邵鋒星
學習科學的研究表明,兒童總是帶著在日常生活中通過積累經(jīng)驗而獲得的前概念進入學習。因此,科學學習過程也常常被認為是學生原有概念的豐富和修正、由前概念向科學概念轉變的過程。教科版等多個版本的小學科學教材內容,主要安排在四年級下冊“電”單元和六年上冊“能量”單元。事實上,“電”是一個很抽象的名詞,但又與生活息息相關,兒童許多電學的用語與概念,都來自日常生活或其他課外讀物,導致一知半解,形成許多錯誤的前概念。本研究旨在探查小學生關于電學存在哪些前概念類型,以期為小學科學教學提供參考。
一、研究設計
本研究以浙江省杭州地區(qū)16所小學為研究樣本,對這些學校四年級學生(四年級第一學期)共2878人進行問卷測試。其中杭州江南實驗學校等城區(qū)小學4所,占25%;建德市明珠小學等城鎮(zhèn)小學7所,占43.8%;淳安縣青溪小學等農(nóng)村小學5所,占31.2%。在學生問卷測試完后,根據(jù)答案內容,對部分學生進行訪談。
二、測試工具
以小學科學課程標準中內容標準為依據(jù),在十道測試題目中,有關電路連接一題,電流方向問題一題,電流強弱問題一題,電池和小燈泡的構造各一題,電池與燈泡的串聯(lián)、并聯(lián)及應用有四題。在訪談方面,適當加入學生對題目的理解與分析。
三、結果分析
(一)量化資料分析
在有效樣本2875份中,統(tǒng)計結果如下:
1.統(tǒng)計結果顯示,16所學校學生測試的平均正確率為38%,城區(qū)小學生與農(nóng)村小學生雖然生活環(huán)境有所不同,但對于電學前概念整體上無明顯差異。
2.第二、三題對電池和小燈泡構造的認識,農(nóng)村小學生正確率明顯高于城區(qū)小學生。通過訪談發(fā)現(xiàn)原因是農(nóng)村小學生在日常生活中有更多機會動作操作、觀察過干電池和小燈泡。
3.統(tǒng)計結果同時顯示,小學生對電學的前概念有部分是與科學的理解大體一致的,但更多屬于有局限的、不完整的,或與科學概念相悖的概念。
(二)兒童關于電學前概念類型分析
1.電池和小燈泡構造的前概念
(1)65%的小學生能夠畫出干電池形狀,是十道題目中正確率最高的一題。表明兒童由于日常生活中親自動手操作、觀察過干電池,而有了一定的認識。在訪談中同時發(fā)現(xiàn)有學生認為“電池有沒有正負極,要看電池本身的樣子”。
(訪談一)
T:這種電池有正負極嗎?(拿出紐扣形狀電池)
S:這個嘛?沒有正負極。
T:為什么?
S:它的形狀不對。
其實,所有的電池都有正負極,只是有的電池沒有標示而已。
(2)對于小燈泡構造中的玻璃泡、燈絲和金屬架,小學生都有較高正確率的認識。但是78%的城鎮(zhèn)小學生和57%的農(nóng)村小學生都不能正確指出小燈泡的兩個連接點。
2.兒童對電流前概念的認識
兒童對電流的前概念主要有以下幾種認識:(見圖一)
(1)單極模型。如題目第一題的B圖和G圖,小燈泡只與電池正極相連接,與電池負極沒有連接。一部分學生認為電池是有電的,只要用導線將電池的電連接到小燈泡,小燈泡就會發(fā)亮。
(2)對沖模型。電流從電池兩極流向燈泡。這個模型的名字來自訪談過程中學生對小燈泡發(fā)亮的解釋:“電池兩端都放出電流,在中間小燈泡的地方對碰了……小燈泡就發(fā)亮了”。與單極模型比較,對沖模型反映了這部分學生認為導線必須從正極連到小燈泡,再從小燈泡連接到電池負極。
(3)衰減模型。電流沿著一個方向在電路中流動。電池從電池一端離開后,一部分電流被燈泡“消耗”,因此只有較少的電流返回電池。在串聯(lián)電路中,越在后面的小燈泡接收的電流越少,也越暗,這是在小學生中很流行的觀點。
(4)科學模型。也有部分兒童同意公認的科學模型,認為電流在電路中沿一個方向流動并且守恒。
(圖一:兒童對電流前概念主要幾種認識模型)
以上各種模型中,持單極模型觀點占7%,27%的學生持沖模型觀點,持衰減模型觀點的竟高達46%,說明在小學生前概念中這種觀點的普遍性,持科學模型觀點的占20%。
3.兒童對電路連接方式前概念的認識
兒童對電路連接方式的錯誤前概念的認識有以下幾種類型:
(1)串聯(lián)和并聯(lián)常混淆不清。測試結果發(fā)現(xiàn),第五、六題及第九題,是正確率最低的三個題目。經(jīng)過與學生的訪談后發(fā)現(xiàn),絕大部分學生無法將電池、小燈泡串聯(lián)和并聯(lián)的定義說清楚,也有些學生知道串聯(lián)和并聯(lián)的不同,但是不知道哪種連接是串聯(lián),哪種連接是并聯(lián)。
(訪談一)
T:你能告訴我電池什么情形是串聯(lián),什么情形是并聯(lián)嗎?
S:并聯(lián)就是電池保持平行……串聯(lián)就是有兩個連接在一起,就是串聯(lián)。
T:請問第9題B圖是屬于電池的串聯(lián)還是并聯(lián)?
S:這個應該是串聯(lián),不,是并聯(lián)吧!嗯!我想一下,應該是……串聯(lián)才對。
(訪談二)
T:第7題和第8題燈泡的連接方法有什么不同?
S:的確是不同的。
T:你知道哪個是串聯(lián)、哪個是并聯(lián)嗎?
S:這個……我說不清楚。
但是兒童憑借自己對簡單電路圖的理解,對于第7題和第8題中A燈泡壞了以后B燈泡是否仍然發(fā)亮的判斷,正確率達到42%至51%,高于平均水平,顯示這一問題對兒童來說并不是難點。
(2)電池串聯(lián)和并聯(lián)對燈泡的效果都一樣,只是連接方式不同而已。從第10題的統(tǒng)計情況發(fā)現(xiàn),學生只有24%的正確率,可以發(fā)現(xiàn),大多數(shù)學生判斷電池串聯(lián)和電池并聯(lián)對于燈泡的使用效果相同。
(訪談一)
T:這兩個燈泡,哪個會更亮一些?你寫一樣亮,為什么這么認為呢?
S:我是猜的……
T:那你覺得這個電池的連接方式對燈泡亮不亮有沒有影響?
S:應該沒有吧!
T:為什么?
S:因為都是兩個電池??!
四、研究結論
1.兒童由于日常生活中親自動手操作、觀察過干電池和小燈泡,而對其構造有一定認識,但是相當一部分小學生不能正確指出小燈泡的兩個連接點。
2.兒童對電流的前概念主要有單極模型、對沖模型、衰減模型和科學模型等幾種認識,其中衰減模型占有最高比例。
3.兒童對串聯(lián)和并聯(lián)?;煜磺澹J為電池串聯(lián)和并聯(lián)對燈泡的效果都一樣,燈泡串聯(lián)和并聯(lián)時,以電流先通過哪個燈泡或者燈泡是否靠近電池決定明暗。?