化学学习前概念及概念转变研究
2014-08-08 22:06阅读：
化学学习前概念及概念转变研究（上）
学生对化学概念的学习和深刻理解是培养化学思维能力的基础，也是发展与化学有关的科学素养的重要内容。国内外化学教育研究领域都十分重视学生的化学概念学习特征。这是因为
化学概念是构成整个化学知识体系网络的核心节点：它既是对事实性知识的概括和提炼，也是发展化学模型、原理和化学理论的重要基础。同时，化学概念也是化学事物本质的反映，是对一类事物进行的客观概括表征，是人类思维的最基本单位。学生获得化学概念是影响其掌握化学基本知识和基本技能、全面把握化学学科体系、形成化学思想的重要内容。所以，化学课程开发者历来重视化学概念在化学课程选择中的地位和作用和选择的方式与方法，注重化学概念的合理组织与设计，同时也关注化学课程实施过程中教师的教学情况和学生的掌握情况。
一、化学概念、前概念的界定
从哲学的角度看，首先，概念是事物本质的反映，是对一类事物进行的客观概括表征。概念是对事实的抽象和概括，科学的发展必须通过概念来界定基本事实、确定研究对象、排除无关内容。众所周知，科学体系内容虽然复杂，但都可以由事实、概念、范畴、原理、理论构成，其中概念是核心成分，因为概念是对事实基本属性及其关系的概括，是对事实的描述，又能在概念引申发展和重新组合的过程中形成原理、理论。
其次，概念是一种思维形式，是人类思维的最基本单位。思维的主要形式包括概念、判断、推理。判断是“概念的特殊化”，是对“概念的区别或规定性的表述”；推论是“概念和判断的统一”，“推论常被称为证明判断的过程”，“是概念的实现或明白发挥”。由于概念是人类的一种思维形式，因此，概念体现了人的主体性和人的思维能动性，渗透并体现着人的意志和力量。
从心理学的角度看，概念是“人们认识事物及分类事物的心理基础”，“是一种规则，依据这种规则，人们就可以对事物加以分门别类，或推知事物的其他特征。”“概念帮助人们把物质世界和心理世界中的大量客体、事件和关系组织起来，使他们的数目大大缩减……概念包含了许多关于未知觉过的客体的知识。”在心理学上，概念有广义和狭义之分。广义的概念是指个体对具有同类属性的客观事物的概括性经验，而狭义的概念是指用概括性的言语符号表示具有同类属性的客观事物。狭义的定义侧重于言语
符号信息，从狭义的角度理解概念必须要建立在理解广义的概念之上，在这里，事物的同类属性是形成概念的关键，是反映事物某一范畴的可辨认和识别的特征。例如事物的颜色、状态、质量等。例如，“花”是一个言语符号信息，也是一个概念，但是，作为言语符号信息的“花”只是对作为概念的“花”的一种符号描述，真正理解花的基本特征，应该从这一概念出发：“花是一种用来欣赏的植物，具有繁殖功能的变态短枝”。
关于概念的发展，有许多心理学家提出了关于“概念发展”的看法，这里主要以维果茨基和皮亚杰两位心理学家为代表，讨论其对“概念发展”的解释。
维果茨基主张年龄较小儿童的概念内容被限制于某些特定的生活实例和直接经验；年龄稍大儿童的概念会倾向于抽象出具有定义式的或可找到具有固定规则性的内容。在儿童成长过程中，概念内容的转变从以某些典型特质为基础的概念内容转向以单一规则为面向或特质为基础来形成抽象的、理论的概念内容。维果茨基认为，发展可以分为两个层次，一是“实际的发展层次”，这是个体能够独立解决问题的层次；另一是“潜在的发展层次”，这是在成人的引导下或是能力较佳的同伴的合作下，可以解决问题的层次。这两个层次的差距就是“最近发展区”。儿童透过与成人或能力较佳的同伴之间的互动，可以使个体的“最近发展区”得到刺激成长的机会，而逐渐获得概念的发展。
