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科学与技术教育论文 小学生电学部分相异构想的调查研究

发布时间:2019-12-27 11:50
1. 问题的提出
随着基础教育的改革,小学科学教学也逐渐受到重视。许多研究发现,小学生天生 好奇心强,身边的事物让他们产生很多看法。这些看法不仅数量非常可观,而且都存在 一定程度的不可改变性,会对学生的后续学习产生深远的影响。所以,对儿童在正式学 习之前的已有认识进行深入探索非常有必要。小学生有关外界事物的了解常常以概念化 的样式出现,他们的已有概念包括了对物体与行迹的直接认识,经历的归纳以及升华。 引导小学生通过已有生活经历有步骤的形成科学概念,也是小学科学的主要教学目标之 —⑴。
当代认知建构主义理论提出,学习是学习者的已有认知结构和在环境中提炼的知觉 信息互相作用,以及自主意识建构的过程。学生已经获取的知识,积累的个人经验和思 维方式都会对学生的学习方式产生更为重要的影晌。拥有相异认知结构的个体在遇到同 —个外界信息时,有可能会产生不同认识。在物理教育领域,研究者和教师也发现在传 统教学中,教与学之间存在巨大差距,许多学生并没有真正理解一些最基本的物理概念 [2】。这就启示我们:在教学中必须重视小学生头脑里面的知识结构,同时了解小学生的已 有知识、经历状况和思维习惯,特别是要调查小学生在已存在的看法里面是否存在一些 不全面甚至错误的概念。原因是,小学生在认知结构中的错误概念一定会影响小学生正 5 角地认识并且理解相关的新知识和新概念,最终导致生成新的错误认识和错误概念。
在教学过程中发现,小学生在学习青岛版三年级下册科学第三单元“电的本领” 时,头脑中存在着很多影响学生学习的前概念。比如,部分小学生以为电池、导线、灯 泡一旦相连,不管连在哪里,灯泡都会发亮;电池的电量会使他们触电等。因此,调查 小学生在电路部分的相异构想,以及釆用哪些教学方法可以帮助学生把那些不全面甚至 错误的概念转变为科学的概念,是一个迫切需要解决的问题。
因此,深入研究小学生电路部分的相异构想,对小学生电路部分的学习起着至关重 要的作用。

2. 电学部分相异构想的已有研究 2.1国外相关研究
在国外,人们对电学前概念的研究主要集中在电学概念的模型、电学概念的分析与 电学概念转化的策略这几个方面。奥克斯(Oakes,1974)对大量有关学生对自然现象的解 释的研究进行了综述。杜伊特(Duit,1995)甚至认为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概念[3]。1985年,Rosalind Driver在《Children’s idea in Science》一书中也介绍到:电源(如电池)、用电器(如灯泡)是学生在开始接受正式 教育时头脑中就具有的观点,而且很多看法将会一直保存[4】。2001年,Harchamn Pardhan等人提出,在成人和学生的头脑中都会对电学前概念留有印象,但是如果试着去 运用就会有障碍,主要是因为他们并没有完全理解相关的概念或原理。HarcharatiPardhan 等人利用笔试、随机访问若干学生等形式对简单电路建立了 4种模型,(1)单极模型, (2)碰撞模型,(3)电流消耗模型,(4)科学模型。并且对电流又做了更深层次地研 究,发现有两种模型:(1)电流减小模型:这类模型是指电源可以存电流,电流又在流 经元件时慢慢被消耗掉。(2)电流分享模型:这种模型是假如元件相同,那么元件通过 分配流经的电流也相同。HarcharanPardhan等人得出结论,如果只是告诉学习者正确的模 型,是不能对学习者正确理解概念或者解释现象有所帮助的【5]。研究发现,欧洲5国的学 生在学习电学过程中遇到的困难具有一定的相似性,比如有关电流消耗的前概念普遍存 在理解偏差[6】
2.2国内相关研究
在上个世纪90年代,我国的学者们就已经对前科学概念的研究有所涉猎。早在1991 年,广西师大的罗星凯和江西师大的周中权老师就已经对前科学概念进行了探讨,并在 在江西师范大学报上发表了《学生头脑中的前科学概念研究》一文,重点研究了学生的 前概念的表现以及其在课堂教学中的作用,在探求拓宽执教方法方面进行了细致思考。
在我国,电学部分相异构想的研究大致包括导线、电池、灯泡这三种元件各起什么 作用;断路和短路概念;闭合电路;电流在三种电路中如何分配的;全局考虑问题的能 力等几方面。
1999年,河北师范大学的孟秀兰和鲁增贤研究分析了我国和美国学生在电路部分的 理解上存在的典型错误概念,还对他们在同一观点上一些错误概念进行了比较
2002年,潘江洪对广西师大外语实验学校和桂林五中没有学习电学的学生有关电路 的认识进行了调查,并总结了 4个模型:(1)单极模型;(2)碰撞电流模型;(3)消 耗电流模型;(4)恒定电流源糢型軋
2002年,相凤华等人釆取调查测试和个别学生访谈等方法测查了初中生有关简单电 路的认知情况。他们在河北某中等城市调查了两个初中班,在山东某中等城市调查了一 个初中班。题目旨在考察学生能否掌握如下5个方面的内容:是否了解使一个灯泡发光, 一定将灯泡连接在一个闭合电路中•,在由导线、电池、灯泡组成的简单电路中,这三种 元件分别起什么作用;断路和短路概念;电流如何在三种电路中分配;全局考虑问题的 能力。从测试和访谈的结果可以看出:初中生学习该部分知识时,他们能够熟练记忆有关 简单电路的电流、电压规律性的内容,同时也扎实地背过了对这些内容的表述[9]。初中生 在接触到真正的电学知识前,学生的头脑中只会有一些相关的电学常识。
2〇〇5年,朱喜香对初二学生的相关电学知识的问卷调查表明,初中生在接触到真正 的电学知识前,学生的头脑中只会有一些相关的电学常识,会指出电压、电流、电能等 概念的一些区别,并不能有效理解。更多的相关的错误概念是在以后的正式学习过程中 形成的,而且部分学生只是机械地记住了书本上的定义,并没有真正理解[iG]
2〇〇8年,姜圣国通过调查研究初三的三个班级发现,初中生大多认为“电能从电源 的正极流出”、“灯泡与正极离的近则会先亮,得到的电也会更多”等,其中48.9%的学 生认为正电荷是从电池的正极流出然后经过电器的消耗后回到电池的负极,还有认为电 的传输类似水在水管中流动的学生占35.9%[u】
2010年,石志敏,卢慕雅,徐力通过对初二年级学生进行前测、前测结果分析和个 别访谈发现,初中生有关串联电路的前概念表现在三方面:(1)越接近电源正极,流过 用电器的电流就越大;(2)离电池正极越远,用电器流过的电流就越小;(3)甲和乙 两个灯泡串联时,如果甲比较亮,那么经过甲的电流就大;如果乙较暗,那么流过乙的 电流就小
2011年,霍思含在新乡地区的各一所市重点中学、市普通中学与农村中学中,通过 对448位初三学生进行问卷调查以及个别访谈发现,对于简单电路的错误认知主要分布 在三个方面:对灯泡结构的外在认识:对短路的理解;认为电源是一个恒流源
2014年,郑挺谊调查发现,学生的思维主要是形象思维,他们经由图像和声音去认 识世界,而且经由表象去判断,极大程度地缺少辩证思维和对科学本质的认识。例如, 错误的认为灯不亮是因为没有电流通过
2. 3已有研究的不足与启示
国外已开发了比较成熟的电路部分相异构想的测试卷,可供我国借鉴,但由于文化 背景差异和教育方式不同,研究得到的结果并不完全适用于我国学生,因此电路部分相 异构想在我国的教学实践面临着诸多挑战。
我国对于这方面的研究主要关注点在初中生身上,而对于小学生这方面的研究则相 对比较欠缺,并且大多局限于学习者所具有的前概念,学习过程中由于教材使用不当或 教师不当教学引起的错误概念,以及学生自身感觉生成的谬误等方面的研究较少。
学习者的相异构想的本原可能会随着社会的发展进步和生活社会环境的变化产生相 应的改变。所以,以往的研究结论是否适用于当今也是急需考虑的一个问题。
因此,本研究将借鉴国内外d有研究成果,将小学生作为调查对象,研究他们关于 电路部分的相异构想。

