高中学生化学平衡迷思概念的研究

1.绪论

1.1问题的提出

从事中学化学教学工作多年，深感学生对概念的正确理解和掌握对新知识的

学习以及化学问题的解决都至关重要。但是，传统的概念教学的效果却不令人满

意。在化学概念的教学中，我们常常听到老师这样的抱怨：有些学生简直顽固不

化，这个概念(或知识点)都讲了十几遍了，为什么就不理解呢？学生往往在课

堂上似乎听懂了所讲的化学概念，并能用精确的语言或数学表达式给予准确的表

达，但却不能用它来解决问题的现象相当普遍。如：在电解质的教学中，教师反

复强调，“电解质是指在熔融状态下或在水溶液中能导电的化合物”。学生对这句

话可以说是“滚瓜烂熟”了，但在解决具体问题时，还是用原有的错误概念解释,

把铁、氯气或二氧化碳等当作电解质看待。

与此相应，有研究指出，即使是成绩优秀的学生，顺利完成了化学课程的学

习，但其直观概念(intuitiveconceptions)却依然如故；说明接受式教学模式对改

变学生的直观概念效果不佳(Harrison,A.G.,Gayson,D.J,Treaguest,D.F.1999)；正式

的科学教育并没有改变许多学生所坚持的相异理论(alternativeframeworks).......

