课题研究:高中化学新课程开展概念转变教学策略的实践研究

高中化学新课程开展概念转变教学策略的实践研究 

   一、课题的现实背景及意义

   在进行教学活动时，不论是教师还是学生，头脑里并不是一片空白，他们在以往的教学实践或日常生活中，已经形成了对教学诸多问题的思维方式和基本看法。我们把这种在接受正规的科学教育之前形成的概念称为“前科学概念”，简称“前概念”。当“前概念”与科学概念的含义一致(即朴素概念)时，有助于学生理解与掌握科学概念而当学生已形成的前概念偏离科学概念( “迷思概念” 即misconception)时，则可能对学生正确掌握科学概念、形成科学认识造成一定的障碍。实践证明，学生的“迷思概念”是普遍存在的，它不仅存在于化学教学中，也存在于其他学科中。因此，研究“迷思概念”问题具有现实意义和普遍重要性。在教学中，要转变学生的“迷思概念”，就是要改造和重组学生原有的认知结构。概念转变的研究是与人们对“迷思概念”的关注相联系的。从建构的角度看，学习不仅要运用原有知识经验中与当前知识一致的部分，作为同化新知识的固定点，而且需要同时看到学习者与当前知识不相一致、甚至相冲突的经验（比如儿童的日常经验认为太阳在绕着地球转），使学习者权衡原有经验与新知识的局限和合理性，从而对它们作出必要的调整和改造，其中包括对原有知识经验的改造。离开对新旧经验之间冲突的调整，学生即便“知道”了某种知识，他也不能“相信”这一说法的合理性，从而无法使新知识真正与已有的知识经验一体化。学习不仅是新的知识经验的获得，同时又意味着既有知识经验的改造，而概念转变（conceptual change）研究正是要从顺应的侧面来研究知识建构的过程，揭示学生的错误概念及其转变的规律，这被认为是科学学习中的核心问题，成为近二十年来国际研究的热点，而我国目前对此领域尚缺乏研究。

    新一轮的课程改革注重学生的发展，关注化学同生活、同社会的联系，注重学生已有的知识、经验在以后学习中的作用。传统的教学无视学生的“迷思概念”，只重视知识的传授，不注重“迷思概念”的转变，认为传授的新知识会自动替代学生原有的“迷思概念”，但实际情况并不是这样，传统教学后学生仍旧信奉原有观点，针对这种情况，必须寻找促进“迷思概念”发生转变的途径，而这成为概念转变研究的现实原因。

    本研究《高中化学新课程开展概念转变教学策略的实践研究》将在本课题组先前的研究——2004年的硕士学位论文《自我解释策略对转变学生化学平衡迷思概念的研究》、2005年的市规课题《高中生化学平衡迷思概念的研究》和2006年的市规课题《不同学习策略对转变学生化学迷思概念的究》（以上研究都是实验研究）的基础上，从实验研究转向实践研究，充分利用先前研究的成果探索出一条适合新课程教学理念、操作性强的化学教学策略。

    二、相关概念的界定

    （一）迷思概念

    建构主义理论认为，学生总是以已有的知识经验为基础来构建对新知识的理解，不同的学生对同一概念可能会有不同的理解，在学习中学生可能记住了科学概念的定义，但没有真正理解科学概念的实质，存在着一些模糊甚至是错误的认识。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。

    （二）概念转变教学策略

    概念转变（conceptual change）就是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。这里的“概念”是指某种观念，指个体关于某一对象的观点、看法，比如，“化学平衡是一种动态的平衡”就是一个概念（观念）。根据目前已有的研究成果，促进概念转变的教学策略可以分为两大类：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”。

    三、理论依据

    （一）Posener的同化和顺应理论

    波斯纳等（Posener et al.，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”（paradigm shift）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®不平蘅®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（Posener et al,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几个方面：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

以上这些文献主要研究的内容有①迷思概念的探查以及迷思概念的成因。例如王磊等的《初中生化学前科学概念的探查—科学学习心理的研究》（载于《心理发展与教育》2000（1））；刘瑞东的《高中生化学平衡迷思概念的调查研究》（载于《化学教育》2006（8））；浙江湖州一中杨雪岚老师的《高一化学迷思概念的成因探查与转变》（2006年省规课题）等。②有关概念转变理论探讨的。如张建伟的《概念转变模型及其发展》（《心理学动态》1998（3））；袁维新的《概念转变学习：一种基于建构主义的科学教学模式》（《外国教育研究》，2003（6））；曲慧娴  毕华林的《化学学习中的概念转变研究》（《山东师范大学学报（自然科学）》，2006（10））；等。③有关迷思概念转变教学策略运用到课堂教学中的探讨。如刘瑞东的《中学化学概念教学新探》（《化学教学》，2004（11））；刘瑞东的《“精细化”教学策略在课堂教学中的应用》（《教学案例》，2006（5））；郭剑峰的《转变学生迷思概念的教学对策》（《中国基础教育》，2005（12））；孙建新的《新课程化学“迷思概念”的研究和教学对策》（《化学教学》，2006（6））等；周建秋的《在初中科学教学中转变学生迷思概念的策略》（《教育探索》，2007（4））；周建秋的《转变初中生化学前概念中相异构想的教学策略》（《化学教育》，2005（11））等。

