1、中學物理概念教學中的概念轉變中學物理概念教學中的概念轉變浙江師范大學課程與教學研究所浙江師范大學課程與教學研究所 蔡鐵權蔡鐵權 教學有兩個主要的立足點教學有兩個主要的立足點：教學內容和學生已有認識（前概念）。而這其中，學生實際的、已有的認識是我們教學的真正起點，也是我們選擇教學策略的依據(jù)。 前概念基本上包含以下幾方面含義： 學生在學習前就存在著對物理事件的個人認識； 學生的個人認識是其知識框架的一部分，是學習新 知識、解決新問題的基礎； 學生的前概念雖然可能是錯誤的，但對于解決日常問題十分有效，這也是為什么學生不愿意放棄前概念的原因之一； 學生物理概念的形成與科學家的研究過程是一致 的，因此必

2、須重視學生的認識過程。 一、概念轉變的物理教學概述學者及其提出有關前概念用語一覽表學者及其提出有關前概念用語一覽表 “迷思概念”是指學生在接受正規(guī)的教育之前，對于自然界的一些現(xiàn)象已有自己的想法，這是其自行所發(fā)展出來的概念，是不同于科學家的科學概念的。 迷思概念的特征：1、不完備性不完備性 2 2、個人性、個人性3 3、頑固性、頑固性4 4、情境性、情境性5 5、普遍性、普遍性6 6、歷史相似性、歷史相似性 1. 不完備性不完備性l臺灣學者鐘圣校（1993）以訪談法對未上過及已上過電動機單元的學生進行調查，并比較學前、學后對此單元的認識，發(fā)現(xiàn)皆有迷思概念，唯內容和程度不同。在各類迷思概念的訪談資

3、料中，可發(fā)現(xiàn)大量的受訪者，其回答不夠完整，且這種不完整，不是表達力的問題，而是對問題的思考不周全，以致說出的概念也失之片面或零碎。l對于迷思概念的不完備性，很多學者也表示了類似的看法。有學者指出迷思概念有別于同領域專家的看法，如Fisher（1986），郭重吉（1989），邱弘毅（1998）。他們指出迷思概念常常是不周全、片面、或是零碎的。學生具有的迷思概念往往不是體系完整的知識架構；對于同一個概念，學生常常出現(xiàn)不周全、甚至相互矛盾的想法。 2. 個人性個人性 Driver等人曾指出迷思概念有個人性（personal），個人遭遇相同的事件，接受相同內容的教學，個體會產生不同的解釋，以自己的方式

4、來內化經驗，建構出自己的定義。 鐘圣校也指出，許多迷思概念是相當特別的，屬個人特有，是學生將信息內化，用自己的經驗來建構事物的意義。 裘維鈺（1995）綜合了Driver等人的看法，認為迷思概念具有個人性，學生以自己的方法來內化他們的經驗，建構屬于自己的意義，而這些個人的想法會影響獲得信息的方法。3. 頑固性頑固性l雖然有些迷思概念很容易經過教學或簡單的解說，就得到改變，但有些迷思概念，雖經過教學時教師提出大量的證據(jù)或費許多口舌講解，仍然一再出現(xiàn)，讓學者不得不承認其根深蒂固的存在事實。l其他學者，如Fisher(1985)認為許多迷思概念拒絕改變，至少在傳統(tǒng)教學方法下是不行的，正是這一特性，導

5、致許多學者研究有效的方法來改變學生的迷思概念。lDriver等人(1985)也指出，迷思概念很難被改變，兒童常以自我的意識來詮釋學習到的觀念，并且加以強化自我的信念，甚至在教學之后，仍不會修正或改變其原本的想法。lNovak（1988）和 Wandersee等人（1994）也認為以傳統(tǒng)的教學策略，迷思概念非常頑強且不易消失。l林楷植（2002）通過研究也發(fā)現(xiàn)迷思概念用傳統(tǒng)的教學策略是不易改變的。 4. 情境性lTytler(1998)的研究指出，在大氣壓力的科學概念中，認為學生利用具有多重的概念來了解現(xiàn)象，而多重概念是以情境的特征形成。l裘維鈺（1995）指出迷思概念具有變易性：常前后不一致，

6、有時同樣的問題，因其所處的情境不同，學生往往會有不同的解釋。l邱照麟（2000）研究指出，迷思概念具有不穩(wěn)定性，因學科知識的不足或思考問題不夠周詳，同一問題在不同的情境中，會出現(xiàn)相互矛盾的想法。 5. 普遍性普遍性l迷思概念在教學歷程中的變化，可從統(tǒng)計教學前、中、后三段，迷思概念出現(xiàn)率消長的情形得知。但可發(fā)現(xiàn)某些迷思概念確實普遍性較高。綜觀全球各地可發(fā)現(xiàn)許多一樣的迷思概念。lFisher(1975)的研究也指出，單一或少數(shù)的迷思概念具有普遍性。Wandersee等人（1994）認為，學習者帶進正式科學課程的迷思概念跨越年齡、能力、性別和文化藩籬。l郭重吉（1989）綜合各學者關于迷思概念的看法

