用出声思考法探查化学迷思概念

用出声思考法探查化学迷思概念 张冰/刘继和 【专题名称】中学化学教与学 【专 题 号】G37 【复印期号】2011年05期 【原文出处】《新课程研究(教师教育)》(武汉)2010年11期第113,115页 【作者简介】张冰，刘继和，沈阳师范大学。 【关 键 词】EEUU 一、“出声思考法”提出的背景 建构主义学习观认为，学生在学习科学知识之前，头脑中并不是一片空白的，而是通过观察、体验等方式，对自然界和某些现象形成了自己的观念与看法，这种观念被称为“前概念”。前概念可能是肤浅的、与科学概念不一致的，同时是很难被发现和改变的。而对科学概念或某些现象所产生的错误概念就称作迷思概念。 随着研究的深入，越来越多的学者开始关注迷思概念，研究的重点之一是探查学生对于元素、化合物、混合物、化学反应、化学键、化学平衡、原子和分子、酸和碱、摩尔概念、溶解度和溶解性以及物质的微观性质等许多核心概念的“迷思概念”或“个人的概念结构”;重点之二是利用恰当的手段探查学生的迷思概念，而使用的方法手段包括问卷法、访谈法、二段式测验法、概念图法、V形图法、类比法等，并且大部分的研究亦不是单独采用某种方法，而是综合运用几种方法，这样做是为了更全面的发挥各种研究法的优势。 但是，人的思维活动常是通过内部语言不出声音的进行，研究者并不能明确观察到被试在解决问题时的内部操作。虽然通过问卷等方法可以得出结论，但是相对其给出的结果而言，其思维过程处于一个“黑箱”之中，如果仅凭行为结果去推测“黑箱”的内容则不一定准确、完整;而事后询问所得到的回答追述其当时的思维情景，又常常会损失很多有用信息。只有了解被试的思考过程，研究者才能有效介入来帮助其转变迷思概念。有时，化学专家和新手在纸上所写的答案可能是一致的，但是解决问题的方法、应用的技巧可能是完全不同的。那么，为了克服这个困难，详细地与掌握认知过程，心理学者提出了出声思考法。 二、出声思考及出声思考法的含义 思维是一个复杂的、内隐的过程，它运用物体的符号征和自身的认知结构来解决问题。当面临某一情境时，头脑中会产生多种假设，人们会选择其中比较正确的假设，来指导自己的行动。如果得出正确结论，以后就会按此方法进行;如果没有解决这个问题，这时就需要修改或放弃这个假设。这是学生产生迷思概念的根源，所以了解学生的思维方法就可以有效的探查和转变迷思概念。同时这也是出声思考法提出的依据。 出声思考法又被称为出声思维法和放声思考法(think-aloud protocol)，是指用外部语言进行思考，相对于思维的内隐性。华生最早提出了出声思维法。但是，早期由于条件的限制，主要是对被试口语报告的总结性描述。一直到录音机的出现，改进了实验条件，可以进行完整的实时录音。然后德国心理学家邓克尔(Duncker)将其作为研究方法，用于研究阅读中认知加工问题，代替早期的内省或口头报告等方法，但却未得到广泛关注。直到1972年，纽瓦厄(Newell)和西蒙(Simon)将此方法用在了问题解决领域，获得了可喜的成功，出声思考法才受到研究者的广泛关注。到了二十世纪五十年代，认知过程信息加工理论的提出和发展，为出声思考方法提供了理论依据，使得出声思考方法得到了突破性的发展。 三、出声思考法的实施步骤 出声思考法仅要求被试说出他们在想什么，而不要求解释他的思维过程，被试所说的只是当时所注意的，属于短时记忆，因而是有效的。Ericsson和Simon研究也证明，出声思考法会减慢但不会改变思维过程，只有具体的提示才会改变认知过程，所以它是一种研究内隐认知过程的可靠有效方法。利用出声思考法研究思维过程时，在不影响研究测试结果代表性的前提下，可以有目的地选择一些性格较为外向的、语言表达能力比较强的被试作为出声思维研究测试的对象。其一般按照以下步骤进行: 1.为了减少被试的紧张情绪，最好让被试在一个安静的环境中、轻松的氛围下进行实验; 2.被试可能因为主试在现场并进行实时录音，导致心理紧张而不能进行正常的思维活动。因此主试应对被试进行预训练，要求其边讲边做，使他们能顺利进行出声思考; 3.给被试针对某一概念的思维作业，同时用录音机记录他们的全部口述，就得到即时的记录; 4.用简单的语言“你为什么这么做”、“你是怎样确定这些步骤的”、“我知道了，请继续”来促进被试把注意力从指向问题本身转向自己解决问题的思维过程，全面观察其表情、停顿等多方面信息并及时记录，以便日后深入分析; 5.如果被试有较长时间的停顿，主试可以根据研究的需要给予适当的提示和帮助，但是除非有特殊的研究目的，主试应尽量减少无须有的问题，使被试能够保持思维的连续性，以免干扰被试的出声思考; 6.将录下的即时记录逐字逐句地整理成文字资料，并对记录进行细致的分析，发掘其中有价值的资料，分析被试的思维过程和特点。 四、出声思考的分析方法——思维行为图 用出声思维方法得到的原始资料是记载在录音设备上的，有时被试的口语录音显得过于杂乱，很难从中找出规律，所以直接用录音分析显然很不方便，对此，纽厄尔和西蒙(1972)提出了一种分析被试出声思考言语报告的有效方法——思维行为图。首先对录音记录进行整理，分解成一个个相对独立的句子，然后将口语录音资料转换成面的文字和符号。