基于迷思概念转化的5D教学模型构建与案例

张亚明

摘 要：概念之间存在一定偏差，甚至是存在完全与科学概念相违背的迷思概念.迷思概念的存在既制约着科学概念的建构，也是学生新旧知识间建构的桥梁和教师教学的“生长点”.本文提出迷思概念转化的5D教学模型，通过迷思探查（Deplore）、迷思肯定（Demonstrate）、冲突否定（Deny）、概念建构（Design）、迷思瓦解（Destroy）5个环节为迷思概念转化为科学概念提供递进式的发展台阶.基于迷思概念转变的教学能够有效缓解教师“供给”与学生真实“需要”之间形成矛盾，使学生科学概念的建构更加扎实和有效.

关键词：迷思概念;概念转化;认知冲突

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）16-0005-04

作者简介：张亚明（1987-），女，河北人，硕士，中学一级教师，研究方向：初中学生物理迷思概念和项目式学习.

1 迷思概念的含义与意义

科学概念是对某一科学领域所做的系统解释的知识体系，由系列性的概念、判断和推理所组成，具有抽象性、概括性、系统性、严密性、逻辑性以及层次性等重要特征，人们对科学概念的理解过程是持久而进阶式发展的.

学生在正式学习科学概念之前，已经根据日常生活经验对客观世界的各种现象形成自己的前概念.这些前概念是学生建立在感性认识阶段的直观知识，有些正确但是理解深度尚且不够，称为浅表概念.有些则是片面的，与科学概念之间存在一定偏差，甚至是完全与科学概念相违背，即迷思概念.

迷思概念的存在会妨碍学生对新知识的理解，或与所学知识结合生成新的迷思概念，从而严重影响学生对知识的理解与学习，进而造成学生“听而不懂”“懂而不会”“会而不对”的怪象.迷思概念既是教师课堂教学的“生长点”，也是学生新旧知识间建构的桥梁，基于迷思概念转变的教学能够缓解教师“供给”与学生真实“需要”之间的矛盾，教师的教学活动更具针对性，进而使学生的思维得到有效的建构和进阶.

2 迷思概念发展进程

皮亚杰的认知发展理论认为，当学习者面对新知识或新问题能利用已有知识经验去解决时，心理上处于一种平衡状态.一旦学习者发现用已有的知识经验无法解决，或新知识与已有知识经验不一致时，便会出现认知不平衡.学习者通过同化和顺应的过程，从不平衡达到新的平衡，实现认知的发展.

科学概念的建构过程就是其认知从不平衡到平衡的过程.而科学概念的理解过程需要经历若干进程：经验阶段、映射阶段、关联阶段、系统阶段、整合阶段等.笔者认为，科学概念的建构过程并非一步到位，而是要经历从迷思概念到浅表概念的转化过程和从浅表概念到科学概念的深化过程，如图1所示.

2.1 迷思概念转化

迷思概念的转化过程即概念经过经验、映射、关联的过程.学习者在学习新概念前已经存在的迷思概念会使得学生原有认知结构无法同化新的认知体系，学习者在认知层面需要经历顺应过程，改变现有的认知图式，形成某些适合新经验的新图式，引起认知结构的不断发展变化.

2.2 浅表概念深化

浅表概念形成后，尚且是孤立的存在，需要在与其他知识建构关联形成知识系统中得到深化、在知识的迁移运用整合中得到固化.概念的深化过程主要是认知上的同化，即认知图示的扩充过程.个人拥有的图式越多，同化的事物的范围也就越广泛，对于概念的理解越深刻.

2.3 认知进程显化

迷思概念具有经验性、顽固性、内隐性以及动态发展性等特征，无论是转化阶段或深化阶段，如果教师能够借助一定的手段显化出学生的理解进程，便能够更加有效地判断学习者所处阶段及其学习效果.

3 基于迷思概念转化的5D教学模型构建

教师找到造成学习者认知不平衡的迷思，并在迷思的基础上帮助学生进行转化，可以激发学生学习的内驱力，是教学非常重要的生长点.在传统教学中，教师对于学生的迷思概念往往采用比较粗糙的“表达—否定—解释”过程加以转变，但这样往往不能从本质上帮助学生彻底改变迷思概念，这就导致学生对于科学概念总是“似懂非懂”.