7、，認為，迷思概念具有同時存在不同個體的普遍性。邱照麟（1998）也指出，某些迷思概念卻是相當普遍化的，不管年齡、文化、或是性別等的不同，都具有相同的迷思概念。 6. 歷史相似性歷史相似性l關于迷思概念的特性，F(xiàn)isher(1975)提出，有些迷思概念具有其歷史背景，即可能來自同一領域中在早期被接受的觀點。lWandersee等人（1994）總結了以往關于迷思概念的研究，指出，今日學生的迷思概念和前代科學家對自然現(xiàn)象的解釋非常相似。雖然沒有足夠證據(jù)顯示學生在學習科學概念上重蹈覆轍，但研究者建議科學史可被用來鼓勵和幫助學生發(fā)現(xiàn)自己概念上的弱點。l郭重吉（1989）表示了類似的看法，他認為，迷思概念

8、可能是在同一領域中，早期所能被接受的想法。l裘維鈺（1995）也認為，概念發(fā)展類似于科學史的演進：有些迷思概念具有歷史淵源，即在早期的時候，該學科領域的專家也持有和今日學生相同的迷思概念。 迷思概念產生的原因：迷思概念產生的原因： 1、個人因素 （1）日常的觀察與經驗 （2）原有知識的不足 2、社會文化因素 （1）文化語言 （2）社會互動 3、教師與教科書因素 （1）教師因素 （2）教科書因素1. 個人因素個人因素l（1 1）日常的觀察與經驗）日常的觀察與經驗 迷思概念可能起因于學生企圖去理解每天日常生活中的經驗，透過此理解的過程，學生會發(fā)展自發(fā)的概念，其中也會包括某些迷思概念。例如Erick

9、son和Triberghien(1989)的研究中，認為用手摸到爐子、燈泡、熱的物體等經驗，幾乎所有年齡的兒童都會認為是“熱的移動”（movement of heat），熱將會從一物體移到另一物體，這種熱是物質的概念，常被兒童用來解釋上述的這些現(xiàn)象；Lewis和Linn的研究里，學生在熱平衡的概念上，他們會認為金屬在熱的環(huán)境里，金屬會比外在的環(huán)境更熱，相反地，若是金屬在較冷的環(huán)境里，金屬會比外在的環(huán)境更冷，雖然他們知道物體會和環(huán)境達成相同的溫度，但是日常經驗卻不是如此的結果。Osborne, Bell和Gilbert(1983)認為學習者易以個人為中心或是以人類為中心來看事物，只考慮事物的本質

10、，并且直接從日常生活經驗來建構知識。 lAusubel(1968)有意義學習理論認為，“要使學生達到有意義的學習，必須先由學生所知教起”，了解學生所知，必先了解學生在學習概念或知識前，可能已存在一些有別于科學家的想法或概念。學生原有的想法可能成為學習的阻礙，因為學生在學習時，是以其先入為主的觀點來解釋所見所聞，因此他們所得的結論和解釋很可能會和教師或課本所要教的不同。由此可見，學生原有知識的不足很可能引發(fā)其迷思概念的產生。 （2 2）原有知識的不足）原有知識的不足2. 社會文化因素l （1 1）文化語言）文化語言 除了與物理環(huán)境的接觸外，學生也可能會從他們生活的社會環(huán)除了與物理環(huán)境的接觸外，學

11、生也可能會從他們生活的社會環(huán)境中獲得一些迷思概念。因為他們所使用的語言、文化的信念與他境中獲得一些迷思概念。因為他們所使用的語言、文化的信念與他人的互動，也是迷思概念主要的來源。我們的日常用語保留了許多人的互動，也是迷思概念主要的來源。我們的日常用語保留了許多概念，數(shù)百年來這些概念在科學里就被認為是過時的。例如，概念，數(shù)百年來這些概念在科學里就被認為是過時的。例如，“太太陽升起來了陽升起來了”說明了太陽在天空中的行經，而非說明了太陽在天空中的行經，而非“現(xiàn)代現(xiàn)代”觀點的地觀點的地球相對太陽運轉。換言之，文法上的構造導致這般的思想，因為在球相對太陽運轉。換言之，文法上的構造導致這般的思想，因為在

12、某些方面而言，它反應了邏輯結構。因此很多語言的建構并未能符某些方面而言，它反應了邏輯結構。因此很多語言的建構并未能符合現(xiàn)今的科學知識。合現(xiàn)今的科學知識。 l（2 2）社會互動）社會互動 在日常生活中，與朋友、父母和其他人的交往談話中，學生舍取了零星的科學知識和另有概念。其他信息來源如媒體，也提供了科學知識，雖然這種科學知識，由科學家觀點來看并不一定正確。這類的概念來源也許比教室上課的影響力大，因為上物理課時間只有幾小時，而其他時間，學生則面對各種的來源刺激。由此，學生在與社會互動過程中產生迷思概念，因為他們會傾向于簡化科學概念，而使得他們更易了解這個社會。 3. 3. 教師與教科書因素l （1

