曾 珍

(成都大學(xué)，四川成都 610106）

兒童“沉浮”前概念研究綜述

曾 珍

(成都大學(xué)，四川成都 610106）

研究表明，在接受正式學(xué)習(xí)之前，兒童對周圍世界已形成了自己的豐富認(rèn)識，其認(rèn)識往往具有強(qiáng)大的力量，影響著兒童未來的學(xué)習(xí)。在日常生活中，人們?nèi)菀缀鲆晝和^腦中的已有認(rèn)識，這給教育活動帶來了一定阻礙。在基礎(chǔ)物理教學(xué)中，作為重點(diǎn)內(nèi)容的“沉浮”相關(guān)概念是教學(xué)的一大難點(diǎn)，兒童關(guān)于沉浮的前概念影響著教學(xué)的效果。筆者在文中梳理了學(xué)者對兒童關(guān)于沉浮的前概念的研究，以期引起教師更多反思，并提出了進(jìn)一步研究的方向，希望為完善對兒童沉浮前概念的認(rèn)識做出努力。

兒童;沉浮;前概念

自從皮亞杰對兒童的認(rèn)知進(jìn)行開創(chuàng)性的研究以來，一批又一批的研究者越來越關(guān)注兒童頭腦中的原有認(rèn)識，并不斷對其進(jìn)行廣泛而深入的研究。大量研究表明，兒童原本就擁有許多對周圍世界的認(rèn)識，其認(rèn)識具有驚人的力量，并且不易改變，它們對未來的學(xué)習(xí)有著非常深遠(yuǎn)的影響，因此有必要對兒童在進(jìn)入正式學(xué)習(xí)之前的已有認(rèn)識進(jìn)行不斷的探索。許多研究表明，兒童對事物和現(xiàn)象的認(rèn)識通常以概念化的形式呈現(xiàn)，兒童己有的概念蘊(yùn)含了兒童對該事物和現(xiàn)象的直覺經(jīng)驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)的概括和提升。［1］因而，研究兒童的已有概念是幫助我們了解兒童認(rèn)識的有力切入點(diǎn)。

在目前我國的兒童科學(xué)教育實(shí)踐中，教師們面臨著如何有效地幫助兒童已有的不符合科學(xué)意義的認(rèn)識真正發(fā)生轉(zhuǎn)化等不少難題，很大程度上這是由于缺乏對兒童已有科學(xué)概念和經(jīng)驗(yàn)的關(guān)注，缺乏對其已有科學(xué)概念發(fā)展的了解。有關(guān)“沉浮”的概念是基礎(chǔ)物理學(xué)中的重要概念，既是教學(xué)的重點(diǎn)，又是教師花費(fèi)很大功夫但學(xué)生仍然容易出錯的難點(diǎn)。有學(xué)者曾針對兒童對“沉浮”的原有認(rèn)識進(jìn)行過研究，筆者期望通過梳理已有的研究，對兒童關(guān)于沉浮的認(rèn)識進(jìn)行總結(jié)歸納，以幫助成人更全面地了解兒童的已有認(rèn)識，同時試圖找到進(jìn)一步研究的突破點(diǎn)，為完善關(guān)于兒童對“沉浮”認(rèn)識的研究做出努力，進(jìn)而引發(fā)教師更多反思以更好地在科學(xué)教育中促進(jìn)兒童的認(rèn)知發(fā)展，并取得更好的教學(xué)效果。

一 關(guān)于前概念的研究

(一）前概念的含義

前概念是“前科學(xué)概念”的簡稱，指學(xué)習(xí)者在接受正規(guī)的科學(xué)教育之前，對從周圍獲得的各種經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加工從而形成的概念，是基于感知的認(rèn)識和理解。

(二）前概念的研究歷程

1903年，霍爾(Stanley Hall）在美國開展了關(guān)于兒童對火、熱、霜等自然現(xiàn)象的觀念的調(diào)查，這可看作是關(guān)于兒童前概念的最初研究。1929年，皮亞杰(Jean Piaget）較系統(tǒng)地在《兒童關(guān)于世界的概念》一書中對前概念的早期研究進(jìn)行了闡述。從那以后，特別是二十世紀(jì)五六十年代以來，前概念受到了越來越多的學(xué)者的關(guān)注，不斷有學(xué)者對其進(jìn)行研究，并取得了豐富的研究成果。