相异概念不仅初中学生普遍存在，而且在高中生和大学生……许多成人的概念与

科学家的概念有本质的差别(WilliamC.KyleJ.E.&JamesA.Shymanshy,1989)；这

些研究表明，学生在学习科学概念时头脑中已存在的迷思概念(misconception)、

前概念(preconception)、朴素概念(naiveconception)、教学前概念(instructional

preconception)＞直觉概念(intuitiveconception)以及在学习过程中形成的相异概

念(alternativeconception)的转变过程是非常困难的。

传统的科学教学无视学生的迷思概念，认为只要通过传授科学知识，科学概

念就会代替学生的错误概念。学生的迷思概念是经过长期发展而形成的，只依赖

一、两堂课灌输科学概念并不能使他们转变过来(Driver,1983)。西方从事科学教

学研究的学者经过大量的研究发现，学生形成的迷思概念由来已久、根深蒂固，

他们无论在感情上还是在理智上都离不开它们。学生头脑中的错误概念含有自己

对自然界的先入为主的印象，又是自己切身体验到的东西，同时，学生又要凭借

这种错误概念来认识世界，因此，学生往往对自己早先形成的各种错误概念深信

不疑，并试图将这些错误概念迁移到对新环境、新现象的解释中。

1.2名词解释

1.2.1迷思概念

对于迷思概念(misconception)一词，学者就知识形成的价值判断不同，而有

不同名词。如：“前概念(preconception)"、"相异理论(alternativeframeworks)”、

"朴素概念(naiveconception)"教学前概念(instructionalpreconception)"直

觉概念(intuitiveconception)"、"相异概念(alternativeconception)”等等。它们的

核心均是指学生在某一特定学科中，对某事件或现象，所持有的一些有别于目前

科学家所公认的想法，亦即是指学生对某一科学概念的解释与教材内容部分不完

全相同或不相同。

本研究的迷思概念(misconception)是指学生在接受化学教育之前或在化学学

习过程中，通过自己的观察、体会和对各种化学现象与化学过程的理解和认识。

这些认识和理解大多是非本质的，有别于目前科学家所公认的想法。此种想法，

诚如黄幸美(1996)认为其一是学生在概念的表征学习中，因具体程度不足，不易引

起学生的注意；其二是因学生认知能力发展尚未成熟，记忆负荷有限，对于问题

重要表征编码困难。所以常有错误编码或错误对应的现象，结果导致学习上迷思

概念与推理错误的产生。

122概念转变

概念转变指个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验的影响而

发生的重大改变。概念的变化有两种可能：(Vosniadou,S.Capturingandmodeling

theprocessofconceptualchange.Learningandinstruction,1994;4:45-69.)--种可称

为''丰富"，即新知识的纳入补充了现有知识，通过积累的方式使这些知识发生变化。

在这种情况下，新知识与原有知识之间基本是一致的。另一种情况可以称为“修订”,

这是指新获得的信息与现有的信念、假定或有关理解之间存在着冲突，因而要对

对立的理解作出调整。在指导思想上，本研究主要采用的是后种观点。

1.2.3自我解释策略

自我解释指的是学习者将阅读教材时所产生的想法、心得、或疑问，记录在

思考记录表中，以促使学生在学习的过程中进行自我解释的学习活动。

本研究借鉴了台湾学者以及其他有关自我解释研究的成果，采用了学者们通

常的分法，把自我解释分为两种方式：

(-)自我解释原则提示：学习系统提供学习者五项自我解释学习活动进行

的原则，以促进自我解释学习活动的进行。

(二)自我解释问题引导：学习系统给学习者提供引导问题，逐步地引导学

习者进行自我解释学习活动。引导问题是针对各教材的教学内容并配合自我解释

原则设计而成，较自我解释原则更加具体而明确，促进自我解释学习活动的进行。

1.3本研究的内容与价值

1.3.1研究的内容

本研究是在建构主义理论基础上，对学生化学概念学习的过程提出了与传统

教学不同的观点，依据建构主义的观点：科学概念的学习就是学生由迷思概念向

科学概念的转变过程。西方学者对此做了大量的研究。但是，国际上关于化学迷

思概念的研究无论是在数量上还是在质量上都是比较落后的，而国内关于科学教

学中学生迷思概念及其转变问题的学习心理研究才刚刚开始。

学生在学习化学之前，头脑中已存在一些来自生活经验的一般化学现象的直

观认识或学生在学习化学概念的过程中，由于在一些环节上或是发生了误解，或

是使用了错误的策略而形成了自己个人的观念。这些迷思概念在学生中是否普遍

存在，在学生头脑中是否具有顽固性，对新概念的建立有何影响？如何针对学生

的迷思概念设计、实施教学策略，实现概念的转变？

本研究将以建构主义理论为依据，以对中学生化学平衡迷思概念及教学策略

的研究为主线，以概念转变策略——自我解释策略为自变量，其操作变量如下：

⑴中学生在化学平衡学习过程中普遍存在迷思概念的现象。

⑵自我解释策略能够较好的帮助学生转变迷思概念。

⑶运用自我解释策略是否有利于提高中学生的化学学业成绩？

1.3.2本研究的价值

（-）理论上

⑴探索自我解释策略对于修正中学化学教学中学生迷思概念的效果，以弥补

我国教育研究在这一方面的欠缺。

⑵从学生的迷思概念入手，探索运用自我解释策略来促进学生进行有意义学习。

（二）实践上

⑴本研究试图通过运用自我解释策略来解决学生主要靠机械记忆来学习化学科

学的问题。从中发现一些规律，找到一种较为有效的能提高中学化学教与学效果的

方法。

⑵从学生的迷思概念入手，培养学生良好的认知结构和创造性思维能力，找

到一条中学化学教学中较为适用的培养学生创造性思维、创新意识的新途径。

⑶寻找大面积提高学生的化学学业成绩的较为有效的方法

⑷为迷思概念在我国的研究、推广做一点基础性的工作。

1.4本研究总体设计

基于“平衡”的概念与人们的日常生活非常密切，中学生头脑中有关化学平

衡的迷思概念也是非常丰富的，而且在中学化学中，化学平衡是最基础也是最重

要的教学内容之」本研究以自我解释策略对改变学生化学平衡迷思概念为研究

内容。本研究包括两个部分。在第一部分的实验中将通过问卷调查和访谈的方式

考察中学生在学习化学概念时存在迷思概念的情况，分析他们的概念错误特征。

第二部分为干预实验，即通过自我解释策略帮助学生改变概念错误。为此作了如

下的研究设计：

1.4.1化学平衡迷思概念普查

（-）研究者参考台湾学者的“高中学生应用勒沙特列原理判断化学平衡的

迷思概念探讨”的研究成果，并结合自己多年来的教学经验，针对学生易混淆、

易出现“迷思”的问题编写而成诊断性试题，对高二年级的学生进行测试，并对

测试结果作逐题分析。

（二）根据（一）的测试结果，对存在于学生头脑中的化学平衡迷思概念进

行分析。从而证实学生在学习化学平衡内容过程中普遍存在迷思概念的现象，并

且用传统的教学方法很难使学生改变他们头脑中原有的错误概念。

1.4.2自我解释策略转变学生化学平衡迷思概念的实验研究

(一)分析自我解释策略的两种方法一一自我解释原则提示策略与自我解释

问题引导策略分别对转变学生化学平衡迷思概念的成效。

(二)分析自我解释策略的两种方法——自我解释原则提示策略与自我解释

问题引导策略对学优生和学困生在转变学生化学平衡迷思概念中的成效是否有

差别。

(三)探讨学生对自我解释原则提示策略与自我解释问题引导策略这两种自

我解释策略的态度。

2.研究现状及相关理论

2.1迷思概念研究现状

有关迷思概念的研究早已有之，美国的霍尔(StanlyHall)早在1903年曾启

