物理師范生教學知識中迷思概念的診斷及轉變研究

摘 要：物理迷思概念會直接影響教師的教學效果。作為未來教師的物理師范生，其物理教學知識中的迷思概念狀況如何？以自編“物理教學知識迷思概念診斷四階問卷”為測試工具，對662名物理師范生進行測查。研究發現，物理師范生在教學目標的內涵、價值、編寫及中學物理知識的價值等多個維度上普遍存在迷思概念；在教學策略使用和教學評價實操等方面的知識缺失較為嚴重。在此基礎上，提出3條轉變物理師范生教學迷思概念的策略。

關鍵詞：學科教學知識；迷思概念；師范生；物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）11-0084-6

學科教學知識（Ｐｅｄａｇｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，簡稱ＰＣＫ）是教師專業素養的重要組成部分。作為未來教師的物理師范生，在學習中除了要掌握物理專業知識外，還應重視學科教學知識的理解及應用。

１ 問題提出

１．１ 研究現狀

學科教學知識是教師專業知識的核心，強調教師如何有效地結合內容知識與教學方法來促進學生的學習［１］。自舒爾曼于１９８６年首次提出這一概念以來，ＰＣＫ的研究得到了廣泛的關注和發展。不同學者從定義、組成元素、發展途徑、評估方法等維度對ＰＣＫ進行了深入探討。Ｖｅａｌ和Ｍａｋｉｎｓｔｅｒ區分了一般ＰＣＫ、特定領域ＰＣＫ以及特定主題ＰＣＫ［２］，為具體學科ＰＣＫ的研究提供了理論基礎。近年來，數學和科學領域的ＰＣＫ研究顯著擴展，包括Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ的發展階段模型［３］、黃毅英的ＭＰＣＫ結構分析［４］及Ｂａｌｌ的ＭＫＴ概念與評估工具［５］。

物理教師需兼具深厚的物理學科知識與熟練的教學技巧和策略。當前，已有質性研究主要就物理教師ＰＣＫ的形成與培養策略進行探索［６-８］，同時，物理ＰＣＫ的量化研究也逐步興起。例如，Ｓｏｒｇｅ的結構方程模型［９］與Ｄｕｓｔｉｎ的量表錨定法［１０］，為職前物理教師ＰＣＫ的評估提供了新視角，相關研究發現問題驅動的教學方法可以顯著提升師范生的ＰＣＫ水平［１１］。量化研究還常用于探查教師頭腦中的迷思概念，當前研究聚焦在物理知識本身的迷思及與特定主題相關的ＰＣＫ，如電磁學迷思識別、能量概念評測工具開發等［１２-１４］。相關研究還反映出物理ＰＣＫ研究對象有從在職教師擴展到職前教師的趨勢，這也符合關于提高教師ＰＣＫ水平應從教師早期學習階段通過系統的教師教育課程學習開始的國際共識［１５-１６］。

職前教師學科教學知識的發展關鍵在于將教育學知識轉化為實際的教學實踐［１７］，然而，目前依然缺乏從宏觀視角全面分析物理師范生在教學知識上的迷思概念及其形成原因，所以有必要從更廣泛的ＰＣＫ和物理學科整體視角出發，結合我國實際探究師范生的學科教學知識中的迷思概念。

１．２ 研究問題

當前針對物理教學知識的研究存在兩個方面的不足：（１）忽略了從更廣泛的ＰＣＫ和物理學科整體視角探討師范生的教學知識迷思概念；（２）傳統的訪談和案例分析方法存在效率低和調查范圍有限的問題。因此，本研究將構建物理教學知識模型，開發并應用一套物理師范生教學知識迷思概念的診斷工具，全面了解物理師范生的ＰＣＫ現狀，為物理教育（師范）專業的發展提供實踐基礎。

２ 理論框架

２．１ 物理教學知識的內涵

舒爾曼提出的學科教學知識（ＰＣＫ）融合了教師的個人教學經驗、學科內容及教育學知識。后來的研究者對ＰＣＫ構成有不同理解，如塔米爾強調課程、學生、教學及評價知識的重要性［１８］，馬格努松則進一步擴展了ＰＣＫ內涵，增加了三個組件，以應對科學教學的復雜性，明確了針對特定主題的教學目標、學生理解、教學策略及評估方法［１９］。