皮亚杰认为，当个体在社会环境中获得一个概念时，一开始在面对或使用这个概念时常常会发生行为举止或思考模式不一致的情形，这是因为个体对概念内容还无法明确掌握，同时这个概念在个体中和其它概念还无法达到平衡的关系。但是，一旦新获得的概念在某个层次上可以和其它的概念建立相关的关系，而且个体在使用这个概念不会在发生思考模式不一致的情形时，就已经达到概念
“ 平衡 ” 的目的。
两位心理学家的理论，最重要的基础是他们都承认有“概念发展”的现象，且都认为成长的过程是成熟、学习和发展三个生理或心理上的观点交互作用的结果。其次，外在环境刺激占有很大的份量，外在的环境刺激经由学习互动的过程，使得认知功能上的发展逐渐产生作用。另外，三位心理学家也都认为认知主体在成长的过程中扮演主动的角色，主动地和外在环境接触，主动地利用这些刺激来加强自己的思考能力。
既然外在环境、认知机制等因素都会影响学生的“概念发展”，而学生在初中阶段系统学习化学知识之前，从日常生活中已经接触到了很多化学现象和化学问题，并且形成了自己对于化学的朴素想法。这些朴素想法中，有的是与科学概念是不一致的，当学生带着这些想法走进化学课堂时，由于根深蒂固的朴素想法限制往往会不利于进一步的化学学习。而且，大量研究发现学生在化学概念学习过程中也会不可避免地形成一些与化学概念不一致的认识，它们往往阻碍着学生对新知识的理解和实际解决问题的能力，造成学生学习的困难。
对于学生头脑中存在的这些与科学家认定的概念不同，甚至与科学的理论相冲突，但却深植学生心中，有时在其接受教学后仍根深蒂固，对学生学习科学概念将形成负面影响的概念，称之为“前概念”（也有人称之为“前科学概念”、“错误概念”、“迷思概念”、“相异构想”等）。
传统的化学教学不够重视学生的前概念，导致学生学习了一段时间后，脑中的错误概念仍然根深蒂固。这是因为学生花了相当多的时间与精力构建了自己的朴素理论，他们无论在感情上还是理智上都离不开它们。学生头脑中的前概念含有自己对科学概念先入为主的想法，学生依赖它们来认识概念，因此学生对这些前概念常常深信不疑，使其具有稳固性。已有研究表明，探查学生已有的认知结构，了解其认知特色以便在教学上予以合适的协助以实现概念转变，是教师改进科学教学的一个方向，是科学教育研究领域中的一项重要课题。同时，研究学习者头脑中所存在的前概念，对于有效地调节学习者的学习难度也至关重要。教师在教学前事先了解学生的前概念，进而使用更适当的教学策略将能帮助学生学习的活动，称之为“概念转变教学”。
二、化学前概念的形成原因
关于前概念的形成原因，国内外很多学者也密切关注这一课题，并通过研究获得了一些有价值的结论。表 2.1
整理与说明了一些学者对学生前概念的成因和来源的认识。
表 2.1 一些学者对学生前概念的成因和来源的认识
研究者
|
前概念的成因与来源
|
Sutton （萨顿） 与 West （韦斯特）（ 1982
）
|
1 ．直接的实际经验； 2
．可使用的日常用语，特别是可使用的隐喻；
3 ．同伴所认同及鼓励的信念和看法； 4 ．正式或非正式的教学
|
Osborne （ 奥斯本） ,Bell （贝尔） 与 Gilbert
（吉尔伯特）（ 1983 ）
|
1
．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，并且直接从日常生活经验来建构知识；
2 ．学习者易对特殊事物给予特别解释，且不需对不同现象找出合乎逻辑和不矛盾的解释；
3 ．社会的日常用语使学习者产生异于科学家的想法，且这些想法不会随年龄成长而改变
|
Fisher （费希尔）（ 1985 ）
|
利用访谈及测验探究造成前概念的原因：
1 ．文字的联想； 2 ．知识的混淆； 3 ．知识的冲突； 4 ．知识的不足
|
Driver （ 德瑞文 ）（ 1985 ）
|
1
