王媛平 張齊齊 張萍

（北京師范大學物理學系 北京 100875）

國外診斷物理迷思概念的新方法
——多階選擇測試題的應(yīng)用

王媛平 張齊齊 張萍

（北京師范大學物理學系 北京 100875）

在物理迷思概念的研究中，選擇測試題是診斷學生迷思概念的常用方式．近年來，為了提高診斷和測試的精度，國外學者相繼開發(fā)出二階測試題、三階測試題等多階選擇測試題．本文著重介紹多階選擇測試題的特點及它們在診斷和研究學生物理迷思概念方面的應(yīng)用．

迷思概念 二階測試題 三階測試題 多階選擇測試題

學生在物理學習過程中持有一些與科學概念不一致的原有認識，研究者將這種認識稱為“迷思概念”（misconceptions）．精確診斷學生頭腦中的迷思概念及其頑固程度，有助于在教學實踐中幫助學生建構(gòu)科學的物理概念．在迷思概念的診斷研究中，選擇測試題是最常見的一種方式．隨著研究的深入，選擇測試題的功能與形式不斷地發(fā)展，國外研究者已先后開發(fā)出“二階測試題”、“三階測試題”等多階選擇測試題．本文重在介紹多階選擇測試題的特點及它們在診斷和研究學生物理迷思概念方面的應(yīng)用．

1 傳統(tǒng)選擇測試題

傳統(tǒng)的選擇測試題通常是在題干之后給出若干干擾項或正確選項，讓學生從中選出一個或多個．例如，David Hestenes（1992年）等研究者開發(fā)了力的概念測試量表FCI（Force Concept Inventory），被廣泛地用來測試學生對牛頓力學基本概念的理解情況；Maloney et al（2001年）開發(fā)了電磁學概念測試量表CSEM（the conceptual survey of electricity and magnetism），研究學生對電磁學概念的理解情況．然而傳統(tǒng)的選擇測試題雖具有客觀性、數(shù)據(jù)采集方便等優(yōu)點，它也存在局限性：

（1）學生僅憑“猜測”得到答案的情況會給研究帶來誤差；

（2）學生在答題過程中的推理過程無法診斷．雖可以使用訪談等方式加以彌補，但是訪談耗時、耗力，很難用于大樣本的研究．

2 二階測試題（two- tier tests）

針對上述局限性，研究者開發(fā)了兩種不同類型的二階測試題，為了區(qū)分，將其標為A類二階測試題與B類二階測試題．

2．1 A類二階測試題

A類二階測試題主要彌補了第一種局限性，它在傳統(tǒng)選擇題的基礎(chǔ)上加入“確定度判定項”，題目設(shè)置包括“答案項”及“確定度判定項”兩部分．在測試時，首先讓學生從答案項中選擇某一（些）選項，再讓學生針對之前的選擇給出確定度等級（例如“非常確定”、“不太確定”、“猜測的”）．例如，Hasan，Bagayoko＆Kelley（1999年）開發(fā)了確定度指數(shù)CRI（Certainty of Response In dex），并將其加入傳統(tǒng)的選擇測試題中［1］．他們對不同層次的確定度賦值采用0～5分制（0即完全猜測的，1即幾乎是猜測的，2即不確定，3即確定，4即幾乎確定，5即完全確定），并將2．5分作為標準．若CRI高于2．5分的錯誤答案表明學生持有迷思概念；若CRI低于2．5分，不管答案正確與否，均認為學生缺乏與所考查概念相關(guān)的知識；只有CRI高于2．5分且選擇正確答案才表明學生真正地理解了所考概念．也有研究者如Johanna Leppavirta（2011年）采用0～2分制（0即猜測的，1即不太確定，2即非常確定）將CSEM改編為二階測試題，研究學生在電磁學各個知識模塊學習中存在的迷思概念［2］（見例1）．