 

3. 概念界定与研究设计
3.1概念界定 3.1.1相异构想
在阅读了很多有关概念和概念转变的文献之后,笔者发现研究者们会使用大量的不一 样名词来定义概念,例如较为常用的有“前概念(preconception) ”、“错误概念 (misconception) ”、“相异构想(alternative framework) ”、“概念框架(alternative framework) ” 等。
“相异构想”指学生头脑中已经存在且与科学知识或者认识不太一致的个人前概 念。这是有德瑞弗和依斯利(DriverEasley)提出来,当时他们将儿童关于“前概念”逐 渐形成的一些特殊的知识架构叫做“相异构想” [15】。北京师范大学的王磊提出它是“与 科学概念不一致的理解” [16]
3.1.2前概念
“前概念”有许多称谓,比如“孩子的概念”、“替代的概念”……“日常概 念”、“自发概念”则是来自月是前苏联心理学家维果斯基[17〗。它是指“未经专门教 学,在与他人进行日常交际或积累个人经验的过程中获得的概念” [18】。该“教学前概 念”指“在教学之前学生就已经持有的概念”【15】。杜伊特(R.Duit)把它分成了错误概念 和前概念,同时他指出错误概念即“学生在之前的正式学习中所产生的错误理解”,其 中前概念的含义与前面的相同顾明远老师提出,“前概念”是指未经专门教学,在 与他人进行日常交际与积累个人经验的过程中所获得的概念。前概念是前科学概念的简
概念是学生头脑中由感觉自动生成且一直存在的内容,因此,它非常顽固并且很难 更改。学生在学习新概念的过程中,可能会对新概念有排斥心理,这会对新概念的同化 吸收产生很大影响,并会给给正式的小学科学教学带来严重的阻碍,同时不利于小学科 学教育质量的提高。一个典型的表现是当学完科学概念及规律之后,小学生能够牢牢 背过科学概念、规律名称和表述,不过在他们解决某些应用过程中,仍然会不自觉地用 头脑中原有的概念和思维进行思考,导致错误的结果。以往传统的教学方法,常常只是 重点考虑学科自身的逻辑结构,对学生头脑中原先存在的各种前概念的研究还不够重 视,所以,并没有有效的转变小学生在电学部分的相异构想。
3.1. 3概念辨析
小学生在接触新的概念时,一定会不断生成许多新的科学概念和错误概念。所以, 小学生意识里存在的错误概念拥有种类繁多的反映样式,这些反映构建/特定的框架,
我们把它称为“相异构想”。
丄2研究设计 3.2.1研究目标
本部分试图寻求小学生意识里关于“电的本领”一章所包含电的常识的相异构想以及生 成相异构想的原因,发掘学生头脑中存在的典型相异构想并找到相关的问题,发现问题 后有针对性的提出教学建议,并结合对各阶段学生典型错误理解的分析,对小学生电学 概念的理解状况有个总体认识,由此改变小学生的相异构想,以帮助他们掌握正确的概 念,从而为小学生电学部分的教学提供参考依据。
3. 2. 2研究内容与方法
依据研究目的和具体的研究条件,本研究主要采用问卷调查法,了解小学生在学习 电学部分内容前后存在的相异构想,冉根据调查中出现分歧的典型题目,选取个别学生 进行访谈,深入了解其相异构想及其成因。
3.2. 3研究意义
电是人们生活和工作中常接触的一种能量来源,学生在日常生活中虽然经常使用, 但是电对小学生来说却还是存在着很多的神奇和奥秘。“电的本领”这一单元从小学生对各 种电器的了解切入,逐步引导小学生意识到电是生活和工作中常常接触的能量来源,从 而使他们乐于用学到的科学知识来改善我们的生活。对小学生在学习“电的本领”时产 生的各种相异构想进行调查,并试图去找到产生这些相异构想的原因,并结合教材中相 异构想的反映,从而改善或提高教学技能,是非常有意义的一个课题。