13、）教師因素 有許多研究指出，教師是迷思概念的來源。教師有可能在教學過程中有錯誤的詮釋，缺乏科學知識的本質的了解，或是企圖簡化概念，而來提供對于概念描述，教師對兒童迷思概念缺乏察覺心及興趣、教師認為講述時只要涵蓋概念，學生就能理解學會。教師過多使用講述法，如此都可能使學生產生迷思概念。 物理概念的形成，是有階段性的。一個物理概念不可能一次到位。 l（2 2）教科書因素）教科書因素 教科書亦是學生迷思概念的來源之一，Summers(1983)分析一些教科書對于熱的定義，發(fā)現(xiàn)在不同的教科書中對于熱有不同定義的方式，但似乎都會困擾學生，使學生獲得不同熱的概念，例如常把熱與內能混在一起，或把熱當作熱質的

14、理論。因此，Summers建議應該把heat改為heating，因為heating屬于一種過程，熱量是一個過程量。當物體的內能改變時，則會導致物體溫度的改變。 教師與教科書設計者應多留心學生的概念，在課程上應呈現(xiàn)多樣的概念形態(tài)。 l概念轉變的含義 概念轉變一般被定義為現(xiàn)有概念的轉變（如，信念，觀念或思維的方式）。現(xiàn)有知識或信念的轉變或重構是概念轉變與其他學習方式的區(qū)別。在概念轉變情形下，現(xiàn)有概念得到了根本的轉變甚至被取代，成為學生用來解決問題、解釋現(xiàn)象和在他們學習活動中的概念框架。 概念轉變可以理解為，學習過程中新、舊經驗相互作用的過程，是新經驗對已有經驗的改造與重構過程。建構主義學習理論 在

15、皮亞杰的“個人建構”理論和維果斯基的“社會建構”等理論的基礎上，建構主義學習理論得以發(fā)展。20世紀80年代以來，建構主義學習理論在科學教學領域中逐漸流行起來，形成科學教育全面革新的一股主要力量。人們普遍認為，建構主義代表了當代科學教學的“范式轉變”。建構主義促使人們對科學知識、科學學習和科學教學的本質進行了重新認識，由此導致了科學知識觀、科學學習觀和科學教學觀的深刻變化。 l概念轉變的理論依據(jù)概念轉變的理論依據(jù)主要流派主要流派主要內涵主要內涵1.激進建構主義知識是由認知主體積極建構的，建構是通過新舊經驗的互動實現(xiàn)的；認知的功能是適應，它應有助于主體對經驗世界的組織2.社會建構主義將群體放在個體

16、之前，將人與人之間的關系置于首位；個人建構的、獨立的主觀意義和理論只有與社會和物理世界“相適應”時，才有可能得到發(fā)展；強調意義的社會建構、學習的社會情境，強調社會互動、協(xié)作與活動等3.社會文化認知觀點人的心理功能是處于文化、歷史和制度情境之中；關注學習的社會方面，更注重對一定的社會文化、背景中知識與學習的研究，并將不同的社會實踐視為知識的來源；提倡在真實的情景中通過對專家活動的觀察、模仿進行主動的/認知學徒式的學習主要流派主要流派主要內涵主要內涵4.信息加工建構主義堅持信息加工論的基本范型，但反對信息加工論中的客觀主義傳統(tǒng)；認為知識是由主體積極建構的，外來信息與已知知識之間存在雙向的/反復的相

17、互作用，但不同意知識是對經驗世界的適應。這一流派也稱為弱的建構主義或折中的建構主義5.社會建構論將社會置于個體之上；真實性/經驗是依靠對話的方法建構起來的，對話是形成新意義的心理工具，應成為關注的中心；知識根本不存在于個體內部，而是屬于社會的，是以文本形成呈現(xiàn)的，每一個人都以自己的方式解釋文本的意義6.控制論系統(tǒng)觀強調認識主體不是旁觀者，而是置身于行為之中的主動的觀察者和反省型的參與者；特別重視不同觀察者之間存在復雜的互動關系，重視對包括提問方式、看與聽的方式在內的各種循環(huán)過程的再認識；重視交互的、協(xié)作的學習方式 建構主義知識觀：建構主義知識觀： 建構主義者一般強調，知識不是對現(xiàn)實的純粹客觀的

18、反 映，任何一種傳載知識的符號系統(tǒng)也不是絕對真實的表征。它只是一種解釋、一種假設，它并不是問題的最終答案，相反，它會隨著人類的進步而不斷地被否認，并隨之出現(xiàn)新的假設；而且，知識并不能精確地概括世界的法則 。 按照這種觀點，課本知識只是一種關于各種現(xiàn)象的較為可靠的假設，而不是解釋現(xiàn)實的“模板”。科學知識包含真理性，但不是絕對正確的最終答案，它只是對現(xiàn)實的一種更可能正確的解釋。另外，知識在各種情況下應用并不是簡單套用，具體情境總有自己的特異性，所以，學習知識不能滿足于教條式的掌握，而是需要不斷深化，把握它在具體情境中的復雜變化，使學習走向“思維中的具體”。 建構主義學習觀：建構主義學習觀： 建構主