【例1】（二階測試題a）如圖1所示，兩導(dǎo)線1和2平行放置，流經(jīng)它們的電流分別是I和3I，導(dǎo)線2對導(dǎo)線1的作用力為F1，導(dǎo)線1對導(dǎo)線2的作用力為F 2［2］．

圖1

（1）關(guān)于二者之間的作用力，下列說法正確的是

A．F2＞F1

B．F1＞F2

C．F1＝F2，且是吸引力

D．F1＝F2，且是排斥力

E．二者之間不存在作用力

（2）對于上述選擇，你是否確定，請選

A．猜測的 B．不太確定 C．非常確定

例1考查的知識點有“用右手定則判斷載流導(dǎo)線周圍的磁場分布”及“安培力大小與方向的判定”等．若學生在確定度選項中選擇“猜測的”，則不管對應(yīng)的答案正確與否，研究者認為該學生缺乏該題目所考查的相應(yīng)知識；若學生在答案項中選B（錯誤選項），在確定度判定項中選“非常確定”，則認為學生頭腦中存在迷思概念，比如學生可能認為“流經(jīng)導(dǎo)線的電流越大，它對另一根導(dǎo)線的作用力越大”．但是該類測試題并不能診斷學生的推理過程，因而很難得知學生迷思概念的具體內(nèi)容．

2．2 B類二階測試題

B類二階測試題主要彌補了第二種局限性，它在傳統(tǒng)選擇題基礎(chǔ)上加入“理由項”，從而使學生的推理過程外顯出來．在測試時，首先讓學生在答案項中選擇一個，然后在理由項中選擇自己的理由．自從Treagust（1988年）［3］介紹了編制此類二階測試題的方法后，這類二階測試題已被不同背景的教育研究者所使用．在臺灣，為了建立有關(guān)學生對科學概念理解情況的數(shù)據(jù)庫，由臺灣地區(qū)有關(guān)機構(gòu)贊助的一項跨年級的調(diào)查研究中所使用的就是該類二階測試題．這項研究涉及物理、化學、生物3個學科，其中在物理迷思概念的診斷研究中，共開發(fā)編制了9套二階測試卷，所考查的知識內(nèi)容涉及5個物理主題：力學、電磁學、熱學、聲與波動學、光學［4］．如，Chia-Hsing Tsai等研究者采用二階測試題研究中學生對電路相關(guān)概念的理解情況，研究樣本涉及了7 145 個8，9年級的學生以及2 857個11年級的學生（見例2）［5］．

【例2】（二階測試題b）如圖2所示，I1表示從電源流出的電流，I2表示經(jīng)過燈泡后又返回電源的電流，比較I1與I2的大小

A．I1＞I2B．I1＝I2C．I1＜I2

你選擇上述答案的理由是

A．電流被燈泡消耗了一部分

B．電流和能量在燈泡處都有消耗

C．電流是電荷的移動，由于電荷守恒，因而電流是恒定的

D．電流是能量的移動，由于能量守恒，因而電流是恒定的

圖2

在例2中，若學生在答案項選擇“I1＞I2”，之后又選擇理由項“A”，則認為學生具有“電流被消耗掉了”這一迷思概念．總之，這類二階測試題不僅能檢測學生選對答案的能力，同時也能檢測學生的推理過程．但編制理由項需要前期的相關(guān)研究做支撐．也有研究者采用了一種更簡單的方式實施，即讓學生在選擇答案之后，寫出自己的陳述理由．

總之，這兩類二階測試題雖然在一定程度上彌補了傳統(tǒng)選擇測試題的不足，但仍有不足，如A類二階測試題雖可將學生錯誤的原因區(qū)分為“缺乏知識”與“持有某種迷思概念”，但是不能直接診斷出學生所持迷思概念的具體內(nèi)容．

