国外诊断物理迷思概念的新方法——多阶选择测试题的应用

王媛平 张齐齐 张萍

（北京师范大学物理学系 北京 100875）

国外诊断物理迷思概念的新方法
——多阶选择测试题的应用

王媛平 张齐齐 张萍

（北京师范大学物理学系 北京 100875）

在物理迷思概念的研究中，选择测试题是诊断学生迷思概念的常用方式．近年来，为了提高诊断和测试的精度，国外学者相继开发出二阶测试题、三阶测试题等多阶选择测试题．本文着重介绍多阶选择测试题的特点及它们在诊断和研究学生物理迷思概念方面的应用．

迷思概念 二阶测试题 三阶测试题 多阶选择测试题

学生在物理学习过程中持有一些与科学概念不一致的原有认识，研究者将这种认识称为“迷思概念”（misconceptions）．精确诊断学生头脑中的迷思概念及其顽固程度，有助于在教学实践中帮助学生建构科学的物理概念．在迷思概念的诊断研究中，选择测试题是最常见的一种方式．随着研究的深入，选择测试题的功能与形式不断地发展，国外研究者已先后开发出“二阶测试题”、“三阶测试题”等多阶选择测试题．本文重在介绍多阶选择测试题的特点及它们在诊断和研究学生物理迷思概念方面的应用．

1 传统选择测试题

传统的选择测试题通常是在题干之后给出若干干扰项或正确选项，让学生从中选出一个或多个．例如，David Hestenes（1992年）等研究者开发了力的概念测试量表FCI（Force Concept Inventory），被广泛地用来测试学生对牛顿力学基本概念的理解情况；Maloney et al（2001年）开发了电磁学概念测试量表CSEM（the conceptual survey of electricity and magnetism），研究学生对电磁学概念的理解情况．然而传统的选择测试题虽具有客观性、数据采集方便等优点，它也存在局限性：

（1）学生仅凭“猜测”得到答案的情况会给研究带来误差；

（2）学生在答题过程中的推理过程无法诊断．虽可以使用访谈等方式加以弥补，但是访谈耗时、耗力，很难用于大样本的研究．

2 二阶测试题（two- tier tests）

针对上述局限性，研究者开发了两种不同类型的二阶测试题，为了区分，将其标为A类二阶测试题与B类二阶测试题．

2．1 A类二阶测试题

A类二阶测试题主要弥补了第一种局限性，它在传统选择题的基础上加入“确定度判定项”，题目设置包括“答案项”及“确定度判定项”两部分．在测试时，首先让学生从答案项中选择某一（些）选项，再让学生针对之前的选择给出确定度等级（例如“非常确定”、“不太确定”、“猜测的”）．例如，Hasan，Bagayoko＆Kelley（1999年）开发了确定度指数CRI（Certainty of Response In dex），并将其加入传统的选择测试题中［1］．他们对不同层次的确定度赋值采用0～5分制（0即完全猜测的，1即几乎是猜测的，2即不确定，3即确定，4即几乎确定，5即完全确定），并将2．5分作为标准．若CRI高于2．5分的错误答案表明学生持有迷思概念；若CRI低于2．5分，不管答案正确与否，均认为学生缺乏与所考查概念相关的知识；只有CRI高于2．5分且选择正确答案才表明学生真正地理解了所考概念．也有研究者如Johanna Leppavirta（2011年）采用0～2分制（0即猜测的，1即不太确定，2即非常确定）将CSEM改编为二阶测试题，研究学生在电磁学各个知识模块学习中存在的迷思概念［2］（见例1）．

【例1】（二阶测试题a）如图1所示，两导线1和2平行放置，流经它们的电流分别是I和3I，导线2对导线1的作用力为F1，导线1对导线2的作用力为F 2［2］．

图1

（1）关于二者之间的作用力，下列说法正确的是

A．F2＞F1

B．F1＞F2

C．F1＝F2，且是吸引力

D．F1＝F2，且是排斥力

E．二者之间不存在作用力

（2）对于上述选择，你是否确定，请选

A．猜测的 B．不太确定 C．非常确定

例1考查的知识点有“用右手定则判断载流导线周围的磁场分布”及“安培力大小与方向的判定”等．若学生在确定度选项中选择“猜测的”，则不管对应的答案正确与否，研究者认为该学生缺乏该题目所考查的相应知识；若学生在答案项中选B（错误选项），在确定度判定项中选“非常确定”，则认为学生头脑中存在迷思概念，比如学生可能认为“流经导线的电流越大，它对另一根导线的作用力越大”．但是该类测试题并不能诊断学生的推理过程，因而很难得知学生迷思概念的具体内容．

2．2 B类二阶测试题

B类二阶测试题主要弥补了第二种局限性，它在传统选择题基础上加入“理由项”，从而使学生的推理过程外显出来．在测试时，首先让学生在答案项中选择一个，然后在理由项中选择自己的理由．自从Treagust（1988年）［3］介绍了编制此类二阶测试题的方法后，这类二阶测试题已被不同背景的教育研究者所使用．在台湾，为了建立有关学生对科学概念理解情况的数据库，由台湾地区有关机构赞助的一项跨年级的调查研究中所使用的就是该类二阶测试题．这项研究涉及物理、化学、生物3个学科，其中在物理迷思概念的诊断研究中，共开发编制了9套二阶测试卷，所考查的知识内容涉及5个物理主题：力学、电磁学、热学、声与波动学、光学［4］．如，Chia-Hsing Tsai等研究者采用二阶测试题研究中学生对电路相关概念的理解情况，研究样本涉及了7 145 个8，9年级的学生以及2 857个11年级的学生（见例2）［5］．

