中学物理概念教学中的概念转变

1、中学物理概念教学中的概念转变中学物理概念教学中的概念转变浙江师范大学课程与教学研究所浙江师范大学课程与教学研究所 蔡铁权蔡铁权 教学有两个主要的立足点教学有两个主要的立足点：教学内容和学生已有认识（前概念）。而这其中，学生实际的、已有的认识是我们教学的真正起点，也是我们选择教学策略的依据。 前概念基本上包含以下几方面含义： 学生在学习前就存在着对物理事件的个人认识； 学生的个人认识是其知识框架的一部分，是学习新 知识、解决新问题的基础； 学生的前概念虽然可能是错误的，但对于解决日常问题十分有效，这也是为什么学生不愿意放弃前概念的原因之一； 学生物理概念的形成与科学家的研究过程是一致 的，因此必

2、须重视学生的认识过程。 一、概念转变的物理教学概述学者及其提出有关前概念用语一览表学者及其提出有关前概念用语一览表 “迷思概念”是指学生在接受正规的教育之前，对于自然界的一些现象已有自己的想法，这是其自行所发展出来的概念，是不同于科学家的科学概念的。 迷思概念的特征：1、不完备性不完备性 2 2、个人性、个人性3 3、顽固性、顽固性4 4、情境性、情境性5 5、普遍性、普遍性6 6、历史相似性、历史相似性 1. 不完备性不完备性l台湾学者钟圣校（1993）以访谈法对未上过及已上过电动机单元的学生进行调查，并比较学前、学后对此单元的认识，发现皆有迷思概念，唯内容和程度不同。在各类迷思概念的访谈资

3、料中，可发现大量的受访者，其回答不够完整，且这种不完整，不是表达力的问题，而是对问题的思考不周全，以致说出的概念也失之片面或零碎。l对于迷思概念的不完备性，很多学者也表示了类似的看法。有学者指出迷思概念有别于同领域专家的看法，如Fisher（1986），郭重吉（1989），邱弘毅（1998）。他们指出迷思概念常常是不周全、片面、或是零碎的。学生具有的迷思概念往往不是体系完整的知识架构；对于同一个概念，学生常常出现不周全、甚至相互矛盾的想法。 2. 个人性个人性 Driver等人曾指出迷思概念有个人性（personal），个人遭遇相同的事件，接受相同内容的教学，个体会产生不同的解释，以自己的方式

4、来内化经验，建构出自己的定义。 钟圣校也指出，许多迷思概念是相当特别的，属个人特有，是学生将信息内化，用自己的经验来建构事物的意义。 裘维钰（1995）综合了Driver等人的看法，认为迷思概念具有个人性，学生以自己的方法来内化他们的经验，建构属于自己的意义，而这些个人的想法会影响获得信息的方法。3. 顽固性顽固性l虽然有些迷思概念很容易经过教学或简单的解说，就得到改变，但有些迷思概念，虽经过教学时教师提出大量的证据或费许多口舌讲解，仍然一再出现，让学者不得不承认其根深蒂固的存在事实。l其他学者，如Fisher(1985)认为许多迷思概念拒绝改变，至少在传统教学方法下是不行的，正是这一特性，导

5、致许多学者研究有效的方法来改变学生的迷思概念。lDriver等人(1985)也指出，迷思概念很难被改变，儿童常以自我的意识来诠释学习到的观念，并且加以强化自我的信念，甚至在教学之后，仍不会修正或改变其原本的想法。lNovak（1988）和 Wandersee等人（1994）也认为以传统的教学策略，迷思概念非常顽强且不易消失。l林楷植（2002）通过研究也发现迷思概念用传统的教学策略是不易改变的。 4. 情境性lTytler(1998)的研究指出，在大气压力的科学概念中，认为学生利用具有多重的概念来了解现象，而多重概念是以情境的特征形成。l裘维钰（1995）指出迷思概念具有变易性：常前后不一致，

6、有时同样的问题，因其所处的情境不同，学生往往会有不同的解释。l邱照麟（2000）研究指出，迷思概念具有不稳定性，因学科知识的不足或思考问题不够周详，同一问题在不同的情境中，会出现相互矛盾的想法。 5. 普遍性普遍性l迷思概念在教学历程中的变化，可从统计教学前、中、后三段，迷思概念出现率消长的情形得知。但可发现某些迷思概念确实普遍性较高。综观全球各地可发现许多一样的迷思概念。lFisher(1975)的研究也指出，单一或少数的迷思概念具有普遍性。Wandersee等人（1994）认为，学习者带进正式科学课程的迷思概念跨越年龄、能力、性别和文化藩篱。l郭重吉（1989）综合各学者关于迷思概念的看法