动一个计划，调查儿童对于自然现象如热、霜和火的观念。

儿乎过了50年之后，Oakes(1947)对大量有关学生对自然现象的解释的研

究进行了综述，这一综述已包括了目前在研究学生的科学概念的领域中所讨论的

许多迷思概念。

关于迷思概念的大规模研究开始于二十世纪70年代中期(参见Pfundt&Duit的

文献目录，1991),在80年代迅速扩展(Wandersee,Mintzes&Novak,1994),已经

召开了多届有关自然科学与数学教育中学生的迷思概念的国际研讨会，至今仍是研

究的热点。R.Duit(1995)认为，这方面的研究明显推动了自然科学教育的进步。

近20多年来，研究者们对儿童在科学学习中的概念化理解开展了大量的研究。

这些研究成果包括不同年龄段的学生理解科学概念的详细信息，并涉及到了广泛

的科学领域。有许多综述文章和论文集收录了有关的研究成果，为我们提供了对

这一领域的整体认识(GilbertandWatts,1983;Carey,1985;Driver,Guesneand

Tiberghien,1985;WestandPines,1985)0这些研究所关注的共同主题是认识儿童关于

自然现象的原有概念的重要性。研究者把科学学习看作儿童关于自然现象的原有

概念的发展或转变，而不是新信息的点滴累积过程，已经提出了建立在这个观点

之上的各种学习模型，其中有些来源于认识论文献(Posner,Strike,Hewsonand

Gertzong,1982)有些则来自认知心理学(OsborneandWittrock,1983)。这些工作对于

课堂教学实践都有重要意义。承认儿童迷思概念的教学方法也得到了研究、发展

和检验。

2.1.1迷思概念的特性

学生在学习一项新知识的过程中，就很可能发展自以为是，但却与学者专家

所公认并不一致的概念，这些概念都可称之迷思概念(吴相儒，民1996)o迷思概念

具有以下特性(钟圣校，1993；吴相儒，1996)：

规律性：即“大众化”的规律性，其特征是“人虽异而行相同”，相当有系统

性，通常可以找出正确的理论解释之。

个别性：许多迷思概念具有相当的个别性，属于个人私有的。因为迷思概念

是以个体自己的想法，将外在信息内化，用自己的经验建构事物意义而产生的，

所以其概念具有相当的个别性。必须观察个体回答一连串相关问题的反应后，才

能发现学生是如何运作的。

顽固性：虽然有些迷思概念很容易经过教学或解说，就得到改变，但仍有些

错误的概念，经过教师提出大量证据或口舌讲解，仍然一再出现，不得承认其根

深蒂固存在的事实。

不稳定性：迷思概念在学生缺乏概念的情形下，是相当不稳定的，容易出现,

也容易抛弃。止匕外，学生会在访谈前后，发生迷思概念不一致的情形，因没有正

确的见解，想法易变，显示为不稳定。

思考性：由于迷思概念是一种陈述出来的内容，但也含有概念思考的成分，这

些概念可能是利用直觉、错误的模拟、不正确的推理、不成熟的思虑等思考方式所

造成的结果。

普遍性：教学过程统计出的迷思概念在教学的前、中、后出现的消长情形，

可证实迷思概念确有普遍性的存在。综观全球各地可发现许多一样的迷思概念。

非正统性：学生的迷思概念与专家知识有相当的差距，属于非正统性的概念。

历史性：指有些迷思概念具有历史惯例(historicalprecedence),也就是说学生

所发生的迷思概念在过去的学生身上亦曾发生过。

2.1.2迷思概念形成的成因、实质

在学习过程中，人们常会发现头脑中原有的知识经验或迷思概念常常与科学

概念不一致，导致在学习科学概念时发生各种错误。为什么会产生不一致呢？迷

思概念的实质是什么呢？不同的研究者对其提出了各自不同的观点。

Reif(1987)认为学生在学习科学概念时发生的概念错误是由于日常生活对概

念理解的要求和对科学概念理解的要求不一致引起的。日常生活概念对现象的解

释要求以满意为主，它允许概念的模糊，不准确或不一致。而科学概念追求的是

对现象的完美解释和预测，为达到这一目标，就要求科学概念必须是最小的不确

定性，最大的精确性、一致性和最高的概括性。对日常生活概念和科学概念掌握

要求的不同，导致了学生在掌握科学概念时遇到很大的认知和原认知困难，这些

困难就是学生产生迷思概念的原因。

Disessa(1983)通过比较专家和新手对自然科学现象的解释，认为新手在生

活经验中获得的朴素概念的基本成分是“现象原型"(phenomenalprimitive)。所谓

“现象原型”是个体对科学现象的直观表征。它是个体解释自然科学现象的“理

论”基础，以松散的方式存在于个体的头脑中。关于“现象原型”的辨别，Disessa

(1993)提出了明显性、多样性、持续性和一致性等17个辨别原则。相比之下，

专家的概念系统有着很强的内在逻辑一致性。专家对科学现象的解释依据的是自

然科学基本概念和原理。Disessa认为专家的自然科学概念系统是在“现象原型”

的基础上逐渐转变过来的。在转变过程中，“现象原型”的内在--致性和逻辑性逐

渐增强，个体对科学现象的理解逐步由直觉表征过渡到概念的语义表征。Disessa

的“现象原型”理论提出后即受到了研究者们的欢迎，成为80年代人们理解迷思

概念实质的主导理论。

Chi(1992)根据一连串的研究结果对自然科学迷思概念的实质提出了新的见

解。Chi指出，人们从日常生活中获得的许多朴素概念的错误会随着年龄的发展而

逐渐被纠正过来，这些错误对人们接受相关的正确概念知识没有太大的影响。但

是另一些朴素概念的错误在人们的头脑中往往根深蒂固，在不同年龄的人身上表

现出极大的一致性，而且与中世纪时人们的一些迷思概念也极相似，如：物理学

中关于力和运动之间的关系，人们往往认为力是维持物体运动的原因。Chi(1995)

认为人们头脑中有关自然科学的迷思概念大多属于后者。其错误的原因在于人们

对这些概念进行了不正确的本体论范畴的归类，往往将本该属于过程的概念归到

物质属性，认为会随着物体的运动而不断的被消耗掉，而力实质上是物体与物体

之间的相互作用，是一个反映过程的概念。

Fisher与Lipson(1986)由认知观点来看，认为最常见的迷思概念产生的原因有:

心智运作中注意的问题、解题时心智处理过程的错误、学习产生的新信念与原有

信仰系统冲突、没有联结到先前知识等等。对于学生的学习而言，当学生面对之

前从未学习过的单元时，不当的教学往往容易导致学习知识上的缺陷(knowledge

gaps)、困惑与误解，而这些因素常常造成所谓认知上的迷思概念(Dawson,1993)。

Gilbert&Watts(1983)从知识论的古典观点(Classicalview)看：知识的获得是一

种基本的阶层式步骤，知识的进步依赖于对前一步骤的精熟度，因此，迷思概念

就如同此系统中的瑕疵，造成学生学习上的障碍。(宋志雄、林曦、徐顺益，1992)

Head(1986)认为学生迷思概念来源，至少有下列五项：

(一)来源于日常的直觉经验与观察(FromEverydayExperienceand

Observation)：年幼的儿童借着具体操作物体，以认识周遭的环境(J.Piaget称之“感

官动作期”)。例如：小华拿着吃饭用的瓷碗轻轻放入水中会浮在水面上，因此，

小华的想法是只要中空的物体，不论是什么物质做成的，均可浮在水面上。将小

铁球、小石头丢入水中会不见(沉入水中)，将乒乓球放入水中却能在水中漂浮。这

些观念在儿童时期已有许多经验得到发展，直到学习科学时才出现观念上的混淆。

(二)来源于模拟所产生的混淆(FromContusionabouttheAnalogies)：许多科

学上的解释都牵涉到模拟思考一利用学生熟悉的来解释新的、未知的内容，如同

Ausubel所谓“有意义的学习”，也就是以现存的认知结构来统整(同化)所学的

新教材，这在教学上的学习迁移是可理解、可接受的。然而，模拟的成立通常有

些限制，超过这些界限则有误导(misleading)的可能。例如，将密度大于1(D>1)

