概念圖在診斷迷思概念中的應用

摘 要： 概念圖是一種組織和表征知識結構的可視化工具，利用其可視化的特點，可以將其作為一種診斷迷思概念的工具。本文論證了概念圖可以作為一種診斷學生迷思概念的工具，揭示了診斷學生迷思概念的意義，并且通過物理教學實例解析了利用概念圖診斷迷思概念的過程。

關鍵詞： 物理教學 迷思概念 概念圖

隨著計算機輔助教學的發展，盛行于歐美地區的概念圖教學策略與計算機輔助教學得到了整合。在教學應用中，概念圖成為了便捷和有效的診斷迷思概念工具。

一、物理教學中的概念與迷思概念

概念是代表一類具有共同特性的人、物體、事件或觀念的符號［１］，即概念就是用符號（概念名稱）來代表有某些共同特征的事物或現象。物理概念是反映物理現象、物理過程本質屬性的一種抽象，是在大量觀察、實驗的基礎上，運用邏輯思維的方法，把一些事物的本質、共同的特征集中起來加以概括而形成的，它是人們進行物理思維的基礎［2］。物理學的原理、定理、定律或者規律都是用有關物理概念總結出來的。

奧蘇泊爾在《教育心理學：一種認知觀》中寫道：“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，影響學習的最重要因素是學生已知的內容，教育心理學就是在弄清了這一點后，進行的教學。”也就是說，學生在接受正式的學校教育之前，已發展出他們自己對自然現象的看法，學生并非是被動地接受外來的刺激。由此可見學生不是空著腦袋走進教室的，學生的頭腦不應該被看作“空的容器”或“白板”，恰恰相反，學生是帶著各種關于自然事物或現象的樸素見解，甚至是某些相當確定的看法開始自己在學校中的物理學習的。我們把學生在教學之前就已經持有的概念，稱為教學前概念。學生的前概念中有些是與科學概念的理解大體一致的，但是有些概念是與科學概念的理解相悖的，這些與科學理解相悖的前概念通常稱為迷思概念［3］。

二、診斷迷思概念的意義

學生是帶著各種各樣關于自然界中事物和現象的迷思概念開始正式的物理課程學習的。物理教師若不知道學生的這些迷思概念，對教學是非常不利的。要使學生對物理概念都產生有意義的理解，就必須將概念植根于他的生活經驗之上。因此教學前診斷出學生的迷思概念對促進教學效果具有重要意義。

迷思概念具有經驗性、普遍性、隱蔽性、穩定性、異質性等特點，其隱蔽性的特點使得教師不容易發現學生的迷思概念。學生頭腦中的迷思概念是潛移默化形成的，它以潛在形式存在，平時不易表現出來，然而在講授物理概念時，學生會馬上聯想到他們頭腦中的前概念，如果我們知道學生前概念中存在何種迷思概念，就能夠促進我們的教學。

三、概念圖可以作為診斷迷思概念的工具

概念圖是由美國康奈爾大學諾瓦克在20世紀60年代開發的一種能形象表達命題網絡中一系列概念含義及其關系的圖解。節點代表概念，連線代表概念之間的關系。

概念圖得到了奧蘇泊爾學習理論的支持。奧蘇泊爾的學習理論是基于人類的思維包括理解概念并同時理解概念之間關系的假設。在奧蘇泊爾的理論中有一個很重要的界定，就是死記硬背和有意義學習。當學生進行有意義學習的時候，他就把新的專門的概念與構成自身的認知結構的更多的一般性概念相連接。奧蘇泊爾認為有意義學習是以符號代表的新概念與學生認知結構中原有的適當的觀念建立實質性的和非人為性的聯系。

概念圖也得到了建構主義學習理論的支持。建構主義學習理論認為，世界是客觀存在的，但是對于世界的理解和賦予意義卻是由每個人自己決定的。我們是以自己的經驗為基礎來建構現實，我們個人的世界是用我們自己的頭腦創建的，由于我們的經驗，以及對經驗的信念不同，因此我們對外部世界的理解也是迥然不同的。整個學習過程的最終目標是意義建構，建構的意義是指事物的性質、規律，以及事物之間的內在聯系。在學習過程中幫助學生建構意義就是要幫助學生對當前學習內容所反映的事物的性質、規律，以及事物與其他事物之間的內在聯系達到較深刻的理解。這種理解在大腦中的長期存儲形式就是關于當前所學內容的認知結構［3］。

