小学生的前概念与科学教学(一)
一 小学生的科学前概念
调查以下这些科学前概念的方法主要有访谈法和提问法，另外在访谈中有的还用到了绘图和实验操作等手段。研究的对象主要是8－12岁的小学生。
1．对地球的认识
访谈的对象是8－11岁的小学生,他们对于地球的形状和引力问题的认识,大致可以归为以下五种。
（1）我们生活的地球是平的，不是像球体一样圆的。
当访谈者问这些学生地球是什么形状的时候,他们几乎都说地球是球形的,而当访谈者进一步让学生对地球的形状进行解释时,却发现他们并没有真正理解这一事实，在他们思维的深处还是认为地球是平的。以下学生绘制的关于地球形状的解释图正说明了这一点。
图片 (a)是一位8岁小学生画的。她认为地球是圆的，就像地面上的路一样弯曲。
图片(b)是一位8岁小学生的解释画。他认为地球是圆，就山顶的形状一样。
图片(c)也是一位8岁小学生的解释画。他认为存在两个地球，一个地球在天上（图上的小圆代表的是天上的地球），它是圆球形的。另一个是我们脚踩的地球，它是扁平的。
图片(d)是一位11岁学生的解释图。他认为地球是圆形的，但是地面是平的，地面的周围是海洋。他还画了一个哥伦布环球航行的路线图。
图片(e)是一位10小学生的解释图。他也认为地球是圆形的，但是地面是平的，地面的周围是海洋。还认为只有通过宇宙飞船才能发现地球是圆的。
（2）地球是圆的，但它上部是空气，下部是地面和水；
在8－11岁的学生中很多人持有这种观点。他们认为地球是球形的，但是它是由两个半球合成的球体。上半个球体充满了空气，下半球体是地面和水。当访谈者让学生进一步解释地球上的日出日落的时候，他们绘出了图(b)，他们认为太阳围绕着地球东升西落，周而复始。
（3）地球是球形的，但是他们不明白地球引力的方向。
对于那些知道地球是一个实体的球的学生，访谈者让他们画出装有水的瓶子放在地球的不同位置会出现的情况。右图是学生绘制的图。图上有两个瓶子其中一个塞有盖子，另一个是敞口的。放在地球上方的瓶子里的水位于底部，而放在地球下方的瓶子的里水会往下流，敞口的瓶子里的水将全部溢出。有相当多学生持有这种观点。这说明有些学生对于地心引力还不了解，还没有真正理解地球是球体的实质。
如果再让学生画在地球上朝同一个开口、不同方向的隧道扔物体的情况，学生会绘制出下图中的错误图。当访谈者问学生的原由时，他们的回答是图(a)中K路线朝下一些，所以物体会落入到K隧道中。
而图(b)的隧道N更竖直一些，所以物体会朝着N路线落下。
（4）地球是球型的，知道地球引力指向球心，但是不明白地球引力的作用情况。
对于那些已经知道地球引力指向的学生，访谈者让他们解释物体穿越地心隧道的情形。以上学生所画的解释图都认为物体能够穿过隧道。这说明了学生不明白地球引力的作用情况。
（5）这种观点与科学的观点一致。
只有极少数的学生画出了以上正确的解释图，但是其中的绝大部分只是一种巧合。所以从总体上看小学生还无法解释有关地球引力的作用效果。
力与运动
对于力与运动，8－11岁的学生普遍存在以下五种观点：
（1）力与活着的物体的有关，只有具有生命的物体才有力；
（2）物体运动的时候一定有力的作用；
（3）物体运动得速度越快，它所受到的力也就越大；
（4）如果物体不运动了，它就不受力了；
（5）假如一个物体在运动着，那么作用在它上面力的方向与物体的运动方向一致。
持观点（1）的多是一些年龄相对较小的学生。其他四种观点在这些学生中间极其普遍。如上图所示，学生认为物体在下落的过程中会受到向下的力作用，物体下落得越快受到的力就越大；当物体往上运动时会受到向上的力的作用，当物体上升到最高点时它就不受力了。
3．有关人的消化道
当访谈者问：学生食物从口进入以后，它们在人体内所经过的路径如何？学生的回答大致归为下图中的三类：
一个入口，一个出口，如图(a)所示；
两个入口，一个出口， 如图 (b)所示；
两个入口，没有出口，如图(c)所示。
4．有关简单电路
访谈者首先让8-11岁的学生用一节电池、两根导线来点亮一个小灯泡。当灯泡亮了以后，让他们解释电路的电流情况。学生一般有以下三种解释：第一种观点如图
(a)所示，学生认为电流从电池的正极出发到达灯泡，于是灯泡就亮了；第二种观点如图
(b)所示，学生认为电流从电池两端出发到达灯泡；第三种观点
如图(c)所示，电流从正极出发，然后经过小灯泡，最后流回负极。第三种观点是科学的。
访谈者给出正确解释后，让学生进一步用串联的方法点亮两个功率不同的小灯泡，然后再问他们在这个串联电路中的电流情况。结果有两种情况：第一种解释是，学生认为更亮的灯泡流过的电流更多，电流从正极出发的时候电流量较大，当它回到负极的时候电流就变少了；第二种解释是，流过两个灯泡的电流一样多，但是电流从正极出发的时候电流量较大，当它回到负极的时候电流就变小了。
5．有关光的概念
访谈的对象：
10-11岁的学生； 地点：在一间明亮的教室里。
问题（1）：光在哪里？
学生： 光无处不在；
学生：光在天花板上的灯泡里；
学生：晴天的光更亮一些，主要与天气有关。
问题2：光和影子有什么关系？
学生：影子是一种黑色的光照射形成的；