【例2】（二阶测试题b）如图2所示，I1表示从电源流出的电流，I2表示经过灯泡后又返回电源的电流，比较I1与I2的大小

A．I1＞I2B．I1＝I2C．I1＜I2

你选择上述答案的理由是

A．电流被灯泡消耗了一部分

B．电流和能量在灯泡处都有消耗

C．电流是电荷的移动，由于电荷守恒，因而电流是恒定的

D．电流是能量的移动，由于能量守恒，因而电流是恒定的

图2

在例2中，若学生在答案项选择“I1＞I2”，之后又选择理由项“A”，则认为学生具有“电流被消耗掉了”这一迷思概念．总之，这类二阶测试题不仅能检测学生选对答案的能力，同时也能检测学生的推理过程．但编制理由项需要前期的相关研究做支撑．也有研究者采用了一种更简单的方式实施，即让学生在选择答案之后，写出自己的陈述理由．

总之，这两类二阶测试题虽然在一定程度上弥补了传统选择测试题的不足，但仍有不足，如A类二阶测试题虽可将学生错误的原因区分为“缺乏知识”与“持有某种迷思概念”，但是不能直接诊断出学生所持迷思概念的具体内容．

3 三阶测试题（three- tier tests）

为了进一步提高诊断的科学性，研究者开发了三阶测试题．三阶测试题就是将上述二阶测试题的两种形式合二为一，即每道题的设置包括答案项、理由项、确定度判定项，其中确定度判定项要求学生对之前的两个判断给出所持有的确定度．如，Derya＆Didis，Nilüfer（2007年）利用三阶测试题，研究41个职前物理教师对重力概念的理解情况，并区分了“缺乏知识”、“迷思概念”、“失误”3种不同的情况．研究者认为若学生选择“不确定”，则认为该学生缺乏知识；若选择结果为“错误答案＋错误理由＋确定”或“正确答案＋错误理由＋确定”，则认为该学生存在迷思概念；若选择结果为“错误理由＋正确答案＋确定”，则认为该结果是失误造成的；只有选择结果为“正确答案＋正确理由＋确定”，才表明学生真正理解所考查的概念［6］．

三阶测试题在诊断学生迷思概念的研究中，既可以了解学生的推理过程，又能将迷思概念与缺乏知识等区分开，更深入地研究迷思概念，更有益于大样本的研究．然而也有一些研究者指出，三阶测试题要求学生给出对所选“答案项”与“理由项”所持有的确定度，但学生可能对此持有不同的确定度，比如学生可能对所选答案很确定，但是对所选的理由并不确定．针对以上出现的问题，Imelda S．Caleon＆R．Sub ramaniam（2010年）在研究学生对波的振动与传播的理解时开发了四阶测试题［7］，每道题包括四部分：答案项-确定度判定项；理由项-确定度判定项．

4 小结

总之，随着对迷思概念研究的深入，研究者越来越关注诊断方式的科学性、合理性．多阶选择测试题数据采集方便、客观，能较精确、定量地诊断持有迷思概念的学生比例及迷思概念的具体内容，尤其在大样本研究中，其优势更明显．需要注意的是多阶测试题在具体实施时，为了避免后面理由项内容影响学生之前的判断，保证数据的真实性，要求学生依次完成各阶的选项，不能返回去修改之前答案，这一点可借助计算机等网络教学平台得以实现．

1 Hasan．S，Bagayoko．D，Kelley．E．L．Misconceptions and the Certainty of Response Index（CRI）．Physics Education，1999，34（5），294～299

2 Treagust，D．F．The development and use of diagnostic instruments to evaluate students′misconceptions in science．International journal of Science Education，1988，10，159～169

3 Johanna Leppavirta．Assessing undergraduate students’conceptual understanding and confidence of electromagnetics．International Journal of Science and Mathematics Education，2011，10：1 099～1 117

4 Huey- Por Chang，Jun- Yi Chen，Chorng- Jee Guo et al．Investigating Primary and Secondary Students′Learning of Physics Concepts in Taiwan．International Journal of Science Education（2007），29：4，465～482，DOI：10．1080/09500690601073210

5Chia- Hsing Tsai，Hsueh- Yu Chen，Ching- Yang Chou，Kuen- Der Lain．Current as the Key Concept of Taiwanese Students′Understandings of Electric Circuits．International Journal of Science Education，Vol．29，No．4，19 March 2007，pp．483～496

6 Kaltakc i，Derya＆Didis，Nilüfer．Identification of Pre-Service Physics Teachers′Misconceptions on Gravity Concept：A Study with a 3- Tier Misconception Test．AIP Conference Proceedings，2007，Vol．899 Issue 1，p499

7 Imelda S．Caleon＆R．Sub ramaniam．Do students know what they know and what they don′t know？Usinga four- tier diagnostic test to assess they nature of students′alternative conceptions．Res Sci Educ，2010， 40：313～337 DOI 10．1007/s11165- 009- 9122- 4

王媛平（1986- ），女，在读硕士研究生，研究方向为物理课程与教学论专业．

指导教师：张萍（1964- ），女，博士，博士生导师，教授，主要从事高等物理教育研究．

2014- 05- 25）