謝海燕 徐曉東

（1.華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東廣州 510800；2.華南師范大學(xué) 教育信息技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510631）

一、研究問題的提出

概念是日常生活中認(rèn)知世界的工具，也是學(xué)校教育的主要目標(biāo)之一，可以說概念對于我們非常重要。然而，心理學(xué)以及科學(xué)教育領(lǐng)域中關(guān)于概念理解的研究指出，即使到了成年，許多人仍然持有一些錯誤概念，這些概念通常被稱為迷思概念（Misconception），例如，“運(yùn)動表示有力的作用”[1]。學(xué)生的迷思概念主要來源于日常生活經(jīng)驗(yàn)。

國內(nèi)外有關(guān)力和運(yùn)動的概念轉(zhuǎn)變研究都集中在力和運(yùn)動迷思概念的調(diào)查研究、使用教學(xué)策略進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變的實(shí)證研究上。有些研究表明，學(xué)生在經(jīng)過教學(xué)后力和運(yùn)動的迷思概念反而加重了，一個主要原因是牛頓第一定律與學(xué)生的直覺思維相矛盾，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中總存在摩擦力，因此，為了維持一種運(yùn)動狀態(tài)，必須不斷對物體施加外力。

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廣州市高一學(xué)生關(guān)于牛頓第一定律的迷思概念主要是圓周沖力和打擊提供沖力，這兩個迷思概念背后的現(xiàn)象本原是運(yùn)動表示有力的作用，要實(shí)現(xiàn)圓周沖力和打擊提供沖力迷思轉(zhuǎn)念轉(zhuǎn)變，必須從其現(xiàn)象本原入手。運(yùn)動表示有力的作用主要來源于日常生活經(jīng)驗(yàn)，如人對物體施力，物體運(yùn)動，停止施力，物體不動，而導(dǎo)致學(xué)生形成這一迷思概念的根源在于現(xiàn)實(shí)世界中總存在摩擦力。因此，要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動表示有力的作用概念轉(zhuǎn)變，必須讓學(xué)生建立起沒有摩擦力時物體運(yùn)動狀態(tài)的心智模型。

建模是概念性參與最強(qiáng)的認(rèn)知過程之一，這使建模具有強(qiáng)大的預(yù)測概念轉(zhuǎn)變的功能，學(xué)生建立模型的結(jié)果是學(xué)生擁有了知識[2]。交互式物理作為一種計(jì)算機(jī)建模工具，可以模擬現(xiàn)實(shí)世界中有關(guān)力和運(yùn)動的情境，包括摩擦力為零的理想環(huán)境。它通過人機(jī)交互的方式，完成建立數(shù)學(xué)模型、用模型仿真實(shí)際物理過程、數(shù)據(jù)處理及得到結(jié)果等一系列工作，由此體驗(yàn)研究物理問題的思路、方法及過程[3]。國內(nèi)外有不少學(xué)者使用交互式物理進(jìn)行力和運(yùn)動的教學(xué)，但卻幾乎沒有考慮到學(xué)生的迷思概念。

綜上所述，本研究試圖通過計(jì)算機(jī)建模工具支持的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動，促進(jìn)學(xué)生力和運(yùn)動迷思概念的轉(zhuǎn)變。本研究中的概念轉(zhuǎn)變是指，由迷思概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念，其評估標(biāo)準(zhǔn)是能應(yīng)用科學(xué)概念解決一類問題，尤其是日常生活中的問題。研究中所采用的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動是，根據(jù)學(xué)生已有的先前知識和迷思概念，通過小組討論、反例等策略引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，在認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)上，利用真實(shí)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)建模工具進(jìn)行探究，從而幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，建構(gòu)科學(xué)概念的學(xué)習(xí)。這種教學(xué)活動的特征是，基于學(xué)生已有的先前知識，尤其是迷思概念，充分利用小組討論、反例等策略引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，強(qiáng)調(diào)使用日常生活素材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，強(qiáng)調(diào)充分利用計(jì)算機(jī)建模工具幫助學(xué)生建模，從而實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。

二、研究方案設(shè)計(jì)

1.研究目標(biāo)