國外的前概念研究可大致劃分為三個發(fā)展階段:研究具體領(lǐng)域的兒童前概念(二十世紀(jì)五六十年代）、研究“前概念”本身(二十世紀(jì)八十年代）、研究前概念如何向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變(二十世紀(jì)八十年代以后）。二十世紀(jì)八十年代后，國內(nèi)的學(xué)者也開始對前概念進(jìn)行研究，研究主要涉及自然科學(xué)領(lǐng)域中兒童前概念的探查、前概念對教學(xué)和學(xué)習(xí)的影響、如何促進(jìn)其轉(zhuǎn)變等。

研究者們關(guān)于促進(jìn)前概念的轉(zhuǎn)變的研究，為教學(xué)實(shí)踐、科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)的制定等方面提供了不少參考，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。［2］

(三）前概念的產(chǎn)生原因及特征

對于前概念產(chǎn)生的原因，已有研究中比較有代表性的觀點(diǎn)有:日常生活經(jīng)驗(yàn)的影響，對詞語的歪曲理解，知識的負(fù)遷移，學(xué)習(xí)者的主觀臆測或進(jìn)行不當(dāng)?shù)念惐?，教師、教材的誤導(dǎo)，不規(guī)范的課外渠道等。

我國學(xué)者對于前概念的特征討論較多，通過整理，筆者發(fā)現(xiàn)比較一致的觀點(diǎn)主要有:自發(fā)性、隱蔽性、頑固性、廣泛性、差異性、低概括性。［3］

二 關(guān)于兒童對“沉浮”現(xiàn)象解釋的研究

皮亞杰最早對兒童如何理解“沉浮”現(xiàn)象進(jìn)行研究(1930），他將兒童對物體沉浮的因果解釋劃分為四個階段:階段一(5歲以前），從萬物有靈論的和道德方面對船漂浮進(jìn)行解釋;階段二(5～6歲），重是船漂浮的原因;階段三(6～8歲），船輕是它漂浮的原因;階段四(9歲開始），開始理解船的重量和液體成分重量的關(guān)系。［4］皮亞杰的研究成果給人們的觀念帶來了沖擊，帶動了后來的許多學(xué)者對兒童關(guān)于沉浮現(xiàn)象的理解進(jìn)行研究，他的研究方法也被很多研究者采用。

Hewson(1983）曾對40名14～22歲南非地區(qū)的中學(xué)生的“沉浮”相關(guān)概念進(jìn)行研究。他發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對“密度”缺乏正確的認(rèn)識，尤其是對“體積”做了錯誤的推論，所以無法正確解題，并且在回答沉浮的問題時，很少使用課本上的概念，而是采用自己關(guān)于體積、質(zhì)量、密度和力等的前概念來回答。［5］

Denticini，O．A．et al．(1984）研究表明，6 ～8 歲兒童認(rèn)為決定沉浮的主要因素是物體的重量、組成、形狀。［6］

莊麗娟(1996）以國小六年級學(xué)生為對象的研究發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)兒童(53%）純粹以“重量”因素來判斷浮沉，其次有28%會先考慮重量，如果重量相等，再看體積，體積大的物體比較容易沉。［7］

袁美英(2008）采用質(zhì)量結(jié)合的方法探討了5～7歲兒童的沉浮概念的具體發(fā)展情形，研究顯示:5～7歲兒童的沉浮概念發(fā)展不存在顯著的性別差異，大部分兒童能夠抓住影響物體沉浮的某一種本質(zhì)因素來解釋沉浮現(xiàn)象，并提出5～6歲是兒童沉浮概念發(fā)展的質(zhì)的飛躍期。

沉浮現(xiàn)象是兒童從小就很容易接觸和體驗(yàn)到的，在正式入學(xué)之前，他們就擁有了豐富的與物體沉浮相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。從國內(nèi)外學(xué)者的研究來看，兒童對于物體在水中出現(xiàn)沉或浮的現(xiàn)象的原因最傾向于從物體重量進(jìn)行解釋，其次是大小、形狀等比較直觀的因素，同時其解釋也會受到周圍具體液體的影響。