4. 问卷的编制与修订 4.1问卷初稿的形成
本研究基于青岛版三年级下册科学第三单元“电的本领”的教学内容以及《小学科学 课程标准》的要求,主要借鉴Paula Vetter Engelhardt and Robert J.Beichner开发的 DIRECT 1.0 (The Determining and Interpreting Resistive Electric Circuit Concepts Test) I 具,在力学概念测试(FCI)和运动学的理解图示测试(TUG-K)测量工具之后,它是被 开发用来测评学生对各类直流电阻电路的概念理解的程度的工具[19】。此外,还借鉴国内 外一些研究者的相关调查问卷。由于小学接触电学比较简单,结合小学科学电学部分的 课程标准,最终编制了包含3道题目的学前《小学生电学部分学习情况调查问卷A》和包 含4道题目的学后《小学生电学部分学习情况调查问卷B》。
对三年级学生(没有学过“电的本领”的学生)用问卷A调查,对四年级学生(学过 “电的本领”的学生)用问卷B调查。通过问卷来调查学过“电的本领”的学生以及没学过 “电的领”的学生分别有哪些相异构想,以及这些相异构想的产生原因。
4. 2试测及发现的问题
2016年10月在QS小学选取了三年级7班(尚未学习“电的本领”一章的学生)和 四年级6班(已学习过“电的本领”一章的学生)进行了调查问卷初稿的试测。收回的有效 问卷总共有109份,其中包含A卷53份,B卷56份。试题结果统计如下:
表1问卷A初测情况统计表(N=53)

题号 测试内容 学生答案
1 完整电路 有11份选B (正确),3份选BCDE, 5份选BCE,34
份选BDE
2 电流方向 w ^ ^
3 并联电路中的电 流 多数同学(39)认为灯的亮度一样,观点主要是灯泡型
号相同。
 
问卷A的题目存在如下3个方面问题:
 
 
(1) 第1题,只有选项部分,添加选择的原因可以挖掘小学生思考知识的情况。
(2) 第2题,学生被要求用箭头表示出电流方向,超出了小学三年级学生的理解范
围。
(3) 第3题,题意不清楚,表述不明确。
表2问卷B初测情况统计表(N=56)

题号 测试内容 学生答案
1 完整电路  
2 电流的方向 ^ ^ ^
3 串联电路中的j 电流 大部同学(43)认为A灯最亮(正确)。判断BC两 个灯泡谁亮度更大,17人觉得BC两个灯泡的亮度相同 (正确),26人觉得B灯泡比C灯泡更亮,包含下面 两种看法(1) B灯泡的电来源于电池正极(2) B灯泡 比C灯泡距电池更近。
4 并联电路中的 电流 连接方式发生了变化,但是学生的答案大体上与上一题
相同。
 
问卷B存在的问题是:
 
 
第2题让四年级学生直接写出电流方向的原因,超出理解范围,加设理由选项设 置,发掘思维过程。
4. 3问卷的修订
该调查是为测查小学生“电学”部分相异构想的反映,因此题目的设定就必须具有优良 的诊断性。因此试题包括两种题型:对于题目的选项与小学生的相异构想有很大关联的 题目,用选择题题型;而对于题目的选项与小学生的相异构想不能密切关联的题目,用

两诊断式题目。具体体现方式为:问题包涵情境设置和选项设置、理由设置,其中情境 设置和选项设置一起用来评测学生的已有常识;理由设置部分用以发掘学生的知识理解 情况,让学生自己填写其进行判断的原由。
通过两段式测试问题的理由部分,可以清楚地掌握学生对科学观念的了解情况。拥 有理由选项的两诊断式题目,还有特殊的功能,那就是可以判断问卷是不是有效,不需 要设置测谎题。
在物理课程与教学论方向的研究生导师指导下,与在校研究生对问卷内容进行了进 一步的交流和修订。
4.3.1学前测试卷A的修订
问卷A的题目设计为如下3个题目:
(1) 问卷A初稿的第1题,只有5个电路图作为选项,添加理由设置可以挖掘小学 生的知识理解情况。原题目如下:
A1.以下哪几种电路能使小灯泡发亮呢?(可多选)
 
 
A B C D E

修订后的题目是:

 
   
在下面四个电路中,所有小灯泡都可以发亮吗? 〇
A. 是的,都可以发亮,因为电池都可以为它们供电。
B. 不,abc可以发亮,d不能,因为d不是一个完整的电路。

C. 不,只有a可以发亮,其他连接方式不对。
D. 不,只有b可以发亮,其他连接方式不对。
E. 不,只有c可以发亮,其他连接方式不对。
F. 其他: 〇 (说明;若上
述答案都不对,可以把你的答案写在答题纸相应横线上。)
(2) 问卷A初稿的第2题,让学生自己用箭头画出电流的方向,超出了小学三年级 学生的理解范围。原题目如下:
A2.在上题你认为小灯泡能发亮的选项中,用箭头标出“电”流动的方向。
修订后的题目为:


 
 
 
 
 
 
你认为能使灯发光的“电”是怎样流动的?下面选项中用箭头表示“电”流动的方向,正 确的是()
你做出以上选择的理由是:
A. 电池上端放电,底端吸电。
B. 电池的上端、底端同时发电,并且“电”不会流回来。
C. 电池的底端没有“电”的流入或流出。
D. 电池的上端流出的“电”供给灯泡,灯泡就会亮,而且不再流回底端,一直将电耗
兀。
E. “电”从电池的底端流到上端,所以电池上端的“电”多,底端的“电”少。
F.  其他: 〇(说明:若上述原因
都不对,可以把你的答案写在答题纸相应横线上。)
(3) 问卷A初稿的第3题,题意不清楚,表述不明确。原题目如下:
A3.两间卧室装有相同型号的灯,打开一间卧室的灯和同时打开两间卧室的灯,亮度 —样吗?试着解释原因。
修改后的题目为:
3.三间卧室装有相同型号的灯,只打开一间卧室的灯a和同时打开两间卧室的灯bc,哪个灯最亮?( )试着解释原因。
Aa灯最亮 Bb灯最亮
Cc灯最亮 Dabc灯一样亮。