概念圖作為一種可視化工具，用來描述一個人的概念知識。它能夠引導學生將新學習的概念與原有的概念進行溝通。所以概念圖代表著某種主張里的一組概念，這些概念代表著某一事物或事件的常規，概念與概念則由一些文字聯結成一個主張［4］，即概念圖主要是用來作為描述概念之間關系的表征結構。由于概念圖不是從定義出發，而是強調從事物的關系中把握概念本身，關注的是事物的整體性和復雜性，因此，利用概念圖可以建構出特定知識概念結構。學生建構出的概念圖，可以視為他的專業知識領域的知識結構，由該知識結構自然可以看出其理解程度，以及是否存在某種迷思概念。學生在物理學習過程中完成的概念圖反映了學生的認知結構，也反映了學生獲得知識、形成科學概念的過程與方法。概念圖強調學生將其所學的知識以具有結構性、組織性、完整性的方式表達出來，可直接探知其知識的組織與結構的情形，了解其學習狀態。概念圖用于分析學生認知結構有兩大優點［5］：①層級結構可以反映出學生搜索已有概念、把握知識特點、聯系和產生出新知的能力；②從所舉具體事例上可以獲知學生對概念意義理解的清晰性和廣闊性。因此概念圖是診斷學生迷思概念的有效策略。

四、概念圖探測學生迷思概念的過程

通過對學生概念圖的分析，我們可以創設一定的情境使學生明白其迷思概念的錯誤性，產生認知沖突，并在教學中進行及時補充和修改。目前，用概念圖診斷學生迷思概念，主要是從概念圖結構比較方向入手。

概念圖結構比較是指將學生制作的概念圖與教師制作的概念圖相比較，找出異同，進行診斷，或根據學生對概念間關系描述的正確性、概念間的階層性及組織性加以分析。這個方向假定學科知識本身有一潛在結構，學生制作概念圖時，即表達他們對此結構的掌握情形，因而可以借助概念圖進行分析與評價。下面以高中物理必修2“曲線運動”一節為例，以結構比較方式，將學生課前制作的曲線運動概念圖與教師制作的概念圖作比較，來分析學生對“曲線運動”概念的理解。

圖一是學生在學習“曲線運動”一節前制作的曲線運動概念圖。圖二是教師制作的曲線運動概念圖。與教師概念圖相比，學生概念圖中充分暴露了學生在進行學習之前所具有的概念。其中正確的部分稱之為科學概念，是教學活動開展的腳手架；其中不正確的部分稱之為迷思概念。通過學習，科學概念更進一步地鞏固與深化；而對于迷思概念，則通過學習完成從迷思概念到科學概念的轉變。

通過對學生的曲線運動概念圖的研究不難發現，學生制作概念圖時能夠做到從具體事例出發，然后總結歸類。這一過程實現了奧蘇泊爾意義學習中的上位學習，說明概念圖制作的過程也是自我學習的過程。從圖中可以看到學生能夠正確列舉出曲線運動的例子，大多數學生都能從日常觀察中得出曲線運動的概念，但是學生不能夠正確描述曲線運動。學生不能夠將數學課上學習的線速度、角速度、周期、頻率的概念遷移到物理概念中來，說明之前學習的概念是孤立的、非系統的，概念之間未能建立有效的聯系。

在“曲線運動與汽車轉彎”的連接里，學生雖然知道曲線運動不同于直線運動，但是不能夠說出物體做曲線運動的原因，反而得出了汽車轉彎時產生離心力的迷思概念。

在“速度與勻速圓周運動”連接里，學生混淆了速度與速率的概念，認為勻速圓周運動的速度保持不變。學生未學會對速度的矢量分析，忽略了速度是不僅僅有大小，還具有方向的矢量，對速度的理解仍然停留在初中階段。

在“洗衣機脫水桶與離心力”連接里，學生頭腦中存在圓周運動會產生離心力的迷思概念，認為洗衣機脫水桶的轉動產生了離心力，脫水桶轉得越快產生的離心力越大。產生這一迷思概念的原因是學生頭腦中仍然存在著“力是維持物體運動的原因”這一更深層的迷思概念。離心運動是做圓周運動的物體在合外力突然消失或者合外力不足以提供圓周運動所需向心力的情況下，物體由于慣性做逐漸遠離圓心的運動。學生沒有理解離心運動與向心力的關系。

綜上分析可見，概念圖可以作為診斷迷思概念的良好工具。教師可將學生的概念圖和自己繪制的概念圖作比較，找出學生頭腦中存在的迷思概念，將其作為針對性教學的依據，從而促進教學。隨著信息技術與物理教育的進一步整合，以及大量優秀概念圖制作軟件的涌現，利用概念圖診斷迷思概念的方法一定會得到越來越廣泛的應用。

參考文獻：

［1］李紅.教育心理學.武漢：武漢大學出版社，2007：143.

［2］劉力.新課程理念下的物理教學論.北京：科學出版社，2007：102.

［3］蔡鐵權，姜旭芙，胡玫.概念轉變的科學教學.北京：教育科學出版社，2009：59.

［4］Joseph D.Novak and D.Bob Gowin.Learning how to learn［M］.England：Cambridge University press，1984：15.

［5］裴新寧.概念圖及其在理科教學中的應用［J］全球教育展望，2001，（8）：51.

（作者系遼寧師范大學物理與電子技術學院研究生）