三 關(guān)于兒童對物體沉浮預(yù)測的研究

皮亞杰將兒童對物體沉浮的預(yù)測同樣劃分為四個年齡階段，與對沉浮解釋的階段相同。

Rowel land Dawson(1977）根據(jù)研究認(rèn)為:學(xué)生習(xí)慣于根據(jù)物體的外觀(如體積、實(shí)心或空心）來判斷物體的浮沉。

Kohn Amy S．(1993）研究表明，在判斷物體沉浮時，3～4歲幼兒沒有采用一致的標(biāo)準(zhǔn);4～6歲幼兒主要從重量和大小來判斷，他們對密度已經(jīng)有了初步的概念，其概念想法與成人類似。［8］

Suat＆Trabzon＆Bayram(2005）調(diào)查了土耳其八年級學(xué)生的沉浮概念，結(jié)果表明學(xué)生仍然用質(zhì)量或體積來判斷物體的沉浮，同時也考慮了不相關(guān)的因素，如有洞、液體的體積等。［9］

陳振威(1999）的研究是對六年級學(xué)生進(jìn)行訪淡，結(jié)果發(fā)現(xiàn):判斷物體沉浮時，學(xué)生常采用物體的體積、重量、空氣與力、實(shí)心或空心等不同的概念來思考;學(xué)生的密度、沉浮概念與概念生態(tài)間呈現(xiàn)明顯的關(guān)聯(lián)性，如:有正確密度、沉浮概念的學(xué)生，其學(xué)習(xí)本質(zhì)的層次也較高。［10］

陳玉真(2004）對中國臺灣36名4～6歲幼兒沉浮概念的發(fā)展進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分幼兒會依據(jù)物體的重量來對物體的沉浮進(jìn)行猜測(67%）、分類(71%）及觀察比較(67%）。［11］

四 兒童對“沉浮”規(guī)律的理解

根據(jù)阿基米德定律，浮力的大小F浮等于物體所排開液體的重力G排，可知F浮=G排=m排·g=ρ液·g·V排。物體密度大于液體密度則下沉，物體密度小于液體密度則上浮，物體密度與液體密度相同時，物體懸浮在液體中。許多研究者發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)過“沉浮”的相關(guān)知識后，兒童面臨“沉浮”情景時依然容易傾向于采用自己的原有認(rèn)識來解釋相關(guān)問題。

徐章英(1984）通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在接受“沉浮”條件和浮力的計(jì)算公式時，學(xué)生會受到有關(guān)概念混淆的干擾，以及感性經(jīng)驗(yàn)的干擾，對于沉浮認(rèn)識的發(fā)展遵循“沉”——“浮”——“浮體”的層次。［12］

Mullet＆Montcouquiol(1988）通過研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對質(zhì)量和體積、壓力和壓強(qiáng)的概念總是容易混淆，在理解浮力或是把物體的重量和該物體所排開的液體的重量進(jìn)行比較方面都是很困難的。質(zhì)量、體積、壓力和壓強(qiáng)的潛在概念會對兒童理解該規(guī)律造成影響。［13］

許嘉玲(1997）研究發(fā)現(xiàn)，國中學(xué)生對于沉浮現(xiàn)象的錯誤概念是由于對“密度”概念不了解，無法區(qū)分重量和密度，學(xué)生較難理解體積變化造成的沉浮現(xiàn)象變化。［14］

羅海軍(2004）對未系統(tǒng)學(xué)習(xí)浮力知識的小學(xué)二、三、五年級以及初中一年級的學(xué)生關(guān)于沉浮的理解進(jìn)行了探查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二、三年級的小學(xué)生還不能對什么是“沉”和什么是“浮”建立起正確的概念表征，在對物體分類時，學(xué)生采用了不同的策略，如:輕重策略、密度策略、材料策略、壓強(qiáng)策略、空實(shí)心策略等，并且指出兒童只有具備了“密度”概念才能科學(xué)地理解“沉浮”的規(guī)律。［15］