4.3. 2学后测试卷B的修订
问卷B存在的问题是:
问卷B第2题,让四年级学生直接写出电流方向的原因,超出理解范围,加设理由 选项设置,发掘思维过程。原题目如下:
2.在上题你画的电路连接图中,你认为“电”是怎样流动的?请你在上面的图中标出
来。你认为电之所以这样流动的原因是:
在上题你画的电路连接图中,你认为“电”是怎样流动的?请你在上面的图中标出来。 你认为电之所以这样流动的原因是()
A. 电池正极放电,负极吸电。
B. 电池的正负极同时发电,并且“电”不会流回来。
C. 电池的负极有“电”的流入或流出。
D. 电池的正极流出的“电”供给灯,灯就会亮,不再流回负极,最终将电用完。
E. 电池正极电流大,负极电流小,所以电流是从负极流向正极的。
F. 其他: 〇(说明:若上述原因都
不对,可以把你的答案写在答题纸相应横线上。)
4.3. 3两份问卷的结构与施测说明
针对上面所进行的分析,对测试题做/ /一些修订和完善。对问卷格式做/统一, 并对一些题目的选项等进行了一些变动,最后修订出《小学生电学部分学习情况调查问 卷A》(见附录1)和《小学生电学部分学习情况调查问卷B》(见附录2)。
调查问卷的测试内容及对应题目分布情况见表3。
表3问卷测试内容与对应题号

问卷测试内容 对应题号
i单电路连接方式的理解 1
对电流方向的理解 2
能否知道好泡亮度与连接方式有关 3、4
 
 
 
两份问卷中的每道问题只有一个正确答案。其中做对的记1分,不正确的不计分, 问卷的总分为3或4分。对于问卷中的选择题,采取两诊断式测试题型,第一段是选择 题,题目要求尽量选用小学生相对熟悉的情景。第二段是学生选出或自己写出做题的想 法或原因,或者他们觉得对的其他选项或原因,这样比较容易掌握学生的思维过程,目 的就是为了发觉学生在“电的本领”一章相异构想的表现以及产生原因,因此第二段的内容 不计算分数,仅供调查研究参考^
两份问卷在测试项目、问题数目、题目内容等方面尽量保持一致。对三年级学生 (没有学过“电的本领”的学生)用问卷A调查,对四年级学生(学过“电的本领”的学 生)用问卷B调查。通过N卷来测查学生学“电的本领”前和学“电的本领”后分别有哪些相 异构想,以及这些相异构想的产生原因。
问卷测试时间为20分钟。
4. 4问卷的信度与效度
重测信度指在一样的时侯利用一份测试内容面向相同群体施测两次,这两次测试 得分的一致性(用相关系数来表示)就是重测信度系数,它用来衡量一个测试的结果是 否可靠。我们分别于2017年2月21日和2月25日随机抽取S小学的三年级6班和四年 级5班各50人进行了修订问卷的测试,测试时间20分钟。
通过AB测试卷的作答数据,经过SPSS19.0统计软件分析,并且算出两次都有效 的测试题分数的皮尔逊积差相关系数,再用这个系数表示该问卷的重测信度,最后求得 。=0.791。依据心理测量学的要求,问卷信度分数大于0.7就可以接受,这样就能看出 本问卷的稳定性较好、重测信度较高,是可靠的。
效度即课题量表能够真实测出目标特征的有效程度[2Q。在调查过程中,即便问卷信 度很高,如果效度低下,那么该测试题也不能被采纳。所以,我们对本测试题的效度展 开了评估。
内容效度,指研究课题针对测试内容取样后的研究程度。一般来讲,调查问卷具有 较高的内容效度需具备2个方面(1)测试的内容范围划定,调查问卷的所有问题都应 该在划定的范筹之内。(2)所测试内容在划定的范筹之内且具有代表性。构成试卷的题 目选自有关文献中的测试题,大多已经过相关研究的验证,而且有的试题源自一线教师 多年的经验的积累,能够很好的反映学生可能出现的问题,在编制和修改的过程中得到 了导师、经验丰富的一线教师的指导和肯定,釆纳了他们的意见与建议,从而在一定程 度上保证了试卷的有效性。

5. 调查结果与分析 5.1样本选取与调查过程
本次调查选取的学校为山东省QS小学。该学校是本市具有较高教学水平的学 校,在科学教学方面,具有优越的硬件教学设备和教学环境。该校所有教室均配备多媒 体教学设施,并且有独立的图书室、实验室、科技室和探究实验室等。
为了方便抽样,釆取了整班抽取的方法,被测试班级没有地域性和层次性差异,可 以看作为平行班。由于考虑到小学生学习电学部分的具体时间、学生的具体情况和论文 的进展情况,本次选取的调查对象是尚未学习电学的三年级学生和已经学习电学的四年 级学生。
2016年2月,在S小学进行了正式调查。本次调查了三年级、四年级各10个班学 生,利用班会的时间,对以上两个级部的同学进行了测试,每个班的班主任负责组织调 查过程,发放和回收问卷。学生作答用时20分钟,收回问卷1016份,去掉无效问卷, 一共收回有效问卷938份。其中,三年级450份,四年级488份,具体情况见表4。
表4问卷回收数据统计

年级 三年级 四年级 总计
回收问卷(份) 489 527 1016
有效问卷(份) 450 488 938
 
 
 
5. 2调查结果与分析
为了更好的认识并且剖析小学生在学习电学时的相异构想,本调查对收上来的问卷 按年级做了分类整理,最后关于小学生的完成问卷情况做了详尽的统计汇总。
5. 2.1学习电学前的调查结果与分析 5.2.1.1对简单电路连接方式的理解
问卷A中第1题重点测查小学生在学习电路内容前是否已了解完整电路的结构,是 否清楚小灯泡的构造,以便教师知晓小学生关于通路以及简单电路的结构和连接方式的 前概念,进而釆用适当的方法进行教学。
表5和图2对第一题各选项作答情况做了详细统计。
表5第1题各选项作答情况(N=450)

题目设置 正确答案 各选项人数分布 正答率
A B C D F
1 E 72 180 37 36 32 20.7%
 
 
 