．知觉支配思考。在问题的情境下，学生思考建立在可观察的特征上；
2 ．限制性的聚焦。在问题的情境下，学生的注意力集中在特别的知觉特征上；
3 ．变化胜于稳定。属于限制性聚焦的一种，学生注意事件的连续或状态随时间的变化；
4 ．线性因果推理。当学生解释变化时，他们的推理倾是向于遵循一个线性的因果关系；
5 ．相混淆的概念。有些概念学生使用上无法区分且相互混淆，倾向更总括性与全面性；
6 ．概念依赖情境。学生用不同的概念去诠释同一个状况，即不一致概念引入相同状况；
|
Head （黑德）（ 1986 ）
|
1 ．来自日常的经验和生活中的观察； 2
．由模拟错误所产生的混淆；
3 ．隐喻的使用； 4 ．受同伴文化的影响； 5 ．来自一些固有的观念
|
Treagust （切尔哥斯特）（ 1988 ）
|
1 ．感觉经验； 2 ．语言经验； 3 ．文化背景； 4 ．同伴团体； 5
．大众媒体； 6 ．科学教学
|
Duit （ 杜伊特， 王美芬等译， 1996 ）
|
1 ．感官的印象； 2 ．日常用语； 3 ．大脑内部构造； 4
．学生在社会环境中的学习； 5 ．教学
|
Stepans （斯特班斯，王美芬等译， 1996 ）
|
1 ．教师对儿童前概念缺乏察觉心 （ awareness
）及兴趣；
2 ．日常生活语言和隐喻；
3 ．教师认为讲述时只要涵盖概念，学生就能立即学会；
4 ．“话语用字就可代表是否理解”的假设；
5 ．教科书的误导； 6 ．过分强调讲述法
|
许健将（ 1991 ）
|
研究者对化学概念之所以产生前概念的一般性原因，作相关文献的整理探讨，要点如下：
1 ．学生不同的化学表征； 2 ．机械式的学习策略； 3 ．教科书的误导； 4 ．引用错误的解释模型
|
谢秀月（ 1995 ）
|
研究者对“热”与“温度”概念的前概念产生原因，作相关文献的整理探讨，要点如下：
1 ．生活经验的影响； 2 ．日常用语的影响； 3 ．学科背景知识不够； 4 ．教科书与教学上的误导
|
洪瑞英（ 1998 ）
|
研究者综合了许多学者的看法和研究所提出的结果，归纳出前概念的五种主要来源如下：
1 ．受先前知识的影响；
2 ．受日常生活直觉经验及日常生活用语的影响；
3 ．受正式教学的影响；
4 ．受非正式教学的影响；
5 ．受学生的个人因素或特质的影响
|
也有很多研究者针对具体的化学概念去探讨学生所持有的前概念。以“燃烧”、“缓慢氧化”等概念为例，许多研究者对学生所存在的前概念做了深入的研究。黄宝钿指出，部分学生将热或冷看成是一种物质，如热分子、热质或气体和水气等，因此误认为热与冷会使物质重量增加或减少。大部分学生认为体积大者温度高，因接触热源的面积大，或体积小者温度高，因热量集中之故，其中以体积小者温度较高，所占的比例较大。王春源在研究中指出，有很多学生误认为铁钉生锈时所产生的锈原来就存在空气中且生锈后铁钉的质量会比未生锈时的质量少；在密闭的系统中燃烧火柴，燃烧后整个系统的质量会变多或变少；面包烤焦的部分是随着面包加热蒸发所留下来的物质；引燃烟火时有白色的气体是因烟火冲向空中时把周围的空气向下挤所产生的。谢志仁在研究中发现，在蜡烛燃烧事件，研究结果指出：（
1 ）学生仅注意可观察反应物，而忽略蜡烛参与反应前的状态改变；（ 2 ）“热”是其它物质，如空气或火所散发出来的；（ 3
）火是由物质的结合，或物质与热结合转变产生的；（ 4
）学生能了解氧气的助燃功能，但对空气是含氧的混合物却不清楚，所以误认为蜡烛熄灭是因空气用尽所致。也有学生认为蜡烛熄灭是因烛火接触到二氧化碳及产生的水；（
5 ）蜡烛燃烧后的产物“水”，是由其它物质转变而来的，如热能、空气、氧气、蜡油或二氧化碳。也有学生认为是原本就存在空气中的水蒸气；（
