的问题情景，幼儿园大班的学生基本上不能处理这一问题，只有1人答对；一年级有8人答对，占该年级人数的38.1%；三年

12、级相对较好，有11人答对，占该年级人数的61.1%。三个年级追赶问题的答对率存在显著差异，达到统计水平。在问题2和问题3中，研究者主动控制一个变量不变，考察学生是否能依据另一变量做出正确判断。研究发现，虽然学生能够正确判断两小车的运动快慢，但他们后续所给予的解释却有所不同，主要可归纳为两种类型。这两种类型所采用的概念和策略各不相同，反映了学生对速度概念理解的水平差异。我们对此进行了归纳和统计，如表2和表3所示。表2.问题2回答正确学生主要采用的概念与策略的人数统计概念与策略 人数（百分比）幼儿园大班 一年级 三年级N=10 N=17 N=15 根据位置判断 8（80%） 10（58.8%） 3

13、（20%）提出距离概念* 1（10%） 6（35.3%） 10（66.7%）*表3.问题3回答正确学生主要采用的概念与策略的人数统计概念与策略 人数（百分比）幼儿园大班 一年级 三年级N=11 N=13 N=12根据先后判断 9（81.8%） 11（84.6%） 9（75%）提出时间概念 0 0 2（16.7%）从表2可知，对两车运动快慢回答正确的学生中，80%的幼儿园学生判断的依据仍然是位置的前后，只有1人提出距离概念；58.8%的一年级学生也是依据位置的前后来判断运动快慢，但35.3%的学生能够明确提出通过距离来判断，较幼儿园大班的学生有了一定的进步；到了小学三年级，能够明确提出距离进行判

14、断的比例上升到66.7%，而通过位置前后判断的比例下降到20%。从上升的比例10%、35.3%、66.7%，不难发现，随着年级的提高有更多学生了解距离与速度的关系，在时间相等的情况下可以明确地依据距离来正确判断速度的大小。三个年级在能够明确提出距离概念方面存在显著差异，达到统计水平。由表3可知，三个年级都有超过四分之三的学生用“先后”这个词进行解释。而幼儿园大班和一年级没有学生能够明确提出时间概念，三年级也只有2人（16.7%）能够明确提出时间概念。研究还发现，从解释时能够明确地提出距离和时间概念的比例差异来看，学生对速度概念相关的两个概念距离和时间的发展也是不平衡的。讨论研究者主动控制一个变

15、量时间和距离其中一个变量恒定的问题情景确实降低了探测幼儿速度概念的“门槛”，各年级都有超过半数的学生能够正确判断两小车运动的快慢。但当我们追问其所给予的解释时发现，学生所采用的概念和策略各不相同，反映了他们对速度概念理解的水平差异。与能够明确提出距离和时间概念相对的是以“先后到达”和“位置前后”作为判断依据的解释。我们认为，“先后到达”与“位置前后”这两种类型的解释处于相同的思维水平，都将小车最终的状况作为判断依据，而忽略了运动的整个过程，反映的是相同的速度概念发展水平位置决定倾向。这一点在精心设计的追赶问题中表现尤为突出。幼儿园大班学生基本上不能处理这一问题，他们坚持认为在前面的小车一定比后

16、面的小车“跑得快”！位置仍然是他们判断速度大小的重要依据，他们的速度概念中包含严重的位置决定倾向。一年级学生的答对率比幼儿园大班学生的答对率有一定提高，但与三年级学生的答对率相比又有一段距离，处于中游水平。三年级学生的答对率有了大幅提高，超过半数的学生能够抛弃位置决定的观念，他们对问题的解释是“两辆小车之间的距离变小”、“后面的小车追上前面的小车”，这些解释包含了对距离与时间的综合考虑，尽管时间概念是如此“隐蔽”，学生在解释中始终没有明确提及时间，但“距离的变小”、“追上”这些解释也体现了学生对一段时间内运动过程的关注。科学的速度概念是用距离与时间的比值来表征运动的快慢，但低年级儿童的速度概念

17、有其特殊性，并非以度量的形式出现，而是以序数的形式出现，具有位置决定的倾向。他们认为位置在前的小车速度一定比位置在后的小车速度大，小车最终的位置成为他们判断速度大小的最重要依据，而忽略了运动的整个过程。从发展的角度看来，幼儿园大班学生的速度概念表现出严重的位置决定论，一年级学生的速度概念比幼儿园大班学生的速度概念有一定的进步，三年级学生的速度概念比幼儿园大班学生的速度概念有了很大的提高，超过半数的学生从位置决定论中走出，能够从一个动态的过程对运动物体进行分析，表现出对距离和时间的综合考虑。研究还发现，低年级儿童距离概念和时间概念的发展存在不平衡，时间相等的情景能够明确提出距离概念，距离相等的情

18、景却不一定能够明确提出时间概念，距离概念处于优势维度，时间概念处于非优势纬度。这在其他一些强度量概念的研究也有类似的发现* 强度量概念（intensive quantity） 也称为内包量概念，如果a、b、c均是系统的一部分，若y具有这样的性质y(a)=y(b)=y(c)，与系统的大小或幅度的变化无关，即y(系统)=y(部分) ，则y称为强度量，如密度、温度、速度、浓度等，相应也称为强度量概念。对于组成强度量的两个广延量* 广延量概念（extensive quantity）如果a、b、c均是系统的一部分，若y具有这样的性质y(系统)=y(a)+y(b)+y(c)，与系统的大小或幅度的变化有关，

19、则y称为广延量，如质量、体积、重量、距离等，相应也称为广延量概念。*，学生对待的程度是不一样的，确有优势维度和非优势维度之分，比如，组成密度概念的质量和体积，质量之于体积就是优势维度 吴娴关于中小学生密度概念发展及其影响因素的初步研究广西师范大学硕士研究生学位论文，2003 ，未发表；组成浓度概念的溶质和溶剂，溶质之于溶剂就是优势维度。在优势维度相等时，学生不一定会自觉考虑非优势维度。由此看来，对于儿童强度量概念的发展，藤村宜之提出的最低阶层“只着眼于其中较引人注目的一个优势维度进行判断”具有一定的概括性6 藤村宜之儿童期内包量概念形成过程Japanese Journal of Educati

20、on Psychology, 1990, 38:277-286A Study of Children Conceptual Development on SpeedThe researchers created from easy to difficult four-level scenes, in which the researchers take the initiative to control tow vehicles movement keeping time or distance invariant, in order to study children conceptual development on speed. 59 kindergarten and elementary students were diagnosed using interview method. The study found that children understand vehicles speed depending upon the position where vehicles are. Kindergarten students have badly position