 
图2第1题各选项百分比分布图
 
通过第1题的作答数据发现,20.7%的小学生认识是正确的,大部分学生都认识到小 灯泡要发亮必须是一个循环的电路,而且连接小灯泡的导线一根接到侧面,一根接到底 部。如果像电路a或者bf将导线都接在小灯泡的侧面或者底部,是不会发亮的。与2位 答对的学生进行访谈,问他们是如何想到一根导线接到小灯泡底部,另一根导线接到小 灯泡侧面的? 一位同学说小灯泡的底部小就能接一根,另一位同学说,他阅读科普书的 时候见过。从他们的回答上可以看出来,虽然选对了,但是他们并不了解小灯泡的结 构。
选项B是错误率非常高的,有40.1%的同学选择此项。他们选B的原因基本是:小 灯泡的一端接到电源的正极,另一端接到电源的负极,小灯泡就能发亮。abc图中均 有两根导线分别连接到电池的正、负极,因而都组成了通路使小灯泡发亮。选B的同 学,认为只要通路就能使小灯泡发亮,然而对小灯泡的结构并不了解。另外,选CD 选项表明学生并不了解小灯泡的结构。有16%的小学生觉得是A,这些学生觉得这些电 路均可以使小灯泡发亮,这反映出他们不但不知道小灯泡的结构,而且还没有通路的概 念。这些学生的理由是电源产生了电,电便流进了灯,同时电也点亮了灯。还有的类推 家里的线路,以为一旦摸到家中的线路,便立即被电到,同时觉得只要小灯泡连接导 线,小灯泡便会发亮。
5. 2.1. 2对电流方向的理解
问卷A第2题重点测查小学生对电流方向的前概念,以及他们如何认识电源给小灯
泡的供电过程。对第2题各选项作答情况做了详细统计(见表6和图3)。
表6第2题各选项作答情况(N=450)

题目设置 正确答案 各选项人数分布 正答率
    A B D 30%
2 C 193 64 58  
 
 
 
 
B C(E 确) D
图3第2题各选项百分比分布图
 
调查发现,该题的正答率为30%,学生大致认为电从正极流经小灯泡,又从小灯泡 流回负极,便组成了一个循环。也有的学生认为是电池正极放电,负极吸电所造成的。 通过对回答正确的一些学生进行访谈,发现部分学生在阅读科普书时掌握了该概念。
还有13%的同学选D,原因大体上是电源的负极并没有电的流入和流出,也有的学 生认为电源的正极流出的电直接供给小灯泡,小灯泡发亮而且电将不会流回负极,一直 将电池的电用尽。该观点和HarcharanPardhan(2001年)等提出的“单极模型”的观点是一致 的。也有43%的同学选A,这部分学生认为,电同时从电池的正、负极流出来,即电池 的正、负极给小灯泡同时供电,并且电流将不会流回电池。BC电路,电池的电是用 不完的。该观点和HarcharanPaoihan(2001年)等通过笔试、开放式问题访谈以及学生活动 观察研究发现的“碰撞模型”,还有潘江洪(2002年)调查广西师范大学外语实验学校和桂林 五中的学生对电路的认识时归纳的“碰撞电流模型”的观念是一样的。电源正极的正电荷以 及负极的负电荷,将同时到达灯丝进行碰撞进而产生了电。电点亮了灯丝即小灯泡亮 了,电源里的电也便慢慢的被耗尽了。
5. 2.1. 3对灯泡亮度与电路连接方式关系的认识
问卷A第3题重点考察学习电路知识前,小学生是否了解小灯泡的亮度与连接方式 有关。对第3题的各选项作答情况进行了详细统计(见表7和图4)。


题目设置 正确答案 各选项人数分布 正答率
    B C D  
3 A 38 34 252 28%
表7第3题各选项作答情况(N=450)

 

 
 

图4第3题各选项百分比分布图
调查发现,本题的正答率为28%。通过访问部分答对的同学,发现他们认为电路中 只有一个小灯泡时,供给的电量足,没有谁平分电量。有56%的小学生认为三个灯泡一 样亮,理由是灯泡的型号一样,他们并不知道小灯泡的亮度与连接方式有关。
5. 2. 2学习电学后的调査结果与分析
5. 2.1.1对简单电路连接方式的理解


 
 
问卷B第1题与问卷A第1题是同一测查点。对第1题四年级学生作答情况进行了 详细的统计(如表8和表9所示)。

表9第1题学生作答情况(N-488)

题目设置 正确答案 各选项人数分布 正答率 j
B C D E 20%
1 A 60 66 202 41
 
 
 
通过对电学的正式学习,该题仍然只有20%学生选对。但是正式学习之后小学生画 出前三个电路的人数却増加到46%,这足以说明经过电学部分的学习,小学生就已经有 /通路的观念,并且/解后面的两个电路不会使小灯泡发亮。但是,对小灯泡的结构+ 了解导致导线都画在小灯泡底部或者螺旋壁的人数增加,错误率升高。
5. 2. 2.2对电流方向的理解
对问卷B第2题学生作答情况做了详细统计(如表10和表11所示)。
102题学生答案编码
 
为了方便统计,同样将答案做了编号。
 
表11第2题各选项作答情况(N=488)

题目设置 正确答案 各选项人数分布 正答率
B C D 33%
2 A 234 35 58
 
 
 