6
）学生认为蜡烛燃烧后出现新物质，如二氧化碳和水，所以燃烧重量会增加。蜡烛燃烧后，蜡烛变短物质消失，重量会减少。也有学生认为蜡烛减少新物质出现，所以重量不变。在铁钉生锈事件中，研究结果指出：（
1 ）锈是被腐蚀而成的物质或是其它物质，如空气和水结合而成的；（ 2
）质量守恒概念上，认为锈是外来的物质则重量增加。以表面的观察，锈是稀疏的物质则重量减少。也有学生认为只是颜色的改变，所以重量不变。
在国外的文献中，许多研究都曾以事件访谈或其它访谈方式探查学生有关“燃烧”概念的研究。 Happs
（哈普斯）针对燃烧、中和、沉淀和爆炸四种化学现象以事件访谈的方式进行研究，研究指出仍有高年级的学生对于蜡烛燃烧时所产生的火焰，认为是神秘的，不是由原子或分子组成的，不含任何粒子的。对于物质的组成结构不明，对于粒子、原子和分子的名词感到困惑。
Schollum
（斯科罗姆）以事件访谈的方式，探查学生对燃烧的想法，并将学生的想法和科学家的观点作比较，研究中发现学生有关燃烧的前概念有：燃烧过程中空气不参与燃烧；燃烧过程中物质没有被消耗，仍保留原状；物质燃烧时没有产生新物质；物质必经过燃烧加热才会变成棕色或黑色；物质燃烧时也会有蒸发现象；燃烧的物质不是由粒子组成；燃烧的火焰不含任何粒子；粒子在火焰中会被破坏；物质燃烧产生热物质；燃烧过程中，大火焰是由一群小火焰所组成的；铁钉生锈，锈原本就存在于铁钉中或水中；铁钉生锈后的重量比未生锈前轻或不变。
Pfundt （普丰德）以酒精燃烧、硫酸铜加热和氧化铅在炭中加热还原的事件，访谈约三十位 8 ~13
岁的学生，研究中指出有些学生对化学变化的想法是物质经过化学变化后仍保有物质原本的性质，只不过是被混合或分离。 Meheut
（米赫特）， Saltiel （萨尔蒂尔）和 Tiberghien （蒂贝尔吉安）对法国 11~12
岁学生所做的研究指出，学生对于燃烧概念有二种想法：一是在化学变化的过程，物质的性质不会改变，也就是学生认为反应前的物质和反应后的物质相同。例如，学生认为蜡烛燃烧只是熔化，酒精燃烧只是蒸发。二是在化学变化的过程，物质的性质会改变，也就是学生认为反应前后的物质不同。例如，燃烧会产生灰、烟或碳。
Driver （德瑞文）综合其研究结果指出：（ 1 ）在燃烧的现象中，学生认为空气或是氧气是必要的条件，但是其功能或是作用并不清楚；（
2 ）燃烧后所剩下的物质会释放出烟，或是类似烟的物质；（ 3
）学生对于化学变化中系统的界定，是以可观察的系统来进行守恒推理，其忽略看不见的反应物或产物。（ 4
）铁钉生锈重量增加是因增加了锈的重量；铁钉生锈重量减少是因锈腐蚀了铁；铁钉生锈重量不变是因锈是原来的铁钉。 Boujaoude
（宝加奥德）在教学前访谈了 20 位八年级的学生，以探讨学生对燃烧的想法，研究指出：（ 1 ）氧气可以帮助燃烧但不会消耗；（ 2
）发生化学变化时，物质性质不会改变；（ 3 ）物质燃烧的过程如同物质蒸发；（ 4 ）化学变化和物理变化可相互交替发生。
Andersson 提出有关学生“燃烧”的物理和化学变化相关概念的五种类型：消失（ disappear ）、置换（
displacement ）、修正（ modification ）、变质（ transmutation ）和化学变化（
chemical interaction ）。 Andersson
（安德森）曾以铁钉生锈的化学反应为例，说明学生误认为铁锈原是空气中所含的物质，其后经由某种途径而附着于铁钉的表面。此外， Hesse
（海塞）和 Anderson （安德森）以纸笔测验和访谈学生，探讨学生对铁钉生锈和木屑燃烧等事件的质量守恒推理情形，研究结果是：（ 1