波斯纳（Posener）等提出概念转变模型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：（1）学习者对当前的概念產生不满;（2） 新概念的可理解性;（3） 新概念的合理性;（4）新概念的有效性.本文在波斯纳概念转变理论的基础上，提出基于迷思概念转变的5D教学模型，如图2所示，即迷思探查（Deplore）、迷思肯定（Demonstrate）、冲突否定（Deny）、概念建构（Design）、迷思瓦解（Destroy）.通过找到学生会出现迷思点的情境，制造迷思现象产生的事实，肯定迷思;之后再制造冲突事实，造成认知不平衡，否定迷思;通过更深层次的本质分析，用新的科学概念兼并迷思认知，澄清迷思产生的真正原因，从而将迷思概念真正消除，达到新的认知平衡，实现认知上的顺应.

3.1 迷思探查（Deplore）

由于迷思概念具有极强的经验性、顽固性、动态发展性、内隐性、主观性等特点，其探查不是一件容易的事情，国内外针对其特点形成多种探查方式.一类是量表工具类，如美国的海斯特内斯（Hesterness）等人设计的概念测量表（FCI），广泛应用于测查力学的迷思概念.二类是采用纸笔测验，如切尔格斯特（Treagust）的二阶段式测验法（two—tier diagnostic assessment）、概念图测验法等.三类是用质性方法进行探查，如访谈、问卷、观察、个案、行动研究等方式诊断学生的迷思概念，这种方法也是教师在日常教学中最为常用的方法.

3.2 迷思肯定（Demonstrate）

学习者之所以会持有迷思概念，大多数情况是因为具有与迷思概念相适应的经验，如果能够找到产生这种迷思的经验或情境，呈现或肯定这样经验的发生，会为迷思概念的转变和发展过程提供更缓和的过渡台阶，也可以在科学概念建构后运用科学概念反思迷思概念产生的原因，使迷思概念的转变更加彻底.

3.3 冲突否定（Deny）

认知冲突是指学生在认知发展过程中原有认知结构与现实情境不符时在心理上所产生的矛盾或冲突.唯物辩证法认为矛盾是事物发展变化的根本原因，皮亚杰认知理论认为认知不平衡有助于学生建构自己的知识体系，可见认知冲突对学生的认知发展具有非常重要的作用.可以认为，只有通过认知冲突，才能让学习者真正否定迷思，为科学概念的建构建立机会.

3.4 概念建构（Design）

概念的建构过程需要经历新概念的可理解性、合理性、有效性才能真正实现概念的转变.概念的可理解性：学习者需懂得新概念的真正含义，不仅包括概念的字面意义，还要发现其上位概念的联系、与对立概念的区别，及其适用范围等.概念的合理性：个体需要看到新概念是合理的，而这需要新概念与个体所接受的其他概念、信念相互一致，而不是相互冲突，它们可以一起被重新整合.新概念的有效性：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.

3.5 迷思瓦解（Destroy）

在科学概念建构后，教师应该让学习者利用科学概念，反思迷思概念产生的真正原因.可以从上位概念、下位概念、方法论等角度进行分析，挖掘认知层面更为本质的漏洞，以使新概念的建立更加稳定，这样既能检验新概念的合理性，又能体现新概念的有效性.

4 基于迷思概念转变的5D模型案例

案例一：拔河取胜的关键.

拔河是一项趣味的体育运动，但是就拔河比赛胜利的原因进行分析，很多学生会以为是获胜方的拉力大于失败方的拉力导致.而事实上这是错误的认知.教师如何帮助学生有效更正错误的认知，实现迷思概念的有效转化？本案例采用基于迷思概念转变的5D模型法进行教学设计，教学基本流程如图3所示.

4.1 迷思探查

教师以拔河为情境，向学生提问：拔河比赛中获胜方取胜的原因是什么？你的判断依据是什么？几乎所有学生都会认为是因为获胜方的拉力大于失败方的拉力.因为学生在现实生活中经常有这样的体验，摔跤、掰手腕等游戏中，都是力气大的一方胜利.

4.2 迷思肯定

从学生中选择两位力气相差悬殊的同学进行拔河比赛，果然力气大的同学取得胜利，这样肯定学生的经验和判断.

4.3 冲突否定

一位力气大的同学坐在带轮子的凳子上;力气小的同学依然站立在地面上;力气大的同学居然失败.由此激发学生的认知冲突，学生原有认知已经不能解释新的现象，满足概念转化的第一步即学习者对当前的概念产生不满，这样学习者具备想要建构新概念的强大内驱力.