从学生的作答情况可以看出,48%的同学认为电是同时从电池的正、负极流出来,也 就是说,电池的正、负极给小灯泡同时供电,电将不会流回电池。也有33%的学生觉 得,电是从正极先流经小灯泡,又回到负极的。这样构成了一个循环。还有12%的学生 觉得,电源的负极并不存在电的流入和流出。有的学生觉得从电池的正极出来的电流经 小灯泡并使它发亮,电将不会回到电池负极,一直将电池的电用尽。
5.1. 2. 3对灯泡亮度与电路连接方式关系的认识
对第3题的作答情况进行详细统计,发现大部分同学(330人,约占67.6%)认为A 灯最亮,即给出正确答案,学生的解释大致是当电路中只有一个小灯泡时,没有分担电 量,亮度最亮。在判断BC灯泡谁亮度大这一点上,选择BC灯泡的亮度相同(正 确)的有246人,约占50.4%;认为B灯泡比C灯泡更亮的有78人,约占16%,对此的 解释主要包含以下2种:(1) B灯泡是由电池正极供电;(2) B灯泡比C灯泡更接近 电源。
虽然第4题的连接方式与第3题不同,但是学生的作答情况基本一致,可见,小学 生对电路的很多概念是比较模糊的。
5.3小学生电学部分相异构想的典型表现
5.3.1学习前电学部分相异构想的典型表现
依据上述统计结果,以及随机非正式访谈的若干名同学发现,小学生在学习电学部 分前关于电路内容主要有以下4个方面的相异构想的典型表现:
(1) 对小灯泡的结构不了解
有些学生认为只要小灯泡和电源一极相连,小灯泡就能发亮,还有的认为只要小灯 泡通过两根导线与电池的正、负极相连,它便能发光。可见,小学生是不了解小灯泡结 构的。
(2) 没有通路的概念
有些同学认为四幅电路图都能使小灯泡发亮,这反映出他们不仅不知道小灯泡的结 构,而且也没有通路的概念。他们认为电池产生了电,就有电流进了灯,电就能把灯点 亮了。也有的学习者与自己家中的线路做类推,以为一旦摸到家中的线路立即被电到, 也相应的以为只要小灯泡连接导线,小灯泡马上发亮。
(3) 电池的负极没有电的流入和流出
调查问卷第2题,有13%的同学选D,解释大致是电池的负极没有电的流入和流 出。也有的学生觉得电从电池的正极流经小灯泡,小灯泡就亮了,同时电不会回到负 极,一直把电池的电耗完。这和前一道题目里那些觉得只要用一根导线就可以使小灯泡 发亮的被测者的想法相差无几。
(4) 不知道小灯泡亮度与连接方式有关
调查问卷第3题,56%的学生觉得三个灯一样亮,原因是灯的型号相同,不知道小灯 泡亮度与连接方式有关。
5. 3. 2学习后电学部分相异构想的典型表现
由如上的调查数据和对部分学生的访谈发现,学生在学习电学知识后关于电路部分 典型相异构想主要表现在以下4个方面:
(1) 学生对小灯泡结构的不完全了解
三年级问卷调查的第1题同四年级问卷调査的第1题是同一测查点,小学生在学习 电学之前就已经有20%的学生选择了正确答案,然而在进行了正式学习电学之后仍然只 有20%的学生选对。不过学完“电的本领”这一单元之后觉得abc三幅电路图全都会 使小灯泡发亮的学生由40%升高到46%,可以看出经过“电的本领”这一单元的学习, 小学生就已经有了通路的想法,而且明确d电路中小灯泡不会发亮a不过,小学生对小 灯泡结构的不了解,导致了选E选项的人数増加,错误率升高。
(2) 电池的正、负极同时供电
有些同学认为电是同时从电池的正、负极流出来,即电池的正、负极给小灯泡同时 供电,这样电不再回到电池。这和HarcharanPardhan(2001年)等由笔试、开放式问题访谈 与学生活动观察研究发现的“碰撞模型”,以及潘江洪(2002年)调查广西师范大学外语实验 学校和桂林五中的学生对电路的认识时归纳的“碰撞电流模型”的观念是一样的。电池正极 的正电荷与负极的负电荷,将同时流经灯丝处进行碰撞,然后就产生了电。电点亮了灯 丝且小灯泡就会亮了,电池里的电也会慢慢地的被用尽。
(3) 导线的距离影响电流的人小
有些小学生觉得导线的长短影响电流的大小,即便是没有觉得B灯最亮的同学,大 多数也有这样的看法。
(4) 电力、电量、电流、电压混为一谈
调查问卷的第4题,有32.7%的同学认为A灯泡最亮,原因是只有一个A灯泡,不 会平分电量即供给的电量足,因此,一个灯接在电源上比两个灯接在电源上更亮。三年 级和四年级的小学生往往想当然地去选择电流的大小,还不能从电压和电阻制约电流方 面来判断电流。
5.2. 3学前与学后小学生电学部分相异构想的比较
通过对学前与学后小学生关于电路相异构想的典型表现可以看出,学生的知识结构 从模糊到清晰,并且掌握了一些电路相关量的概念,能用学习到的内容分析和解决遇到 的问题,并且能够提出一些相关的问题,增强了学生的好奇心,提高了学生的自主创新 的能力。
学生的知识结构和思维方式是通过日常生活的各种渠道逐步形成的,他们往往与科 学的概念和思维方式大相径庭。所以,经学生自主修正、重新学习后的知识往往是新知 识与旧知识、科学的思维方式与原有的思维方式相互混杂,由此衍生出各种形形色色的 与科学相关的相异构想。
6. 讨论与建议
通过调査分析可以看出,小学生在简单电路的连接方式,小灯泡的结构,电流的方 向,以及灯泡的亮度是否与连接方式有关普遍存在相异构想。以已有的研究结果作为前 提,结合问卷调查和非正式访谈的结果,将造成电学部分相异构想的原因分为了生活因 素,学校因素和个人因素3个方面。
6.1小学生电学部分相异构想的成因
6.1,1生活因素
6.1.1.1日常生活经验的影响
通过前面的调查研究我们可以看出,小学生在学习电学时经常会站在自己的角度, 由自己的感性经验和认识等来建构概念。那些由小学生的生活经历所获得的概念有些时 候是不全面的或者不正确的。由于从生活经验中获得的时间比较长,这些经验并不会因 为学生习得了新知识就消失,往往是二者共同存在于学生头脑当中。学生的问题在日常 教学中会慢慢的显现出来。小学生往往用学到的科学知识来解释书本上的问题或者熟悉 的场景,却用相异构想来解释生活现象与陌生问题。比如调查问卷B的第3题,两个灯 泡BC串联,认为B灯泡较亮的学生,同时也认为流过B灯泡的电流比较大。平时这 一部分学生就觉得灯泡越亮电流就越大。总之,日常生活经验的影响是小学生生成相异 构想的一个要素。
6.1. L 2生活语言的不严谨
例如,人们在生活中常常这样说,灯泡亮就说明流经它的电流较大。这实际上需要 具体的情境,也就是说有一定的前提条件。但小学生常常片面理解,只是记住了结论。
6.1. 2学校因素
6.1. 2.1教师忽视学生的原有概念
当代认知建构主义理论指出,学习是指学习者已有的认知结构和从外界获得的认识互 相作用并自觉进行有意义的建构。学生原有的知识、生活经验和思维方式在自己的认知 过程中占据非常显要的地位。教学过程中,教师不仅应该重视学生头脑内部固有的认知 结构,更应该掌握学生的原有知识、经验状况和思维方式,尤其是要掌握学习者原先观 念中那些不全面或者存在偏差的观念。
不过在实际的教学中,一些教师几乎没有了解学生前概念的意识,有些教师虽然注意 到了这一点,却常常忽略小学生本来的相异构想,不会采取适当方法加以引导和转变。 他们把学生的头脑当作了一个空盒子,讲解概念时通常直接讲授新概念,先给出定义,
接着是逻辑推理,最后再举例分析,并且认为只要这样就可以把“真理”灌进小学生的脑子 里了。教师只是重视把自己脑子中已经很熟练的正确的想法告诉学生,可能在当时学生 是听到了,也去试图记住了。不过,由于老师没有考虑小学生头脑中原先的相异构想, 也没有想办法去转变小学生的相异构想,过不了多久,学生原有的错误观念又成了主 流,学生就很自然的把老师讲授的东西丢的一干二净,最终还是拿原来对概念的理解和 认识去解决问题,这肯定是要出问题的。这样老师的教授过程在一定程度上就失去了意 义,也使得教学后学生的大部分相异构想仍然存在。所以,老师看重小学生相异构想是 非常有必要的,还要多聆听学生私下的看法以及思考学生持有看法的来源。以此为依 据,结合生动有趣的事例和实验,采用丰富的教学方法,帮助学生建立科学概念。
6.1. 2. 2采取不恰当的教学方法