的物体沉入水中后，其所受的浮力一定。但不可模拟为密度愈大浮力愈大的观念。

这里混淆的观念是来自科学课程中或学生的迷思概念。因此，教师在使用模

拟时需格外小心，选择较不易误解的模拟，并时时提醒学生模拟并不是相等。

(三)来源于隐喻字眼的使用(FromtheUseofMetaphors)：上述状况之所以复

杂是由于下列事实：不仅教师使用模拟，在隐喻式的言谈中亦牵涉到模拟。例如，

等体积的两物体，密度不同，若皆沉入水中其所受的浮力相等。学生易将等体积

误认为等质量。用“等质量”或“等体积”字眼模拟时宜特别小心。虽然教师可

以预期混淆的发生，并再遇到这些字眼时特别说明，但由于这些字在日常生活和

科学中太过平常，以至于这种混淆不易避免。

(四)来源于同侪文化(FromthePeerCulture)：~些这个领域的研究者强调知

识的社会结构及同侪文化在赋予、维持科学非正式观念方面的重要性。本质上，

学生的这些想法是更大团体信念的一部分，属于民间智慧(folkwisdom),这些想法

在科学教育造成广泛影响之前非常坚强。可能前述的来源造就了民间智慧，但这

里引进的新观念是：同侪社会中，同侪的影响会加强学生的错误观念，而且会抗

拒科学的教学。例如，同侪的观念认为轻的物体会浮，重的物体会沉，其实，浮、

沉与质量无关。

(五)来自,,些固有的观念(InnateOriginofSomeIdeas)：这是近年来由Preece

所提出。在与Chomsky的观念(人类天生富有处理语言的能力，所以小孩遇到什

么语言就能学会什么语言)对比下，Preece认为儿童天赋有处理环境的能力，因此

前述提出的学生观念并非以传统的科学方式来处理。例如，基本上学生的观念认

为船从淡水驶向海水，重量变大，浮力变大。实际上重量不变，浮力不变。

关于迷思概念产生的原因和实质除了以上观点外，另外一些研究者依据自己

的研究也提出了自己的观点。如：MichaelCloskey(1983)认为个体关于物体运动

的迷思概念是由于感知错觉引起的(perceptualillusion)0NaokiUeno(1993)在

Disessa的“现象原型”的理论基础上进一步提出了“情境认知理论”，认为学生在

学习物理时发生的概念错误是由于学生头脑中的物理认知情境和实际物理现象发

生的物理情境的不一致引起的。

2.2概念转变的相关研究

泰森等(Tysonetal.,1997)考察了80年代至90年代早期所发表的有关概念转

变的文献，发现作者们所用的术语多得令读者目眩，例如，同化和顺应(assimilation

andaccommodation,Posneretal.,1982;Smith,Blakesbee&Anderson,1993),弱调整与强调

整(weekrestructuringandstrongrestructuring.Carey,1985),部分改变和整体改变(branch

jumpingandtreeswitching.Thagard,1991),概念获得和概念交换(conceptualcaptureand

conceptualexchange.Hewson&Hewson,1992),分化和重新概念化(differentiationand

reconceptualization.Dykstra,1992),丰富和修改(enrichmentandrevision.Vbsniadou,1994)

等。学生迷思概念转变的心理机制研究主要以建构主义为理论基础，一般认为学生

的学习活动过程是一种科学的探究过程，遵循“不平衡(问题)f平衡(问题获得

解决)-不平衡(新问题)一•・.”的适应机制(许育彰，台湾)。

221概念转变的相关理论

(一)Posener的同化和顺应理论

波斯纳等(Poseneretal.,1982)所提出的概念转变模式在科学教学文献中产

生了相当大的影响，许多研究用以作为理论框架，在皮亚杰(J.Piagrt.1950,1952,

1971)的同化理论与库恩(T.S.Kuhn,1970)的“范式转换”(paradigmshift)的基

础上，他们提出了知识概念转变的机制：个体学习是同化(assimilation)、顺应

(aaccommodation)的认知建构过程和平衡-不平衡T•新的平衡.认知发展过

程的统一。同化(assimilation),用以描述学生用已有概念处理新现象的过程，而

新旧知识并没有发生重组，学习者原有概念体系的中心概念没有发生变化；顺应

(aaccommodation),用以描述学生必须替换或重新组织其中心概念的过程。这样

主体通过同化和顺应两种机制，达到与环境的平衡。但这种平衡是暂时的，一旦

原有认知结构与新环境产生矛盾或认知冲突，就会出现不平衡。

波斯纳等(Poseneretal,1982)在皮亚杰(J.Piagrt)的认知建构主义理论和库

恩(T.S.Kuhn,1970)的“范式转换”的基础上，进一步提出了要改变学生原有的

迷思概念则必须使学生产生顺应学习。顺应学习的产生需满足四个条件：①学习

者对当前的概念产生不满(dissatisfied),假如学生认为他们的概念(错误的)能

够解释科学现象，他们就可能看不出有转变它们的迫切需要；②学习者必须尽可

能地理解(understanding)科学概念，没有这种最基本的理解，学生就不能评价它

们的意义；③学习者必须认为科学概念是合理的(plausible)；④学习者必须认为

科学概念是有效的(fruitful),它们可用于解释和预测各种现象。

影响学生概念改变的因素主要包括以下儿个方面：①异例；②类比；③学生

的本体论知识；④学生对科学及科学概念的信念；⑤其他知识。Posener认为即便

是概念的顺应学习也是学习者对原有概念的一个不断调整，逐步达到新的概念体

系完全确立的过程。

Posener的概念同化和顺应学习理论在一定程度上符合人们概念和知识学习的

认知规律，但是它无法解释为什么在很多情况下当人们面对与自己已有知识经验

想违背的异例时，人们往往会忽略或拒绝承认矛盾的存在而坚持原有观点。另外

其理论尚未为概念的转变提供行之有效的评估方法，从而使得该理论的操作性不

是很强。

(二)Chi等的本体论观点

Chi(1992)从本体论(ontology)的角度来分析概念结构，Chi指出概念可分为三

个类别：物质(substance)、过程(process)、心智状态(mentalstate)□所谓"物

质”指的是含有特定属性(attributes)的“东西”，如红色的太阳、有生命的东西、

固体等；所谓“过程”，指的是事件的发生，可能有序列性、有因果关系、也可能

只是几率问题，但它反映出自己特定的属性；所谓“心智状态”，则指情意的部分,

如情绪或倾向。在这三个类别之下有所谓的次概念，如自然种类、人造物质、步

骤、事件、满足限制条件的交互作用等。基本上，物质、过程、心智状态在本质

上是相互独立的，因此三者之间的转换属于根本的概念改变(radicalconceptual

change)。而所谓信念修正(beliefrevision),大都透过增加(addition)、减少(deletion)