学生：光照射到物体上，然后物体就会把影子映到墙上；
学生：光照到物体上，把它的前面照亮了，但是却不能穿过这个物体，因此它的后面是黑的阴影；
学生：如果把一个板子放在灯光下，墙上就会出现影子，是因为灯光被板子挡住，就好像一堵墙，如果把板子拿走，影子就消失了。
问题（3）：光的传播需要时间吗？
学生：需要时间，假如太阳没有了光了，大概地球需要三四个月以后就黑暗了；
学生：灯开了，光就看见了，不过可能需要一点时间，因为电流到达灯泡需要一些时间，而光的传播本身不需要时间。
问题（3）：为什么在太阳光下放大镜能够把纸烧着？
学生：因为放大镜能够聚集光；
学生： 通过放大镜以后光就更多了，所以就更热了；
学生：通过放大镜以后，光线没有变多，只是聚集在了一起；
（如果让学生画一张光线通过放大镜的光线图，学生绘出了下图：先是几条光线，经过放大镜以后就变成一条很粗的光线。）
6．有关浮力的概念
对于浮力学生存在以下这些观点：
（1）一块长木头竖着放人水中比横着放人水中时受到的浮力小，因为竖着放底面积小，而横着放底面积大，所以它的浮力就大；
（2）大小一样的实心铁块和空心铁球放在水中时所受到的浮力不同，空心铁球所受的浮力大，因为空心球里有空气；
（3）物体浸没得越深，它所受到的浮力就越大，因为往水中按物体时越深越费力；
（4）沉没于盛水容器底部的物体不受浮力，因为它漂浮不起来；
（5）同样大小的铁块和木块完全浸没于水中，木块所受的浮力大，因为一松手木块就能漂起来；
（6）不施加外力，铁块不能漂浮于任何液体上，因为铁太重要。
以上观点是通过让学生进行有关浮力的实验所发现的。学生的这些原有经验很多都是非科学的。所以他们很难理解阿基米德定律，也很难相信铁块会漂浮于水银面上。因为在他们日常生活中所观察到的浮力现象和形成的已有认识阻碍了他们的理解。
7．有关水的蒸发
研究的对象是60名小学二年级的学生（这些学生生活在农村，他们几乎没有接触过蒸发的知识。）
问题（1）：把装满水的玻璃杯放在窗户的阳台上，过几天后杯子里的水会发生什么变化？
学生：水不会发生变化（持这种观点的较多）；
学生：水可能会变少，如果要问他们水变少的原因时，可能是小动物或人把它喝了；
学生：水变少，因为水跑到空气里了（极少数学生这样认为）；
学生：水会变多（但是他们给不出理由）。
问题（2）：用湿粉板擦擦黑板，黑板上留下一道水痕，但不久以后水痕就消失了，那么这些水究竟都到那里去了？
学生：水转进了黑板里，被黑板吸收了。
问题（3）：衣服晾在屋子里和晾在外面阳光下，哪个干得更快？
学生：在阳光下干得快些。
（几乎所有的学生都自己在阳光下干的快些。如果要他们进行解释，他们说因为外面热一些，很少有人说温度加快了水蒸发的速度。）
问题（4）：一滴水在电风扇下吹是不是干得更快些？
学生：在电风扇下水干得更快些。
（几乎所有的学生都回答在电风扇下水干得更快些，但他们却说不出原因。）
问题（5）：把水倒在桌子上和放在细长的小杯子里，哪个里水干得更快？
学生： 一样快；
学生：倒到桌子上水干得更快。（但是他们却说不出原因。）
8．关于溶解与结晶
研究对象是46名四年级的农村学生（他们没有学习过溶解的知识）。在访谈前准备了一小盆水、几袋食盐、锅和燃具，然后问学生以下问题。
问题（1）：这些水能溶解多少盐？
学生：能把全部的盐溶解。
（几乎所有的学生都说能把所有的盐都能溶解掉。于是访谈者让学生把盐溶解到水中，结果发现水只能溶解掉一定的盐。看到这个现象，学生感到很惊讶，他们使劲地搅拌和捣碎食盐，认为通过这种方法能把更多的盐溶解掉。可结果盐还是不溶解。于是访谈者再问他们第二个问题。）
问题（2）：你知道盐是如何溶解于水的吗？请猜想一下！
学生：盐溶于水就像冰雪的融化一样，融化成水后就溶解了。
问题（3）：把盐水蒸干后，盐会不会析出来？
学生：盐不会析出。
（几乎所有的学生都说盐不会析出来。他们认为盐会随着水的蒸发而消失到空气当中。于是访谈者把盐水倒入锅里加热，直到把所有的水都蒸发完，结果析出了食盐的晶体。对此学生感到很惊讶，认为不可思议。）
8．生命体死亡后会怎样？
这是美国教育心理学家古德先生在上世纪80年代所做的一项调查，他想了解学生对生命现象的解释情况。学生的回答有：
KEITH（8岁）：有一些会被埋掉，或是被白蚁吃掉。
PAT（8岁）：到地底下去了，会分解。
CECI（6岁）：一个东西死了以后，它就再也不会回来了。
KENNTH（6岁）：不知道。上天堂……但不是所有的东西都这样。人会上天堂，但有些人不上……有些下地狱了。我想应该有一个昆虫的天堂。
SANDY（8岁）：死了的东西会发臭，所以你得把它埋了，然后它就会变成灰尘。
DARRELL（8岁）：死了的东西会枯萎或被蜘蛛吃掉。
KIM（8岁）：可能会被吃掉，也可能被埋掉。有时动物死后会进一个专门的山洞。我看过一部电影上说所有的大象死后会去一个专门的地方。
CYNTHIA（8岁）：有时就躺在地上，有时被埋在地底下。
ALEX（9岁）：会慢慢分解，然后被蚂蚁和别的动物吃掉。
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