）学生在推测质量变化时，会忽略化学变化中气体的反应物和产物的存在；（ 2 ）学生以物理变化的质量守恒推理，来推测化学变化时的质量变化。
Stavridou （斯特瑞德） 和 Somonidou （索蒙尼多）发现法国有数名 14
岁儿童，利用物质变化现象的可逆性与自然发生性质，作为判断物理变化和化学变化的基准。 Ross （露丝）指出一般人对燃烧的想法：（ 1
）燃烧的过程氧气是助燃物，但不是反应物；（ 2 ）燃烧时所产生的“水”是由热空气、火焰或氢和氧作用形成的。（ 3
）燃烧是一种破坏的过程，和蒸发作用相似。 Prieto （普列托）， Watson （沃森）和 Dillon （狄龙）研究 14~15
岁学生对“燃烧”现象的概念，发现学生的解释会从修正、变质到化学变化三种类型的改变趋势，显示中学生对“燃烧”现象的概念逐渐发展至化学变化。
化学学习前概念及概念转变研究（下）
三、促进学生概念转变的有效策略——基于 POE 和 PDEODE
策略的化学概念转变教学实验研究
POE 和 PDEODE 策略都是国外学者提出的概念转变教学策略，且后者是 Ranne 和 Kolari 对前者的改良和发展。 POE
策略即“预测（ Prediction ）—观察（ Observation ）—解释（ Explanation ）”，而 PDEODE
策略则是“预测（ Prediction ）—讨论（ Discussion ）—解释（ Explanation ）—观察（
Observation ）—讨论（ Discussion ）—解释（ Explanation
）”，即学生在了解实验或事实情境的基础上，首先对实验现象或事件结果进行预测、阐明理由，再分小组进行讨论，将自己预测的结果与同伴分享，且要求组内达成共识后进行组间交流。紧接着是学生实践、观察现象、做好记录，再通过协作式的分析、比较、对照和批判，对预测和观察到的现象之间的差异
性进行深入探讨。最后学生对自己预测和观察到的现象之间的不一致做出解释。
为了揭示出两种教学策略的教学效果，选择初中化学“溶液的形成”这一课题，通过设计相应的 POE 和 PDEODE
策略，在初中化学教学中进行实验研究，从而在深入揭示以下两个研究问题：（ 1
）两种策略是否都能促进中学生对于“溶液的形成”中重要科学概念的概念转变？其程度怎样？（ 2
）两种策略在实现中学生概念转变的过程中，哪个的效果更好？
1 ．被试选择
从湖北省黄冈中学初中三年级选取初三（ 2 ）班（ 67 人）和初三（ 5 ）班（ 63
人）的全体学生作为被试。这两个班级在实验前最近的一次化学期中考试中成绩相当。
初三（ 2 ）班和初三（ 5 ）班分别利用 PDEODE 和 POE 策略进行课堂教学。
两个班级的化学课，由同一名新手化学教师教授。选择新手教师实施实验的原因，可以有效避免老教师因过多的教学经验导致其了解学生已有的迷思概念并在教学中不自觉地实施概念转变教学。同时，新教师具有比较好的亲和力，又善于吸收新的教学理念和方法。
2 ．研究工具
在前测和后测时，都采用自编的“溶液的形成”二段式测验题以考察学生学习之前存在的迷思概念和学习之后的迷思概念转变情况。该试题共 7
道，涉及 3 个研究维度，分别考察“溶液的形成”这一课题中三类不同概念：第一类（ 1~3 题），考察“溶解过程”；第二类（ 4~5
题），考察“溶剂和溶质”；第三类（ 6~7 题），考察“溶解与温度”。
3 ．研究程序
（ 1
）研究文献。通过查阅大量国内研究文献，了解中学生对于“溶液的形成”这一课题的常见迷思概念，并以此作为研究工具的命题依据之一。
（ 2 ）设计问卷。通过文献研究，并且通过对部分一线中学教师的调查访谈，确定了如表 2.3 所示的命题项目。同时，参考