一些属性的方式来改变概念结构，这仅属于局部的变化，不需本体上的改变。同

一类别内的归属改变即为信念修正。由物质的属性转移到过程，需要根本的概念

迁移，此为类别间的转移(acrossdomains),因此较难产生概念转变。

当既有知识与待学知识是相容的，它们有共享的属性，概念改变较容易发生;

当既有知识与待学知识是不相容的，也就是彼此无可共享的属性，则概念改变便

不易发生(Chi,Slotta,&deleeuw,1994)。

在Chi的相关研究中指出，在过程类别中有两个较为重要的观念：事件(event)

与满足限制的交互作用(constraint-basedinteraction,CBI),或平衡过程概念

(equillibrationprocess,EP,Chi,1998)o前者包含起始点与终点、明确的行动;而所

谓EP则无事件所具有的特质，它无起始点也无终点是-不断进行的活动，因此虽

然都属于过程的类别，但特质全然不同。

Chi指出，学生无法了解科学概念并非因为这些概念是复杂的、抽象的、或是

动态的，而是学生原有的素朴想法属于“事件”，而“事件”基模与待学基模彼此

具有不可共量性(incommensurability)。这不可共量性发生在不同基模中：如物质

相对于过程(Chi,Slotta,deleeuw,1994)>静态(Static)相对于动态(dynamic)、人

造的(artifical)相对于自然种类(naturalkind,Gelman,1988；引自Chi,inpress)等。

正因为这种不可共量性，因此个人要放弃原有的观点或进行同化，是一项困难的

工作。Chi(1997)指出EP概念之所以难学有以下四点原因：

(1)这些概念在学习之初被视为物质或是因果关系，而事实上应属于EP过程。

(2)学生并不熟悉EP过程。

(3)学生在两层次间，概念的转换在弹性上有一定的限制。

(4)学生并不认为本体类别的改变对学习EP概念有其必要性。

因此，Chi认为在教学中从学生既有的素朴概念中去建构教学环境是不足以改

变学生的概念，因素朴概念与待学的概念是不可共量的，因而应积极创造或活化•

个融入“平衡过程”概念的适当基模，才足以帮助学生学习属于“平衡过程”的科

学概念。

关于迷思概念转变的理论除了以上这些有代表性观点外，另外一些研究者依据

自己的研究也提出了自己的观点。如：Thagard(1992)通过树改换(treeswitching)

和分枝跳跃(branchjumping)的观点探讨概念改变的机制。Thagard认为概念改变

涉及实质上系统的改变即种类关系(kind-relations)与部分关系(part-relations)

的改变。所谓种类即为阶层中较上位的概念，而部分即为阶层中较下位的概念。概

念改变便是种类关系与部分关系的改变；平特里(Pintrich,1993)的动机观点。平特

里(Pintrich,1993)及其合作者提出了--种新观点，探讨学生的目标、价值观、自

我效能感和控制信念在概念改变过程中的潜在中介作用。

2.2.2促进学生概念转变的教学策略

P.H.Scott,H.M.Asoko,R.H.Driver将促进概念转变的教学策略分为两大类。第一

类是建立在认知冲突和解决冲突基础上的教学策略。第二类以学习者原有的观念

为基础，利用比喻和类比的方法将其扩展到新的领域。这两类策略在促进学习者

的概念转变过程中所强调的侧重点不同。强调认知冲突及其解决的策略可以看作

来自皮亚杰的观点，认为学习的核心是学习者积极参与对知识的重组。以学生的

认知结构为基础进行扩展的教学策略，重点不在于学习者的主动调适，而是侧重

于教师的适当干预，为新的思维方式提供“支架”

(一)以认知冲突和解决冲突为基础的教学策略

许多促进概念转变的教学过程是建立在认知冲突基础上的。这些过程包括创

设一定的情境，使学生对些现象所持的观念明朗化，然后直接对其进行挑战，

从而引起认知冲突。解决冲突的尝试为随后的学习提供了前提。建立在认知冲突

基础上的概念转变教学策略主要有以下几类：

(1)矛盾事件

纳斯伯姆和诺威克(Nussbaum,Novick,1982)提出了一种以皮亚杰的顺应理论为

基础的教学策略。这种策略包括四个主要因素：

①首先通过学生对暴露事件的反应来揭示学生的迷思概念。

②使学生明确意识到他们自己和别的学生的想法。

③通过让学生尝试解释一个矛盾事件，引起概念冲突。

④鼓励和引导认知的调整，建立与科学概念相一致的新的概念模型。

(2)不同认知间的冲突

科斯格儒等(Cosgrove,Osborne,Champagne,Gun2stone,Klopfbr,RowellandDawson)

在1985年提出了一种教学法，要求学生明确地解决不同观点之间的差异(如学生之间

的、教师的、科学书籍上的观点)。科斯格儒和奥斯本提出了“产生式学习的教学模

式”，它由四个阶段组成：

①预备阶段：教师需要理解科学家的观点、学生的观点和自己的观点。

②集中阶段：给学生创造机会探索与概念有关的情境，最好是真实的日常生

活情境，鼓励学生阐明自己的观点。

③挑战阶段：学习者互相之间对现有的观点进行争论，辩护或质疑。必要时,

教师可介绍科学的观点。

④应用阶段：给学生提供各种情境来应用新观念。

作者强调，科学观念只有通过实验、演示或类比的方法，使学生认为它是明

智的和合理的，才能积极地接受它。他们还强调了预备阶段的重要性。在研究中，

他们注意到了新观点在不同时间和不同情境中的稳定性问题，指出“那些与学生

的直觉知识相反的，而又没有被其他学习情境所强化的概念，在学过一段时间之

后，需要进行更多的应用练习。”