7、，认为，迷思概念具有同时存在不同个体的普遍性。邱照麟（1998）也指出，某些迷思概念却是相当普遍化的，不管年龄、文化、或是性别等的不同，都具有相同的迷思概念。 6. 历史相似性历史相似性l关于迷思概念的特性，Fisher(1975)提出，有些迷思概念具有其历史背景，即可能来自同一领域中在早期被接受的观点。lWandersee等人（1994）总结了以往关于迷思概念的研究，指出，今日学生的迷思概念和前代科学家对自然现象的解释非常相似。虽然没有足够证据显示学生在学习科学概念上重蹈覆辙，但研究者建议科学史可被用来鼓励和帮助学生发现自己概念上的弱点。l郭重吉（1989）表示了类似的看法，他认为，迷思概念

8、可能是在同一领域中，早期所能被接受的想法。l裘维钰（1995）也认为，概念发展类似于科学史的演进：有些迷思概念具有历史渊源，即在早期的时候，该学科领域的专家也持有和今日学生相同的迷思概念。 迷思概念产生的原因：迷思概念产生的原因： 1、个人因素 （1）日常的观察与经验 （2）原有知识的不足 2、社会文化因素 （1）文化语言 （2）社会互动 3、教师与教科书因素 （1）教师因素 （2）教科书因素1. 个人因素个人因素l（1 1）日常的观察与经验）日常的观察与经验 迷思概念可能起因于学生企图去理解每天日常生活中的经验，透过此理解的过程，学生会发展自发的概念，其中也会包括某些迷思概念。例如Erick

9、son和Triberghien(1989)的研究中，认为用手摸到炉子、灯泡、热的物体等经验，几乎所有年龄的儿童都会认为是“热的移动”（movement of heat），热将会从一物体移到另一物体，这种热是物质的概念，常被儿童用来解释上述的这些现象；Lewis和Linn的研究里，学生在热平衡的概念上，他们会认为金属在热的环境里，金属会比外在的环境更热，相反地，若是金属在较冷的环境里，金属会比外在的环境更冷，虽然他们知道物体会和环境达成相同的温度，但是日常经验却不是如此的结果。Osborne, Bell和Gilbert(1983)认为学习者易以个人为中心或是以人类为中心来看事物，只考虑事物的本质

10、，并且直接从日常生活经验来建构知识。 lAusubel(1968)有意义学习理论认为，“要使学生达到有意义的学习，必须先由学生所知教起”，了解学生所知，必先了解学生在学习概念或知识前，可能已存在一些有别于科学家的想法或概念。学生原有的想法可能成为学习的阻碍，因为学生在学习时，是以其先入为主的观点来解释所见所闻，因此他们所得的结论和解释很可能会和教师或课本所要教的不同。由此可见，学生原有知识的不足很可能引发其迷思概念的产生。 （2 2）原有知识的不足）原有知识的不足2. 社会文化因素l （1 1）文化语言）文化语言 除了与物理环境的接触外，学生也可能会从他们生活的社会环除了与物理环境的接触外，学

11、生也可能会从他们生活的社会环境中获得一些迷思概念。因为他们所使用的语言、文化的信念与他境中获得一些迷思概念。因为他们所使用的语言、文化的信念与他人的互动，也是迷思概念主要的来源。我们的日常用语保留了许多人的互动，也是迷思概念主要的来源。我们的日常用语保留了许多概念，数百年来这些概念在科学里就被认为是过时的。例如，概念，数百年来这些概念在科学里就被认为是过时的。例如，“太太阳升起来了阳升起来了”说明了太阳在天空中的行经，而非说明了太阳在天空中的行经，而非“现代现代”观点的地观点的地球相对太阳运转。换言之，文法上的构造导致这般的思想，因为在球相对太阳运转。换言之，文法上的构造导致这般的思想，因为在

12、某些方面而言，它反应了逻辑结构。因此很多语言的建构并未能符某些方面而言，它反应了逻辑结构。因此很多语言的建构并未能符合现今的科学知识。合现今的科学知识。 l（2 2）社会互动）社会互动 在日常生活中，与朋友、父母和其他人的交往谈话中，学生舍取了零星的科学知识和另有概念。其他信息来源如媒体，也提供了科学知识，虽然这种科学知识，由科学家观点来看并不一定正确。这类的概念来源也许比教室上课的影响力大，因为上物理课时间只有几小时，而其他时间，学生则面对各种的来源刺激。由此，学生在与社会互动过程中产生迷思概念，因为他们会倾向于简化科学概念，而使得他们更易了解这个社会。 3. 3. 教师与教科书因素l （1

