56岁儿童对力与运动的认知共10页.docx

1、56岁儿童对力与运动的认知共10页5-6岁儿童对“力与运动”的认知一、问题提出 儿童是如何认识客观世界的?在进行科学教育之前，他们对周围事物或现象有什么样的看法?发展心理学家一直致力于儿童认知发展的研究。在皮亚杰时代，用逻辑推理能力的发展来解释认知发展在该领域中居主导地位，而现今使用理论的发展来解释认知发展逐渐成为该领域中重要的理论成果之一。研究者开始致力于考察学前儿童在最重要知识领域中逐渐形成和发展的朴素理论，即儿童在这些领域获得的日常的、前科学知识。前前儿童的朴素理论成为目前认知发展研究中的一个热点。 威尔曼(Wellman)认为儿童核心领域朴素理论主要包括朴素生物学、朴素物理学和朴素心理

2、学三部分。朴素物理学是指人们对物质实体、物理过程、物理现象的直觉认识。皮亚杰时代起，就有众多的研究者对儿童朴素物理理论进行了研究。他们发现在儿童用自发概念解释和预测周围的世界，同化和顺应外部世界的刺激时，这些凭感性经验得到的知识与基本的科学概念会出现很多冲突，比如：较重的物体比较轻的物体落得快让人觉得是重物体本身的属性等。到上世纪80年代，研究者发现在青少年和成年人中仍存在一些力与运动的错误概念是根深蒂固、难以改变的。90年代后，有研究者通过对儿童关于力与运动的认知、因果解释及发展变化进行追踪研究，发现了年幼儿童的“内部力模型”和随后出现的“获得力模型”。在学生中存在一个较为稳定的错误认识：力

3、是物体获得的一种属性或力是物体的一种性质，他们会以此来解释关于力的现象，尤其是解释运动。有研究者将常见力与运动的错误概念与牛顿三大定律相对照，总结出人们通常出现的三种错误认识：1惯性是一种力，它保持物体的运动轨迹不变；2力是产生和维持物体运动的原因，而物体静止时就不受力。力的方向决定物体运动的方向，力与速度成正比；3作用力只存在于主动施力者。 研究者认为朴素信念是儿童在早期框架理论的基础上，通过不断同化或顺应生活中的新信息而形成的综合心理模型。儿童的心理模型有预测和解释功能，在他们的认知发展中起着重要作用，亦具有长远的影响作用。本研究期望通过考察儿童对力和运动(牛顿三大定律)的认知状况，了解5

4、6岁儿童对于这一物理现象形成的心理模型。本研究选取三种力与运动的类型，即力的合成、平抛运动和匀速圆周运动作为具体的考察点。其中“力的合成”考察儿童对“作用力”的理解；“平抛运动”考察儿童对“惯性”的理解；“匀速圆周运动”则考查儿童对“运动”与“力”的关系的理解。在该研究中，以“运动轨迹”的绘制作为测试方式，笔者期望通过这种简单的描述性答题方式让儿童更易于表达出自己的真实想法，同时，这种开放式的问卷也能让儿童做出更为充分的表达。 二、研究方法 (一)样本选取 随机选取湖北省宜都市幼儿园72名儿童为被试，对其进行运动轨迹的绘画测试。其中在大班(平均60个月)和大大班(平均73个月)各随机抽取儿童3

5、6名，男女各半。 (二)研究工具 本研究采用自编开放式问卷施测。问卷共选取了三种类型的题目，分别考查：1力的合成；2平抛运动；3匀速圆周运动。每种类型有三道题目，共计9道题目。采用拉丁方排列。三种类型题目考察的物理概念之间彼此不同，每种类型下的三道题目在情境上各有区别，保证了问卷良好的结构效度。问卷中有5道题目改编自美国物理教育工作者大卫?黑斯顿(David Hestenes)于1992年设计的“力的概念测试”(Force Concept Inventory， FCI)。FCI在美国被广泛用于考察学生对于牛顿力学概念的掌握情况，该测试具有较高的信度和效度。同时，考虑到幼儿的理解能力，在研究前期

6、，问卷的所有题目都根据幼儿教师的建议进行了文字表述及图示等方面的修订，并分制了“主试用问卷”和“被试用问卷”两种问卷，其中“被试用问卷”只有图画没有文字，每张纸上一副图画，所有题目像连环画一样装订，便于幼儿接受。 (三)施测 本问卷采取两名儿童同时施测的方式进行。两名儿童背对背坐好(避免相互影响)，主试按照“主试用问卷”读题，儿童在“被试用问卷”上完成。时间不限，当两名儿童都完成后继续下一题。测试时，主试用通俗易懂的话语询问儿童对于力与运动的认识，要求儿童在问卷中用线条画出自己的想法。例如： “请看图，一个大人和一个小孩正在沿着各自的方向同时拉箱子，大人用的力气比小孩大，那么箱子会怎样移动呢?