19、義認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。因此，建構主義學習觀認為，學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己主動建構知識的過 程。建構必有基礎，基礎就是每一個人原有的知識和經驗，這就是知識的生長點，也可以說知識是通過新舊經驗的相互作用“生長”出來的。 學習的結果在于意義的獲得，對新信息形成自己的理解。學習不只是印入信息，而是調動、綜合、重組甚至改造頭腦中已有的知識經驗，對所接受到的信息進行解釋，生成了個人的意義或者說自己的理解。 建構主義教學觀：建構主義教學觀：

20、在教學中，教師不僅要讓學習者知道什么，更可貴的是要讓學習者感受到什么；知識的意義不能直接傳遞，對知識的情感就更不能傳遞了。教師不只是關注如何呈現(xiàn)、講解、演示信息，更重要的是，要創(chuàng)設一定的情境，促進學生自己主動建構知識的意義，時刻關注、了解、探知學生頭腦中對知識意義的真實建構過程，并適時提供適當?shù)墓膭睢⑤o導、提示、點撥、幫助、支持，進一步促進學生的建構活動。 圖1 魚就是魚 這個故事之于我們的課堂教學，往往在課堂上我們以為我們已傳達了一種信息，以為學生已經理解了的時候，實際卻并不是這么一回事。因為學生是憑自己先前的認識來理解的。 如果忽視學生的前概念，他們的理解會與教師的期望有很大差別，而許多關

21、鍵性的科學概念他們就無法形成。 Ausubel在其最有影響的著作教育心理學:一種認知觀(1968年再版)的扉頁上寫道：“如果我不得不把教育心理學的所有內容簡約成一條原理的話，我會說：影響學習的最重要的因素是學生已知的內容。弄清了這一點后，進行相應的教學。” 1.概念轉變的條件概念轉變的條件 在面對新、舊概念沖突時，在何種條件下學習者才會轉變已有概念呢？對此，波斯納等提出了概念轉變的四個條件： 對現(xiàn)有概念的不滿（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）概念轉變的條件

22、與影響因素概念轉變的條件與影響因素2.2.概念轉變的影響因素概念轉變的影響因素 反例(anomalies)：不滿足的主要來源就是在概念生態(tài)中，必須有反例存在； 類比或隱喻(analogies and metaphors)：類比與隱喻可以提供新的觀念，使得新的概念變得可理解； 認識論信念(epistemological commitments)：大多數(shù)的知識領域都具有判斷何者為成功解釋的標準； 形而上的信念與概念(metaphysical beliefs and concepts)：在科學觀念里，關于宇宙具有秩序、對稱，或是不混亂的信念，通常在科學工作時決定了新概念應該被接受或是丟棄； 其他的知

23、識(other knowledge)：新的概念必須要比在其他領域的知識，或是競爭的概念，具有更多發(fā)展的前途。 3.3.概念轉變的方式與途徑概念轉變的方式與途徑（1）概念轉變的方式 豐富 該模式首先按已有認知結構的改變方式將概念轉變類型稱之為“豐富”。指在現(xiàn)存的概念結構中概念的增加或刪除。人們在生活中獲得的大量知識充實著他們原有的知識。充實的另一種形式包括對現(xiàn)存概念結構的區(qū)分、合并以及增加層級組織。總之，這一途徑涉及到原有概念結構的量的擴展（enlargement）。 重建 重建意味著創(chuàng)造新結構，這種新結構的建構或者為了解釋舊的信息，或者為了說明新信息。心理學家對不同的重建類型作了區(qū)分。其一是區(qū)

24、分弱勢（weak）與根本（radical）重建。 （2 2）概念轉變的途徑）概念轉變的途徑 連續(xù)途徑 連續(xù)途徑試圖避開在不連續(xù)途徑中的基本的重建的需要，其概念轉變開始于同科學概念一致的學生原有概念結構或是對已有概念的重新解釋。在第一種情況中，其要點是概念的變更和目標概念的協(xié)調是逐步發(fā)展起來的。在涉及科學概念和原理的解釋時，并不是任何情況下都必需從學生建構的概念開始的。它也可能開始于某些問題領域中部分知識的類比，這一問題領域中的科學內容的結構與性質已被闡明。在第二種情況中，“重新解釋”策略稍有不同。與之類似的是雖然它也是從學生的原有概念開始，但對它已用新的方式作出了解釋。 不連續(xù)途徑不連續(xù)途徑

25、不連續(xù)途徑的顯著特點是學生已有概念與科學概念是完全不同的。在不連續(xù)途徑中，認知沖突（connitive conflict）策略起關鍵作用。認知沖突主要有以下三種：首先，認知沖突產生于學生的預測同其經驗結果相反時；其次，認知沖突產生于學生的觀點與教師不一致時；再次，認知沖突產生于學生之間的不同觀念的碰撞中。 4.4.概念轉變的教學過程概念轉變的教學過程 Lee和Kwon使用認知沖突過程的模式來解釋當學生學習時面臨到反例時認知上所面臨到的沖突、沖擊的過程。這個模式有三個階段：初步的階段（preliminary stage）、沖突階段(conflict stage)和解決階段(resolution