通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證計(jì)算機(jī)建模工具支持的牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動能夠有效地促進(jìn)學(xué)生對力和運(yùn)動的理解，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生力和運(yùn)動的迷思概念，建構(gòu)一個科學(xué)概念；與常規(guī)教學(xué)相比，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動在力和運(yùn)動迷思概念轉(zhuǎn)變中效果更好；合理使用計(jì)算機(jī)建模工具能夠有效促進(jìn)學(xué)生力和運(yùn)動迷思概念轉(zhuǎn)變。

2.研究被試

參與本研究的被試來自于廣州市真光中學(xué)和第七中學(xué)的高一年級，年齡在15～16 歲之間的133 名中學(xué)生。這兩所中學(xué)均是廣東省國家級示范性中學(xué)，廣州市重點(diǎn)中學(xué)，教學(xué)質(zhì)量較好，學(xué)生素質(zhì)較高。根據(jù)作者開展的廣州市高一學(xué)生力和運(yùn)動迷思概念調(diào)查研究結(jié)果表明，廣州市高一學(xué)生中，54.71%的學(xué)生認(rèn)為“運(yùn)動表示有力的作用”，38.29%的學(xué)生存在“圓周沖力”的迷思概念，18.42%的學(xué)生認(rèn)為“打擊提供沖力”。參與研究的133名中學(xué)生“力和運(yùn)動”概念水平相當(dāng)，選取真光中學(xué)的兩個班級作為實(shí)驗(yàn)班，第七中學(xué)的兩個班級作為對照班。

3.研究方法

本研究采用不相等實(shí)驗(yàn)組控制組前后測準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)組實(shí)施牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動，對照組實(shí)施常規(guī)教學(xué)，對實(shí)驗(yàn)組和對照組進(jìn)行前后測。本研究的干預(yù)是計(jì)算機(jī)建模工具支持的牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動，常規(guī)教學(xué)為沒有關(guān)注到學(xué)生力與運(yùn)動迷思概念的教學(xué)。

按照不等組實(shí)驗(yàn)組控制組前后測準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，需要對實(shí)驗(yàn)組和對照組進(jìn)行前后測，本研究選定的測量評價工具是FCI（力的概念調(diào)查表）。FCI 是由Hestenes 等人在1992年推出，是目前國內(nèi)外有關(guān)力和運(yùn)動迷思概念調(diào)查工具中信度效度最高、應(yīng)用最廣泛的調(diào)查與教學(xué)評價工具。FCI 共調(diào)查牛頓力學(xué)概念的6 個方面及其對應(yīng)的迷思概念，包括運(yùn)動學(xué)、牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律、疊加原理、力的種類，一共有30題，每個題目5 個選項(xiàng)[4][5]。作者選取了FCI 中有關(guān)牛頓第一定律的測試題，形成了兩份等值的調(diào)查問卷，一份用于調(diào)查學(xué)生的迷思概念，同時作為前測，一份用于教學(xué)干預(yù)后的教學(xué)評價，作為后測。此外，為了了解學(xué)生選擇某個選項(xiàng)背后的原因，在每題后面增加了“選擇該答案的理由 ”，這種二階式診斷測試可以了解選擇答案背后的因素，幫助了解概念的脈絡(luò)性[6]。

4.計(jì)算機(jī)建模工具

本研究中所采用的計(jì)算機(jī)建模工具是力與運(yùn)動教學(xué)系統(tǒng)（界面截圖如下圖1），由作者讀研究生時所在的認(rèn)知與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)并開發(fā)。本系統(tǒng)開發(fā)工具是VS2008，采用MFC 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，并使用GDI+實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，操作系統(tǒng)要求是windows 系列操作系統(tǒng)。力與運(yùn)動教學(xué)系統(tǒng)是獨(dú)立的可執(zhí)行軟件，對用戶端無特殊要求，使用者只需具備基本的計(jì)算機(jī)操作能力就可以使用該系統(tǒng)。

