数学教学中错误概念的诊断与矫治论文
数学教学的理论和实践研究表明，儿童在进入学校之前、在学习学校数学之先，头脑里并非空白一片，像一块“白板”。事实上，他们在每天的玩耍中和生活中学会了数字的加减运算，形成了一定的“数学概念”。他们对现实世界中的空间形式和数量关系有自己的看法和理解，这种在接受正规的学校教育之前所拥有的概念一般称为前概念(也有学者称之为观念)。他们的这种前概念是朴素的，虽不精确，但含有合理的成分，是儿童在现实生活中认识特殊事物的一个有价值的工具，是儿童学习新概念、建构新意义的基础，因此，在教学中不应把学生建立在前概念基础上的原有认知结构看成是一种思维的“垃圾”加以排斥，而应作为认知的基础，有待于向高级的科学的认知结构转换。然而，与科学的数学概念相比，他们的前概念往往含有错误的倾向，有的甚至就是错误的，因而，前概念有时也称为错误概念，它们对数学教学具有重要影响。一般来说，学生头脑中的前概念尤其是错误概念不但会妨碍对新知识的理解和建构，而且会导致学生产生新的错误概念。因此，加强对学生的前概念特别是错误概念的研究就成为数学教学的一项重要任务。本文拟对数学教学中学生的错误概念的诊断与矫治作一初步探讨。
一、错误概念及其特证
对于学生的错误概念，不同的学者使用了不同的术语，如相异概念（Viennot，1979)、幼稚概念（Resnick,1983)?相异框架(Driver&Easley,1978)等"。笔者认为，将misconception译为“误解概念”可能更为恰当，因为现代心理学在研究学生学习过程中经常遇到的L些错误概念时普遍采取了一种更为“宽容”的态度，认为学生所具有的观念，无论是在学习前就已形成的朴素观念，还是在各种情景、包括在学习过程中发展起来的“非标准观念”，都是学生建构活动的产物。一般来说，学生的错误概念主要有以下特征。
1.额固性
研究发现，学生头脑中的错误概念具有极强的顽固性(或稳定性），即使在他们学习了科学的数学概念以后，也会背相应的数学概念的形式定义，但是，在解决实际问题的过程中，那些错误概念仍会潜在地存在着，影响学生的思维和问题解决。这就是说，学生的错误概念不可能被科学概念自动“抹去”。为什么学生的错误概念具有如此的顽固性呢?这是因为学生花了相当多的时间和精力建构了自己的“朴素观念”，无论在感情上还是在心理上都是有依赖感的，这些朴素的观念曾经在他们的经验中发挥过一定的作用。顽固性成为概念转变教学的严峻挑战。
2.隐蔽性
所谓隐蔽性，就是学生本人不能自觉地意识到自己的错误概念，常常坚持和使用自己的错误概念去观察、思考和解决有关数学问题。这是因为学生的前概念是潜移默化地形成的，以潜在的形式存在着，平时并不表现出来。由于这种隐蔽性，为错误概念的揭示增加了难度，所以需要数学教师采用各种方法来帮助学生抛弃错误概念。
3.表象性
学生认知事物的能力有限，他们的前概念主要形成于日常生活的直接经验和教学中对知识的字面理解，往往比较肤浅、直观，一般停留在表象水平上，还不能脱离具体表象而形成抽象的概念。因而，自然也就无法摆脱局部事物或个别现象的片面性和局限性而把握其本质，使得错误概念具有表象性的特征，这也就为错误概念的诊断和矫治提供了可能。
二、错误概念的诊断
在数学教学中错误概念诊断的有效方法是实施诊断性评价（diagnosticassessment)。所谓诊断性评价，就是通过一定的方式(定量的和定性的)发现学生在学习中存在的问题，并分析这些问题产生的原因，从而为改进和调整教学策略提供依据。诊断性评价能够帮助教师发现学生的错误概念，查明学生在概念学习中产生困难的真正原因，从而采取教学对策，促进学生概念的生成和转变学习。具体来说，有以下几种方法。
1.出声思考
出声思考（thinkingaloud)是认知心理学研究的一种方法，是指被试在进行操作的同时，报告其头脑中的思维过程。学生的思维活动是我们无法感知的，出声思考好似学生把思维过程直接呈现在我们面前，因而能让我们比较有效地进行考查。这是发现隐蔽在学生头脑中错误概念的一种简便、有效的方法。这种方法要求被试报告头脑中想到了什么,而不是为什么这样想。边思考边报告可能会影响被试的思维活动和报告的真实性,但研究表明，只要被试经过有效的训练，出声思考并不会影响思维的正常进行。因此，出声思考是考查学生错误概念的一种有效方法。
2.制作概念图