13、）教师因素 有许多研究指出，教师是迷思概念的来源。教师有可能在教学过程中有错误的诠释，缺乏科学知识的本质的了解，或是企图简化概念，而来提供对于概念描述，教师对儿童迷思概念缺乏察觉心及兴趣、教师认为讲述时只要涵盖概念，学生就能理解学会。教师过多使用讲述法，如此都可能使学生产生迷思概念。 物理概念的形成，是有阶段性的。一个物理概念不可能一次到位。 l（2 2）教科书因素）教科书因素 教科书亦是学生迷思概念的来源之一，Summers(1983)分析一些教科书对于热的定义，发现在不同的教科书中对于热有不同定义的方式，但似乎都会困扰学生，使学生获得不同热的概念，例如常把热与内能混在一起，或把热当作热质的

14、理论。因此，Summers建议应该把heat改为heating，因为heating属于一种过程，热量是一个过程量。当物体的内能改变时，则会导致物体温度的改变。 教师与教科书设计者应多留心学生的概念，在课程上应呈现多样的概念形态。 l概念转变的含义 概念转变一般被定义为现有概念的转变（如，信念，观念或思维的方式）。现有知识或信念的转变或重构是概念转变与其他学习方式的区别。在概念转变情形下，现有概念得到了根本的转变甚至被取代，成为学生用来解决问题、解释现象和在他们学习活动中的概念框架。 概念转变可以理解为，学习过程中新、旧经验相互作用的过程，是新经验对已有经验的改造与重构过程。建构主义学习理论 在

15、皮亚杰的“个人建构”理论和维果斯基的“社会建构”等理论的基础上，建构主义学习理论得以发展。20世纪80年代以来，建构主义学习理论在科学教学领域中逐渐流行起来，形成科学教育全面革新的一股主要力量。人们普遍认为，建构主义代表了当代科学教学的“范式转变”。建构主义促使人们对科学知识、科学学习和科学教学的本质进行了重新认识，由此导致了科学知识观、科学学习观和科学教学观的深刻变化。 l概念转变的理论依据概念转变的理论依据主要流派主要流派主要内涵主要内涵1.激进建构主义知识是由认知主体积极建构的，建构是通过新旧经验的互动实现的；认知的功能是适应，它应有助于主体对经验世界的组织2.社会建构主义将群体放在个体

16、之前，将人与人之间的关系置于首位；个人建构的、独立的主观意义和理论只有与社会和物理世界“相适应”时，才有可能得到发展；强调意义的社会建构、学习的社会情境，强调社会互动、协作与活动等3.社会文化认知观点人的心理功能是处于文化、历史和制度情境之中；关注学习的社会方面，更注重对一定的社会文化、背景中知识与学习的研究，并将不同的社会实践视为知识的来源；提倡在真实的情景中通过对专家活动的观察、模仿进行主动的/认知学徒式的学习主要流派主要流派主要内涵主要内涵4.信息加工建构主义坚持信息加工论的基本范型，但反对信息加工论中的客观主义传统；认为知识是由主体积极建构的，外来信息与已知知识之间存在双向的/反复的相

17、互作用，但不同意知识是对经验世界的适应。这一流派也称为弱的建构主义或折中的建构主义5.社会建构论将社会置于个体之上；真实性/经验是依靠对话的方法建构起来的，对话是形成新意义的心理工具，应成为关注的中心；知识根本不存在于个体内部，而是属于社会的，是以文本形成呈现的，每一个人都以自己的方式解释文本的意义6.控制论系统观强调认识主体不是旁观者，而是置身于行为之中的主动的观察者和反省型的参与者；特别重视不同观察者之间存在复杂的互动关系，重视对包括提问方式、看与听的方式在内的各种循环过程的再认识；重视交互的、协作的学习方式 建构主义知识观：建构主义知识观： 建构主义者一般强调，知识不是对现实的纯粹客观的

18、反 映，任何一种传载知识的符号系统也不是绝对真实的表征。它只是一种解释、一种假设，它并不是问题的最终答案，相反，它会随着人类的进步而不断地被否认，并随之出现新的假设；而且，知识并不能精确地概括世界的法则 。 按照这种观点，课本知识只是一种关于各种现象的较为可靠的假设，而不是解释现实的“模板”。科学知识包含真理性，但不是绝对正确的最终答案，它只是对现实的一种更可能正确的解释。另外，知识在各种情况下应用并不是简单套用，具体情境总有自己的特异性，所以，学习知识不能满足于教条式的掌握，而是需要不断深化，把握它在具体情境中的复杂变化，使学习走向“思维中的具体”。 建构主义学习观：建构主义学习观： 建构主

19、义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。因此，建构主义学习观认为，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己主动建构知识的过 程。建构必有基础，基础就是每一个人原有的知识和经验，这就是知识的生长点，也可以说知识是通过新旧经验的相互作用“生长”出来的。 学习的结果在于意义的获得，对新信息形成自己的理解。学习不只是印入信息，而是调动、综合、重组甚至改造头脑中已有的知识经验，对所接受到的信息进行解释，生成了个人的意义或者说自己的理解。 建构主义教学观：建构主义教学观：