Treagust （切尔哥斯特）提出的二段式选择测验试题的编制程序，设计出“溶液的形成”二段式测验题。
“溶液的形成” 二段式测验题命题项目
研究维度
|
命题项目
|
溶解过程
|
1 、溶液有均一性，即溶液中各个部分的浓度相等。
2 、搅拌能促进物质的溶解，但不搅拌并不意味着物质不溶解。
3 、溶液有稳定性，即在温度不变的情况下溶质和溶剂不会分离。
|
溶质和溶剂
|
4 、溶剂不一定是水，例如衣服上沾有了圆珠笔油可以用酒精洗涤，说明酒精可以溶解圆珠笔油。
5 、溶液不一定是液态的，例如：纯净的空气也是溶液。
|
溶解与温度
|
6 、溶解过程包含扩散和水合两个过程，因此溶解既可能吸热也可能放热。
7 、温度升高，能加速物质的溶解。
|
（ 3 ）前测。在实施教学前的一周，利用晚自习时间对被试进行前测，了解被试存在的迷思概念，并利用 SPSS17.0
建立前测数据库。
（ 4 ）设计教学策略方案并实施。根据学生存在的迷思概念针对三个研究类别分别设计 POE 和 PDEODE
教学策略，并分别在两个被试班级的课堂上实施教学。研究者对两个班的教学进行了现场观察，并记录了教学过程。表 2.4
是针对“溶解与温度”这一研究维度的两种策略教学实录。
POE 和 PDEODE 策略 教学实录（以 “溶解与温度”研究维度 为例）
POE
策略（初三（ 5
）班）
|
PDEODE
策略（初三（ 2
）班）
|
ü
教师提问：对于物质溶解于水，溶解前后温度会怎样变化？加热会影响溶解过程吗？如果会，可能有哪些影响？
ü 学生独立思考并写下答案（ 1 分钟）。
ü 学生提出实验方案，进行实验并观察（ 19 分钟）：
Ø 分别将 20g 硝酸钾固体和氢氧化钠固体溶解于 100mL 水中，用手感觉杯壁温度的变化。
Ø 将 20g 硝酸钾固体分别溶解于 100mL 热水和冷水中，不搅拌：
① 哪个溶解得快？（以固体减少速度为指标）
② 哪个溶解得多？（以固体剩余量为指标）
③ 用温度计测量水温，观察溶解前后温度变化。
ü 学生对实验现象给出合理的解释：
① 溶解过程既有可能吸热也有可能放热；
② 加热能加快硝酸钾溶解速率，因为在热水中溶解的硝酸钾固体质量减少得快一些；
③ 加热能促进更多的物质溶解，因为在热水中溶解的硝酸钾固体剩余得少一些。
|
ü
教师提问：对于物质溶解于水，溶解前后温度会怎样变化？加热会影响溶解过程吗？如果会，可能有哪些影响？
ü 学生独立思考并写下答案（ 1 分钟）。
ü 学生分组讨论，并达成共识，向全班汇报（ 3 分钟）。
学生的主要观点有：
① 物质溶于水的过程可能吸热，可能放热；
② 加热只影响吸热溶解过程的溶解速率；
③ 加热可以加快物质的溶解速率，但不影响物质溶解的质量；
……
ü 学生提出实验方案，进行实验并观察（ 23 分钟）：
Ø 分别将 20g 硝酸钾固体和氢氧化钠固体溶解于 100mL 水中，用手感觉杯壁温度的变化。
Ø 将 20g 硝酸钾固体分别溶解于 100mL 热水和冷水中，不搅拌，观察：
① 哪个溶解得快？（以固体减少速度为指标）
② 哪个溶解得多？（以固体剩余量为指标）
③ 用温度计测量水温，观察溶解前后温度变化。
Ø 将硝酸钾固体换成氢氧化钠固体，重复做上一个实验。
ü 学生分组讨论：“实验现象与自己预测的现象一样吗？如果有差异，说明为什么。”（ 3 分钟）
ü 学生对实验现象给出合理的解释：
① 溶解过程伴随热量的变化，与溶剂的温度无关，与物质本身有关；
② 加热能加快物质的溶解速率，与溶解是否吸热或放热无关；
③ 加热能促进更多的物质溶解。
|
（ 5
）后测。为了准确地诊断两种教学策略的教学效果，避免因学生课后复习、练习等巩固学习结果造成的干扰，在教学结束后，研究者立即用重新调整了选项编排顺序的“溶液的形成”二段式测验题，对被试进行了测试，并利用