總的來說，目標知識、課程知識、策略知識、理解學生的知識和評估的知識被認為是ＰＣＫ模型的核心組成要素。Nurulsari（２０２０）從這５個維度評估職前物理教師的ＰＣＫ現狀，并提出ＥＰＩＳＯＤＥ模式以促進其發展［１５］。本研究基于這些維度形成物理教學知識的結構（圖1），其中，課程知識系學校課程主題結構的知識，包括關于基本能力與其廣度和深度之間關系的知識，鑒于我國物理課程結構要求清晰明確，所以該方面的考查應關注教師在教學內容廣度和深度的安排上，故本研究將其定義為物理教學的內容。

２．２ 物理教學知識中的迷思概念

師范生物理教學知識的發展過程中會產生對知識錯誤的或片面的認識，在本研究中稱之為物理教學知識的迷思概念，具有普遍性、頑固性、隱蔽性等特點。雖然物理教學知識相較于物理知識在判斷對錯上缺乏絕對性，會存在個體的認識差異，但師范生的教學理念、教學知識應該與時俱進，與國家教育政策保持一致，并符合物理教學專家共同體認同的教學知識框架與內容。因此，本研究“物理學科教學知識中的迷思概念”的抽象定義和操作定義如下：

（１）抽象定義：師范生所持有的關于物理教學中目標確定、內容選擇、策略設計、學生學習、教學評價等方面頑固的、錯誤的、片面的、模糊的認識。這些認識往往與物理教學專家共同體認同的教學知識框架與內容不一致，與國家的教育導向和當前的教學觀念不一致。

（２）操作定義：師范生在“物理教學知識四階診斷問卷”中的得分，４分為高信心教學概念，３分為低信心教學概念 ，２分包括真性迷思概念、缺失知識、假性迷思概念，０分包括缺失知識、真性迷思概念。

３ 研究方法

３．１ 測試工具

本研究基于物理教學知識結構框架，設計一套診斷物理教學知識迷思概念的測試題，并面向師范生進行測試。診斷問卷的五個一級維度如表１所示，每個一級維度下細分為內涵（是什么）、價值（為什么）、方法（怎么做）３個二級維度，共含３０道四階診斷題，全面評估物理師范生的學科教學知識。測試題采用雙層選擇題加信心評級的形式，這種形式與傳統的選擇測試相比，考查了作答者的知識水平，揭示了迷思程度，并衡量其信心水平［２０］。

每道題目均依據個別訪談、文獻梳理等方法，確定了所屬維度下最具代表性、問題最突出、研究最熱門的內容。經信度檢驗，該試題克隆巴赫系數為０．８５６，表現出良好的信度。

３．２ 研究設計與實施

針對每道四階診斷測試題目可能出現的１６種不同回答情況，將內容層與理由層的正確答案編碼為１，錯誤答案編碼為０。同時，將“有信心確定回答正確”編碼為１，“沒有信心確定回答正確”編碼為０。

基于上述編碼，進一步劃分了五種概念類型，并賦予相應的分值（表２）。這些概念類型包括：高信心教學概念（被試不僅選擇正確且有自信）、低信心教學概念（能正確選擇但缺乏足夠信心）、真性迷思概念（選擇錯誤但自信認為能回答正確）、假性迷思概念（內容和理由不能同時正確且缺乏信心，存在隨意猜測的嫌疑）以及缺失知識（內容或理由錯誤且沒有信心）。

本研究重點關注物理師范生存在的真性迷思概念與缺失知識。這二者都與信息處理和認知有關，但前者強調的是一種認知偏差，后者則強調知識獲取中的缺失。

本研究對某師范院校中大一至大四的物理師范生進行調查分析，最終收集到６６２個有效樣本，約占該專業總人數的８０％。隨后，研究統計了各維度下真性迷思概念和缺失知識情況，并借助ＳＰＳＳ２７．０軟件，通過方差分析和獨立樣本ｔ檢驗作深入分析。