20、在教学中，教师不仅要让学习者知道什么，更可贵的是要让学习者感受到什么；知识的意义不能直接传递，对知识的情感就更不能传递了。教师不只是关注如何呈现、讲解、演示信息，更重要的是，要创设一定的情境，促进学生自己主动建构知识的意义，时刻关注、了解、探知学生头脑中对知识意义的真实建构过程，并适时提供适当的鼓励、辅导、提示、点拨、帮助、支持，进一步促进学生的建构活动。 图1 鱼就是鱼 这个故事之于我们的课堂教学，往往在课堂上我们以为我们已传达了一种信息，以为学生已经理解了的时候，实际却并不是这么一回事。因为学生是凭自己先前的认识来理解的。 如果忽视学生的前概念，他们的理解会与教师的期望有很大差别，而许多关

21、键性的科学概念他们就无法形成。 Ausubel在其最有影响的著作教育心理学:一种认知观(1968年再版)的扉页上写道：“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，进行相应的教学。” 1.概念转变的条件概念转变的条件 在面对新、旧概念冲突时，在何种条件下学习者才会转变已有概念呢？对此，波斯纳等提出了概念转变的四个条件： 对现有概念的不满（dissatisfied）； 新概念的可理解性（intelligibility）； 新概念的合理性（plausibility）； 新概念的有效性（fruitfulness）概念转变的条件

22、与影响因素概念转变的条件与影响因素2.2.概念转变的影响因素概念转变的影响因素 反例(anomalies)：不满足的主要来源就是在概念生态中，必须有反例存在； 类比或隐喻(analogies and metaphors)：类比与隐喻可以提供新的观念，使得新的概念变得可理解； 认识论信念(epistemological commitments)：大多数的知识领域都具有判断何者为成功解释的标准； 形而上的信念与概念(metaphysical beliefs and concepts)：在科学观念里，关于宇宙具有秩序、对称，或是不混乱的信念，通常在科学工作时决定了新概念应该被接受或是丢弃； 其他的知

23、识(other knowledge)：新的概念必须要比在其他领域的知识，或是竞争的概念，具有更多发展的前途。 3.3.概念转变的方式与途径概念转变的方式与途径（1）概念转变的方式 丰富 该模式首先按已有认知结构的改变方式将概念转变类型称之为“丰富”。指在现存的概念结构中概念的增加或删除。人们在生活中获得的大量知识充实着他们原有的知识。充实的另一种形式包括对现存概念结构的区分、合并以及增加层级组织。总之，这一途径涉及到原有概念结构的量的扩展（enlargement）。 重建 重建意味着创造新结构，这种新结构的建构或者为了解释旧的信息，或者为了说明新信息。心理学家对不同的重建类型作了区分。其一是区

24、分弱势（weak）与根本（radical）重建。 （2 2）概念转变的途径）概念转变的途径 连续途径 连续途径试图避开在不连续途径中的基本的重建的需要，其概念转变开始于同科学概念一致的学生原有概念结构或是对已有概念的重新解释。在第一种情况中，其要点是概念的变更和目标概念的协调是逐步发展起来的。在涉及科学概念和原理的解释时，并不是任何情况下都必需从学生建构的概念开始的。它也可能开始于某些问题领域中部分知识的类比，这一问题领域中的科学内容的结构与性质已被阐明。在第二种情况中，“重新解释”策略稍有不同。与之类似的是虽然它也是从学生的原有概念开始，但对它已用新的方式作出了解释。 不连续途径不连续途径

25、不连续途径的显著特点是学生已有概念与科学概念是完全不同的。在不连续途径中，认知冲突（connitive conflict）策略起关键作用。认知冲突主要有以下三种：首先，认知冲突产生于学生的预测同其经验结果相反时；其次，认知冲突产生于学生的观点与教师不一致时；再次，认知冲突产生于学生之间的不同观念的碰撞中。 4.4.概念转变的教学过程概念转变的教学过程 Lee和Kwon使用认知冲突过程的模式来解释当学生学习时面临到反例时认知上所面临到的冲突、冲击的过程。这个模式有三个阶段：初步的阶段（preliminary stage）、冲突阶段(conflict stage)和解决阶段(resolution

