“宇宙與地球”相異概念的國外研究簡述

孫 遜

（山東省濟寧市第一中學, 山東 濟寧 2720001）

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“宇宙與地球”相異概念的國外研究簡述

孫 遜

（山東省濟寧市第一中學, 山東 濟寧 2720001）

摘要：國外學者對地理相異概念的研究集中在“宇宙與地球”方面，并發現學生頭腦中普遍存在關于地球模型、晝夜交替、季節變化、夏熱冬冷、正午太陽方位、月相變化等重要概念的相異概念。研究還證明雖然年齡增加會使理解能力加強，但在一些重要概念上各年齡階段出現相異概念的頻率變化并不太大。

關鍵詞：宇宙與地球；相異概念；國外研究

一、引言

1903年，美國的Stanly Hall啟動一個計劃，調查兒童對自然現象如熱、霜和火的認識，這是最早涉及兒童相異概念的研究。1929年，瑞士著名心理學家、哲學家Piaget出版了他的經典著作《學生對于世界的認識》（The Childs Conception of the World），其中對云的移動研究發現，5歲左右的兒童認為“我們走使得云也跟著我們走，云在遠處跟著我們走”，這是關于相異概念的一項早期研究。

相異概念于20世紀80年代中后期開始被學者關注。Gilbertt和Swift（1985）、Abimbola（1988）認為，相異概念是學習者對一系列可理解的自然現象和物體建構了基于經驗的解釋，學習者擁有相異概念是有理由的、合理的，不一定就是絕對錯誤的，要給予學習者以智力上的尊重[1]。Dykstra（1992）、Wandersee （1994）進一步解釋認為，相異概念是在對周圍世界感性認知基礎上建構的，往往具有一定的理性基礎，盡管學生關于世界如何運行的知識與科學家不同，甚至有些是錯誤的，但他們所持有的相異概念卻可以幫助他們解決認知結構中的不平衡[1][2]。David（1996）支持這種觀點并指出，相異概念是一種強烈的、穩定的認知結構，從根本意義上影響學生的認知，即使在接受學校科學教育之后，相異概念依然可能存在。為了學生能夠接受科學知識，相異概念必須被克服、避免或消除[3]。

二、“宇宙與地球”方面常見相異概念

國外地理相異概念研究逐漸形成規模是從20世紀80年代開始。研究者習慣采用問卷、測試和訪談的手段探查出個體擁有哪些具體的相異概念。研究發現集中在地球模型、流星與恒星、晝夜交替、季節變化、夏熱冬冷、正午太陽方位、月相變化等問題上[4][5]。

關于地球模型，Vosniadou和Brewer（1992）對兒童關于地球的心理模型進行了訪談研究，發現學生通常具有“空間有上下之分”“沒有支撐的物體會下落”的基本信念，在這一框架理論的影響下，學生無法相信地球是球形，不然住在地球下方和兩側的人豈不要掉下去了[6]，而且這一現象存在跨文化的相似性。此外，一些研究表明，部分學生相信地球地面形狀像一個平坦的長方形或者圓盤形，天空和宇宙物質在地面頂部；也有部分學生認為地球作為一個空心球體，人們居住在球體與平面“上”和“下”，天空像圓屋那樣覆蓋地面；還有部分學生形成“雙重地球”的信仰，一方面認為地球是一個人類生存的平坦地面，另一方面也知道地球是天空中一顆球形行星[7][8][9][10]。

關于月相變化，Plummer和Julia（2003）的調查報告顯示，中小學生普遍認為月相變化是由于云的移動遮擋了月亮，而年齡較大的學生和成人用地球陰影（月食模型）來解釋月相變化[11]。這種觀念在Dai和Capie（1990）、Trumper（2001）的研究中可以得到確證[5][12]。

關于晝夜交替，兒童最早形成相異概念與日常經驗有關，比如烏云遮住太陽，白天被黑夜取代，太陽落下山。學生結合日常經驗和文化教育，往往持有這樣的相異概念：太陽和月亮24小時圍繞靜止的地球旋轉；地球上下方位旋轉，太陽和月亮固定在兩側；地球圍繞太陽轉；月亮擋住了太陽；太陽移到別的地方[13][14]。Vosniadou和Brewer（1994）研究了兒童對晝夜交替的理解，發現如果兒童把大地看成平的，而不是球形的，那么很難讓他們相信晝夜交替是地球自轉造成的[15]。