五 兒童對浮力的理解

浮力是流體作用于沉浸在其中的物體的向上托的力，實(shí)質(zhì)是流體對浸入其中的物體各側(cè)面壓力的合力。［16］

黃湘武和黃寶鈿(1987）在研究對浮力概念的理解時，對象涉及國小4～6年級、國中1～3年級、高中1～2年級學(xué)生，師大文理科學(xué)生以及在職進(jìn)修理化的教師，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從小學(xué)生到大學(xué)生，關(guān)于浮力的錯誤概念的發(fā)生相當(dāng)普遍，且沒有隨年齡增長而遞減的現(xiàn)象;多數(shù)國小學(xué)生容易受到日常生活經(jīng)驗(yàn)的誤導(dǎo)，認(rèn)為空氣是產(chǎn)生液體浮力的原因，當(dāng)空氣抽掉后液體的浮力會消失。［17］

江新合、許榮福、林寶山(1991）對國中1～2年級、高中1～2年級學(xué)生有關(guān)浮力相關(guān)概念的研究發(fā)現(xiàn)，不同性別、年齡及地區(qū)的學(xué)生普遍具有浮力相關(guān)的迷思概念，并無太大差別，而且不因年級的增加而發(fā)現(xiàn)任何遞減現(xiàn)象。［18］

吳昆勇(2002）認(rèn)為，學(xué)生關(guān)于浮力概念應(yīng)用的迷思概念具有7個特征:沉體在液體中不受到浮力;同樣的沉體或浮體在物體體積、液體密度發(fā)生變化的情況下，所受的浮力不變;浮力的大小跟物體和水的接觸面積有關(guān)，認(rèn)為物體在水中所受浮力比在水面上所受浮力大;單向誤用所學(xué)習(xí)的浮力概念，只利用物體密度、體積、質(zhì)量(重量）的大小而忽略其他因素來判斷浮力的大小;判斷浮力時只注意到題目中的變化量;物體的性質(zhì)改變浮力;鹽水和水的差異對浮力沒有影響。［19］

高凌飚等(張杰、陳紀(jì)峰、高凌飚，2003）對已學(xué)過浮力知識的初二、高一和高二年級學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，了解其另有概念(alternative conceptions），結(jié)果表明:回答錯誤的學(xué)生基本上沒有使用已學(xué)過的科學(xué)概念分析和回答問題，而用所謂的常識去代替物理概念及定理，甚至根據(jù)直覺回答，在浮力理解上的另有概念非常頑固，并沒有隨年級的增加而減少。［20］這與江新合等人的研究一致。

六 對教師教學(xué)的啟示

通過一系列研究，人們發(fā)現(xiàn)兒童關(guān)于“沉浮”的前概念比較普遍，通過教學(xué)也比較難以改變，因此，后來有學(xué)者希望通過自己的研究對教師教學(xué)提出有效的建議。

Rowel land Dawson(1977）根據(jù)自己的研究結(jié)果提出，要讓學(xué)生理解沉浮規(guī)律，教師首先要通過具體的例子和邏輯的論證來幫助學(xué)生理解密度概念，他們認(rèn)為浮沉的主題提供了一個適度的教學(xué)平臺，這個平臺可以促進(jìn)學(xué)生的思維能力從具體推理向抽象推理的躍遷。［21］

Bliss(1995）根據(jù)研究得出了對中學(xué)教師有指導(dǎo)作用的結(jié)論:在能夠分離相關(guān)變量、從中找出他們之間的關(guān)系、理解比率和比例、有對不可見變量進(jìn)行推理的能力后，兒童才能用公式明確表達(dá)出沉浮的規(guī)律。［22］

七 小結(jié)與思考

已有研究多采用訪談、紙筆測驗(yàn)的方法獲取兒童對于相關(guān)概念的認(rèn)識，并對其進(jìn)行定性或定量的分析。通過對已有研究的梳理可以看出，在不同地區(qū)，從幼兒到成人，都有著關(guān)于物體沉浮的難以改變的原有認(rèn)識，并且十分相似，無性別差異。沉浮前概念普遍存在，沒有隨年齡增長而遞減的明顯趨勢。