26、stage)。（1）初步阶段（preliminary stage） 初步阶段是发生在认知冲突之前的阶段和包括学习者相信自己所拥有的概念与反例（即教师用来使学生觉察原有概念有其局限性的数学例子或想法）都为真的阶段。换言之，当教学者察觉到学习者另有概念时，教学者企图使用反例来使学习者产生认知冲突，然而学习者认为教学者所用的反例与他所拥有的另有概念并不会抵触或是两者可相安无事的存在。所以初步阶段是尚未察觉到反例与迷思概念不能相容的阶段。 （2）冲突阶段）冲突阶段(conflict stage) 在这认知冲突过程的模式中，冲突过程被定义为： 学习者察觉到反例与原有概念有所差异； 学习者在解决认知冲突时

27、所表现出的是感到兴趣还是焦虑； 重新评价冲突情境。 换言之，当察觉到既有概念有其局限时，学习者思索为何如此，当然有些使人觉得惊奇，有些则让人感到惊讶，接着学习者评价所面临的情况。在这些阶段过后或是这些阶段同时，他评量自己的认知冲突情境后决定是要继续下去以解决冲突或是停止下来逃离冲 突。 （3）解决阶段）解决阶段 在解决问题阶段，学习者将尝试用任何方法去解决认知冲突。解决冲突的反应可以当作一种内在反应来表示。学习者的反应包含由Chinn和Brewer(1998)所提起的：例如忽略反例的存在（ignoring）、否认反例（rejecting）、不确定（uncertainty）、排斥反例（exclu

28、sion）、将反例搁置一旁（abeyance）、重新诠释反例（reinterpretation）、外围理论的改变（peripheral theory change）和理论的改变（theory change）。 根据以上分析，概念转变的教学过程可概括为以下三个阶段：探测认知结构，了解已有概念；引发认知冲突，解构迷思概念；解决认知冲突，建构科学概念。 概念转变的教学过程三、概念转变的教学策略三、概念转变的教学策略（一）探测认知结构：了解前概念探测认知结构：了解前概念 1、探测认知结构的工具与方法探测策略探测方式学习者是否需额外训练回答技巧可否了解概念间之关联性大量施测可能性其他特性诊断式的传统测验

29、题（选择题）纸笔测验否否高便于量化资料，通用于大量施测。诊断式的传统测验题（问答题）纸笔测验否是低可让学习者自由发表想法。概念图法纸笔测验是是低容易展现概念间关系。访谈法访谈否是低可深入了解学习者概念情况。关系图法纸笔测验是是低可发展概念间关系。Vee图纸笔测验是是低可探索学习者概念的理解情况。二阶段式测验（第一阶段选择，第二阶段问答）纸笔测验否是低可了解学习者概念脉络。二阶段式测验（二阶段皆为选择）纸笔测验否是高可了解学习者概念脉络，且便于量化资料。DOE访谈纸笔测验否是低可看出学习者概念转变、保留的情况。（2）探测认知结构的概念图分析结构比较 大小测量作用点是不存在于存在于比如比如比空气重

30、比空气轻比如比如重量 天平重力重心物体中心太空重量 宇航员失重苹果下落竖直向下竖直向上铅球氢气球图3 学生概念图图4 丰富的概念图3、访谈 明茨基（Mintzes J.J.），万达西（Wandersee J.H.）和诺瓦克把访谈方式分为： 理解程度访谈工具概念的认知与定义事例访谈概念的应用预测访谈、序列访谈、问题解决访谈因果的解释序列访谈4、二段式诊断测验 二段式诊断测验每一题都包含两个部分，第一部分针对题目可能的结果（单一选择题）作答后，紧接着对第二部分针对理由作答（单一选择题），一般在第二部分理由中会安排“其他”的选项供受试者自由填答 二段式测试实例二段式测试实例 （A）将A、B两个电阻不

31、同（RARB）的灯泡与电池串联，形成通路，如图所示，若IA是流经A灯泡的电流，IB是流经B灯泡的电流，请问IA与IB的大小关系为（ ） A. IA IB B. IA = IB C. IA IB（B）：你选择上述答案的理由是（ ）A. 电流被A灯泡消耗掉，所以流到B灯泡时会变小B. 电流被B灯泡消耗掉，所以流到A灯泡时会变小C. 因为B的电阻小，所以B灯泡的电流比较大D. 因为A的电阻大，所以A灯泡的电流比较大E. 电流是电荷的移动，而电荷是守恒的，因此电流不变 F. 电流是电能的移动，而能量是守恒的，因此电流不变 （二）引发认知冲突：解构迷思概念引发认知冲突：解构迷思概念 1.合作学习（1）正