这个行为图中包括问题的起始状态、目标状态、解答问题时的操作和限定条件，以及在操作中产生的中间状态。 因此，思维行为图可以使主试直观的观察出被试在解决问题时进行内部操作的过程，结合所要研究的问题，解释被试在完成实验过程的种种行为，并将关键的陈述编制成代码。思维图由知识状态和操作两部分组成，其中知识状态表示被试关于该问题的关键信息;而操作表示被试改变其知识状态的手段。在实际制图中，知识状态用方框表示，操作用箭头来表示，同时箭头的方向代表思维过程进行的方向，遵循从左到右、从上到下的原则。如果在问题解决过程中出现知识状态的重复，则返回这一状态的原 始位置。这样，将一次问题解决作业的言语报告内容用许多方框和箭头表示，就构成了思维行为图。 通过思维行为图进行分析，使得语言报告被量化了。在图中所进行的操作总数可以表示思维进行快慢的程度，同时从图中我们可以看到被试开始的一些错误尝试或者曾经被否定的错误策略。 五、用出声思考法探查化学迷思概念的案例分析 Derek Cheung通过出声思维法研究了中学教师对化学平衡问题所存在的迷思概念，关注勒夏特列原理(LCP)对教师思维过程的影响，具体来说，主要为解决以下两个问题:第一，在压强和温度不变的条件下，在气体平衡体系加入反应物，平衡如何移动。第二，中学教师如何运用勒夏特列原理进行思考的。 针对化学平衡问题而设计的诊断工具，为避免对被试的回答造成影响，题干中没涉及LCP。“在一个可移动活塞的容器中，分别有，混合气体的总体积为1L，对于平衡 保持温度和压强不变，加入，平衡将怎样移动,” 整个实验分为两部分，第一部分由被试独立完成，但由于被试对这一问题存在迷思概念，因此无法得出结论，于是在此基础上，主试给予一些提示，通过提示所得出的结论作为实验的第二部分。这里面提示并不等于直接给出答案，主试的干预对被试的影响取决于个人所遇到的问题的性质。 求出值，最终只得到无法求解的数学方程式。下面是这次实验的主要过程，摘录其中典型的案例，被试1在解决化学平衡问题时，设新平衡中消耗氮气为X mol，总体积为V L，并列出平衡常数的表达式，得出具体数值，运用了LCP判断平衡移动方向，终得出无法求解的数学方程式。其思维行为如下图: 被试—的思维行为图 由于温度保持不变，所以平衡常数的数值是不变的，于是建立新平衡表达式，但有两个未知数V和X，而只有一个表达式，这样的方程无法求解，因为不能去掉任一未知数，而无法证明平衡向右移动。 上述案例的思维行为图，明确地阐述了被试在解决化学平衡问题时迷思概念的所在，被试由于过分依赖LCP，虽然会计算平衡常数，但是并没有理解平衡常数和反应商的性质，所以均未得出正确结论。 六、研究出声思考法探查迷思概念的意义 1.了解学生现状，改善传统教学策略 当前，关于探查迷思概念存在状况的研究多集中于专家，虽然大部分教师都认同学生进入课堂时并不是一张白纸，但是一线教师并没有过多关注学生的前概念和迷思概念。一方面是因为他们没有太多时间研究文献;另一方面是因为诊断方法需要花费时间，因此，教师们希望研究方法和结论能以一种简单的、易接受的形式呈现。 而出声思考法应用比较简单，教师可以选择适当的题目来判断学生是否掌握某一概念，如果没有掌握，哪里存在迷思概念、怎样改善，这样教师就能与学生更好的沟通。这对改善传统教学中以教师为中心制定教学策略，学生机械记忆、生活应用性差是十分有意义的。 2.培养学生元认知能力 出声思考是以语言为载体和工具，当人发生某种行为时，其大脑内部同时存在着一个表述思维过程的言语过程。在这个过程中不仅教师对学生的思维过程进行监控，而且学生自身也可以对思维过程进行调节、监控和。在学生出声思考的过程中，教师要求学生提供每一步选择的理由，促使学生把注意力指向自己解决问题的思维加工过程，从而使认知过程得到更好地监控和修正。同时，解释原因能够激发大脑执行加工过程，如调节、计划、注意问题特征等，这对发展学生思维能力具有重要意义。 然而，出声思考法作为言语报告的一种，反映的是仅能停留在被试意识层面的东西，对于潜意识的范畴涉及较少。所以出声思维法较适宜于那些能够为被试自身清楚意识到的思维过程的研究。 总之，出声思考法既能像行为测量一样做到科学化，又能揭示行为测量所不能揭示的一些问题。而用出声思维法探查学生的化学迷思概念对于改善传统教学策略，使教学的出发点处于学生的认知水平，建构健全学生的认知结构是有意义的。同时，化学教学中应该采取更有针对性和更积极的教学策略和模式，并加强关于学生对化学及其他科学知识的个人认识和迷思概念的研究。 【参考文献】 [1]郭秀艳.实验心理学[M].北京:人民教育出版社，2004. [2]王甦，汪安圣.认知心理学[M].北京:北京大学出版社，2001. [3]李广洲，任红艳.化学问题解决研究[M].济南:山东教育出版社，2004. [4]Derek Cheung. Using think-aloud protocols to investigate secondary school chemistry teachers' misconceptions about chemical equilibrium [J]. Chemistry Education Research and Practice, 2009.^NU1DA20110630