物體沉浮現(xiàn)象的核心點(diǎn)在于物體在液體中所受到的“浮力”，浮力與物體重力相比較下的大小影響著物體在水中的狀態(tài)，即下沉、上浮或者懸浮。由于“浮力”是較抽象的概念，國內(nèi)外的已有研究內(nèi)容更多地集中在兒童對于影響物體沉浮因素的理解、判斷物體的沉浮上，聚焦于對“浮力”本身的認(rèn)識的研究相對缺乏。而聚焦于對兒童關(guān)于浮力這一核心概念本身(如:浮力的大小、方向等）的認(rèn)識的考查能更進(jìn)一步幫助我們深層次地把握兒童沉浮前概念，進(jìn)而為編寫科學(xué)教育的教材、幫助教師反思和改進(jìn)教學(xué)、制定評價標(biāo)準(zhǔn)等提供更多的參考。

已有研究更多的是以學(xué)齡階段兒童為研究對象，對于學(xué)齡前階段兒童的研究相對較少。研究表明，學(xué)齡前兒童也已形成了關(guān)于“沉浮”的前概念，可進(jìn)一步探查其對于“浮力”這一較抽象的概念是否擁有自己的認(rèn)識，一方面可以完善對于兒童“沉浮”前概念的了解，另一方面能進(jìn)一步促進(jìn)探索兒童“沉浮”前概念轉(zhuǎn)變的策略研究。在方法上，根據(jù)學(xué)齡前兒童的發(fā)展特點(diǎn)，可以采用情景訪談的方式對其前概念進(jìn)行探查。

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［1］袁美英．5－7歲兒童沉浮概念的發(fā)展［D］．南京師范大學(xué)，2008．

［2］汪艷梅．中學(xué)物理前概念及其轉(zhuǎn)化研究［D］．華中師范大學(xué)，2007．

［3］咸蕊．初中生化學(xué)前概念的探查及教學(xué)對策的研究［D］．首都師范大學(xué)，2008．

［4］李高峰，劉恩山．前科學(xué)概念的研究進(jìn)展［J］．內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報，2007(7）．

［5］Hewson，M．G．＆ Hewson，P．W．．Effeet of instruction using students’prior knowledge and conceptual change strategies on science learning．Journal of Research in Science Teaching．1983．

［6］徐杰．大班幼兒沉浮概念轉(zhuǎn)變教學(xué)之研究［D］．南京師范大學(xué)，2008．

［7］郭重吉．利用晤談方式探查國中學(xué)生對重要物理概念的另有架構(gòu)［R］．臺灣第五屆科學(xué)教育學(xué)術(shù)研討會，1989．

［8］莊麗娟．國小六年級浮力概念動態(tài)評量的效益分析［D］．“國立”高雄師范大學(xué)，1996．

［9］Kohn．Amy．s．Preshooler’s reasoning about density:Will it float?Child Development．1993．

［10］Suat，Trabzon ＆ Bayram．Problematic issue for students:Does it sink or float?Asia－Pacific Forum on Science Learning and teaching．2005．

［11］吳同華．對農(nóng)村初中生浮力相異構(gòu)想的研究［D］．曲阜師范大學(xué)，2007．

［12］羅海軍．中小學(xué)生對浮沉現(xiàn)象及其原因理解的案例研究［D］．廣西師范大學(xué)，2004．

［13］吳同華，陳萬平，孟立群．國內(nèi)對浮力理解的研究［J］．物理教師，2006．

［14］亞賽高德邁編，顏鵬飛譯．朗文英漢圖解科學(xué)詞典．北京:商務(wù)印書館出版社，1987(10）:36．

［15］黃湘武，黃寶鈿．學(xué)生推理能力與概念發(fā)展之研究［A］．臺灣認(rèn)知學(xué)習(xí)研討會專集［C］．1987．

［16］Rowell，J．A．＆Dawson，C．J．．Teaching about floating and sinking:an attempt to link cognitive psychology with classroom practice．Science Education．1977．

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1004－342(2013）05－125－04

2013－08－23

曾珍(1986－），女，成都大學(xué)學(xué)科建設(shè)辦公室，助教，碩士。