32、式合作学习的实施方法 学生小组成绩分工法 切块拼接法 小组调查法 小组辅助个别学习法 小组游戏竞赛法 共学式 （2）非正式合作学习（3）辩论2.探究性实验探究性实验的实施： 提出问题 进行猜想和假设 实验验证（三）解决认知冲突：建构科学概念（三）解决认知冲突：建构科学概念 1.类比类比教学的模式：一般类比教学模式 类比模式的教学 FAR导引模式 类比桥模式 多重类比模式 学生产生类比模式 故事性类比模式 以实例为基础的推论模式 一般类比教学模式：一般类比教学模式：这一模式包含九个步骤：这一模式包含九个步骤：评价学生类比推理能力，以及处理视觉影像或认知复杂需求工作的能力等相关特质。评价学生的原有

33、知识以决定类比是否有帮助。班级讨论、临床访谈或问卷作答均可达此目的。分析某主题学习的材料以决定是否已含有类比。倘若没有，教师可另行建构新的类比或找寻恰当的类比。依据类比是否为学生所熟悉、类比的复杂程度、其与目标类比相关的特质，进而评断类比的恰当性。建议在正式教学前，可以不同教学策略进行教学，并以少数学生测试这些类比的可行性。依据学生的特质来决定类比的特征。如此一来，可协助教师决定使用一个实物模式的必要性与类比的具体性。选择教学的策略以及教学的媒体。可由下列三种策略中选择一种：学生自我发展、引导式教学或解释性教学。另外的选择则包含教学媒体的运用，例如教师以书写、口语、录音带、电视、幻灯片、示范、

34、游戏、操作模型、图片和图形来教学。呈现类比的方式包含下列步骤：介绍目标概念、介绍类比、将类比与目标物连接呈现相似性的特质，并从最显著的特质开始，利用转移的语句呈现类比与目标物中不相关的属性，最后再讨论不相关的属性。评价学生的学习成就，以了解学生对于某主题概念的知识特质，并诊断出使用类比可能造成学生哪些迷思概念的产生。在评价此模式的每一步骤后加以修改，以决定是否需要额外的讨论、其他替代类比或不同的教学策略。 类比模式的教学类比模式的教学 ：分为六个部分：目标概念的介绍；回忆类比概念；找出目标物与类比间的相似特质；标出相似的特质；依据概念得出结论；指出哪些类比物之特质与目标物的不同。 FAR导引模

35、式导引模式 ：使用类比教学应该分别注意聚焦（focus）、行动（action）、反思（reflection）三个面向，简称FAR 。类比桥模式类比桥模式 ：教学模式如下：呈现锚类比（anchoring analogy）；呈现目标物，并与锚类比物来进行比较；提供类比桥，并辅以小组讨论来加强学生思考，藉以拉近锚类比与目标物的差异；提供可以解释现象的机制的解释模式，让目标物对学生更具有意义。 类比桥模式案例类比桥模式案例 学生在接受“静止在桌面上的书将受到桌子施与书的力”的概念上有困难。为了使这样的宣称达到合理，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了力给书本。然而，学生可能仍然

36、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）。多重类比模式多重类比模式 ： 类比常会过度简化概念的复杂性“简化性偏差”，当老师在教授复杂的目标概念时为了防止这种偏差的产生，因此提出多重类比模式（Multiple Analogies Model），藉以弥补单一类比的缺失。此外，许多科学的概念在描述或是解释时，都需要依赖多重的模式。因此，在这种多重类比的教学模式里，主要是包括有计划性的和连续性的类比，每一个类比物建立于前一个之上，以连续精致化的过程提供一个自我更正的机制，来降低产生非

37、预期的迷思概念的可能性。 多重类比模式案例多重类比模式案例 Spiro等人提供用来解释肌肉纤维功能的五个类比和图形。每个类比分别表达某些概念，同时也漏掉其他概念。第一个用来解释这种机制的类比是类比划桨手。这个类比拥有下列几个与目标物概念相似的特性：产生力的创造：小臂；施力者运动的特性：往前、往后、击打；有许多个别的施力者。然而这种类比可能会误导人，因为它：产生力的构造；划桨手动作可能是混乱的；忽略整体的运动；忽略物体与宽度的关系。 第二个类比是：类比在同船中相面对的划船者。这个类比表达动作可能拉某物到中间（水中），但是它忽略了可拉物体到中间的构造（问题是桨是滑过水面的）。第三个类比是类比螺旋扣

38、（turnbuckle），这将增强以下的想法：不用改变拉东西的长度，就可以将物体拉至中央；缩短是有限的。但是它遗漏了以下的观念：跨越桥梁（cross-bridges）；个别的施力者；在延伸长度限度的缺失。 学生产生类比模式学生产生类比模式 ： 这个教学模式包含呈现给学生一个新的主题或状况，其中显示一系列的科学概念，同时要求学生针对特定的现象提出解释。教师作为资源提供者，学生参与的工作可分成三步骤，而同时进展到第四步骤前必须重复前三步骤： 解释现象； 建立他们自己的类比，得以较深入地理解该现象； 运用类比于该现象，并且找出其间的相似和相异性；参与课程讨论，以讨论在解释现象中所使用的建议类 比的恰