教师是学习的指引者,在帮助小学生的概念理解方面扮演着不可或缺的角色。在教 学活动中,如果教师采用不恰当的教学方法,不仅不利于转变小学生头脑中原有的错误 理解,还会导致学生形成新的错误理解。在传统的教学模式下,小学生已经习惯了知识 的单纯接受和记忆以及在同样情景下的知识原封不动地被使用,这就使小学生的学习变 得机械化,将不能迁移与缺乏灵活性,最终导致小学生在现实生活情境的问题解决中能 力不商。
6.1.3个人因素
6.1. 3.1粗略的观察和错误的想象
小学生头脑中的固有概往往以粗略的观察、不正确的想象为基础。小学生在将要 正式学习某一科学概念时,对已经观察过、接触过的科学现象处于感觉阶段,常常是不 准确的。他们在这样的基础上,再经过内化逐步转变为错误的认知。比如,调查问卷的 第1题,关于小灯泡的结构的认识。他们认为有导线连接小灯泡,不管是几根,也不管 接在小灯泡的什么位置上,小灯泡都发亮。
6* 1.3. 2学生的思维发展水平
对科学概念的学习要以相应的思维能力作基础,小学生对有关电学的概念的理解, 在一定程度上就要受小学生思维发展水平的限制。当面对相对比较新颖,数量比较多, 概念比较复杂、比较抽象的电学概念时,小学生往往在这些概念的理解以及相异构想的 转变方面有很大困难。。
6.1. 3.3直觉和想象
小学生不会正确剖析一些生活现象,并且在总结现象定论时,仅能靠直觉和想象进 行判断,从而形成相异构想。比如,调查问卷A的第2题,在对电流方向进行判断时,
有部分学生认为电是同时从电池的正、负极流出来,也就是说电源的正、负极给小灯泡 同时供电,最终电将不会流回电池。
6. L 3. 4进行不恰当的类比
类比是科学推理的非常重要的方法之一,同时人们也用这种思维方式了解事物、做 出判断。小学生在接受一些科学概念时,进行类比也许可以获得较大的进展,然而如果 进行的不恰当,就非常有可能获得不正确的结论。例如,小学生把电流类比作水流,他 们认为电会像水一样流动,即从一边流到另一边。调查问卷B第3题,一部分小学生以 为离电池较近的地方,灯泡较亮。很明显这是受到了靠水源越近的地方,水流越大的影 响。
6. 2转变小学生电学部分相异构想的教学建议
由以上的调查研究发现,传统的教学方法比较难以改变小学生在电学部分的相异构 想。因此,本研究利用问卷,借鉴有关研究者的研究案例,衔接小学生在电学部分相异 构想的特点以及原因,提出了转变小学生电学部分相异构想的交流激活式教学建议[21]
6.2.1全面探査学生的相异构想,提高课堂针对性
教师进行科学教育的基础和前提是掌握小学生已经具有的观念和思维习惯。要想组织 高效的小学科学概念教学,教师首先一定要发现和重视学生的已有的科学知识、思维习 惯和相关想法,并且理清楚这些对小学生理解新知识将会造成什么样的困难和影响,并 且由此进行教学设计以及采取有效的教学策略,使小学生暴露他们的各种错误观点并个 个击破,最终帮助他们组建正确的认知结构。
6.2. 2设计开放式课堂,引发思维冲突
在教学活动中,教师要导入一些贴近小学生的生活情境以及需要他们探讨的问题, 不少教学实践证明,只要课堂学习环境适宜、主题设置和引导得当,低龄学生完全可以 开展理论性探究[22]。当小学生用自己的看法去解决这些问题时,时常激发矛盾,即栢异 构想与常识观念两者生出了严重的分歧。当小学生头脑内部已有的概念框架不能解决 时,冲突便会促使小学生自动放弃原来的概念。学习活动在模拟生活的情境中开展,可 以碰撞小学生的思维冲突并且生成科学的概念。
6. 2. 2.1发挥科学实验的作用
加强小学科学的实验教学可以弥补学生感性认识的贫乏,使学生能在实验中增强对 有关电学的感性认识,也要重视描述实验现象与分析实验结果,以及从中找到实验规 律,以免使得小学生的感性认识不充分,进一步生成相异构想。例如电路单元的起始课 是让学生了解并学会简单电路的连接方法。既然学生在脑海里对电路有最初的“印 象”,于是教师为每位同学准备了一节电池,一根导线,一个小电珠,让他们带着自己 的前概念随意的摆弄。两个要求:一是让小电珠亮起来,二是不论小电珠亮否,都将连 接图画下来。学生们拿到材料后兴致勃勃地动起手来,可是几分钟过去了,没有一个人 成功,都未能让电流形成通路,他们不知道导线应该怎么与电珠和电池相连。心急的同 学不断向教师打听正确的连法,教师故意置之不理。偶尔,有个同学的小电珠亮了,大 家都异常兴奋,走下座位去学习连法,接着一声声“亮了,亮了”不断在教室中响起, 同学们更是兴奋地频频展示他们的成果。至此教师再带领同学们回过头来看自己所记录 下的连接图,为什么新的连接方法可以使小电珠亮起来,关键在什么地方。
6.2. 2.2发挥多媒体的优势
要极全面利用多媒体的优势,为电学部分教学创设有效学习的条件,最大限度地 把抽象的概念形象化。这就要求教师要为学习者的学习创设具体形象的学习情境,例如 在认识小灯泡的时候,根据课件中小灯泡的解剖结构图,学生很容易就指出电流从一个 接点进入,通过灯丝从另一个接点流出。学生组装简单电路后,通过制作、演示Flash动 画,来演示电流的方向等。
6.2. 2. 3小组合作,交流探究
一些前概念能通过观察、实验等方法进行探究以获得科学概念,但是有些是无法操 作的,所以让小学生在小组合作中充分交流探究也是行之有效的方法。在小组交流的时 候,学生可以听到与自己不同的见解,以便于他们从不同的角度去了解事物。因此,在 课堂活动时,应该更多的促进师生评价,生生评价。小组进行探究活动,是学生重要的 学习探究方式。例如,我对于分组重新进行划定。除了对于按照学生的位置进行分组依 据之外,我还更加注重按照学生在小组的作用进行划分。将一些在小组中活动不积极的 学生从新进行分配,将一些活动不好的小组拆开,分别分入其他的小组。这样不但可以 培养学生进行学习的能力,同时学生在学习的时候就较少的出现混乱。
6.2.3促进学生思考
科学课一定要体现出科学的本质,即对自然现象、人类的思维和研究方法的高层次 总结。因此,小学科学课的探究务必要突显出科学“概念”。当思维成为小学科学学习过程 的中心时,就可以促使教学超越教材和教学目标划定的界线,进而搭建起学生的思想世 界。如果没有这种超越和构建,那么教学就可能永远停留在别人的脚印之后。小学科学 学习的重要性一般在于“产生结果的过程的重要性”。小学科学的教学更需要超越往常的单 纯知识、技能和方法的教学模式,启发小学生的科学精神和科学思维,让小学生沿着科 学的道路去追求科学的真知。将“确保小学生完成实验操作并且得到实验现象”作为教学过 程的全部,一定会忽略对小学生思维的敏锐性、科学性的促进,小学生的科学认识思维 的发展也势必会被埋没在一串串没有思维碰撞的活动中。例如“让更多的灯泡亮起来” 这节课的设计,教学可以从“点亮一个灯泡”到“让两个灯泡亮起来”,再到课后的延 伸让更多的小灯泡5个6个亮起来,以问题作为思维的线索,促进学生思考动脑,激发 学生方法的多样性,思维的开阔性。
氐2. 4重新定位教师角色
在一般情况下,小学科学教学提倡以探究为主。按照发现问题、猜想、实验、验 证、汇报结果等流程安排教学过程(当然也可以是其中的几个环节)。其中最重要的是 教师要有探究的意识,在学生自主思考和得出答案之前不要直接告诉学生答案。老师要 做到尽可能地引发小学生的积极性,充分相信他们的自主能力,以便让他们自己去发现 并解决问题。交流探究将一直是小学科学课堂的主体活动,同时它也是小学的科学课堂 要达成的任务与主题。由此可见,我们教师一定要有清醒的认识,并保证科学探究始终 贯穿整个教学过程。进行小学的科学探究时,老师一定要有效组织学生参与交流,让小 学生在自主交流中掌握知识,凸显学生的主体地位,进而促进小学生形成良好的科学素 养。
6.2.5 “学而时习”,促进科学概念的内化
小学科学课堂也需要“学而时习”,既对常识概念的吸收有帮助,又对常识概念的理 解有帮助,最终增强小学生对常识概念的消化吸收。在一节科学课的开始阶段,可以适 当的对上几节课的科学概念进行复习,在一节课的结束阶段,也可以利用各种形式对本 节课或本单元的科学概念进行练习。例如,在“灯亮了”一课的教学中,我们可以在这节课 的最后阶段设计几个选择题,依据教学时间的实际情况进行练习,以达到让学生在练习 中促进科学概念的内化。