所谓概念图（conceptmapping)就是把两个以上以及它们之间的关系通过连接词以图解的形式表示出来形成的概念关系图。它要求学生将有关某一主题不同层级的概念置于方框或圆圈中，再以各种连线将相关的概念或命题连接起来，以形象化的方式表征学习者的认知结构及对某一主题概念的理解。制作概念图，可以帮助教师了解学生对有关主题概念的理解(包括前概念)。例如，通过制作数系图，就能了解初一学生对负数的认识情况。
3.诊断性测试
这是指以诊断学生普遍存在的前概念、揭示其错误概念产生的原因为目的的一种特殊的测试。诊断性测试需要编制测试题，测试题的.编制和选择要针对所学内容，精心设计，要将学生容易产生错误理解的知识点呈现给学生，让学生的前概念(错误概念)在测试中“曝光”。例如，要求小学生作出钝角三角形三边上的高，即可发现学生关于“垂直”的前概念。垂直，作为几何概念的本质特征是点跟直线的位置关系，而相应的生活概念(前概念)的本质特征是方向的上或下。测试表明，学生在学习几何概念中的垂直时，大多以日常概念的“垂直”去置换几何概念的相互垂直，从而导致作图错误。
4.访谈
访谈是以口头形式，根据被询问者的回答而收集的客观的、不带偏见的事实材料，以正确把握对象知识结构的一种方式。访谈的核心是准备好访谈计划，包括所提问题。问题要简单明了，易于口头回答。访谈时要做好心理调控，营造一种平等、民主、坦诚、和谐的氛围。由于直面交谈，访谈法具有较好的灵活性和适应性，能够勘察学生的深层思维，是诊断学生对某些知识点的理解和揭示错误概念的一种最佳方法。但它对访谈者要求较高，工作量也较大，适合个案研究。
一般来说，为了全面、准确地揭示学生的错误概念，在实际操作过程中不是单独使用某一种方法，而是几种方法常常结合起来使用，发挥各种方法的优势。
三、矫治错误概念的教学策略
诊断学生的错误概念只是一种手段，不是目的，目的是为教学决策提供依据，以便矫治学生的错误概念。针对学生的错误概念，西方学者进行了大量研究，提出了概念转变学习现，被认为是矫治学生错误概念，实现概念转变学习的一种有效策略。
在传统的数学教学中，认为只要向学生传授科学的数学概念，学生的错误概念便会自动得到更正或为科学的数学概念所代替。建构主义指出，知识是不能被传递的，学习是学习者根据自己已有的知识经验去主动建构的过程。大量的教学实践也表明，学生错误概念的顽固性，致使这种做法是低效的甚至是无效的。实现概念转变学习，最有效的方法是进行概念转变教学（conceptualchangeteach?ing)。所谓概念转变教学，就是促使学生原有概念改变、发展和重建的过程，就是学生由前概念(错误概念）向科学概念转变的过程。
1.了解学生已有的知识经验，促进前概念向科学的数学概念转变
建构主义的概念转变教学观认为，有效教学始于学生原有的知识和技能。通过对专家教师与新手的比较研究发现，在教学策略上，专家教师更关注学生的巳有知识和经验，了解学生可能面对的困难，知道如何挖掘学生已有知识以使新的信息有意义。因此，针对学生前概念的干扰，在进行数学概念教学时，首先应当了解、正视学生的前概念，发挥前概念的经验性、浅显性和通俗性的特点，使学校教学的数学概念以此为铺垫，促进学生由浅人深、由表及里地从经验性概念转变到理论性概念，即通过对前概念的充实、区分或增加层级组织，使前概念转变成科学的数学概念。
事实上，“学生对数学的思考往往来自于个别范例和活动”。课堂上教授的数学概念的抽象性、概括性、精确性的特点也迫切需要以日常概念的具体性、特殊性和操作性成分为依托，以便能分化它的理论侧面，使之借助学生的具体经验和事实，变得容易理解。在传统教学中，学校数学教学的失败在很多情况下是学生在学校中所学到的正规数学概念与源于日常生活的数学概念相脱离而导致的。实践表明，一旦教师注意到学习者带到学习任务中已有知识和经验，并将这些当作新概念的起点时，在教学过程中监控学生的概念转化，就能促进学生的概念学习。
2.引发认知冲突,辨清新旧界限，实现概念转变学习
当学生的前概念与新概念不一致或矛盾时，必须辨清它们之间的分歧所在，学生才能转变、重组自己的已有观念。学生在真正学习新概念之前，需要对根深蒂固的错误概念进行重组，因为这些错误概念会干扰学习。格劳斯认为,改变“错误概念对新概念学习排斥”现象的唯一可能方法是迫使学生正确面对他们的错误认识与所学的科学原理之间的矛盾。