    五、课题研究的条件分析

    （一）市规课题《高中生化学平衡迷思概念的研究》研究结论

    2005年由本人主持的市规课题《高中生化学平衡迷思概念的研究》，主要采用二段式问卷调查法和实验法。本研究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？

    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一，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。其具体操作为：

    1.化学平衡迷思概念普查

    （1）本人参考台湾学者的“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。

    （2）根据（1）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。

    2.自我解释策略转变学生化学平衡迷思概念的实验研究

    （1）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分别对转变学生化学平衡迷思概念的成效。

    （2）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。

    （3）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。3.研究结论

    （1）化学平衡学习中学生普遍存在迷思概念

    为了了解高二学生应用勒沙特列原理判断化学平衡的迷思概念，本研究结果得出高二学生在学习过化学平衡单元后，仍然存在大量的迷思概念，主要集中在以下五个方面：

    ①平衡移动的判断。

    ②浓度、温度、压强对化学平衡的影响。

    ③浓度、温度、压强对化学平衡反应速率的影响。

    ④盐类对溶解平衡的影响。

    ⑤惰性气体对化学平衡的影响。

    （2）化学平衡迷思概念转变的学习成效

    就学习活动而言，在化学平衡迷思概念转变的学习成效上，自我解释问题引导组与自我解释原则提示组均明显优于控制组，且自我解释问题引导组与自我解释原则提示组之间在学习成效上并无显著的差异。但从这两组的平均分看，自我解释问题引导组要比自我解释原则提示组在转变学生的迷思概念上更有效，因此不同的自我解释学习活动对于学习成效产生差异。研究者推测，因为自我解释问题引导组可以通过问题的引导促进自我解释学习活动的进行，因而有较佳的学习成效。就学习者原学业成绩而言，在学业成效上，自我解释问题引导组和自我解释原则提示组的学优生都明显优于控制组的学优生；自我解释问题引导组的学困生明显优于自我解释原则提示组和控制组的学困生，而自我解释问题引导组和自我解释原则提示组的学困生并没有出现明显的差异。因此，总体而言，自我解释策略对转变学习者的化学平衡迷思概念效果是显著的，同时自我解释问题引导策略要优于自我解释原则提示策略，尤其是对于学困生，自我解释问题引导策略更有效，而自我解释原则提示策略对学困生而言似乎并没有什么效果，但是自我解释问题引导与自我解释原则提示这两种自我解释策略在转变学优生的迷思概念上并没有显著差异。

    （3）学习态度

    就学习态度而言，自我解释问题引导组对自我解释学习活动的接纳度和学习功效持正面的态度，对自我解释学习活动的难度则持中立的看法。自我解释原则提示组对自我解释学习活动的接纳度和难度持负面的态度，对自我解释学习活动的学习功效则持中立的看法。在自我解释学习活动的接纳度上，自我解释问题引导组优于自我解释原则提示组；在对自我解释学习活动难度看法上，此两组无明显差异；在自我解释学习活动的学习功效的看法上，自我解释问题引导组则优于自我解释原则提示组。

    （二）市规课题《不同学习策略对转变学生化学迷思概念的究》研究结论

    2006年由本人主持的市规课题《不同学习策略对转变学生化学迷思概念的究》。本研究以建构主义理论为依据，选取了中学化学中具有代表性的化学平衡问题作为研究主线，以概念转变策略——自我解释策略和反省学习策略为自变量，其操作变量如下：

    ⑴在概念的陈述性知识和程序性知识的迷思数量上，学优生和学困生之间存在显著性差异。⑵ 自我解释策略和反省学习策略都能够较好地帮助学生转变化学迷思概念。

    ⑶自我解释策略与反省学习策略在转变学生化学迷思概念中是否存在显著差异？

    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一，本研究以自我解释策略和反省学习策略两种不同的学习策略对转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。第一部分的实验中将从陈述性知识和程序性知识的角度考察优秀生和学习困难生在学习化学平衡的过程中相关概念的掌握情况，分析他们迷思概念的特征。第二部分为干预实验，即通过自我解释和反省学习策略帮助学生转变迷思概念的成效的影响。并进行比较。为此作了如下的研究设计：

    1.优秀学生和困难学生化学迷思概念的比较研究

    依据被试的卷面回答和口语报告，从陈述性和程序性知识的角度对学优生和学困生在学习化学反应速率、勒夏特列原理和有效碰撞三个有关化学平衡概念时出现的迷思概念进行比较研究。同时对学优生和学困生的问题解决策略进行比较，以便进一步分析学生迷思概念的表征特征、产生原因对问题解决的影响。