7.研究结论及有待进一步研究的问题
7. 研究结论及有待进一步研究的问题 7.1研究的结论
调查研究发现,关于简单电路部分,学习电学知识前小学生存在的典型相异构想主要 表现在以下4个方面(1)对小灯泡的结构不了解;(2)没有通路的概念;(3)电池 的负极没有电的流入和流出;(4)不知道小灯泡亮度与连接方式有关。
学习电学知识后小学生关于电路部分的典型相异构想主要表现在以下4个方面: (1)学生对小灯泡结构的不了解;(2)电池的正、负极同时供电;(3)导线的距离影 响电流的大小;(4)电力、电量、电流、电压混为一谈。
结合问卷调查结果和非正式访谈的结果,把小学生形成相异构想的原因总结为以下3 点:(1)生活因素:①日常生活经验的影晌,②生活语言的不严谨;(2)学校因素: ①教师忽视学生的原有概念,②釆取不恰当的教学方法,• (3)个人因素.•①粗略的观察
和错误的想象,②学生的思维发展水平,③直觉和想象,④进行不恰当的类比。
7. 2研究不足及有待进一步研究的问题
首先,调查问卷往往要经过反复修订,本人编制的调查问卷虽借鉴了国内外学者的 部分研究成果,但不可必免的会有考虑不够细致,调查范围不够全面等问题,不可能彻 底调查学生在电路部分的相异构想,这在后续研究中有待于继续完善。
其次,对于转变小学生关于电路部分相异构想的教学方法给出了一些建议,这些建 议还有待接受教学实践的检验d
再者,研究过程比较仓促,加上本人能力所限,对于调查结果的分析以及相异构想 成因的讨论还比较表面化,缺少深入分析,这将导致研究结果欠缺一定的说服力。在以 后的教学工作中,本人将会继续深入细致的进行这方面的研究。

 

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