SPSS17.0 建立了后测数据库
（ 6 ）数据分析。运用 SPSS17.0，对前、后测数据进行了相应的统计分析。
4 ．前测数据结果
表 2.5 显示的是两个被试班级在前测每题的得分率，表 2.6
显示的是两个被试班级在前测中的“溶解过程”、“溶剂和溶质”、“溶解与温度”三个研究维度和前测总分的独立样本平均数的差异性 t
检验结果。可以看出，两个被试班级每道题的正确解答人数均未过半，得分率均不高。另外，从表 2.5 可以看出，有五道题初二（ 5
）班的得分率高于初二（ 2 ）班，有两道题初二（ 2 ）班的得分率高于初二（ 5 ）班。虽然如此，表 2.6
的结果显示两个被试班级在“溶解过程”、“溶剂和溶质”、“溶解与温度”三个研究维度和前测总分上的平均分均不存在显著性差异。
表 2.5 两个被试班级每题得分率（前测）
班级
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
2 班
|
28.4%
|
29.9%
|
16.4%
|
26.9%
|
37.3%
|
16.4%
|
35.8%
|
5 班
|
30.2%
|
41.3%
|
23.8%
|
30.2%
|
20.6%
|
19.0%
|
34.9%
|
表 2.6 两个被试班级在三个研究维度和总分上独立样本平均数的差异性 t 检验结果（前测）
5 ．后测数据结果
表 2.7 显示的是两个被试班级在后测每题的得分率，表 2.8
显示的是两个被试班级在后测中的“溶解过程”、“溶剂和溶质”、“溶解与温度”三个研究维度和前测总分的独立样本平均数的差异性 t
检验结果。可以看出，除了第 4 题初二（ 5 ）班的得分率小于 50% 以外，其余题目两个班的得分率均高于 50%，且诸如第 1 、
6 、 7 小题初二（ 2 ）班的得分率高于 80% 。另外，从表 2.7 、表 2.8 中可以看出，仅有第二题初二（ 5
）班的得分率高于初二（ 2 ）班，其余六道初二（ 2 ）班的得分率高于初二（ 5 ）班，并且两个被试班级在
“溶解与温度”研究维度和前测总分上的平均分存在显著性差异（ T 值分别为 2.096 、 2.007，显著性水平为 0.05
）。
表 2.7 两个被试班级每题得分率（后测）
班级
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
2 班
|
80.6%
|
70.1%
|
59.7%
|
52.2%
|
85.1%
|
83.6%
|
89.6%
|
5 班
|
65.1%
|
76.2%
|
50.8%
|
44.4%
|
79.4%
|
73.0%
|
76.2%
|
表 2.8 两个被试班级在三个研究维度和总分上独立样本平均数的差异性 t 检验结果（后测）
＊ p<0.05
6 ．结果分析
前测数据结果说明，两个被试班级在表 2.3 所示的命题项目内容下都存在着较为广泛的迷思概念（表 2.5 ），而且存在的程度大致相当（表
2.6 ）；前测数据结果说明，有一定数量的学生实现了迷思概念的转变（表 2.7 ），并且初二（ 2 ）班较初二（ 5
班）迷思概念转变的效果更加明显（尤其在“溶解过程”和“溶解与温度”两个研究维度上，表 2.8 ）。为了更直观地说明，图 2.3
显示出了两个被试班级在三个研究维度上的前测成绩平均分和后测成绩平均分的差异性。无论哪个被试班级、哪个研究维度，后测成绩的平均分均明显高于前测成绩平均分，说明学生较好地实现了迷思概念的转变；而后测数据显示，初二（
2 ）班在三个研究维度上的平均分的增长值均高于初二（ 5 班），说明前者比后者迷思概念转变的效果更加明显。