關于季節變化，正確的原因是地軸與公轉軌道之間存在一定夾角，地球傾斜著身子公轉，而學生頭腦中十分盛行的相異概念是“距離理論”（distance theory），即在公轉的橢圓軌道上，地球與太陽之間不斷變化的距離引起了季節變化，冬季和夏季溫度變化是由于在這兩個季節太陽與地球之間的距離不同。例如，在地球公轉軌道變成正圓形的假設下，有28.36%的中學生和35.03%的大學生認為若是沒有了近日點與遠日點，全球接受的太陽輻射會均勻一些，四季將不再有差異，有32.84%的中學生和46.19%的大學生認為四季差異將減弱[16]。Baxter（1995）、Atwood（1996）、Ojala （1997）、Kikas（1998）等學者的研究都證實了這一

結論[17][18][19]20]。

三、教育與年齡階段對相異概念的影響

鑒于年齡對理解能力的影響，國外相異概念的研究對象大致可分為學前兒童組、中學生組、高校學生組以及教師組。年幼的兒童基于日常感知而發展天真的相異概念，例如，冬天的低溫是由于寒冷的冰雪，黑夜來臨是由于人們需要休息，太陽一天在天空中運行一個圓圈。事實上，類似“日心說”的想法不僅出現在兒童頭腦里，甚至還存在中學生、大學生身上[18]。

過去的30年的大量研究表明，雖然年齡的增加、教育水平的提高有利于加強理解能力，但在某些問題上，師范生也存在相異概念[19][20]。Trumper（2001）進行了一項對學生基本地理概念的評估研究，讓被試者回答21個關于地球和宇宙的題目，總結了個體普遍存在相異概念，并且發現學生甚至教師在一些重要概念上出現相異概念的頻率變化并不太大，如表1所示，這一結論與很多教育家的觀點是相一致的[6][15][21][22]。

表1　“宇宙與地球”領域常見的相異概念（百分比）

Trumper（2001）在以色列用問卷調查了448名初中學生，其中13歲的7年級學生有154名，8年級、9年級學生分別152名、142名。問卷內容包括晝夜交替、月相、尺寸和距離、季節變化、太陽的位置、物體相對于地球空間距離、月球轉動、時區、日蝕原因以及關于宇宙的概念。總的來說，只有36.4%的學生對各種各樣天文學的概念做出了正確回答，且比例隨年齡增長而增加[23]。基于以上成果，Trumper（2001）用相同的方法對378名以色列的高中生展開調查，其中10、11、12年級學生分別有153名、116名、109名。總體上，43.6%的學生做出正確回答，且比例隨年齡增長而增加[24]。

Bakas和Mikropoulos（2003）對希臘11～13歲的102名學生進行問卷調查。值得關注的是，調查是在學生完成一個單元的學習后展開的。問卷以多項選擇的形式涉及天體運動、天體尺寸、晝夜交替和季節變化的原因等天文地理概念。當問及冬夏溫度差異的時候，79%的學生能夠解釋北極和南極的溫度變化，58.8%的學生歸因于“太陽光線角度和地表狀況的改變”。同時17.6%的學生認為溫度的變化與日地距離變化相一致，而16.7%的人認為夏天溫度較高的原因是太陽在天空中呆更長的時間[25]。

Atwood（1996）選取49名高級水平的地理專業學生。總體而言，85%的學生在與研究者的訪談中流露出了相異概念。研究發現有19人認為季節更替是由于日地距離變化，3人認為太陽圍繞地球造成的季節更替，7人認為當地球繞著太陽轉的時候傾斜會變化，4人認為夏季時半球極點直接指向太陽[17]。

總之，大量的實證研究都指出，雖然年齡的增加會幫助理解能力增長，但各個年齡組在一些重要概念上存在的相異概念的頻率差距并不太大，而且師范生也存在一定的相異概念。

四、結語

國外對于相異概念的研究進行了數十年，但是在地理學科領域的理論及實踐仍起步比較晚，處于比較年輕的階段，大部分的實踐研究是利用觀察、對話手段探查出個體擁有哪些具體的相異概念。可喜的是，部分學者已開始向縱深發展，探究年齡、教育水平等因素對相異概念的影響，并且結合學科特點，著手探索具體相異概念轉變策略，例如晝夜交替、季節變化等地理概念的轉變策略，這也是今后該領域的發展趨勢。

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