初中物理声音迷思概念的诊断研究
张亚希 王涛 谢丽
摘 要：迷思概念是概念转变教学的起点，直接影响着学生科学概念的形成.笔者通过发放声音迷思概念测试问卷，分别从声音的本质、声音的传播和声音的特性三个方面对八年级学生的迷思概念进行探查，结果表明：八年级学生对声音概念的理解普遍存在一种物质性的感知倾向.然后基于测试数据的诊断分析，对声音迷思概念的产生原因进行探讨，继而提出针对性的教学建议.
关键词：迷思概念;声音概念;概念转变
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）12-0017-03
1 问题提出
概念作为学生知识结构的基础，直接影响学生科学思维与逻辑能力的发展.建构主义学习理论的学生观认为学生不是空着脑袋走进教室的，在进行科学学习之前他们会主动接收自然界的现象，构建现象的意义，在头脑中形成许多先入为主的概念.这些概念根植于生活经验中，并与生活现象相互印证，导致学生对这些概念深信不疑，影响科学概念的建立和科学思维的培养.这种与科学概念不一致的认识常被称为朴素概念、先前概念、新手概念和迷思概念等[1].
声音作为生活中常见的物理现象，该内容看似简单，但学生在理解声现象时却存在许多错误认识.究其原因在于学生带着对声音的主观认识进入课堂，阻碍着他们对声音科学概念的深度理解和掌握.为了有效地将学生对声音的初始感知重塑为科学概念，教师需要识别并解决他们现有的错误认识，然而针对声音迷思概念的研究相较于物理学科的其它主题而言相当缺乏[2].为此本研究通过编制声音迷思概念测试问卷，选取已经学习过声现象的八年级学生作为被试者，对初中生声音迷思概念展开探查和诊断，以期为教师今后的教学干预和改进提供参考.
2 研究方法
2.1 诊断工具
2013年Haim等人开发设计声音迷思概念量表SCII（the Sound Concept Inventory Instrument），该量表结合多项测试问卷与开放性问卷的优点，设置多个问题情境，并在每个问题情境下设置迷思概念问题与科学概念问题[3].依据测试结果，学生的迷思概念被归纳为10种物质属性（Materialistic properties），见表1.
本研究基于SCII测试量表，参考初中物理课程标准和考试大纲，邀请2名物理学科专家、2名市物理教研员和3名重点学校一线教师共同编制中文版声音迷思概念测试问卷.该问卷共27个题项，包含7道科学概念问题（Q4、 Q9、 Q13、Q15、Q19、 Q22、Q26）和20道迷思概念问题，分别从声音的本质、声音的传播和声音的特性三个方面探查学生的迷思概念.表2列出了声音概念、物质属性和迷思概念题项之间的关系.
2.2 测试过程
首先，选取J市某初中15名八年级学生进行预测试，并根据预测结果对问卷的部分问题表述进行修改.在随后开展的正式测试中，J市某初中八年级7个班的学生参加本次测试（预测试学生不包含在内），测试为纸笔形式，要求学生在40分钟内独立完成.整个测试过程共回收问卷363份，其中有效问卷334份，未选择完成问卷视为无效问卷，回收率达92.01%.其中，参加预测试和正式测试的学生均已学过声现象的相关知识.
3 测试结果
3.1 测试问卷的难度和信度
笔者采用SPSS软件對测试数据进行分析，全体被试学生得分区间为[7，21]，其平均得分为12.67，难度系数为0.55，说明该试卷对学生而言总体难度适当.试题信度分析中，α=0.691，按照奇数偶数题型分成两半计算信度，其对半信度为0.718，说明试卷具有较高的信度.
3.2 迷思概念测试情况
如图1所示，为声音迷思概念测试结果的整体情况，可以看出八年级学生在学习过声现象的知识后，各题项的正确率分布在12%至88%之间.不同题项的正确率波动较大，说明学生对于声音概念的理解并不是十分透彻，存在部分概念在不同问题情境下正确率差异较大的情况，也就说明迷思概念的产生容易受到问题情境的影响.其中，正确率最低的题项为第1题与第23题，这两题都是考查学生对声音特性的理解，由此说明学生对该方面的知识掌握最为薄弱;问卷中正确率最高的题项是第6题与第13题，说明学生对声音的传播具有一定了解，但仍存在较为明显的迷思概念，如第2题和第10题的得分率均低于30%.
基于测试的结果，以下为学生迷思概念的详细分析，笔者分别从声音的本质、声音的传播和声音的特性三个方面进行诊断.
3.2.1 迷思概念之声音的本质
学生对于声音的产生存在较为清楚的认知，但对声音本质的理解存在偏差.在13题中（医生能够清楚地听见身体内部声音的原因是听诊器薄膜震动导致的导管内空气密度变化），88%的学生能够清楚地知道声音是由物体振动产生，但大部分学生将声音感知为有形的实体物质，如“声音像液体”或“声音是一种微粒”.例如，在18题中，53%的学生认为“声音会被墙壁和门吸收（就像海绵吸收水一样）”;在11题中，67%的学生认为通过听诊器听见声音是因为声音粒子在听管中移动;这也进一步说明在学生头脑里，迷思概念和科学概念同时存在.
