科学误概念的诊断与教学研究

叶思宇　　丁　　伟

（华东师范大学化学与分子工程学院）

科学误概念的诊断与教学研究

叶思宇丁伟

（华东师范大学化学与分子工程学院）

概念学习是学习科学的基础，但在学习概念的过程中经常会产生一些误概念，从而阻碍教学。通过文献整理，发现科学误概念的诊断工具，由测验问卷向画图工具发展，注重学生微观水平的理解。误概念的成因主要集中在三方面：学生日常的生活经验、不恰当的教学方法和概念的抽象性，并根据形成原因和误概念的类型，针对学生的认知冲突进行概念转化。

误概念；诊断工具；概念转化

概念是人脑对客观现实的反映，是一类事物所共有的本质特征。由于学生在进行正确概念学习时，已受日常生活和先前学习的影响，可能形成与科学理论相违背的概念，故将其称为误概念。

误概念具有特异性、隐蔽性、顽固性和广泛性。由于误概念具有特异性，所以科学学习中的误概念不同于人文学科。误概念具有隐蔽性，需采用有效的诊断工具进行挖掘。误概念十分顽固，成因多样，故增加了概念转变的难度。本文将从诊断工具、形成原因及转变概念三方面，探究学生在科学学习中产生误概念的学习特征。

一、科学学习中误概念的诊断

1.科学概念的测验问卷

随着对科学概念的深入研究，测试工具也随之进步。最早是开放性问题的问卷，数据分析繁杂，后出现了选择题工具。

考虑到“测验效应”的影响，研究发现正确概念测验中正确概念提升得最多，而用误概念测验，误概念提升得最多（“正确概念测试”都是正确的概念表述，判断正误即可，误概念测试类似）。一份测试卷正确概念和误概念比例需得当。

2.两段式选择题诊断工具

Treagust（1988）研发了“两段式选择题工具”，测定学生的相异概念。该工具由两段式组成：第一段为普通问题；第二段为问题的推理原因，旨在探查产生误概念的原因。Chandrasegaran（2007）等人为了解决学生“从多水平（宏观、亚微观、符号）描述科学现象”的困难，设计了一个“表征系统和化学反应诊断工具”。题目设计如下所示。

【表征系统和化学反应诊断工具中的测试题目之一】

当将锌粉加入蓝色硫酸铜溶液中时，蓝色渐渐褪去，溶液呈无色，同时产生了红色沉淀。

上述反应的化学方程式如下，Zn（s）+CuSO4→ZnSO4（aq）+Cu（s），

离子反应方程式：Zn（s）+Cu2+（aq）→Zn2+（aq）+Cu（s）。

（题目第一段）为什么溶液最后变成无色？

A.铜形成一种沉淀

B.锌更容易与硫酸铜反应

C.硫酸铜已经完全反应

D.锌已经溶解，像糖溶解于水中一样。

（题目第二段）你选择上述答案的原因是什么？

①锌离子溶于水。

②锌比铜更容易失去电子。

③蓝色可溶的Cu2+，完全形成不可溶的红色Cu单质。

④可溶的Cu2+形成一种蓝色溶液，然而Zn2+形成一种无色溶液。

分析该题目第二段，选择③的学生，从宏观现象分析亚微观水平；选择④的学生，从宏观表征进行分析。由此可见，两段式诊断工具能够剖析学生的思维方式。

3.开放式画图工具

Kern等人（2010）开发了“开放式的画图工具”。Nyachwaya （2011）等人利用该工具，检测学生配平化学方程式以及画出这些反应微观图的能力，题目如下所示。

【微观水平的化学方程式题目之一】

AgNO3和CaCl2反应，生成AgCl和Ca（NO3）2，化学方程式如下所示：

___AgNO3（aq）+___CaCl2（aq）→___AgCl（s）+___Ca（NO3）2（aq）

a.为该化学方程式配平，填写空格。

b.在下面空白处，画出你心中所想的该化学方程式的微观图，好像看见该反应过程中的原子和分子。记住正确画出每个反应物和生成物的原子和分子个数。

某学生的微观图如下图所示，学生将C和O直接连在Ca上面，从中看出该学生不理解聚合离子的结构。

某学生微观图

三种工具都有各自的特点和局限性。“概念测验问卷”容易统计且直观，却不能探查学生的心智模型。而“两段式选择题工具”和“画图工具”，能够就某一问题进行深入剖析，前者数据统计繁琐，后者画图分类整理需要技术。

二、科学误概念的成因

1.日常的生活经验

学生每日接触各种生活信息，常常将一些概念与生活相联系，而有些现象会导致学生错误理解概念。曾有学者对“辐射”概念进行了一次探索性研究。结果发现大部分学生对“辐射”的理解都只局限于核辐射，而且觉得辐射很危险。由于他们日常接触手机、家用电器等比较多，认为“辐射的来源都是工厂和人造的东西”，没想到一些自然物质也会释放辐射。还有的认为“光和辐射不一样”，其实光也是一种辐射类型。少部分认为“辐射类似于辐射粒子，穿上雨衣可以抵挡”。