39、当程度。 此过程导致不断地发展出一套套的解释和类比。 学生产生类比模式案例学生产生类比模式案例l虽然这个例子是从研究里撷取出来的，但是所使用的教学方式是很相似的。教师呈现三个大气压力现象的活塞/圆筒的装置；当活塞推进手指封住的管口的管柱时，要移动活塞的力就要增加（加压）；当活塞被拉出手指依然封住的管口时，需要的力也要增加（减压）；当活塞被推和拉之后，放开活塞，它将会回到最初的位置（回复）。l教师请学生解释这三个他们刚刚所观察的现象。稍后教师请学生发展自己的类比来改善他们对现象的了解。当他们创造了自己的类比后，学生被要求描述他们的类比跟所观察的现象是如何相似。接着，他们也被要求指出自己的类比跟所

40、观察现象不一样的地方。这个过程重复几次后，将引发一系列类比和解释的改进，更能引发造成许多讨论与修正所提出的类比/解释的模型。 故事性类比模式故事性类比模式 l此类比是以故事方式来进行教学。 l隐含下列几个特点：选择熟悉的事物；发展多个连接图；探索其间的相关性；建立在学生的直觉和原有知识上。 故事性类比案例故事性类比案例 在进行类比教学时，教师构建了一个故事，是一些在教室的学生到附近的湖边进行假想之旅。作为开展故事的向导，教师常常在目标概念（地壳的运动：地区上的地质改变）跟故事的事件（学生乘船的事件）来来回回，并且藉由关键性的问题与使用图片来让学生参与活动。 让我们假设Jenny在达令湖（Lak

41、e Darling）边，而她就坐在船里（画在图片里）所以Jenny在船里，而船浮在水上。我们就可以将这个情境当作一个比喻，地壳浮在地函上。地壳就像船，而水就像地函。接着我们假设当Jenny在湖边散步，遇到认识的人：Candy、Mike和Danny，并邀请他们与她同游。当其他三个人进入这艘船会怎样？（它会沉）这艘船会沉到底。你觉得呢？假设Jenny的船可坐四个人，那我们要注意到当船里坐一个人跟四个人有什么不同？这个船将会沉到水面较低处 以实例为基础的推论模式以实例为基础的推论模式 ： 此模式提供学生机会去学习以及给予问题，让学生依据其过去的经验、同伴或专家的经验，设计解决的方法，进而解决问题。经

42、由提供学生有用的例子，学生被鼓励“设计有用的类比推论，找出争论的议题，并且注意它如何形成渐进的概念，同时预测自己形成方法的效度”。l案例：案例： 学生藉由设计不同轻重物体的下落来学习自由落体运动规律。2、模型模型的建构：假说 唯象模型 近似 简化 示教性模型 类比 理想实验 （1） 假说假说 这是由对某种现象的试探性的解释所构成的，它们的作者相信它们很可能或者肯定是真的。Ptolemy的宇宙模型，后来被放弃了。Copernicus的宇宙模型，现在还认为基本上是正确的。广义相对论的宇宙模型，现在下结论还为时尚早。 原子的模型，从J.J.Thomson到Rutherford到Bohr模型，以及量子

43、力学对它的改进。宇宙演化的大爆炸的假说，都可以归入这一类。 （2）唯象模型（）唯象模型（“表现得像是表现得像是”） 在科学发展过程中，会看到一些物理现象可以用某种机制来解释，但是没有足够的证据使我们确信那就是正确的解释。尽管一时还无法做出抉择，但用模型来描述可能是很有用的，这可以理清一些关系，并揭示一些进一步的应用或实验。如热学中的燃素、Maxwell表述电磁场方程时提出的以太等。 今天粒子物理中的一些模型、超导物理模型等等。（3）近似（某些东西很小或很大）近似（某些东西很小或很大） 科学中很多方程很少具有容易处理的精确解，所以只好求助于近似方法或数值解。如果问题中含有多个变量，或是我们对可能

44、解的全貌感兴趣，数值计算就会变得非常繁复。在这些情况下一个有效的办法就是利用近似。如光线、线性响应、理想气体、原子的壳层模型等。 在取近似的过程中，通常并不能对所取近似的适当性作出严格的证明，即不能对由于忽略高次项而引起的误差给出确定的界限。而有经验的物理学家通常能够估计主要误差的所在并能够检验它们的可能效应。 （4）简化（为了明晰而略去某些特点）简化（为了明晰而略去某些特点） 人们在科学中遇到的许多情况，初看起来显得十分复杂，而随后通过考察略去某些复杂性质的一种简化模型，将会大大有助于人们对情况的了解。如Van der Waals气体、原子核壳层模型、光学模型、布朗运动模型等等。 （5）示教