力與運(yùn)動教學(xué)系統(tǒng)模擬了人推車的情境，主要包括三個功能塊，左上區(qū)是參數(shù)設(shè)置功能區(qū)，使用者可以根據(jù)需求設(shè)置各種參數(shù)，主要包括力、摩擦系數(shù)等，右上是建模區(qū)，可以直觀的呈現(xiàn)運(yùn)動中各參數(shù)間的關(guān)系圖、柱形圖等，使用者可以導(dǎo)入或?qū)С鰯?shù)據(jù)進(jìn)行建模，下方是運(yùn)動狀態(tài)區(qū)，可以直觀查看運(yùn)動狀態(tài)。力與運(yùn)動教學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)摩擦力為零的運(yùn)動情境，和真實(shí)實(shí)驗(yàn)配合使用，能夠滿足教師和學(xué)生用來探究力和運(yùn)動之間的關(guān)系，幫助學(xué)生建模。

5.研究過程

在實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師的參與下，基于TEL（技術(shù)支持的學(xué)習(xí)）模型，作者設(shè)計(jì)并制定了計(jì)算機(jī)建模工具支持的牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動。TEL 模型是臺灣HSU教授設(shè)計(jì)的，TEL 模型包括五個認(rèn)知階段：(1)概念化，激活先前知識與經(jīng)驗(yàn)，呈現(xiàn)真實(shí)有意義的情境給學(xué)生；(2)意義建構(gòu)，產(chǎn)生解釋與沖突，學(xué)生想象和描述復(fù)雜情境的動態(tài)過程并將它簡單化；(3)解釋，形成與檢驗(yàn)假設(shè)，學(xué)生會計(jì)劃和實(shí)施他們的實(shí)驗(yàn)；(4)建模，對現(xiàn)象之間的關(guān)系進(jìn)行綜合，學(xué)生會形成假設(shè)或建立模型來揭示他們的發(fā)現(xiàn)：(5)應(yīng)用，在不同的情景中應(yīng)用觀點(diǎn)[7]。

圖1 力與運(yùn)動教學(xué)系統(tǒng)界面截圖

教學(xué)要求在物理實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，學(xué)生以小組的形式進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，可以對學(xué)生預(yù)先進(jìn)行小組討論和協(xié)作的能力訓(xùn)練，牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動包括以下5個環(huán)節(jié)：

(1)教師用圓形管道中小球運(yùn)動軌跡的問題（如下）為引子，調(diào)查學(xué)生有關(guān)牛頓第一定律的先前知識及迷思概念。教師先提出問題，讓學(xué)生思考，再以小組形式討論，并挑選小組作答，然后讓學(xué)生回憶平時甩干雨傘上的雨滴，雨滴的運(yùn)動軌跡。

問題：下面圖中所示的哪條路徑最接近由r 點(diǎn)離開管道進(jìn)入無摩擦桌面時的運(yùn)動方向？（ ）為什么？

（俯視圖）

(2)教師引入反例，引發(fā)學(xué)生的沖突。教師詢問學(xué)生：“物體的靜止需要力來維持嗎？”教師手拿一支粉筆，問學(xué)生：粉筆是靜止的，如果我松開手，粉筆就會掉到桌子上，這樣看來，粉筆要保持靜止，必須要我的手給它一個力，因此，我認(rèn)為“物體的靜止?fàn)顟B(tài)需要力來維持”，我的這個觀點(diǎn)對嗎？學(xué)生在觀察老師的活動后，思考并回答老師的提問，然后引導(dǎo)學(xué)生得出“粉筆的靜止?fàn)顟B(tài)合力為零”，物體的靜止?fàn)顟B(tài)不需要力來維持。再引入另一個反例，教師做兩個簡單的真實(shí)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察，①粉筆盒原來是靜止，我推它就動，不推它就不動；②我推一輛小車，小車就動了，我撤去推力，小車沒有立即停下。讓學(xué)生思考這兩個現(xiàn)象背后的原因，引導(dǎo)學(xué)生得出摩擦力的影響，并讓學(xué)生思考摩擦力是如何影響物體的運(yùn)動？如果沒有摩擦力，物體的運(yùn)動狀態(tài)是怎樣？物體的運(yùn)動需要力來維持嗎？

(3)實(shí)驗(yàn)探究，形成與檢驗(yàn)假設(shè)。利用毛巾、小車、實(shí)驗(yàn)桌等工具來做實(shí)驗(yàn)探究。①推動一輛放在毛巾上的小車一段時間，然后放手并觀察小車的運(yùn)動情況；②推動一輛放在實(shí)驗(yàn)桌上的小車一段時間，然后放手并觀察小車的運(yùn)動情況；③對比前面1、2 步驟中的小車的運(yùn)動情況，并設(shè)想在一個絕對光滑的平面上，小車的運(yùn)動情況又是怎樣？

