“宇宙与地球”相异概念的国外研究简述

孙 逊

（山东省济宁市第一中学, 山东 济宁 2720001）



“宇宙与地球”相异概念的国外研究简述

孙 逊

（山东省济宁市第一中学, 山东 济宁 2720001）

摘要：国外学者对地理相异概念的研究集中在“宇宙与地球”方面，并发现学生头脑中普遍存在关于地球模型、昼夜交替、季节变化、夏热冬冷、正午太阳方位、月相变化等重要概念的相异概念。研究还证明虽然年龄增加会使理解能力加强，但在一些重要概念上各年龄阶段出现相异概念的频率变化并不太大。

关键词：宇宙与地球；相异概念；国外研究

一、引言

1903年，美国的Stanly Hall启动一个计划，调查儿童对自然现象如热、霜和火的认识，这是最早涉及儿童相异概念的研究。1929年，瑞士著名心理学家、哲学家Piaget出版了他的经典著作《学生对于世界的认识》（The Childs Conception of the World），其中对云的移动研究发现，5岁左右的儿童认为“我们走使得云也跟着我们走，云在远处跟着我们走”，这是关于相异概念的一项早期研究。

相异概念于20世纪80年代中后期开始被学者关注。Gilbertt和Swift（1985）、Abimbola（1988）认为，相异概念是学习者对一系列可理解的自然现象和物体建构了基于经验的解释，学习者拥有相异概念是有理由的、合理的，不一定就是绝对错误的，要给予学习者以智力上的尊重[1]。Dykstra（1992）、Wandersee （1994）进一步解释认为，相异概念是在对周围世界感性认知基础上建构的，往往具有一定的理性基础，尽管学生关于世界如何运行的知识与科学家不同，甚至有些是错误的，但他们所持有的相异概念却可以帮助他们解决认知结构中的不平衡[1][2]。David（1996）支持这种观点并指出，相异概念是一种强烈的、稳定的认知结构，从根本意义上影响学生的认知，即使在接受学校科学教育之后，相异概念依然可能存在。为了学生能够接受科学知识，相异概念必须被克服、避免或消除[3]。

二、“宇宙与地球”方面常见相异概念

国外地理相异概念研究逐渐形成规模是从20世纪80年代开始。研究者习惯采用问卷、测试和访谈的手段探查出个体拥有哪些具体的相异概念。研究发现集中在地球模型、流星与恒星、昼夜交替、季节变化、夏热冬冷、正午太阳方位、月相变化等问题上[4][5]。

关于地球模型，Vosniadou和Brewer（1992）对儿童关于地球的心理模型进行了访谈研究，发现学生通常具有“空间有上下之分”“没有支撑的物体会下落”的基本信念，在这一框架理论的影响下，学生无法相信地球是球形，不然住在地球下方和两侧的人岂不要掉下去了[6]，而且这一现象存在跨文化的相似性。此外，一些研究表明，部分学生相信地球地面形状像一个平坦的长方形或者圆盘形，天空和宇宙物质在地面顶部；也有部分学生认为地球作为一个空心球体，人们居住在球体与平面“上”和“下”，天空像圆屋那样覆盖地面；还有部分学生形成“双重地球”的信仰，一方面认为地球是一个人类生存的平坦地面，另一方面也知道地球是天空中一颗球形行星[7][8][9][10]。

关于月相变化，Plummer和Julia（2003）的调查报告显示，中小学生普遍认为月相变化是由于云的移动遮挡了月亮，而年龄较大的学生和成人用地球阴影（月食模型）来解释月相变化[11]。这种观念在Dai和Capie（1990）、Trumper（2001）的研究中可以得到确证[5][12]。

关于昼夜交替，儿童最早形成相异概念与日常经验有关，比如乌云遮住太阳，白天被黑夜取代，太阳落下山。学生结合日常经验和文化教育，往往持有这样的相异概念：太阳和月亮24小时围绕静止的地球旋转；地球上下方位旋转，太阳和月亮固定在两侧；地球围绕太阳转；月亮挡住了太阳；太阳移到别的地方[13][14]。Vosniadou和Brewer（1994）研究了儿童对昼夜交替的理解，发现如果儿童把大地看成平的，而不是球形的，那么很难让他们相信昼夜交替是地球自转造成的[15]。