3 三階測試題（three- tier tests）

為了進一步提高診斷的科學性，研究者開發(fā)了三階測試題．三階測試題就是將上述二階測試題的兩種形式合二為一，即每道題的設(shè)置包括答案項、理由項、確定度判定項，其中確定度判定項要求學生對之前的兩個判斷給出所持有的確定度．如，Derya＆Didis，Nilüfer（2007年）利用三階測試題，研究41個職前物理教師對重力概念的理解情況，并區(qū)分了“缺乏知識”、“迷思概念”、“失誤”3種不同的情況．研究者認為若學生選擇“不確定”，則認為該學生缺乏知識；若選擇結(jié)果為“錯誤答案＋錯誤理由＋確定”或“正確答案＋錯誤理由＋確定”，則認為該學生存在迷思概念；若選擇結(jié)果為“錯誤理由＋正確答案＋確定”，則認為該結(jié)果是失誤造成的；只有選擇結(jié)果為“正確答案＋正確理由＋確定”，才表明學生真正理解所考查的概念［6］．

三階測試題在診斷學生迷思概念的研究中，既可以了解學生的推理過程，又能將迷思概念與缺乏知識等區(qū)分開，更深入地研究迷思概念，更有益于大樣本的研究．然而也有一些研究者指出，三階測試題要求學生給出對所選“答案項”與“理由項”所持有的確定度，但學生可能對此持有不同的確定度，比如學生可能對所選答案很確定，但是對所選的理由并不確定．針對以上出現(xiàn)的問題，Imelda S．Caleon＆R．Sub ramaniam（2010年）在研究學生對波的振動與傳播的理解時開發(fā)了四階測試題［7］，每道題包括四部分：答案項-確定度判定項；理由項-確定度判定項．

4 小結(jié)

總之，隨著對迷思概念研究的深入，研究者越來越關(guān)注診斷方式的科學性、合理性．多階選擇測試題數(shù)據(jù)采集方便、客觀，能較精確、定量地診斷持有迷思概念的學生比例及迷思概念的具體內(nèi)容，尤其在大樣本研究中，其優(yōu)勢更明顯．需要注意的是多階測試題在具體實施時，為了避免后面理由項內(nèi)容影響學生之前的判斷，保證數(shù)據(jù)的真實性，要求學生依次完成各階的選項，不能返回去修改之前答案，這一點可借助計算機等網(wǎng)絡(luò)教學平臺得以實現(xiàn)．

1 Hasan．S，Bagayoko．D，Kelley．E．L．Misconceptions and the Certainty of Response Index（CRI）．Physics Education，1999，34（5），294～299

2 Treagust，D．F．The development and use of diagnostic instruments to evaluate students′misconceptions in science．International journal of Science Education，1988，10，159～169

3 Johanna Leppavirta．Assessing undergraduate students’conceptual understanding and confidence of electromagnetics．International Journal of Science and Mathematics Education，2011，10：1 099～1 117

4 Huey- Por Chang，Jun- Yi Chen，Chorng- Jee Guo et al．Investigating Primary and Secondary Students′Learning of Physics Concepts in Taiwan．International Journal of Science Education（2007），29：4，465～482，DOI：10．1080/09500690601073210

5Chia- Hsing Tsai，Hsueh- Yu Chen，Ching- Yang Chou，Kuen- Der Lain．Current as the Key Concept of Taiwanese Students′Understandings of Electric Circuits．International Journal of Science Education，Vol．29，No．4，19 March 2007，pp．483～496

6 Kaltakc i，Derya＆Didis，Nilüfer．Identification of Pre-Service Physics Teachers′Misconceptions on Gravity Concept：A Study with a 3- Tier Misconception Test．AIP Conference Proceedings，2007，Vol．899 Issue 1，p499

7 Imelda S．Caleon＆R．Sub ramaniam．Do students know what they know and what they don′t know？Usinga four- tier diagnostic test to assess they nature of students′alternative conceptions．Res Sci Educ，2010， 40：313～337 DOI 10．1007/s11165- 009- 9122- 4

王媛平（1986- ），女，在讀碩士研究生，研究方向為物理課程與教學論專業(yè)．

指導(dǎo)教師：張萍（1964- ），女，博士，博士生導(dǎo)師，教授，主要從事高等物理教育研究．

2014- 05- 25）