查朴尼等（Champagne,GunstoneandKlopfer,1985）提出了一种以对话为基础的教

学策略，他们称之为“对抗偏见”，专门用来改变学生在特定的领域内的原有认

识。（例如，物体的运动），它包括以下几个步骤：

①首先使学生明确他们用于解释或预测•个常见的物理现象的观念（例如，关于向

外排气的气球的运动）。

②每个学生对自己的预测或观念作进一步的分析论证，并向全班同学介绍。

③学生们尽力阐明自己的观点是正确的。经过讨论和争论，使每个学生都能

明确自己对于有关情境中的运动的看法。

④教师演示物理现象（例如，释放气球），并用科学概念进行理论解释。

⑤进一步的讨论，让学生对他们自己的分析和科学的分析进行比较。

（3）新概念后冲突

除了在教学开始时，通过引起与学生的迷思概念之间的冲突以促进概念转变

之外，罗尔等（RowellandDawson,1985）还提出了另一种策略，在介绍新概念以后，

再解决学生的迷思概念和新概念之间的冲突。这种方法来自科学哲学、科学史和

皮亚杰的平衡理论的观点。它建立在以下前提之上：

①一个理论只能被另一个更好的理论所代替，而不是在遇到无法解释的证据

时被抛弃。

②建构一个更好的理论并不需要直接挑战个人自发产生的相关知识。

③尽管认知的改变包含策略和元认知的知识，但不必将它们建构在一起。

这一教学方法包含六个步骤：

①确定学生认为与问题情境相关的观点。

②讨论并将内容记录下来，以备随后思考。

③告诉学生将要教给他们的理论能够解决这些问题，而且要求他们参与知识

的建构和随后的学习，与他们自己提出的观点进行对比。

④在学生已有的知识基础上提出新的理论。

⑤要求学生用新的理论解决问题，从而证明这个理论已经被个体建构。要求

学生把这个过程记录下来，作为第二次笔记。

⑥每个学生对步骤②和⑤的记录结果进行比较，检查这些观点的性质。起初

的检测直接针对在测试中的刺激问题的记录。随后的检测尽可能地包含许多相关

的情境。这样，使学生参与获取元认知的认识过程之中。

道森（Dawson,1990）考察了使用这种方法给初学者介绍化学变化的教学过程。

（二）以发展学生与科学观点相一致的认识为基础的教学策略

与引起冲突并要求学生解决冲突的教学策略不同，第二类教学策略是建立在

学生现有观念基础之上的。随后的教学使学生的现有观念向科学认识发展和拓宽。

克莱门特（Clement,1987）提出了概念转变的“架桥策略”，其目的是增加有益

的直觉的应用范围，并减少有害的直觉的应用范围。这种策略假定，在学生掌握

定量规律之前，给学生提供机会建立对现象的定性直觉的理解，这样可以促进概

念的转变。利用学生原有的直觉知识，在被学生误解的“靶例”和“锚例”之间

形成类比关系，通过这种方式来发展学生的理解。

布朗和克莱门特（Brown,Clement,1989）描述的架桥策略包含四个步骤：

①创设一个靶子问题，暴露学生与讨论的主题相关的迷思概念。

②教师举出一个符合学生直觉的类比例子，这个例子称为一个“锚例”，或

简单说是一个“锚”（锚的直觉含义是初学者所持有的和化学理论基本相容的信念,

这种信念可以是明确的，也可以是缄默的。）

③教师要求学生在锚例和目标事件之间作出明确的对比，并试图建立类比关系。

④如果学生没有接受这种类比，教师再试图找到种架桥类比（或者•系列架

桥类比），即在目标和锚之间插入的概念化的中介物。

斯太威（Stavy,1991）也报告了他的研究工作，其目标是利用学生直观的感性

知识，理解蒸发过程中的物质守恒。斯太威认为，在已知的和未知的事物之间利

用类比关系，可以帮助学生学习新知识，摒弃或修正迷思概念。在他所报告的研

究中，来自5、6年级的学生分为两组，第一组要完成的任务是首先研究碘的蒸发（碘

蒸气是可见的有色气体），然后再尝试着去做类似的工作，研究丙酮的蒸发（丙酮的

蒸气是一种不可见的气体）。第二组学生首先观察丙酮的蒸发，然后再观察碘的蒸

发。结果发现，第一组学生的学习要比第二组有效的多。对碘蒸发现象的直觉感

性的认识成为认识丙酮的蒸发的一个类比例子，便于消除对于丙酮的错误认识（学

生认为丙酮消失了）。

通过对16〜19岁的学生的研究，尼德若(Niedder,1987)以“新科学哲学”为基

础提出了--种概念转变的不同方法。其目的不是用科学理论代替学生自己的观点

(学生自己的观点是与日常生活中的思考相联系的)，而是让学生了解科学理论和自

己的观点，并通过比较日常思维与科学思维的差异来达到学习科学概念的目的。

这一点，所罗门(Solomn,1983)也指出过。概括地说，这个策略包含六个阶段：

①准备：教学干预之前的过程，包括准备仪器和相关概念。

②开始：提出一个开放性问题。

③实施：包括下列内容：提出问题或形成假设，设计和进行实验，观察，理论

讨论，总结发现。

④对结果进行讨论：全班讨论。

⑤与科学的结论进行比较：把学生的发现与相似的历史上的理论或者现代观

念进行比较，找出不同之处，并讨论产生这些差异的原因。

⑥反思：鼓励学生回顾实施过程，并思考出现的特殊问题或困难。

以上两类策略分别强调了促进学习者概念转变的责任因素的不同方面。强调

学习者积极进行知识的重组是学习的核心。教师采用适当的教学设计为学生提供

“脚手架”，引导学习的新思路。

目前，国际上关于化学的学生迷思概念的研究无论是在数量上还是在质量上

都比较落后，而国内关于科学教学中学生个人概念及其转变问题的学习心理研究

才刚刚开始。北京师范大学化学系王磊等人在2000年心理发展与教育上发表了《初

中生化学前科学概念的探查------科学学习心理的研究》的论文，他们对初中学