45、性模型（非定量证明但却提供见识）示教性模型（非定量证明但却提供见识） 有时，比真实描述走得更远，并且达到更大简化的做法是必要的或是有益的，与此同时却仍然保留着与真实状况充分的相似性，足以有助于我们理解它的某些特质。如多电子原子的Bohr模型，平均自由程、理想Bose气体、液滴模型，强子的袋模型等。 （6）类比（仅有某些共同点）类比（仅有某些共同点） 有的时候，通过研究一个比较简单的体系来了解一个科学体系的某些情况是必要的或方便的；那个简单体系不一定在一切本质方面都和所研究的科学体系相似，但却具有它的典型特点。Rutherford研究原子的结构时就以太阳系作类比进行说明。又如点阵气体、核力的He

46、isenberg模型等。 （7）理想实验（主要是要证伪一种可能性）理想实验（主要是要证伪一种可能性） 这是一种可能的实验尽管做起来可能不很方便或者不很现实，但是并不违反任何已知的物理定律。如Carnot循环、Maxwell妖等。这种模型的共同点是，通过创造更简单的、我们在直觉上更容易接受的事态，以此作为走向对实际事态合理理解的中间步骤，从而起到帮助我们更清楚地思考物理问题的作用。 当前由于计算机强大的数值计算和模拟功能，可以利用计算机设计构建模型。如混沌同步控制、弹簧摆，布鲁塞尔振子模型等，大大地扩展了模型的概念和为模型的构建提供了强大的手段。 运用运用“模型模型”方法构建方法构建“分子间有空

47、隙分子间有空隙”的概念转变教学案例的概念转变教学案例 l教材分析教材分析 这部分内容是在分子层面上学习物质的构成，让学生初步建立分子观和分子运动观。分子是个微观的概念，分子肉眼看不见，摸不着，要理解分子确实存在、分子是不停地运动的、分子之间有空隙这些内容，对学生来讲是个难点。分子是微观层面的概念，只能通过宏观的变化现象来认识，因此运用“模型”方法构建“分子间有空隙”的概念。l教学策略选择教学策略选择 教学中安排模型教学，使学生的认识层层递进。让学生知道分子之间存在空隙，并能举例说明分子之间有空隙。l3、教学过程、教学过程 问题：在知道了“分子是构成物质的粒子”之后，同学们认为小小的分子是如何排

48、列而组成物质的呢？ （1）模型建立）模型建立 教师实验：芝麻和黄豆混合实验教师实验：芝麻和黄豆混合实验在量筒中先倒入黄豆，再倒入芝麻。记下黄豆和芝麻的总体积：_厘米3将量筒反复摇晃几次，使它们充分混合，记下总体积：_厘米3发现：芝麻和黄豆混合后的总体积_(大于、小于、等于)混合前的体积之和。问题：如何解释这个现象？学生：因为_进入了_中去了。问题：为什么会这样呢？学生：因为芝麻进入黄豆和黄豆之间的空隙内。问题：也就是说大家看到黄豆与芝麻混合后的总体积的减小跟什么有关？学生：两种颗粒之间存在空隙有关。问题：通过这个模型的演示，你能提出什么假设？学生：由两种不同的分子构成的物质混合后，由于分子之间

49、有空隙，物体体积将减小。 l（2）模型应用）模型应用 问题：做了这个实验后，对解决前面提出的问题有没有启发？能不能利用所给的仪器（试管等）和药品（酒精和水）验证前面的假设（由两种不同的分子构成的物质混合后，物质体积将减小）。 学生思考并提出观点:（一般学生都能想到让酒精和水混合，看充分混合后的总体积有否变化）。 学生实验：酒精和红墨水混合实验学生实验：酒精和红墨水混合实验l实验步骤：在试管中注入水（约1/3，染红），再沿试管壁缓慢注入与水的体积相近体积的酒精，用笔在液面处做个记号。对酒精和水进行振荡，使水和酒精混合均匀，观察液面的变化情况、发现：_解释：_问题：观察到什么现象？学生：混合液的体积小于水和酒精的体积之和。结论：由两种不同的分子构成的物质混合后，物质体积将减小。问题：能否运用“芝麻和黄豆混合模型”，结合实验解释此现象？学生：水和酒精的分子之间有空隙，所以水和酒精分子相互进入到彼此的空隙之中，导致混合后物质总体积减小。 5.概念转变的教学模式nDO五步教学模式nNN三步教学模式nOF四阶段教学模式n5E教学模式n学习环教学模式（1）DO五步教学模式l定向：教师运用实际的活动、实际问题、教师的示范、影片等方式，引起学生的学习兴趣。l引出学生