高中生电流概念理解的诊断及其教学研究

摘要

科学概念教学是科学教育的重要组成部分。电流概念是中学科学教学中的一个核心概念，能解释许多自然事物和现象，同时具有很高的抽象性，能整合物理中许多关键概念、原理和理论。由于电流概念的复杂性，学生通常会存在许多关于电流的迷思概念，这些迷思概念复杂、相互间存在联系且难以被教学转变。
　　本研究以高中生为研究对象，结合电流迷思概念研究和电流概念认知诊断研究，探讨学生持有的电流迷思概念和电流概念知识结构的关系。通过补救电流概念知识结构的教学转变学生电流迷思概念，最后分析教学效果。
　　研究结果表明:
　　(1)通过文献分析、访谈和纸笔测验发现高中生持有的电流迷思概念可以归纳为四种模式:单极模式（电流从电池一端流出到灯泡结束）、双极模式（电流从电池两端流出并交汇）、消耗模式（电路中的电流会被消耗）、顺序模式（电流流经多个用电器是有顺序的）。这四种模式相互之间存在着联系，包含了很多想法。研究结果与前人电流迷思概念研究表现出一致性。
　　(2)通过文献分析、专家讨论、口语报告和纸笔测验确定学生的电流概念的属性层级关系并用以表示学生应该建立的电流概念知识结构。该层级属性关系包含“了解电流概念”(A1)、“了解电压概念”(A2)、“了解电场概念”(A3)、“了解电阻概念”(A4)、“理解电路中电流模型”(A5)、“理解电流经过电阻做功过程”(A6)、“理解电热实质”(A7)七个属性。其中A1、A2、A3、A4为理解电流概念的事实性知识，A5为构建电流概念的概念性知识，A6、A7为运用电流概念处理问题的程序性知识。经验证属性层级关系合理(HCl=0.65)。同时通过掌握模式归类每个学生的知识结构，计算每个掌握模式的能力值。通过将能力相近的掌握模式归组可以将学生的掌握模式分为九组，各组学生有不同的特点，根据学生特点可以画出从低能力组到高能力组的学习之路。
　　(3)从质性和量化两方面讨论学生持有电流迷思概念和其属性层级关系的关系，发现学生持有电流迷思概念是其属性层级关系缺失（掌握模式）的表现。其中单极模式和双极模式是学生对于层级关系中的和电流相关的事实:“了解电流概念”(A1)、“了解电压概念”(A2)、“了解电场概念”(A3)和“了解电阻概念”(A4)认识错误的表现。而“消耗模式”和“顺序模式”是学生不能掌握“理解电路中的电流模型”(A5)的表现。
　　(4)根据认知诊断结果将学生分为四个阶段，每个阶段有不同的教学目标。根据教学目标结合概念转变理论探讨四个阶段应该采用的教学策略，并结合实际情况制定有针对性的教学。经检验教学效果良好，“认知属性层级关系补救”教学能够显著提升学生的掌握模式并转变学生的迷思概念。学生电流概念认知属性层级关系的补救在一定程度上对应了电流迷思概念的转变。

目录

摘要

前言

一、文献综述

(一)相关概念界定

1．概念(concept)

2．迷思概念(misconception)

3．认知诊断(cognitive diagnosis)

(二)概念转变理论

1．认识论概念转变理论

2．本体论概念转变理论

3．朴素理论概念转变理论

(三)电流迷思概念相关研究

1．零散描述迷思概念的研究

2．整合迷思概念的研究

3．解构迷思概念的研究

(四)电流概念转变的教学研究

1．引发认知冲突的教学策略

2．解决认知冲突的教学策略

3．概念转变的教学模式

(五)认知诊断理论

二、问题的提出、研究设计及意义

(一)问题的提出

(二)研究设计

(三)研究意义

三、研究一：迷思概念与认知属性层级关系的界定

(一)研究对象

(二)研究内容与方法

(三)电流迷思概念的界定

1．电流迷思概念初步确认——文献分析

2．电流迷思概念的类别确认——学生访谈

(四)电流概念认知属性层级关系的界定

1．认知属性层级关系的初步界定——文献分析

2．认知属性层级关系的修改——专家讨论

3．认知属性层级关系的质性验证——口语报告

(五)电流迷思概念与电流理解知识结构关系讨论

(六)研究结果

四、研究二：测验编制及其质量分析

(一)研究对象

(二)研究内容与方法

(三)电流迷思概念测验编制

(四)电流概念认知诊断测验编制

1．高中生电流概念属性层级关系的R矩阵

2．得到属性掌握模式

3．确定编制测验的Q矩阵

4．测验编制

(五)整合两种测验形成试卷

(六)测验过程

1．测验实施

2．评分

(七)测验质量分析

1．电流迷思概念测验质量分析

2．电流概念认知诊断测验质量分析

(八)研究结果

五、研究三：迷思概念的归类和认知诊断评估

(一)研究对象

(二)研究内容与方法

(三)电流迷思概念的归类

1．数据处理

2．电流迷思概念的归类结果

(四)电流概念的认知诊断评估

1．数据处理

2．学生电流概念掌握模式的归类结果

(五)电流迷思概念与电流知识结构缺陷关系讨论

1．单极模式

2．双极模式

3．消耗模式

4．顺序模式

(六)研究结果

六、研究四：教学探讨及教学效果分析

(一)研究对象

(二)研究内容与方法

(三)教学探讨与实施

1．认知属性层级关系补救的教学探讨

2．两种教学区别的分析

3．教学实施

(五)后测编制

(六)教学效果分析

1．掌握模式比较

2．电流迷思概念比较

3．掌握模式提升对应了迷思概念转变

(七)研究结果

七、结论与启示

(一)结论

1．存在两种诊断概念理解的不足的方式

2．通过补救属性层级关系的教学可以转变迷思概念

(二)启示

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

声明