生的化学前科学概念做了调查，采用团体测查及个案访谈的方法，对153名正式学

习化学课之前的初三学生进行了化学迷思概念的探查。研究结果表明，学生对于

化学的一些核心概念普遍存在个人的前科学概念认识。其中相异构想尤为突出。

在调查的基础上，该研究还分析了学生化学迷思概念的特点、类型、形成原因，

提出了促进初中生化学概念转变的教学策略。

2.3自我解释策略的相关研究

由于教材中的文章对学习者而言可能太过深奥，因此透过演练范例可以将教

材中抽象的概念以具体的范例加以呈现，当学习者能够充份地了解范例并从中归

纳出不同问题的共通原则时，即代表学习者在初步的知识获取阶段建构了较为完

整的问题基模，亦产生了较高层次的陈述性知识。为了进一步了解个别差异对知

识编码的影响，必须针对个别学生的自我解释进行深入分析。

Chi,Bassok,Lewis,Reimann和Glaser(1989)认为自我解释是指学习者在阅读文

章或演练范例的过程中，为澄清或补充句子的叙述所提出的推论。不论这些推论

的正确或完整与否，都算是自我解释的一部分。在进行自我解释的同时，学习者

必须监控自我的理解程度，然后根据先备知识以及外在知识进行自我推论以克服

理解上的问题。

为了探讨自我解释对于问题解决的学习影响，Chi(1989)以物理学为学科领域,

要求大学生在进行力学范例学习的同时，以放声思考(thinkaloud)的方式让研究人

员了解学习者内部的自我解释历程，并根据问题解决的成效，将受试者区分成好

的解题者与差的解题者。其研究结果发现：⑴在研读范例的过程中，好的解题者

比差的解题者产生更多的自我解释。⑵好的解题者比差的解题者花更多时间于研

读范例上。⑶好的解题者能从范例中归纳出原则，因此其自我解释较能涉及范例

的深层意义，而差的解题者的自我解释通常只涉及文字的表面语义。⑷好的解题

者能进行学习监控并察觉出学习过程中的误解，然而差的解题者却不然。⑸好的

解题者因为有明确的目标，因此只引用范例中与问题相关的程序，但是差的解题

者却引用到范例中的绝大部分。

自我解释有助于范例学习的原因在于自我解释是--种自发性的自我产出活动，这

与外在所提供的解释或说明大不相同。此种学习效果称为学习的产出作用(genemtion

effect),也就是说学习者自我产生的学习内容(例如上课所作的笔记或是为了完成作业

所进行的讨论)较外在所提供的学习内容来的更容易吸收及记忆(Hirshman&Bjork,

1988)o

然而若从广义的观点来看待自我解释，“解释”一词可以是指为了理解某些事

物所进行的所有活动，因此自我解释不仅包含学习者在学习新知识所进行的推论,

亦包含在问题解决过程中学习者对问题的澄清以及在进行解题活动时所持的理由

(Neuman,Leibowitz&Schwarz,2000)o从以上的定义可以得知自我解释可视为一'个

知识建构的学习活动：新知识的学习必需建构在原有的知识基础上。如果把学习

视为一种建构的历程，那么自我解释则提供了学习者自我建构的机会。

2.3.1自我解释及其对学习的影响

自我解释是指学习者在学习过程中对学习材料进行解释，是一个产生推理的过程,

其实质是一种知识的构建活动。在示例学习中，学生通过已有的知识解释示例，建构

相应的心理表征，使原有的知识更加精细化，并产生新的领域知识，完善知识结构。

目前有关自我解释的研究，大多数是集中在自我解释对示例学习和问题解决的影

响上。在1989年的一项实验研究中，Chi发现在示例学习中能自发产生大量自我解

释的学生其解题正确率比自我解释少的学生要明显的高。在这一研究中Chi正式提出

自我解释这•概念。随后，在多个的学科领域，研究者们做了大量的实验研究验证了

自我解释学习策略对示例学习和问题解决的影响。在化学领域方面，Lee(1998)的

关于配平化学方程式的实验发现，被试在学完示例之后对问题的自我解释能够明显帮

助学生更好的掌握化学方程式的配平原理。计算机学科领域中，Pirolli&Recker(1994)

的一项编程任务实验发现，自我解释多的学生比自我解释少的学生能更好的解决问

题。在物理学科领域，Fergusson-Hessler等人以电磁原理为实验材料获得了类似的结

论，自我解释数量与解题正确率之间有很大的相关性。另外在数学(Nathan等人1994)

和逻辑推理(Douglas,Ian,1991,YairNeuman,1998)方面的研究中，都获得了类似的结

论，即自我解释可以明显的促进学生学习和问题解决。

2.3.2自我解释策略的作用机制

自我解释作为学习策略为什么能够促进学生的学习和问题解决呢？(Chi,

inpress)认为自我解释策略能够促进学生学习的作用机制在于：通过自我解释，学

生能够产生推理弥补和修正原有知识结构中的缺漏和错误。推理产生的方式主要

包括以下四个方面：①不同句子之间信息推理；②材料内容与原有知识之间的推

理；③对语词内涵的推理；④前面三种推理的综合。Vanlehn(1992)提出自我解

释能促进学习是因为促进了学习者当前所学内容与先前的知识之间的联系。Yair

Neuman(1998)认为，自我解释有利于学习者对问题深层结构的把握，促进了迁

移的产生，从而有利于问题的解决。尽管研究者们对自我解释的作用机制尚未达

成一致意见，但有一点是相同的，即他们都认为自我解释能够帮助学生进行深层

加工和学习，有利学生改变头脑中那些顽固的错误观念和想法。

2.3.3自我解释的教学设计

在学习的过程中，不论是自发性的行为，或是由外界所促发，自我解释促进

了学习者对学习的反省，对教材的深入思考及推论，因此自我解释可视为一种反

思的历程(Chiet.al,1994;Davis,2000)»