(4)力與運(yùn)動教學(xué)系統(tǒng)驗(yàn)證假設(shè)，幫助學(xué)生建模。①將地面設(shè)置為粗糙（等同于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的毛巾），給小車一個50N 的推力，推力的作用時間為1s，觀察小車的運(yùn)動情況是否與（3）①步驟的觀察一致。②將地面設(shè)置為普通（等同于桌面），給小車一個50N 的推力，推力的作用時間為1s，觀察小車的運(yùn)動情況是否與（3）②步驟的觀察一致。③將地面設(shè)置為光滑，給小車一個50N 的推力，推力的作用時間為1s，觀察小車的運(yùn)動情況是否與（3）③步驟的猜想一致。教師引導(dǎo)學(xué)生得出慣性的概念，并討論影響慣性的因素有哪些，建立科學(xué)的概念。

(5)不同情境的應(yīng)用：

①一物體沿光滑斜面向上運(yùn)動，它受到幾個力的作用？

②廣州的一輛公交車上，人多擁擠。忽然，由于前方緊急情況，司機(jī)來了個急剎車，就在這一瞬間一位書生模樣的小伙子順勢倒在了旁邊一位摩登女孩的身上。女孩紅顏大怒，向小伙子吼道：“瞧你那德性，還想占我便宜！”小伙子聽了，并沒有與其爭吵，而是微微一笑說道：“小姐，不是德性是慣性，實(shí)在是身不由己??！”車上的人都樂了，還不住的夸獎小伙子的機(jī)智和幽默！請你解釋一下：為什么小伙子說“不是德性是慣性”。

三、結(jié)果與討論

1.研究結(jié)果

牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動主要針對圓周沖力、打擊提供沖力及其背后的現(xiàn)象本原運(yùn)動表示有力的作用。測試問卷中學(xué)生選擇代表某個迷思概念的選項(xiàng)，給10 分，分?jǐn)?shù)越高，表示學(xué)生某個迷思概念越重。根據(jù)學(xué)生前后測所得分?jǐn)?shù)，進(jìn)行兩因素方差分析。

（1）圓周沖力兩因素方差分析結(jié)果

表1 真光實(shí)驗(yàn)組與控制組圓周沖力前后測描述性統(tǒng)計(jì)量

表2 實(shí)驗(yàn)組與控制組圓周沖力前后測方差分析：被試內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)

表3 實(shí)驗(yàn)組與控制組圓周沖力前后測方差分析：被試間效應(yīng)檢驗(yàn)

圖2 真光實(shí)驗(yàn)組與控制組圓周沖力前后測交互效應(yīng)圖

表1-3 為真光實(shí)驗(yàn)組與控制組圓周沖力前后測兩因素混合設(shè)計(jì)方差分析結(jié)果。從表2 被試內(nèi)效應(yīng)分析可知，PRE_POST 的F（1，131）=58.151，P=0.000＜0.01，表明真光實(shí)驗(yàn)組與控制組前后測差異非常顯著；PRE_POST*GROUP 的F(1,131)=2.274，P=0.134＞0.05，表明GROUP 與PRE_POST 交互效應(yīng)不顯著。從表3被試間效應(yīng)分析可知，GROUP 的F（1,131）=15.548，P=0.000＜0.01，表明真光實(shí)驗(yàn)組與控制組差異非常顯著，從圖2 交互效應(yīng)圖可知，真光實(shí)驗(yàn)組教學(xué)效果更好。

由此可知，牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動和常規(guī)教學(xué)在促進(jìn)“圓周沖力”概念轉(zhuǎn)變中前后測差異非常顯著；與常規(guī)教學(xué)相比差異非常顯著，且牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動更能促進(jìn)“圓周沖力”概念轉(zhuǎn)變。

（2）打擊提供沖力兩因素方差分析結(jié)果

表4 真光實(shí)驗(yàn)組與控制組打擊提供沖力前后測分?jǐn)?shù)描述性統(tǒng)計(jì)量

表5 真光實(shí)驗(yàn)組與控制組打擊提供沖力前后測方差分析：被試內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)