４ 結果與討論

４．１ 師范生物理教學知識中迷思概念的整體水平

圖２顯示了不同年級的師范生在教學目標、教學內容、學生學習、教學評價的得分都有差異，其中大二學生表現最為優秀。與預期相反的是高年級學生并未展現出優勢。對樣本進行方差分析并經事后檢驗發現，在教學目標方面，大二學生顯著優于大一學生（均值差ＭＤ＝＋１．２３５，９５％置信區間［０．１６，２．３１］）；在教學內容方面，大一學生得分顯著高于大三學生（均值差ＭＤ＝＋１．８４７，［０．７６，２．９３］），大二學生得分顯著高于大三和大四學生（均值差ＭＤ＝＋２．４０８，［１．２３，３．５９］；均值差ＭＤ＝＋１．８８８，［０．３６，３．４１］）；在教學模式、策略和方法方面，大四學生得分顯著高于大三學生（均值差ＭＤ＝＋１．６３６，［０．０１，３．２６］）；在理解學生學習和教學評價方面，大二學生得分顯著優于大一和大三學生（均值差ＭＤ＝＋１．５０６，［０．３９，２．６２］；均值差ＭＤ＝＋１．９１９，［０．６１，３．２３］；均值差ＭＤ＝＋０．８５８，［０．０３，１．６８］；均值差ＭＤ＝＋１．６０７，［０．６４，２．５７］）。年級差異特別是大一新生的優秀表現，揭示了課外體驗在獲取教學理念和方法中的重要作用，強調了非正式學習的價值。針對高年級師范生，需重新評估其從教意愿，并推行個性化培養，特別是應加強對教學技能不足但熱心教育者的輔導，以確保其成長。

４．２ 師范生物理教學知識中真性迷思概念的診斷

如圖３所示，Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２等二級維度存在較多真性迷思概念，Ａ１、Ａ３、Ｃ３和Ｅ３維度存在缺失知識的情況偏多。另外，第１～９、１６、１７、２２、２３、３０題平均分低于總體小題平均分２．７２分。下面，將逐一分析主要迷思概念。

（１）教學目標理解自相矛盾，對教學目標內涵及原理掌握不足。師范生在教學目標方面存在迷思概念和知識缺失，難以把握教學目標的內涵并理解其背后的原理。教學目標是教學中師生預期達到的學習結果和標準，但在第一題中，７０％的受訪者誤將教學目標看作教師對預期結果的表述，同時有８２％的受訪者卻能在原因層正確識別教學目標具有雙邊性。

對教學目標內涵的把握不清，往往在教學目標的表述上也缺乏正確的概念。教學目標應具體描述與學習過程和結果緊密相關的、可觀察、可量化的活動，明確學生為主體。Ａ３考查發現，目標陳述錯誤隨年級升高而減少，高年級學生優于大一新生（ｔ＝７．５１０，ｐ＝０．０００，Ｃｏｈｅｎ’ｓ ｄ＝０．５６５）。這一趨勢證明長期的教育引導和實踐訓練是有效的，但僅僅糾正教學目標表述上的錯誤只是冰山一角，更重要的是要洞察關于教學目標本質上的迷思并予以糾正。

（２）對物理核心素養的價值意涵理解混亂。Ａ２顯示，師范生對物理核心素養在育人方面的重要性認識不足，未能充分理解其價值，反而更側重于物理知識和技能傳授，把培養學生正確價值觀放在了較低的位置。物理教學目標與核心素養緊密相關，課時教學目標是其具體化體現，核心目標則應指向物理核心素養的達成。

（３）設定課時教學目標的依據簡單化。對于師范生而言，如何制訂教學目標是其學習、實踐乃至未來從教的核心能力。Ａ３評估結果顯示，超四成受訪者傾向于直接采用指導用書中的教學目標作為實際教學目標。復制教學目標的做法忽略了學生的學習實際情況，使得教學目標的適切性大打折扣。

（４）混淆科學知識的發現邏輯與論證邏輯。厘清科學知識的發現邏輯與論證邏輯在中學物理教學內容的選擇和編排上具有重要意義，教學內容的選取和編排應當遵循科學知識的發現邏輯，按照認知發展規律逐步掌握物理概念和規律。論證邏輯的運用則能夠使教學材料和教學過程更加嚴謹、準確。然而，研究發現師范生在這兩種邏輯上存在混淆，有３３．９％的樣本錯誤地將它們等同。大四的學生在科學知識的理解上相較于低年級學生出現了顯著的下滑（ｔ＝－３．１４１，ｐ＝０．００２，Ｃｏｈｅｎ’ｓ ｄ＝０．４１３），超過４０％的大四受訪者誤認為科學家進行科學研究的過程與學生學習科學知識的過程是完全一致的。

