黃皓

[摘? ?要]學生所持有大量迷思概念就是跨學科融合教學需要面對的一類真問題。通過發(fā)現并識別迷思問題，組織學生協作學習，為學生提供充分交互學習與探討的機會，可修正并整合學生的碎片化認知，達成迷思概念向科學概念的轉變。教師和研究者應對跨學科融合教學中人的認知結構發(fā)生的同化和順應、群體迷思概念發(fā)生轉變的機制開展更深入的實踐探索。

[關鍵詞]跨學科;融合教學;協作學習;迷思概念;科學概念

一、實踐背景

在科學教育中，有些概念的學科邊界比較模糊。這些概念容易成為學生的迷思概念?！懊运几拍睢保╩isconceptions）的定義主要有兩種取向。一是指學生所擁有的不正確的想法;二是學生有局限的、不完整的、不同于一般所公認的科學概念[1]。

近年來，需要跨學科、跨領域協作解決的復雜真實問題在全球不斷涌現，跨學科融合教學的重要性和必要性隨之日益凸顯[2]。長期以來，分科教學模式導致教師跨學科知識不足，由此教師也會產生迷思概念。以往對學生迷思概念成因的分析多集中在學生日常生活經驗、消極思維定勢和對原概念認識的局限性，忽視了教師方面的原因，即教師本身的迷思概念。因此，在一定程度上打破單一學科內相對封閉的知識架構，呈現相對開放的多維課程空間，是幫助學生的迷思概念向科學概念轉變的必然選擇。

二、問題的提出

在回顧高三化學“電動勢和電路內、外電壓問題”時，筆者舉了“銅—鋅原電池”的例子（見圖1），很多學生指出“老師錯了”，并提出圖中的電解液應該用稀硫酸而不是硫酸銅溶液。筆者在詫異之余，不免思考學生的群體迷思概念從何而來，以及怎樣向科學概念轉變。在此，將以“原電池內的化學反應”為例加以說明。

三、協作學習設計與教學過程

對上述問題的破解策略在于：引發(fā)認知沖突，讓學生意識到自己對學習內容所持有的不科學的看法或觀點及其不合理之處，并成功轉變?yōu)榭茖W觀點[3]。該策略的本質是對學生碎片化認知的修改與整合[4]，其關鍵是設計協作學習，為學生提供充分與他人交互、與學習內容交互的機會，從而修改與整合認知，轉變迷思概念。

1.識別并診斷迷思概念

（1）識別

該環(huán)節(jié)通過表1所示的前測問卷完成。研究者向高三理科生發(fā)放了問卷125份，向化學教師發(fā)放問卷12份，全部有效回收。

（2）診斷

分析前測結果有以下發(fā)現：12%的學生認為，外電路未接通時，鋅棒會與電解液反應，銅棒與電解液不會發(fā)生反應，即原電池沒有正負極;88%的學生認為，外電路無論是否接通，銅棒與電解液都不會發(fā)生反應，原電池沒有正負極，應將CuSO4 溶液換成稀硫酸溶液，同時100%的教師都支持這一觀點;全體學生都無法解釋電荷定向移動的原因，只是記得“陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移”，多數教師同樣如此。

通過前測，執(zhí)教者識別出了學生群體迷思概念的內容本體、表征形式及其理由。顯然，“外電路無論是否接通，銅棒與CuSO4電解液都不會發(fā)生反應，也就沒有正負極”是師生的共識。這一前測結果表明，教師在授課時只關注原電池的化學因果，這可能是學生迷思概念產生的直接原因。

2.探究迷思概念轉變障礙及克服條件

（1）迷思概念轉變障礙探究

該環(huán)節(jié)通過小組討論在課上完成，討論內容如表2所示。討論后，再請各學習小組應用“原電池的構成條件”解釋自己的觀點。

通過小組討論，各組均認為，由于銅棒與CuSO4 溶液不會自發(fā)進行反應，所以如圖1所示的裝置不能構成原電池。討論結果表明，該解釋作為“原電池的構成條件”的化學因果，是確切無疑的。然而，細究“原電池的構成條件”發(fā)現，這其實并不是一個純粹的化學問題。因為學生只掌握了少量的與原電池相關的化學知識，但還欠缺其他相關知識，僅從化學學科的角度講解或實驗演示很難幫助學生完成迷思概念的轉變。