表6 真光實(shí)驗(yàn)組與控制組打擊提供沖力前后測方差分析：被試間效應(yīng)檢驗(yàn)

表4-6 為真光實(shí)驗(yàn)組與控制組打擊提供沖力前后測兩因素混合設(shè)計(jì)方差分析結(jié)果。從表5被試內(nèi)效應(yīng)分析可知，PRE_POST的F（1，131）=30.291，P=0.000＜0.01，表明真光實(shí)驗(yàn)組與控制組前后測差異非常顯著；PRE_POST*GROUP 的F(1,131)=2.530，P=0.114＞0.05，表明GROUP 與PRE_POST 交互效應(yīng)不顯著。從表6 被試間效應(yīng)分析可知，GROUP 的F（1,131）=6.130，P=0.015＜0.05，表明真光實(shí)驗(yàn)組與控制組差異顯著，從圖3交互效應(yīng)圖可知，真光實(shí)驗(yàn)組教學(xué)效果更好。

由此可知，牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動和常規(guī)教學(xué)在促進(jìn)打擊提供沖力概念轉(zhuǎn)變中前后測差異非常顯著；與常規(guī)教學(xué)相比差異非常顯著，且牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動更能促進(jìn)打擊提供沖力概念轉(zhuǎn)變。

2.討論

對圓周沖力、打擊提供沖力兩因素方差分析結(jié)果進(jìn)分析后，得出了與構(gòu)想相一致的模式，在開展了牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動后，15～16 歲的中學(xué)生牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變績效明顯得到提高，學(xué)生概念轉(zhuǎn)變和建構(gòu)情況得到明顯改善。由此可見，由計(jì)算機(jī)建模工具支持的牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動這一干預(yù)，在促進(jìn)學(xué)生牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變、提升概念建構(gòu)績效上，有非常顯著的作用。這一準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果還證實(shí)了，順序地合理地利用有日常生活素材參與的真實(shí)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)建模工具支持的虛擬實(shí)驗(yàn)，與學(xué)生概念轉(zhuǎn)變績效存在著功能關(guān)系。

圖3 真光實(shí)驗(yàn)組與控制組打擊提供沖力前后測交互效應(yīng)圖

這是因?yàn)榕ｎD第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動以圓形管道中小球的運(yùn)動軌跡的問題為引子，調(diào)查學(xué)生關(guān)于牛頓第一定律的先前知識和迷思概念；在學(xué)生充分討論的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生回憶日常生活中甩干雨傘上的雨滴的運(yùn)動軌跡，以引起學(xué)生的認(rèn)知沖突；然后，教師引入“手托粉筆，需要手施力來保持粉筆的靜止”、“手推粉筆盒動，撤掉推力，粉筆盒不動，表明粉筆盒的運(yùn)動需要力來維持；手推小車動，撤掉推力，小車還運(yùn)行了一會，沒有立即停下來”等反例，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知沖突；在學(xué)生認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生利用真實(shí)實(shí)驗(yàn)探究物體運(yùn)動狀態(tài)與力的關(guān)系；在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使用計(jì)算機(jī)建模工具來進(jìn)一步探究力和運(yùn)動的關(guān)系，進(jìn)行概念建模。

教師意識到學(xué)生有迷思概念，且能引出學(xué)生先前知識中的迷思概念是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。教師必須要意識到學(xué)生的學(xué)習(xí)是基于學(xué)生的已有知識和迷思概念進(jìn)行的。迪塞薩[8]指出，那些僅僅教導(dǎo)老師懂得迷思概念觀點(diǎn)的干預(yù)已經(jīng)取得了驚人的成功。此外，選擇恰當(dāng)?shù)膯栴}引出學(xué)生的迷思概念才能針對迷思概念進(jìn)行教學(xué)活動設(shè)計(jì)。圓周沖力來源于學(xué)生運(yùn)用“運(yùn)動意味著力的作用”來解釋圓周運(yùn)動，因此，選用小球在圓形管道中的運(yùn)動軌跡作為引子可以很好的引出圓周沖力的迷思概念。