图 2.3 两个被试班级在三个研究维度上前测和后测平均分差异比较
通过以上的实验数据分析可以认为，中学生在学习“溶液的形成”这一课题之前存在着大量的迷思概念。 POE 和 PDEODE
策略在一定程度上都能够实现这些迷思概念的概念转变， PDEODE 策略实现学生概念转变的效果比 POE
策略实现学生概念转变的效果更好。
7 ．结果讨论
通过比较两种策略的各自特征，分析实验研究结论，并结合概念转变下的科学教学的最新研究进展，可以揭示出概念转变的教学应该重视以下三个方面的落实：
（ 1 ）引发认知冲突是实现概念转变的前提条件
认知冲突是学生的已有认知结构与新知识之间无法相互包容而产生的矛盾，是新旧知识之间的一种“不协调”。在实施概念转变教学的时候，教师如果不能有效地帮助学生认识到自己已有的概念与新概念之间的差距和偏差，那么学生必然会用已有的认知结构去理解或建构新的知识，这样一来前概念中的迷思概念便会越积越多、越积越深。因此，教师必须采取策略引发学生的认知冲突，使学生认识到这种矛盾，并通过自我调控自己的认知结构实现学习过程的“丰富”和“重构”。
POE 和 PDEODE
策略都能在一定程度上实现学生概念转变的关键之一就在于引发学生的认知冲突，从而激发学习动机和求知欲望。两个策略都通过让学生对既有实验现象或事件结果的预测，然后亲身付诸实践并观察，发现现实与预测的不一致性，从而形成正确的解释，实现概念转变。因此，“唤醒”学生的前概念，“探查”学生的迷思概念，“激发”学生的自我认知调控意识和能力，是实现概念转变的前提条件。
（ 2 ）学生深层参与是实现概念转变的必要保障
之所以学生有时经过学习后建立的科学概念不能长时间保持，并且在解决实际问题过程中仍然运用错误的概念，原因之一是教师在进行概念转变教学时忽视了教学情境的创设和学生与教学情境的互动，忽视了学生在概念转变过程中的自主参与过程，因此，在知识即将发生迁移的时候没有足够的学习动机、学习情境和学习任务，不能主动、恰当地运用已有经验和资源解决问题，从而造成学生对新知识形成肤浅的理解。所以，在概念转变的教学过程中，教师应重视教学情境的创设，通过学生的深层参与使得学生与学习情境不断发生交互作用，激发学生的学习动机、提高学生的自我调控能力，促进学生的有目的地、有效地学习。教师有必要根据学生的生产生活经验巧妙地设计情境和学习任务，用以恢复学生在生产生活实践中进行认知的现实特征，为学生的学习参与提供条件，使得学生通过自身的元认知作用和与情境之间的互动实现知识的迁移运用，这是实现概念转变的必要保障。
（ 3 ）合作交流学习是实现概念转变的重要策略
之所以 PDEODE 策略比 POE
策略效果更好，原因就在于学生在进行独立地预测的过程后，通过小组讨论和全班讨论来充分揭示出自己的迷思概念，且在观察后的讨论中学生通过交流与协作将原有的迷思概念朝着更加科学的方向改变，并且促进了新概念在学生认知体系中的根深蒂固。
PDEODE
策略在关注学生实现科学概念转变的必要过程和结果的基础上，充分为学生提供了学习参与的机会，通过小组和班级讨论机制，不断地对科学概念进行探索、解释、质疑、论证和批判，在相互学习的过程中不断地形成对科学概念的正确解释能力和合理反驳能力，在充分表达自己观点、即时改进原有错误的过程中不断地完善自己的认知体系，形成正确的科学概念。在同伴关系中，由于生理和心理方面处于相似水平，易于产生思想共振和情感共鸣，因而绝大多数学生在同伴交往中学习效率高于各自独立学习的效率，能使学生对科学概念有更清晰、更透彻地理解。更重要的是能使学生学会接受别人的意见和建议，从而在观点上少走极端，在学习中产生共生效应。可以说，合作学习的动力效力，是实现概念转变的重要策略。