    2.自我解释策略和反省学习对转变学生化学迷思概念的作用

    分析转变迷思概念的两种不同教学策略——自我解释策略和反省学习策略分别对转变学生化学迷思概念的成效。并分别对自我解释反省组（SR）；自我解释组（S）；反省学习组（R）；无反省解释组（NRS）两两作了对比实验，分成6个对照组。

    3.研究结论

        (一) 学困生概念的陈述性和程序性知识迷思明显的比学优生多。学困生概念的程序性知识的迷思明显的多于陈述性知识的迷思。学优生的陈述性知识迷思和程序性知识迷思之间没有明显的差异。

    (二)在概念迷思类型的分布上，被试的陈述性知识迷思更多的集中在勒夏特列原理和有效碰撞上；程序性知识迷思在各概念之间没有明显差异。

    (三)在概念陈述性知识的表征特点上，学优生对概念理解的概括水平比学困生高，学困生对概念理解具有明显的情景性，具体性等特点。

    (四)问题解决策略的比较结果表明，学优生更多的运用分析策略，依据化学的概念和基本定律对问题进行合理正确的分析；学困生解题时更侧重问题的字面意义依据问题的情景进行假想推测或分析中错误地运用化学概念和定律。

    (五)自我解释策略能有效的帮助学生改变概念的理解迷思。反省学习能够在一定程度上促进学生对概念迷思的纠正但作用效果不是很明显。

    （三）初期的研究成果

    从课题研究的进程来看，本课题是课题负责人自从2003攻读教育硕士学位以来一直思考和关注的问题，并一直按部就班地在研究之中。其中前期的研究以及取得的成果见下表：2004年本人的硕士学位论文《自我解释策略对转变学生化学平衡迷思概念的研究》、2005年本人负责的市规课题《高中生化学平衡迷思概念的研究》以及2006年本人负责的市规课题《不同学习策略对转变学生化学迷思概念的究》都是实验研究，为本课题的研究提供了充足的理论及数据支持，也为本课题研究工作的开展打下了浓厚的基础。

    （四）课题研究成员分析

    ⒈从课题研究的人员来看，祁雪莉老师和陈献忠老师都具有丰富的教学经验，在教学工作中颇有自己独特的看法和方法，两位老师都是学校的业务骨干。其中祁雪莉老师是教育硕士，多篇论文获奖、发表。陈献忠老师是中学高级教师，曾多次在市级教学活动中开课、获奖，多篇论文获奖、发表，并负责过多项市级课题的研究，具有较强的科研意识与科研能力。

    ⒉北京师范大学博士黄燕宁老师（本课题负责人的研究生导师）对本课题作全程指导，有利于研究的顺利开展与及时调整。

    六、课题研究的内容及预期目标

    （一）研究内容

    1.高中化学迷思概念转变教学策略的理论框架研究。在充分占有文献资料的基础上，通过较为系统的学习、思考与梳理，对概念转变教学策略的内涵、特质及模式提出课题组自己的见解。

    2.高中生化学迷思概念的分析。从文献资料中（包括本课题组先前的研究）收集高中学生在化学中存在的迷思概念。结合文献资料分析迷思概念的成因及其特点。

    3.研究概念转变教学策略的可操作性。针对学生迷思概念存在的普遍性，以及在前两阶段研究的基础上，实施概念转变教学策略。通过实施具体的教学，主要采取案例研究的方式，使概念转变教学策略具体化、可操作化。

    （二）预期目标

    ⒈概念转变教学策略能大大提高学生对化学学科知识的学习效率。

    ⒉研究整理出高一、高二化学概念转变策略教学案例设计集。

    ⒊提出化学学科教学中的概念转变教学策略的具体模式。

    ⒋相关论文，课题研究报告。研究成果将得到推广。

    七、课题研究的步骤及人员分工本研究自2007年05月酝酿，预计2009年10月完成。大致可分为四个时期：

    1．准备阶段（2007年10月—2007年12月）进行文献研究；讨论制定课题研究方案，提交专家组指导并进行论证，并进一步修改、完善方案。

    2．实施阶段（2008年1月—2009年4月）进一步学习理论，全面启动课题研究，注重课题研究的过程管理，每学期认真做好一次总结，在总结中调控、修正研究思路，并及时发现典型，采用现场会、经验交流会等形式组织推广，做到典型引路，以点带面，推动课题研究的顺利展开。

    3．总结阶段（2009年5月—2009年7月）对预期目标进行评估，作课题总结；整理物化成果；撰写研究报告，提请有关部门进行课题鉴定。

    4．总结推广阶段（2009年8月——2009年10月）对预期目标进行评估，作课题总结；整理物化成果；撰写研究报告，提请有关部门进行课题鉴定。