26、stage)。（1）初步階段（preliminary stage） 初步階段是發(fā)生在認知沖突之前的階段和包括學習者相信自己所擁有的概念與反例（即教師用來使學生覺察原有概念有其局限性的數(shù)學例子或想法）都為真的階段。換言之，當教學者察覺到學習者另有概念時，教學者企圖使用反例來使學習者產生認知沖突，然而學習者認為教學者所用的反例與他所擁有的另有概念并不會抵觸或是兩者可相安無事的存在。所以初步階段是尚未察覺到反例與迷思概念不能相容的階段。 （2）沖突階段）沖突階段(conflict stage) 在這認知沖突過程的模式中，沖突過程被定義為： 學習者察覺到反例與原有概念有所差異； 學習者在解決認知沖突時

27、所表現(xiàn)出的是感到興趣還是焦慮； 重新評價沖突情境。 換言之，當察覺到既有概念有其局限時，學習者思索為何如此，當然有些使人覺得驚奇，有些則讓人感到驚訝，接著學習者評價所面臨的情況。在這些階段過后或是這些階段同時，他評量自己的認知沖突情境后決定是要繼續(xù)下去以解決沖突或是停止下來逃離沖 突。 （3）解決階段）解決階段 在解決問題階段，學習者將嘗試用任何方法去解決認知沖突。解決沖突的反應可以當作一種內在反應來表示。學習者的反應包含由Chinn和Brewer(1998)所提起的：例如忽略反例的存在（ignoring）、否認反例（rejecting）、不確定（uncertainty）、排斥反例（exclu

28、sion）、將反例擱置一旁（abeyance）、重新詮釋反例（reinterpretation）、外圍理論的改變（peripheral theory change）和理論的改變（theory change）。 根據(jù)以上分析，概念轉變的教學過程可概括為以下三個階段：探測認知結構，了解已有概念；引發(fā)認知沖突，解構迷思概念；解決認知沖突，建構科學概念。 概念轉變的教學過程三、概念轉變的教學策略三、概念轉變的教學策略（一）探測認知結構：了解前概念探測認知結構：了解前概念 1、探測認知結構的工具與方法探測策略探測方式學習者是否需額外訓練回答技巧可否了解概念間之關聯(lián)性大量施測可能性其他特性診斷式的傳統(tǒng)測驗

29、題（選擇題）紙筆測驗否否高便于量化資料，通用于大量施測。診斷式的傳統(tǒng)測驗題（問答題）紙筆測驗否是低可讓學習者自由發(fā)表想法。概念圖法紙筆測驗是是低容易展現(xiàn)概念間關系。訪談法訪談否是低可深入了解學習者概念情況。關系圖法紙筆測驗是是低可發(fā)展概念間關系。Vee圖紙筆測驗是是低可探索學習者概念的理解情況。二階段式測驗（第一階段選擇，第二階段問答）紙筆測驗否是低可了解學習者概念脈絡。二階段式測驗（二階段皆為選擇）紙筆測驗否是高可了解學習者概念脈絡，且便于量化資料。DOE訪談紙筆測驗否是低可看出學習者概念轉變、保留的情況。（2）探測認知結構的概念圖分析結構比較 大小測量作用點是不存在于存在于比如比如比空氣重

30、比空氣輕比如比如重量 天平重力重心物體中心太空重量 宇航員失重蘋果下落豎直向下豎直向上鉛球氫氣球圖3 學生概念圖圖4 豐富的概念圖3、訪談 明茨基（Mintzes J.J.），萬達西（Wandersee J.H.）和諾瓦克把訪談方式分為： 理解程度訪談工具概念的認知與定義事例訪談概念的應用預測訪談、序列訪談、問題解決訪談因果的解釋序列訪談4、二段式診斷測驗 二段式診斷測驗每一題都包含兩個部分，第一部分針對題目可能的結果（單一選擇題）作答后，緊接著對第二部分針對理由作答（單一選擇題），一般在第二部分理由中會安排“其他”的選項供受試者自由填答 二段式測試實例二段式測試實例 （A）將A、B兩個電阻不

31、同（RARB）的燈泡與電池串聯(lián)，形成通路，如圖所示，若IA是流經A燈泡的電流，IB是流經B燈泡的電流，請問IA與IB的大小關系為（ ） A. IA IB B. IA = IB C. IA IB（B）：你選擇上述答案的理由是（ ）A. 電流被A燈泡消耗掉，所以流到B燈泡時會變小B. 電流被B燈泡消耗掉，所以流到A燈泡時會變小C. 因為B的電阻小，所以B燈泡的電流比較大D. 因為A的電阻大，所以A燈泡的電流比較大E. 電流是電荷的移動，而電荷是守恒的，因此電流不變 F. 電流是電能的移動，而能量是守恒的，因此電流不變 （二）引發(fā)認知沖突：解構迷思概念引發(fā)認知沖突：解構迷思概念 1.合作學習（1）正

32、式合作學習的實施方法 學生小組成績分工法 切塊拼接法 小組調查法 小組輔助個別學習法 小組游戲競賽法 共學式 （2）非正式合作學習（3）辯論2.探究性實驗探究性實驗的實施： 提出問題 進行猜想和假設 實驗驗證（三）解決認知沖突：建構科學概念（三）解決認知沖突：建構科學概念 1.類比類比教學的模式：一般類比教學模式 類比模式的教學 FAR導引模式 類比橋模式 多重類比模式 學生產生類比模式 故事性類比模式 以實例為基礎的推論模式 一般類比教學模式：一般類比教學模式：這一模式包含九個步驟：這一模式包含九個步驟：評價學生類比推理能力，以及處理視覺影像或認知復雜需求工作的能力等相關特質。評價學生的原有