关于季节变化，正确的原因是地轴与公转轨道之间存在一定夹角，地球倾斜着身子公转，而学生头脑中十分盛行的相异概念是“距离理论”（distance theory），即在公转的椭圆轨道上，地球与太阳之间不断变化的距离引起了季节变化，冬季和夏季温度变化是由于在这两个季节太阳与地球之间的距离不同。例如，在地球公转轨道变成正圆形的假设下，有28.36%的中学生和35.03%的大学生认为若是没有了近日点与远日点，全球接受的太阳辐射会均匀一些，四季将不再有差异，有32.84%的中学生和46.19%的大学生认为四季差异将减弱[16]。Baxter（1995）、Atwood（1996）、Ojala （1997）、Kikas（1998）等学者的研究都证实了这一

结论[17][18][19]20]。

三、教育与年龄阶段对相异概念的影响

鉴于年龄对理解能力的影响，国外相异概念的研究对象大致可分为学前儿童组、中学生组、高校学生组以及教师组。年幼的儿童基于日常感知而发展天真的相异概念，例如，冬天的低温是由于寒冷的冰雪，黑夜来临是由于人们需要休息，太阳一天在天空中运行一个圆圈。事实上，类似“日心说”的想法不仅出现在儿童头脑里，甚至还存在中学生、大学生身上[18]。

过去的30年的大量研究表明，虽然年龄的增加、教育水平的提高有利于加强理解能力，但在某些问题上，师范生也存在相异概念[19][20]。Trumper（2001）进行了一项对学生基本地理概念的评估研究，让被试者回答21个关于地球和宇宙的题目，总结了个体普遍存在相异概念，并且发现学生甚至教师在一些重要概念上出现相异概念的频率变化并不太大，如表1所示，这一结论与很多教育家的观点是相一致的[6][15][21][22]。

表1　“宇宙与地球”领域常见的相异概念（百分比）

Trumper（2001）在以色列用问卷调查了448名初中学生，其中13岁的7年级学生有154名，8年级、9年级学生分别152名、142名。问卷内容包括昼夜交替、月相、尺寸和距离、季节变化、太阳的位置、物体相对于地球空间距离、月球转动、时区、日蚀原因以及关于宇宙的概念。总的来说，只有36.4%的学生对各种各样天文学的概念做出了正确回答，且比例随年龄增长而增加[23]。基于以上成果，Trumper（2001）用相同的方法对378名以色列的高中生展开调查，其中10、11、12年级学生分别有153名、116名、109名。总体上，43.6%的学生做出正确回答，且比例随年龄增长而增加[24]。

Bakas和Mikropoulos（2003）对希腊11～13岁的102名学生进行问卷调查。值得关注的是，调查是在学生完成一个单元的学习后展开的。问卷以多项选择的形式涉及天体运动、天体尺寸、昼夜交替和季节变化的原因等天文地理概念。当问及冬夏温度差异的时候，79%的学生能够解释北极和南极的温度变化，58.8%的学生归因于“太阳光线角度和地表状况的改变”。同时17.6%的学生认为温度的变化与日地距离变化相一致，而16.7%的人认为夏天温度较高的原因是太阳在天空中呆更长的时间[25]。

Atwood（1996）选取49名高级水平的地理专业学生。总体而言，85%的学生在与研究者的访谈中流露出了相异概念。研究发现有19人认为季节更替是由于日地距离变化，3人认为太阳围绕地球造成的季节更替，7人认为当地球绕着太阳转的时候倾斜会变化，4人认为夏季时半球极点直接指向太阳[17]。

总之，大量的实证研究都指出，虽然年龄的增加会帮助理解能力增长，但各个年龄组在一些重要概念上存在的相异概念的频率差距并不太大，而且师范生也存在一定的相异概念。

四、结语

国外对于相异概念的研究进行了数十年，但是在地理学科领域的理论及实践仍起步比较晚，处于比较年轻的阶段，大部分的实践研究是利用观察、对话手段探查出个体拥有哪些具体的相异概念。可喜的是，部分学者已开始向纵深发展，探究年龄、教育水平等因素对相异概念的影响，并且结合学科特点，着手探索具体相异概念转变策略，例如昼夜交替、季节变化等地理概念的转变策略，这也是今后该领域的发展趋势。

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