因此，教师必须让学生意识到他们的错误(前)概念，他们才能改变自己的观念，进行认知结构的重建。而促使学生转变错误概念的最好方式是引发认知冲突，认知冲突使学生产生对前(或错误)概念的不满。只有经过这种冲突才能促使学生产生重建概念的心理表征。通过挑选涉及已知错误概念的关键任务，教师能够帮助学生检验他们的思维，弄清楚为什么他们的各种各样的想法需要改变，以及怎么改变，这种模式便会使学生进人认知冲突。
一般来说，认知冲突的产生主要有以下三种情况：一是认知冲突产生于学生的预测同其经验的结果相反时；二是认知冲突产生于学生的观点与教师的观点不一致时；三是认知冲突产生于学生之间不同观念的碰撞中。认知冲突激起学生的求知欲和探索心向，促使学生进行认知结构的同化和顺应。因此,引发认知冲突是激励学生实现概念转变学习的契机和条件。
1.重视概念生成的凝聚,构建概念网络
凝聚（encapsulation)是数学概念转变学习的一^有效策略,是指概念由“过程”向“对象”的转化。因为在数学中很多概念最初是作为一个过程得到引进的，如函数概念最初是作为对应法则引进的,但随着学习的不断深入,其最终又转化成了一个研究对象--对其性质等进行研究，如单调性、连续性、可导性等,从而函数就获得了新的意义,变成了数学对象。正因如此，函数概念的表征学习就经历了一个凝聚的过程:对应说一映射说一关系说,使函数概念实现了由过程到对象的转变,从而达到“凝聚”。可见,在概念学习中，学生仅凭单纯的机械记忆概念的形式定义是不行的，是不可能真正理解新概念并在新的情境中进行正确的应用的，而必须搞淸概念的来龙去脉--建立概念网络。由于数学概念是相互联系的,具有一定的复杂性,所以只有在与其他概念所形成的网络中才能全面地理解它。
概念转变学习观认为，新概念的学习是以已有知识和经验为基础的一个主动的意义建构过程，建构的方式是同化和顺应。同化和顺应是概念转变的机制。同化，使原有认识结构的内容在量上得到充实和丰富;顺应,使原有认知结构得到重组或重构,统摄程度更高，发生了结构性的变化。这也说明，学生头脑中所拥有的概念的心理表征是相互联系的,是具有一定的结构关系的。
对学习和理解数学概念来说,结构是关键。当不同数学概念的内在表征之间建立了一定的联系时，就可称谓建立了概念网络。组织良好的概念网络是一种“立体结构”:在层与层之间,可比喻为垂直的谱系,在同一层级上则像蜘蛛网一样。“当网络的结构像谱系那样时,一些表征从属于另一些表征，即作为后者的细节从属于更为一般的表征……在第二个比喻中，网络就像一张蛛网，其中的结点可以被看成所代表的各条信息，结点间的线则代表信息间的联系或关系。蛛网中的各个点最终都是相互联结的,从而可按照已建立的联系在其中转移”。例如，多边形就可形成一种立体结构概念网络，它是“谱系”与“蛛网”的混合。
运用已有知识经验建构新概念的转化过程，在本质上就是不断丰富和建立新的认知结构，形成纵横交错、联系密切的概念网络，就是将一个新概念纳入已有的概念网络，或者由于新概念的进入与原有观念中的错误概念的冲突而引起概念网络的重组或重构，从而组织成为一个联系更为合理、观念更为恰当的新网络。将一个新概念纳人已有认知结构，其与概念网络中结点的联系越为密切且为多层级间的联系,反映主体对其理解就越为全面和深刻。理解一个数学概念就是指新概念的心理表征已经成为主体已有的概念网络的一个组成部分，即与主体已有的认知结构建立了广泛的联系。这种联系既有逻辑的联系,也有认知之间的联系，且理解的程度就取决于联系的数目和强度。说一个数学概念被理解了，就是指其和现有的网络是由更强或更多的关系联结着的。
因此，在数学概念转变学习中，我们就不能着眼于或满足于学生已有(记住)数学概念的数量;与其相比,概念间的良好组织更为重要。总之,只有新概念与头脑中组织良好的概念网络建立稳定、灵活、密切的联系之后，才可说是获得了新概念和实现了概念转变学习。
综上所述，开展关于学生头脑中的前概念或错误概念的研究，是当前数学教学改革的需要，是运用建构主义理论指导数学教学改革的需要。如何揭示学生头脑中那些朴素的、不精确的、甚至是错误的概念，采用何种教学策略帮助学生将这些错误概念转变为科学的数学概念，仍是摆在我们面前的需要深入探讨的重要而又有意义的课题。
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