33、知識以決定類比是否有幫助。班級討論、臨床訪談或問卷作答均可達此目的。分析某主題學習的材料以決定是否已含有類比。倘若沒有，教師可另行建構新的類比或找尋恰當?shù)念惐取Ｒ罁?jù)類比是否為學生所熟悉、類比的復雜程度、其與目標類比相關的特質，進而評斷類比的恰當性。建議在正式教學前，可以不同教學策略進行教學，并以少數(shù)學生測試這些類比的可行性。依據(jù)學生的特質來決定類比的特征。如此一來，可協(xié)助教師決定使用一個實物模式的必要性與類比的具體性。選擇教學的策略以及教學的媒體。可由下列三種策略中選擇一種：學生自我發(fā)展、引導式教學或解釋性教學。另外的選擇則包含教學媒體的運用，例如教師以書寫、口語、錄音帶、電視、幻燈片、示范、

34、游戲、操作模型、圖片和圖形來教學。呈現(xiàn)類比的方式包含下列步驟：介紹目標概念、介紹類比、將類比與目標物連接呈現(xiàn)相似性的特質，并從最顯著的特質開始，利用轉移的語句呈現(xiàn)類比與目標物中不相關的屬性，最后再討論不相關的屬性。評價學生的學習成就，以了解學生對于某主題概念的知識特質，并診斷出使用類比可能造成學生哪些迷思概念的產生。在評價此模式的每一步驟后加以修改，以決定是否需要額外的討論、其他替代類比或不同的教學策略。 類比模式的教學類比模式的教學 ：分為六個部分：目標概念的介紹；回憶類比概念；找出目標物與類比間的相似特質；標出相似的特質；依據(jù)概念得出結論；指出哪些類比物之特質與目標物的不同。 FAR導引模

35、式導引模式 ：使用類比教學應該分別注意聚焦（focus）、行動（action）、反思（reflection）三個面向，簡稱FAR 。類比橋模式類比橋模式 ：教學模式如下：呈現(xiàn)錨類比（anchoring analogy）；呈現(xiàn)目標物，并與錨類比物來進行比較；提供類比橋，并輔以小組討論來加強學生思考，藉以拉近錨類比與目標物的差異；提供可以解釋現(xiàn)象的機制的解釋模式，讓目標物對學生更具有意義。 類比橋模式案例類比橋模式案例 學生在接受“靜止在桌面上的書將受到桌子施與書的力”的概念上有困難。為了使這樣的宣稱達到合理，教師請學生想象書在彈簧上的情形。這能讓學生注意到彈簧真的施了力給書本。然而，學生可能仍然

36、拒絕接受桌子和彈簧的類比。在這里，介紹書放在有彈性的桌子作為中間過渡步驟（架橋的例子）。學生于是能看到此情形類似于將書放在彈簧上，或者是將書放在桌子上（目標物）。多重類比模式多重類比模式 ： 類比常會過度簡化概念的復雜性“簡化性偏差”，當老師在教授復雜的目標概念時為了防止這種偏差的產生，因此提出多重類比模式（Multiple Analogies Model），藉以彌補單一類比的缺失。此外，許多科學的概念在描述或是解釋時，都需要依賴多重的模式。因此，在這種多重類比的教學模式里，主要是包括有計劃性的和連續(xù)性的類比，每一個類比物建立于前一個之上，以連續(xù)精致化的過程提供一個自我更正的機制，來降低產生非

37、預期的迷思概念的可能性。 多重類比模式案例多重類比模式案例 Spiro等人提供用來解釋肌肉纖維功能的五個類比和圖形。每個類比分別表達某些概念，同時也漏掉其他概念。第一個用來解釋這種機制的類比是類比劃槳手。這個類比擁有下列幾個與目標物概念相似的特性：產生力的創(chuàng)造：小臂；施力者運動的特性：往前、往后、擊打；有許多個別的施力者。然而這種類比可能會誤導人，因為它：產生力的構造；劃槳手動作可能是混亂的；忽略整體的運動；忽略物體與寬度的關系。 第二個類比是：類比在同船中相面對的劃船者。這個類比表達動作可能拉某物到中間（水中），但是它忽略了可拉物體到中間的構造（問題是槳是滑過水面的）。第三個類比是類比螺旋扣

38、（turnbuckle），這將增強以下的想法：不用改變拉東西的長度，就可以將物體拉至中央；縮短是有限的。但是它遺漏了以下的觀念：跨越橋梁（cross-bridges）；個別的施力者；在延伸長度限度的缺失。 學生產生類比模式學生產生類比模式 ： 這個教學模式包含呈現(xiàn)給學生一個新的主題或狀況，其中顯示一系列的科學概念，同時要求學生針對特定的現(xiàn)象提出解釋。教師作為資源提供者，學生參與的工作可分成三步驟，而同時進展到第四步驟前必須重復前三步驟： 解釋現(xiàn)象； 建立他們自己的類比，得以較深入地理解該現(xiàn)象； 運用類比于該現(xiàn)象，并且找出其間的相似和相異性；參與課程討論，以討論在解釋現(xiàn)象中所使用的建議類 比的恰