为了促使学习者进行自我解释，可以在教学中加入了自我解释提示，或是在教学

前实施自我解释策略训练以降低学习者进行自我解释的困难度。此两种方式如下：

(-)自我解释提示

为了帮助学生进行自我解释活动，Chi等人(1994)在生物循环系统的教学中，

以三种不同的提示要求学生在阅读的过程中进行自我解释。第一种提示为一般性

的自我解释教学，于阅读教材前实施。此提示以文字的方式，要求学生将阅读教

材时的心得、想法、疑问、学习策略、及文章所隐含的意义大声讲出来。第二种

提示为教材所提供的引导问题，为生物循环系统的功能性问题提示；这些问题置

于每页教材的最下方，学习者在进行完自发性的自我解释活动后，可以根据这些

引导问题，详细回答循环系统中各个构成要素的主要功能。第三种提示为实验人

员在学习者进行自我解释的过程中所给予的问题提示；由于学习者的自我解释可

能不够详尽或在自我解释活动的实施上遇到了阻碍，因此实验人员可以要求学习

者做进一步的解释或澄清。例如：“你刚刚讲的那句话是什么意思？你可不可以再

解释一下”、“你已经停顿很久了，请把你遇到的问题讲出来二

其研究结果显示，根据这三种提示，学习者在记忆人体循环系统的概念名词上有

不错的学习成效，此外对于各器官的运作原理及功能亦建构了相当完善的心智模型。

(二)自我解释策略训练

为了帮助学生进行自我解释活动，Bielaczyc,Pirolli和Brown(1995)在进行自

我解释活动前，将教材的呈现方式分成⑴文章⑵范例⑶文章及范例，等三种主要

类别，然后再根据各个类别进行自我解释策略的训练。

当教材纯粹以文章的形式呈现时，训练学习者找出文章中的主要概念并阐明

概念间的相互关系；此训练的目的在于促进学习者对文章的理解程度。当教材以

范例的形式呈现时，训练学习者确定范例的架构形式并找出范例的用意为何；此

训练的目的在于帮助学习者熟悉范例特征及潜在目的。当教材以文章及范例的形

式呈现时，训练学习者将文章中的概念连结至范例之中；此训练的目的在于提升学

习者对于范例的理解程度。

其研究结果显示：⑴接受自我解释策略训练的实验组在学习成就上显著优于

没有接受训练的控制组。⑵由于实验组有实施自我解释策略训练，因此在自我解

释策略的应用上较控制组来的优异。

3.高中生化学平衡迷思概念的调查研究

3.1研究方法

(-)对象：此实验的被试取自玉环县实验学校高二年级2个教学班的学生，

普通中学楚门中学高二年级2个教学班的学生，省级重点中学玉城中学高二年级3

个教学班的学生。共计高二年级7个教学班的学生，每班按42人抽样，共294人取

样进行测试。其中有效答卷282份。被试年龄分布为16-17周岁。被调查学生均已

学过化学平衡的相关知识。

(二)测查工具：

(1)自编《化学平衡问题迷思概念诊断测查》问卷。问卷编写参考台湾学者的

“高中学生应用勒沙特列原理判断化学平衡的迷思概念探讨”的研究成果，并结合

自己多年来的教学经验，针对学生易混淆、易出现“迷思”的问题编写而成的诊断

性试题。测试题均为选择题，测试时间为2004年10月中旬。测试题参见附录一。

(2)依据(1)设计访谈用的问题，以探知学生产生迷思概念的原因。访谈

问题参见附录二

(三)程序：普遍了解中学生的化学迷思概念，主要通过测试、访谈等的形

式完成，并将测试结果与数据进行分析。

3.2研究结果

本测验的形式为二段式选择题，第一段要求学生选出答案，第二段再针对第一

段的答案选出理由。测验试题设计是以固态、液态、气态三相彼此相互反应的化学

方程式为主，内容则探讨在浓度、压强、温度等条件下，学生应用勒沙特列原理判

断平衡移动时产生的迷思概念类型。根据测验的结果，逐题分析学生的作答：

一、下列例题各为独立系统，请指出是否为动态平衡状态，并请说明理由。

[]1.瓦斯炉上i锅沸腾的水。

⑴是⑵否

[]2.回答上题时，你所依据的理由是：

⑴蒸发速率等于凝结速率。

⑵水蒸气散发的能量等于瓦斯燃烧放出的能量。

⑶水一直在加热使得蒸发速率大于凝结速率。

⑷沸腾的水会激烈运动，一直消耗热量。

⑸平衡为密闭系统。

⑹其他：____________________________________________________________________

表37诊断测验--1、--2题各选项次数分配表(样本人数282人)

选项

(1)(2)(3)(4)(5)(6)合计

答玄(百分率)

是

22111059259

(%)(7.8)(3.9)(3.5)(1.8)(3.2)(0.7)(20.9)

否*131282268*1223

(%)(0.3)(1-1)(45.4)(7-8)(24.1)(0.3)(79.1)

未作答—

注：打*者为正确，以下同。

说明：

第一大题是为了了解学生对于动态平衡系统的判断，学生选项正确的所占人

数比率为79.1%；对于动态平衡的首要条件：在定温下且为密闭系统，学生持认同

的理由占24.1%。答否的同学中有45.4%所持理由为蒸发速率＞凝结速率，此概念

为正确，因为反应达平衡时正反应速率必等于逆反应速率。因此学生在此题中判

断动态平衡时能确切了解平衡条件：定温下、密闭系统及正反应速率等于逆反应速

率，所占比为69.5%(即45.4%+24.1%)o有5.0%(即3.9%+1.1%)同学以不正确的反

应当成正、逆反应，如水蒸气散发的能量等于瓦斯燃放出的能量。

[]3.定温下装有足量樟脑丸的密闭容器。

⑴是⑵否

[]4.回答上题时，你所依据的理由是：

⑴樟脑丸升华速率等于凝华速率。

⑵蒸脑丸被封在密闭容器中，不与潮湿空气作用，所以不会有汽化现象。

⑶樟脑丸会挥发，但挥发后的气体却不能变回樟脑丸。

⑷密闭容器中，物质不会扩散到外部，而保持平衡。

⑸在容器充满樟脑气体之前，樟脑丸会持续升华。

⑹其他：_________________________________________________________

表3-2诊断测验--3、--4题各选项次数分配表(样本人数282人)

弋7^选项

(1)(2)(3)(4)(5)(6)合计

答案、中分率)

是*6446125*72208

(%)(22.7)(1.4)(2.1)(44.3)(2.5)(0.7)(73.8)

否135511474

0

(%)(0.3)(1.1)(19.5)(0.3)(5)(26.2)

未作答—

说明:

本大题是为了解学生对于动态平衡系统的判断，学生选项正确的所