3.2.2 迷思概念之声音的传播
笔者根据测试结果发现，学生对声音传播有基本的认识.例如在第6题和第16题中，分别有81%和79%的学生认为声音不可以在真空中传播，说明大部分学生能清楚地知道“声音传播需要介质”.但学生仍存在许多物质属性的迷思概念.例如，学生认为声音能够被吸收.在18题中，53%的学生认为“声音能够被墙壁和门吸收，导致声音无法传播”，说明学生认为声音是一种类似于水一样的物质，同样情况也发生在第3题，66%的学生认为“声音是看不见的液体”.其次，有部分学生认为声音受到重力或摩擦力的作用，24%的学生认为远距离听不见声音是因为“声音在传播过程中受到重力的作用向下传播”（第20题）;26%的学生认为“摩擦力阻止声音的传播”（第7题）.还有部分学生认为声音会在传播中被消耗，如在24题中，26%的学生认为距离远时听不见声音是因为声音在传播过程中完全被消耗;在12题中，40%的学生认为声音在听诊器中传播时会消散.还有一种常见的类型是学生认为声音传播是声音粒子被推动的过程.例如，71%的学生认为“声音移动是因为空气推动声音粒子”（第2题）;66%的学生认为“大声说话时，我们会更快地推动声音粒子”（第27题）.
3.2.3 迷思概念之声音的特性
在回答有关声音特性的问题时，学生均表现出将声音的特性与声音粒子的形状与数量相联系的情况，学生认为声音粒子数量越多，响度越大，声音粒子形状越大，音调越高.例如，第1题中，88%的学生觉得“动物能听见人类听不到的声音是因为动物耳朵能吸收不同大小的声音粒子”; 第23题中83%的学生赞同“进入耳朵的声音粒子越少，听见的声音越小”;第25题中60%的学生选择“大声说话时，嗓子会释放更多声音粒子”.这些均说明大部分学生存在对声音特性相关概念的错误理解.
综上所述可以发现，关于声音的传播和声音的特性迷思概念往往从对声音本质的错误认知中延伸出来.学生将声音当作有形实体，进而导致其认为声音具有一系列的物质属性.因此要转变声音的迷思概念，究其根本教师在实际教学中应纠正学生对于声音本质的错误理解.
4 原因分析
学生经过声现象的学习，已经初步掌握相应的声学知识，但学生的头脑中仍存在顽固的迷思概念.笔者通过对学生迷思概念的测试诊断，发现学生声音迷思概念出现可能有以下两方面的原因.
4.1 利用生活经验理解声音概念
学生在系统学习科学知识前，迷思概念大多产生于学生对生活知识的主观理解，例如学生在生活中观察到关上房门可以减小门外噪音，因此学生常认为“声音由大小不同的微粒组成，最小的微粒可以穿过未完全密封的门”或者“在门中声音被吸收（如海绵中的水），大部分声音不会传播出去”.这种受生活经验影响产生的物质感知倾向，导致学生用实体模型来理解和解释身边的声现象[4].
4.2 根据有限知识概括科学现象
学生对于声音的认知以一种螺旋上升的趋势发展，从最开始的声音由振动产生到声音传播需要介质的过程中，他们对声音本质的认识还处于浅层.在后续机械波的学习中，学生才会理解声音的本质是能引起人类听觉的机械波，它不是物质的传播，而是振动状态和能量的传播.学生的认知是从具体到抽象再到概括，声波概念比较抽象，中学阶段学生的认知层次还未达到要求，导致学生对声音的朴素认识在很多方面都与“物质属性”相关联.
5 教学建议
聲音是学生学习机械波的起点，学生正确理解声音本质，将为后续机械波的学习奠定坚实的基础.针对学生物质感知倾向的迷思概念，教师在教学过程中要善于利用认知冲突策略或科学建模策略，设计符合学生认知发展规律的教学过程.教师只有在教学前充分了解学生的迷思概念，在教学中稳抓声音的核心概念，使用规范科学的教学用语，才能更好地帮助学生转变迷思概念，构建科学的声音概念模型.
教师在进行声现象概念教学时，应先激活学生的迷思概念.例如，在课前诊断中，教师利用喇叭和人耳图片让学生以小组为单位，画出声音是如何从喇叭传递到人耳的，以此暴露学生对声音的朴素认识.然后，教师结合教材中击鼓现象（鼓面的振动带动周围的空气振动，形成疏密相间的波动）设置“迷思陷阱”，引发学生认知冲突.再利用图示（如图2所示）解释人耳听见声音的原理——喇叭振动发出的声波使附近空气（介质）分子振动，导致人耳处空气密度发生变化，从而加深学生对“声音是振动状态的传播”的正确理解[5].接着，教师在学生已初步理解声音本质的基础上，再利用蜡烛实验现象（发声扬声器旁的烛焰会抖动）完善学生的科学概念，达到帮助学生正确理解“声音既能传递振动状态，也能传递能量”的教学目的.
参考文献：
[1]陈坤，唐小为.国外迷思概念研究进展的探析及启示[J].教育学术月刊，2019（06）：17-24.
[2]张鹏.以学生为中心的概念评价工具研究[J].数理化解题研究，2016（27）：63.
[3]葛元钟，徐天明.初中物理迷思概念的转化策略[J].中学物理，2016，34（14）：15-17.
[4]薛燕敏.基于认知冲突下的物理课堂教学[J].中学物理，2014，32（03）：12-13.
[5]李雁冰，刁彭成.科学教育中“迷思概念”初探[J].全球教育展望，2006，35（05）：65-68.
（收稿日期：2021-03-02）