39、當程度。 此過程導致不斷地發(fā)展出一套套的解釋和類比。 學生產生類比模式案例學生產生類比模式案例l雖然這個例子是從研究里擷取出來的，但是所使用的教學方式是很相似的。教師呈現(xiàn)三個大氣壓力現(xiàn)象的活塞/圓筒的裝置；當活塞推進手指封住的管口的管柱時，要移動活塞的力就要增加（加壓）；當活塞被拉出手指依然封住的管口時，需要的力也要增加（減壓）；當活塞被推和拉之后，放開活塞，它將會回到最初的位置（回復）。l教師請學生解釋這三個他們剛剛所觀察的現(xiàn)象。稍后教師請學生發(fā)展自己的類比來改善他們對現(xiàn)象的了解。當他們創(chuàng)造了自己的類比后，學生被要求描述他們的類比跟所觀察的現(xiàn)象是如何相似。接著，他們也被要求指出自己的類比跟所

40、觀察現(xiàn)象不一樣的地方。這個過程重復幾次后，將引發(fā)一系列類比和解釋的改進，更能引發(fā)造成許多討論與修正所提出的類比/解釋的模型。 故事性類比模式故事性類比模式 l此類比是以故事方式來進行教學。 l隱含下列幾個特點：選擇熟悉的事物；發(fā)展多個連接圖；探索其間的相關性；建立在學生的直覺和原有知識上。 故事性類比案例故事性類比案例 在進行類比教學時，教師構建了一個故事，是一些在教室的學生到附近的湖邊進行假想之旅。作為開展故事的向導，教師常常在目標概念（地殼的運動：地區(qū)上的地質改變）跟故事的事件（學生乘船的事件）來來回回，并且藉由關鍵性的問題與使用圖片來讓學生參與活動。 讓我們假設Jenny在達令湖（Lak

41、e Darling）邊，而她就坐在船里（畫在圖片里）所以Jenny在船里，而船浮在水上。我們就可以將這個情境當作一個比喻，地殼浮在地函上。地殼就像船，而水就像地函。接著我們假設當Jenny在湖邊散步，遇到認識的人：Candy、Mike和Danny，并邀請他們與她同游。當其他三個人進入這艘船會怎樣？（它會沉）這艘船會沉到底。你覺得呢？假設Jenny的船可坐四個人，那我們要注意到當船里坐一個人跟四個人有什么不同？這個船將會沉到水面較低處 以實例為基礎的推論模式以實例為基礎的推論模式 ： 此模式提供學生機會去學習以及給予問題，讓學生依據(jù)其過去的經驗、同伴或專家的經驗，設計解決的方法，進而解決問題。經

42、由提供學生有用的例子，學生被鼓勵“設計有用的類比推論，找出爭論的議題，并且注意它如何形成漸進的概念，同時預測自己形成方法的效度”。l案例：案例： 學生藉由設計不同輕重物體的下落來學習自由落體運動規(guī)律。2、模型模型的建構：假說 唯象模型 近似 簡化 示教性模型 類比 理想實驗 （1） 假說假說 這是由對某種現(xiàn)象的試探性的解釋所構成的，它們的作者相信它們很可能或者肯定是真的。Ptolemy的宇宙模型，后來被放棄了。Copernicus的宇宙模型，現(xiàn)在還認為基本上是正確的。廣義相對論的宇宙模型，現(xiàn)在下結論還為時尚早。 原子的模型，從J.J.Thomson到Rutherford到Bohr模型，以及量子

43、力學對它的改進。宇宙演化的大爆炸的假說，都可以歸入這一類。 （2）唯象模型（）唯象模型（“表現(xiàn)得像是表現(xiàn)得像是”） 在科學發(fā)展過程中，會看到一些物理現(xiàn)象可以用某種機制來解釋，但是沒有足夠的證據(jù)使我們確信那就是正確的解釋。盡管一時還無法做出抉擇，但用模型來描述可能是很有用的，這可以理清一些關系，并揭示一些進一步的應用或實驗。如熱學中的燃素、Maxwell表述電磁場方程時提出的以太等。 今天粒子物理中的一些模型、超導物理模型等等。（3）近似（某些東西很小或很大）近似（某些東西很小或很大） 科學中很多方程很少具有容易處理的精確解，所以只好求助于近似方法或數(shù)值解。如果問題中含有多個變量，或是我們對可能

44、解的全貌感興趣，數(shù)值計算就會變得非常繁復。在這些情況下一個有效的辦法就是利用近似。如光線、線性響應、理想氣體、原子的殼層模型等。 在取近似的過程中，通常并不能對所取近似的適當性作出嚴格的證明，即不能對由于忽略高次項而引起的誤差給出確定的界限。而有經驗的物理學家通常能夠估計主要誤差的所在并能夠檢驗它們的可能效應。 （4）簡化（為了明晰而略去某些特點）簡化（為了明晰而略去某些特點） 人們在科學中遇到的許多情況，初看起來顯得十分復雜，而隨后通過考察略去某些復雜性質的一種簡化模型，將會大大有助于人們對情況的了解。如Van der Waals氣體、原子核殼層模型、光學模型、布朗運動模型等等。 （5）示教