（５）對教學內容知識的價值認識不足，低估了解題知識在中學物理教學內容中的重要價值。問題解決不僅涉及物理概念和規律的應用，還是培養學生邏輯思維和問題解決能力的關鍵環節。這種技能的形成源于持續學習與行動體驗的內化，是一種深層次的思維能力。解題知識與解決問題的能力相輔相成，特別是真實情境的問題，需要借助解題知識來分析和制訂解決方案，從而提高邏輯思維和問題解決能力。研究表明，多數師范生尚未充分認識到解題知識的重要性。

（６）在培養核心素養的過程中未能充分重視培養學生學會學習的能力。學會學習是核心素養的基礎，通過提高自主學習的能力，可以促進核心素養的發展。反過來，強化核心素養又能提升學會學習的能力，使個體更容易選擇合適的方法來分析和解決問題。研究表明，近40%的受訪者忽略了如何有效鼓勵學生進行自主學習。

４．３ 師范生物理教學知識中缺失知識的診斷

物理師范生在教學目標維度上知識缺失較多，持續學習與訓練可彌補部分程序性知識缺陷。

Ｃ３是所有二級維度中知識缺失最嚴重的一個，主要涉及程序性知識，其中７５％的缺失知識樣本屬于大一、大二年級，問題集中在認知沖突策略的理解上。引發認知沖突在物理教學中被廣泛應用，促使學生在富有挑戰性的比較和辨別中改變原來的認知結構，這種轉變在更具有沖擊力的同時更能有效提升學生的思維能力。一些師范生僅僅關注如何誘發認知沖突，卻未充分認識到指導學生解決沖突及構建科學概念同樣重要。數據顯示，已經完成教學實踐的大四學生與低年級學生相比，對認知沖突策略的掌握程度明顯更好（ｔ＝２．１５６，ｐ＝０．０３１，Ｃｏｈｅｎ’ｓ ｄ＝０．２８４），這表明了實踐經驗在關注和鞏固教學策略和方法的使用方面發揮著關鍵作用。

另一個缺失知識集中的地方是教學評價的實操，盡管師范生對教學評價的內涵和價值有較為明確的認識，但對于評價的具體實施卻顯得相對陌生。許多師范生雖有意愿采用多元化的方式評價學生的學習行為，但除了傳統的紙筆測驗外，對于如何尋找學生達成“理解”的證據依然顯得缺乏經驗和策略。

４．４ 師范生物理教學知識中迷思概念的轉變策略

師范生的物理教學迷思不僅源于理論學習的不足，還深受其實踐經驗、學習環境等的影響。大學作為物理教學知識習得的前沿陣地，理應為師范生構建完整的物理教學知識體系。然而，若師范生未能深入探究和領會這些教學知識，其內化過程將顯得尤為艱難。更重要的是，僅僅依賴教學知識的累積是遠遠不夠的，缺乏實踐經驗往往導致師范生難以將所學的教學知識與實際教學場景相契合。盡管教育實習為師范生提供了寶貴的實踐機會，但面對復雜多變的教學環境和學生個體差異，他們時常會感到迷茫和困頓。為了優化這些空間之間的交互作用，促進師范生主動發現和轉變自己的物理教學迷思概念，提出以下策略：

（1）優化物理教師教育課程。在已有課程中深度融入科學本質、科學方法、科學歷史和哲學等內容，以改變忽視知識發現邏輯的傾向，從而提高物理教學設計和活動安排的邏輯性，使師范生自主建立起更為系統的教學認知框架。同時，課程學習形式更加多元，包括正規與非正規教育途徑，以強化科學的教學理念與知識。

（2）夯實師范生的教學實踐。教師實習不僅在“量”更在于“質”，要強化理論與實踐的聯系，加強校際合作，提供多次漸進的實踐機會。重視理論指導實踐，要求師范生對照理論學習成果投入到見習觀摩、優質課案錄像分析、微格教學、講課實習中，在實踐中不斷總結、固化和創新學科教學知識，定期將理論與實踐相結合的材料進行匯報，并作為其資格能力考查的重要一環，促進師范生學科教學知識科學化、規范化、理性化。

（3）提高師范生教學反思能力。通過與同伴的交流互動，結合具體的教學素材案例或個人的實踐經歷，展開深入的批判性思考與討論，立足于我國課程教學改革精神，辯證地看待不同的教育家思想和教育理念，冷靜地分析社會輿論中關于教育教學的觀點。鼓勵他們從實際存在的以及課程、教學、教材中的真問題出發，反向推動理論學習，內化教學信念和行為。

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