（2）迷思概念克服條件探究

實現迷思概念轉變的前提在于理解其過程，識別出可干預的路徑。高中學生能夠進行定性、定量觀察，也能夠在一定程度上進行科學知識的有效遷移。因此，在開展本次教學活動時，可提供相關的物理學科知識作為認知支持，給學生呈現直觀的可視化實驗原理（微觀），這是克服迷思概念轉變障礙的必要條件。

3.迷思概念轉變的實施與評估

（1）添加觀點

學生反復強調的“不會發(fā)生反應”實際上是指“不會發(fā)生化學反應”。事實上，通常所說的反應，除了“化學變化”外，還包括“物理變化”。

物理變化的特征是“沒有新物質生成”。其微觀本質是“對于由分子構成的物質，分子本身沒有變化，是分子的聚集狀態(tài)發(fā)生了改變”。在熱學范圍內，分子、原子、離子遵循相同的熱學規(guī)律，把三者統(tǒng)稱為“分子”。

（2）進行類比

通過速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計等引入“電偶極層”概念，講解要點如表3所示。學生在學習小組內自主完成具體內容的溫習。教師引導并總結：在這些實例中，均沒有發(fā)生化學反應;但是正負電荷在外界因素的影響下重新分布，形成了正負極。

（3）給出結論

如圖2所示。在鋅棒與銅棒未接通時，鋅棒中的鋅原子失去兩個電子（電子留在鋅棒上）變成鋅離子，溶解到溶液中;溶液中的銅離子與銅棒中的自由電子結合而變成銅原子，沉積到銅棒上，使銅棒帶上了正電;鋅棒附近形成“鋅棒（負）、Zn2+（正）”電偶極層，從而在銅棒的附近形成“SO2-4? （負）、銅棒（正）”電偶極層[5]。即正負電荷在外界因素的影響下重新分布，形成了正負極。

鋅棒附近：Zn? ? Zn2? ?2e

銅棒附近：Cu2? ?2e? ?Cu

（4）進行整合

正負極明確后，外電路接通后電荷的移動方向便迎刃而解，如圖3所示。無需教師多加解釋，各組均可自行得出以下結論：

（1）電流方向：由銅棒沿導線流向鋅棒;

（2）電子流向：由鋅棒沿導線流向銅棒;

（3）電解質溶液中離子流向：陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。

顯然，借助“電偶極層”概念，學生對于外電路接通后電荷的移動方向“陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移”就可以在理解的基礎上記憶了。

四、反思與展望

“破解學生的迷思概念”這個真問題，對于跨學科融合教學的落地，具有重要的現實意義。在實踐中，教師需要深入探討的核心問題是對群體迷思概念的識別與診斷，要找到單一學科教學情境下迷思概念無法轉變的原因，并合理設計協作學習。

如果從系統(tǒng)的角度審視迷思概念轉變，探討跨學科融合教學中人的認知結構在交互中發(fā)生的同化和順應，群體迷思概念在交互中發(fā)生轉變的機制，對基礎教育階段開展跨學科融合教學更具引領價值。

參考文獻

[1]蔡鐵權，姜旭英，胡玫.概念轉變的科學教學[M].北京：教育科學出版社，2009.

[2]溫·哈倫.以大概念理念進行科學教育[M].韋鈺，譯.北京：科學普及出版社，2016.

[3]王靖.高中學生信息技術概念轉變診斷、機制與策略[M].北京：中國社會科學出版社，2017.

[4]胡平.物理實驗教學中“教學碎片”的聯結[J].物理教師，2015（8）：5-13.

[5]陳恩譜.物理原來可以這樣學[M].長沙：中南大學出版社，2019.

（責任編輯? ?郭向和）