通過反例等策略引起學(xué)生認(rèn)知沖突是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動設(shè)計(jì)的另一關(guān)鍵。在學(xué)生討論后提示學(xué)生回憶甩干雨傘上的雨滴的運(yùn)動軌跡，是一個較好的反例，因?yàn)檫@個反例是日常生活中常見的運(yùn)動現(xiàn)象，如果學(xué)生持有圓周沖力，則無法解釋這一現(xiàn)象，能夠引起學(xué)生的認(rèn)知沖突。教師再引入“手托粉筆，需要手施力來保持粉筆的靜止”、“手推粉筆盒動，撤掉推力，粉筆盒不動，表明粉筆盒的運(yùn)動需要力來維持；手推小車動，撤掉推力，小車還運(yùn)行了一會，沒有立即停下來”等反例，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知沖突。波斯納[9]指出，學(xué)生要不滿足于自己先前的概念，用庫恩的話來說就是經(jīng)歷了“大量反常的事物”才能改變他們的概念體系。

計(jì)算機(jī)建模工具的支持是牛頓第一定律概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動的關(guān)鍵。正如前文討論的，牛頓第一定律的迷思概念主要來源于日常生活經(jīng)驗(yàn)，而究其根源是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中總存在摩擦力。計(jì)算機(jī)建模工具能讓學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證沒有摩擦力的運(yùn)動狀態(tài)，建構(gòu)沒有摩擦力時物體的運(yùn)動狀態(tài)的心智模型，最終建構(gòu)牛頓第一定律，實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。

順序地合理地開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)，是成功使用計(jì)算機(jī)建模工具支持力和運(yùn)動概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動的一個條件。計(jì)算機(jī)建模工具提供的是模擬的運(yùn)動狀態(tài)，并非真實(shí)的，如果不建立在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，無法令學(xué)生信服。此外，利用日常生活素材進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，也是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動強(qiáng)調(diào)的一個因素，因?yàn)槊运几拍钪饕獊碓从谌粘Ｉ罱?jīng)驗(yàn)，使用日常生活素材相比實(shí)驗(yàn)室器材，更能令學(xué)生印象深刻。

四、結(jié)論與啟示

本研究在科學(xué)教育、學(xué)習(xí)科學(xué)等先行研究的基礎(chǔ)上，從教育技術(shù)學(xué)的視角出發(fā)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了解決牛頓第一定律的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動和支持這一教學(xué)活動的計(jì)算機(jī)建模工具，在準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了計(jì)算機(jī)建模工具支持的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動這一干預(yù)的有效性，說明計(jì)算機(jī)建模工具支持的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動對促進(jìn)力和運(yùn)動迷思概念轉(zhuǎn)變具有明顯效果，與常規(guī)教學(xué)相比差異顯著。

概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動的成功依賴于幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：教師意識到學(xué)生有迷思概念，且能引出學(xué)生先前知識中的迷思概念；通過反例、小組討論等策略引起學(xué)生認(rèn)知沖突；多使用日常生活中的現(xiàn)象；順序地合理地開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)建模工具支持的虛擬實(shí)驗(yàn)。

目前的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動主要依賴于前測與后測，這對于評價具體的概念轉(zhuǎn)變過程作用不大[8]。概念轉(zhuǎn)變研究的核心問題“概念是連貫的還是零散的”目前還在爭論中，連貫說認(rèn)為概念具有不可通約性，是革命性的轉(zhuǎn)變，即快照式概念轉(zhuǎn)變；而零散說則認(rèn)為樸素理論是由相對獨(dú)立的零散知識構(gòu)成，零散說的支持者認(rèn)為概念轉(zhuǎn)變是緩慢的，但目前還沒有模式可用來追蹤這個緩慢的過程。不管是快照式概念轉(zhuǎn)變還是緩慢的概念轉(zhuǎn)變，找到一個合適的模式來追蹤這個過程將是今后研究的一個重點(diǎn)。

此外，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動后，學(xué)生是否依然表現(xiàn)出對情境的敏感依賴也將是今后研究的一個方向，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)活動雖然強(qiáng)調(diào)應(yīng)用日常生活情境，但是否對應(yīng)用的情境表現(xiàn)出敏感依賴需要進(jìn)一步研究。

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