4.4 概念建构

新概念应该具备可理解性、合理性和有效性才能够使迷思概念实现真正的转化.

首先从学生既有的知识出发认识到新概念的可理解性：力是改变物体运动状态的原因，物体受到的力会改变物体的运动状态，无论是获胜还是失败都是运动状态在那一刻发生改变.其次，从受力分析角度出发使学生认识到新概念的合理性：选择失利方作研究对象—确定失利方运动状态—对失利方进行受力分析—失利方的摩擦力小于其受到的拉力;再选择获胜方作研究对象作同样的分析，得出获胜方的摩擦力大于其受到的拉力;而双方的拉力是一对相互作用力，大小始终相等，因此可以推导出获胜方的摩擦力大于失败方的摩擦力.摩擦力的大小比拼才是拔河取胜的关键.

最后再从概念的有效性出发，利用摩擦力的相关知识提出其他可以获胜的方法，并通过实验验证其有效性.如让力气小的一方绑上沙袋或让鞋底变得更粗糙等.

4.5 迷思瓦解

新概念建构后，教师有必要让学习者进一步反思当初迷思产生的原因，只有彻底明确错误产生的本质，才能真正固化新的概念.在这个现象中学习者之所以会迷思主要是在以下几个方面的认知存在问题：（1）观念层面：力和运动观念的建立尚未扎实稳固，没有建立从受力角度去分析运动变化的观念;（2）思维层面：遇到复杂问题时，缺乏选择主要矛盾忽略次要矛盾以简化问题的建模能力，将失利方与获胜方交织在一起，因素复杂;（3）方法层面：学生尚未建立利用力学范式来解决力和运动关系的问题.

案例二：杠杆的平衡条件.

在初中物理“杠杆的平衡条件”一课中，力臂是非常重要的概念，但是無论教材还是传统教学中，往往直接给出力臂的概念，学生利用力臂概念进行平衡条件的探究，这样操作会使学生孤立地认识力臂的概念，不利于建构知识系统.

杠杆的平衡实际上是“力和运动”核心观念的深化.平衡是物理学中非常重要的一种状态，物体如何才能处于平衡状态，这是一个具有深刻概念认知价值和生产应用价值的问题.二力平衡条件对于学生来说是比较自然的认知，但从二力平衡条件过渡到杠杆平衡条件涉及到研究对象、条件的质变，研究对象不再是可以忽略形状体积大小的质点，而是需要考虑大小的刚体.但是初中阶段又不涉及质点和刚体的知识点，如何让学生从点的平衡过渡到体的平衡，理解“力臂”概念的本质是教师在教学设计中非常困难的点.本案例采用基于迷思概念转变的5D模型法进行教学设计攻克这一难点，基本流程如图4所示.通过二次冲突的方式将“力臂”的概念逐步转化和建构.

迷思探查：学生认为物体保持平衡时，受到的两个力的大小应该相同，方向相反.

第一次冲突：跷跷板实验中杠杆平衡时两个力的大小可以不同，方向也可以不相反.使学生从只关注力的大小过渡到关注力的作用点的影响.

第二次冲突：当学生意识到距离会对作用效果造成影响后，通过在满足既有条件下，斜拉测力计造成不平衡的现象，进而引发第二次冲突.从而使学生又关注到力的作用方向对于作用效果的影响.

迷思瓦解：从力的三要素角度认识力臂概念的必要性.正是通过不断的迷思肯定又否定的方式不断将思维升级和进阶，学生对力的三要素也从而具有更加清晰和深刻的理解.

5 总结

学生在初学物理前已经形成非常多的迷思概念，这些迷思概念的存在具有很强的顽固性，也制约着学生对于科学概念的建构.教师基于学生的迷思概念，设计认知冲突，使学生对既有前概念产生不满，才能激发学习者建构新的科学概念的内驱力.但是对于迷思概念的矫正过程并非一步到位，教师应当发现使其产生迷思的情境，肯定其存在的合理性，再用认知冲突的方式转变其迷思，用更加本质的概念或方法瓦解迷思存在的根本原因.基于迷思概念转变的教学会让学生不断产生“顿悟”的感受，在一次次的否定中实现思维的升级与进阶.

参考文献：

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（收稿日期：2021-04-22）