日常的生活经验既能帮助学生理解抽象概念，同时又局限了概念的理解。教学时需开拓学生的眼界，避免概念的狭义化理解。

2.不恰当的教学方法

某学者研究学生对“水扩散”概念的理解时发现，大部分人都认为“水分子只有自由扩散一种方式，而没有专门通道”。究其原因，生物学上，一般利用“反渗透的原理”讲解“水进出细胞的扩散”，以至于产生误概念。由此可见，教师的教学方法和案例，若不严谨或使用不恰当，都会产生误概念。

3.概念的抽象性

科学是复杂的，很多概念都很抽象。如“物质溶于水的过程”，有的认为“糖溶于水后形成新的物质”；还有的认为“氯化钠在水溶液中是以分子形成存在的”。Basil M.Naah（2012）等人检测学生书写“离子化合物溶解于水中的电离方程式”，并对出现的误概念进行整理，发现四个误概念：（1）学生认为“离子盐在水中发生置换反应”。（2）学生认为“离子盐溶解呈中性原子或分子，可替代阳离子和阴离子”。（3）学生混淆下标和系数，不知道其作用。（4）学生认为“多原子离子分解呈更小的粒子”。

即使是学生非常熟悉的科学现象，由于概念的复杂性，仍会产生误概念。误概念形成的原因有多种，除了文中提到的，还有误概念本身的特性，如顽固性、持久性，这些因素都会影响学生的理解。有时并不是由一方面原因造成的，很可能是多方面因素的共同作用。

三、科学误概念的转变

1.认知冲突与学生立场的关系

研究者认为，以下四个因素会影响学生的概念转变：先前知识的性质；新的替代模式和理论的特征；转变观念时呈现信息的方法；学生对反常数据加工的深度。

Gyoungho Lee（2011）探究认知冲突与学生反应的关系时提出：学生对反常数据的新反应——表面概念转变，还发现焦虑对概念转变具有负面影响。“表面概念转变”是指学生虽然转变了原有知识，却不知其意。虽然很多学生不理解范例的答案，但是相信老师讲解正确，仅“表面上”进行了概念转变。

研究发现，认知冲突分数与学生反应具有一定的相关性，结果与耶克斯-多德森定律一致，如果学生经历过低过高的认知冲突，都会对学习产生负面影响，所以适当水平的认知冲突具有概念转变的潜能。

2.误概念的转化

对于误概念的转化方法，一般分为三类：测试卷、教学干预和多媒体技术。测试卷包括概念转化试卷等；教学干预包括合作学习、概念图、实验等；新媒体技术则是3D动态图、反应机理动画等。

有的概念转化方法并不明显，原因是忽略了误概念的类型。研究者将误概念按其复杂性分为三类：错误理念、缺陷心智模型和不正确的本体论类别。而目前对特定类型的误概念进行指导性干预的研究比较少。Soniya等人（2012）就对心智模型水平的“循环系统”概念进行了转化研究，采用“类比比较”和“自我解释”两种方法，比较两者成效。由于心智模型更加强调各命题之间的相互联系与特征，“类比比较”的方法更适合转化心智模型水平上的概念。

诊断工具由问卷向画图发展，关注学生对科学概念的微观理解。教学不能仅停留在表面的宏观教学，要深入到微观，帮助学生从本质上理解科学概念。考虑形成科学概念的原因，教师对概念的反应应比学生更加敏感，从形成原因入手，结合误概念类型，成功转化误概念。

［1］王祖浩.化学教育心理学［M］.南宁：广西教育出版社，2007：29-31.

［2］A.L.Chandrasegaran.The development of a two-tier multiplechoice diagnostic instrument for evaluating secondary school student' s ability to describe and explain chemical reactions using multiple levels of representation［J］.Chem.Educ.Res.Pract，2007，8（3）：293-307.

［3］JamesM.Nyachwaya.Thedevelopmentofanopen-endeddrawingtool：analternativediagnostictoolforassessingstudents'understand ing of the particulate nature of matter［J］.Chem.Educ.Res.Pract，2011（12）：121-132.

［4］Basil M.Naah，Michael J.Sanger.Student misconceptions in writing balanced equations for dissolving ionic compounds in water［J］.Chem.Educ.Res.Pract.2012（13）：186-194.

［5］Gyoungho Lee·Taejin Byun.An Explanation for the Difficulty ofLeadingConceptualChange Using aCounterintuitiveDemonstration：The Relationship Between Cognitive Conflict and Responses［J］. Res.Sci.Edu，2012（42）：943-965.

［6］Soniya Gadgil et al.Effectiveness of holistic mental model conf rontation in driving conceptual change［J］.Learing and Instruction，2012（22），47-61.

丁伟，女，黑龙江人，华东师范大学化学与分子工程学院副教授，教育学博士，主要从事化学教育研究。

·编辑薛直艳

Misconception’s Diagnosis and Conceptual Change on Scientific Teaching

Ye Siyu Ding Wei

Studying concepts is a basis of learning science.When they learn scientific concepts，students will have some misconceptions which impede teaching.This study organizes and analysis a few literatures.Scientific misconception’s diagnostic instruments have a development trend from multiple-choice instrument to drawing tool，focusing on student’s micro-level understanding.Causes of formation contain mainly students’experience of daily life，unsuitable teaching methods as well as the concept of abstraction.According to causes of formation and the styles of concept，teachers implement the conceptual transformation of students’cognitive conflict.

misconception；diagnostic instruments；conceptual change

叶思宇，女，浙江温州人，华东师范大学化学与分子工程学院，硕士生，主要从事化学教育研究。