45、性模型（非定量證明但卻提供見識）示教性模型（非定量證明但卻提供見識） 有時，比真實描述走得更遠，并且達到更大簡化的做法是必要的或是有益的，與此同時卻仍然保留著與真實狀況充分的相似性，足以有助于我們理解它的某些特質。如多電子原子的Bohr模型，平均自由程、理想Bose氣體、液滴模型，強子的袋模型等。 （6）類比（僅有某些共同點）類比（僅有某些共同點） 有的時候，通過研究一個比較簡單的體系來了解一個科學體系的某些情況是必要的或方便的；那個簡單體系不一定在一切本質方面都和所研究的科學體系相似，但卻具有它的典型特點。Rutherford研究原子的結構時就以太陽系作類比進行說明。又如點陣氣體、核力的He

46、isenberg模型等。 （7）理想實驗（主要是要證偽一種可能性）理想實驗（主要是要證偽一種可能性） 這是一種可能的實驗盡管做起來可能不很方便或者不很現(xiàn)實，但是并不違反任何已知的物理定律。如Carnot循環(huán)、Maxwell妖等。這種模型的共同點是，通過創(chuàng)造更簡單的、我們在直覺上更容易接受的事態(tài)，以此作為走向對實際事態(tài)合理理解的中間步驟，從而起到幫助我們更清楚地思考物理問題的作用。 當前由于計算機強大的數(shù)值計算和模擬功能，可以利用計算機設計構建模型。如混沌同步控制、彈簧擺，布魯塞爾振子模型等，大大地擴展了模型的概念和為模型的構建提供了強大的手段。 運用運用“模型模型”方法構建方法構建“分子間有空

47、隙分子間有空隙”的概念轉變教學案例的概念轉變教學案例 l教材分析教材分析 這部分內容是在分子層面上學習物質的構成，讓學生初步建立分子觀和分子運動觀。分子是個微觀的概念，分子肉眼看不見，摸不著，要理解分子確實存在、分子是不停地運動的、分子之間有空隙這些內容，對學生來講是個難點。分子是微觀層面的概念，只能通過宏觀的變化現(xiàn)象來認識，因此運用“模型”方法構建“分子間有空隙”的概念。l教學策略選擇教學策略選擇 教學中安排模型教學，使學生的認識層層遞進。讓學生知道分子之間存在空隙，并能舉例說明分子之間有空隙。l3、教學過程、教學過程 問題：在知道了“分子是構成物質的粒子”之后，同學們認為小小的分子是如何排

48、列而組成物質的呢？ （1）模型建立）模型建立 教師實驗：芝麻和黃豆混合實驗教師實驗：芝麻和黃豆混合實驗在量筒中先倒入黃豆，再倒入芝麻。記下黃豆和芝麻的總體積：_厘米3將量筒反復搖晃幾次，使它們充分混合，記下總體積：_厘米3發(fā)現(xiàn)：芝麻和黃豆混合后的總體積_(大于、小于、等于)混合前的體積之和。問題：如何解釋這個現(xiàn)象？學生：因為_進入了_中去了。問題：為什么會這樣呢？學生：因為芝麻進入黃豆和黃豆之間的空隙內。問題：也就是說大家看到黃豆與芝麻混合后的總體積的減小跟什么有關？學生：兩種顆粒之間存在空隙有關。問題：通過這個模型的演示，你能提出什么假設？學生：由兩種不同的分子構成的物質混合后，由于分子之間

49、有空隙，物體體積將減小。 l（2）模型應用）模型應用 問題：做了這個實驗后，對解決前面提出的問題有沒有啟發(fā)？能不能利用所給的儀器（試管等）和藥品（酒精和水）驗證前面的假設（由兩種不同的分子構成的物質混合后，物質體積將減小）。 學生思考并提出觀點:（一般學生都能想到讓酒精和水混合，看充分混合后的總體積有否變化）。 學生實驗：酒精和紅墨水混合實驗學生實驗：酒精和紅墨水混合實驗l實驗步驟：在試管中注入水（約1/3，染紅），再沿試管壁緩慢注入與水的體積相近體積的酒精，用筆在液面處做個記號。對酒精和水進行振蕩，使水和酒精混合均勻，觀察液面的變化情況、發(fā)現(xiàn)：_解釋：_問題：觀察到什么現(xiàn)象？學生：混合液的體積小于水和酒精的體積之和。結論：由兩種不同的分子構成的物質混合后，物質體積將減小。問題：能否運用“芝麻和黃豆混合模型”，結合實驗解釋此現(xiàn)象？學生：水和酒精的分子之間有空隙，所以水和酒精分子相互進入到彼此的空隙之中，導致混合后物質總體積減小。 5.概念轉變的教學模式nDO五步教學模式nNN三步教學模式nOF四階段教學模式n5E教學模式n學習環(huán)教學模式（1）DO五步教學模式l定向：教師運用實際的活動、實際問題、教師的示范、影片等方式，引起學生的學習興趣。l引出學生