7、请你画出此时箱子所走的路线。” 最后，采用SPSS15.0对数据进行处理。对56岁的儿童在力与运动各知识点上的性别和年龄差异进行卡方检验，结果是参加测试的儿童在性别和年龄上没有显著差异，因此，结果分析中，所有参与测试的儿童被当作是同质性群体进行分析。 三、研究结果与分析 (一)“力的合成”中儿童认知类型的结果统计 由表1可以看出5-6岁儿童对“力的合成”的认知类型可分为4种：“合力型”的线条表现为遵循平行四边形法则，即沿平行四边形的两邻边作对角线；“优势方向型”的线条表现为被试沿“力气小”的一方画线，或者是当题目中两者力气相同时，沿某一个力的方向画线；“中间型”的线条表现为遵循“正方形原则”，

8、即无论题目条件如何，都沿正方形的两邻边作对角线；“优势力型”的线条表现为被试完全沿着力气大的方向画线；其余轨迹被归入其他型。对各类型的频数进行卡方检验，得出X2：170.71，df=4，P=0.000，说明这4种类型间的频数差异显著。 (二)“平抛运动”中儿童认知类型的结果统计 由表2可以看出，5-6岁儿童对“平抛运动”的认知类型可分为5种：“抛物线型”的线条表现为平滑的抛物线；“类抛物线型”的线条表现为先是水平运动，最后有一个类似于“过渡阶段”的抛物线，然后是垂直往下落；“折线型”的线条表现为物体先沿水平方向冲出去一段距离，然后再竖直下落；“滑梯型”的线条表现为被试以垂线和地面为两条边，画了

9、一个直角三角形的斜边；“竖直下落型”的线条表现为物体沿垂直轮廓竖直往下落；剩余轨迹被归入其他型。对这5种类型的频数进行卡方检验，得出x2=259.5，dr=5，P=0.000，说明这 5种类型间的频数差异显著。 (三)“匀速圆周运动”中儿童认知类型的结果统计 由表3可以看出，5-6岁儿童对“匀速圆周运动”的认知类型可分为6种：“切线型”的线条表现为在指定点做圆的切线；“竖直向下型”的线条表现为从指定点竖直向下画出一条直线；“曲线向下型”的线条表现为从指定点向下画出一条线，呈曲线状；“曲线向外型”的线条表现为从指定点基本沿水平方向向圆形外画线；“离心力型”的线条表现为从指定点沿离心力的方向画出一

10、条直线；“封闭型(圆周)”的线条表现为从指定点开始，完全沿着圆周的轨迹来绘画，画出的是圆形的一部分；其余轨迹被归入其他型。对这6种类型的出现频数进行卡方检验，得出x2=96.31，df=6，P=0.000，说明这6种类型间的频数差异显著。 四、讨论 (一)儿童关于“力的合成”的概念分析 首先，每道题目中分别出现2-3种“力的合成”类型，其中优势力型的频数都比其他类型的频数高，从三道题目中各类型总频数分析也可以看出这一特点。由此可见，对“力的合成”这一概念，大多数5-6岁儿童倾向于认为“物体会朝力气大的一方运动”，说明他们并没有完全掌握“力的合成”的科学概念，认为仅仅是力气大小影响物体的运动。

11、其次，在判断物体运动轨迹的问题上，绘出“中间型”轨迹的频数说明一部分56岁儿童有了合力概念，却没有考虑到力的大小对合力方向的影响，这比单纯凭力的大小来判断物体运动方向有了些许进步。绘出“优势方向型”轨迹的频数说明，有部分儿童受到“定势思维”的束缚，认为物体朝着优势方向运动。这些儿童依照自己的心理因果原则对现象进行解释，这与菲尔(Frye)在物理因果关系认知实验中的发现相一致，说明心理因果原则和物理因果原则的发展具有共时性。笔者将这类轨迹称作“优势方向型”也是因为这些儿童没有考虑力的大小和方向，直接地认为它会朝自己认为的方向运动，这种依照定势思维、忽视物理因果的认知是非常不成熟的。 最后，绘出合

12、力型轨迹的频数说明，只有少部分儿童具有“力的合成”的概念，不仅能理解“合力”，而且能根据力的大小正确判断物体的运动方向。 综上所述，本研究发现在“力的合成”问题上，5-6岁儿童的主要朴素理论为“物体沿力气大的方向运动”，儿童夸大了大力气的作用，而忽略了小力气的作用。这可能是“眼见为实”的结果，因为在日常生活中儿童经常看到物体最终会到达力气大的一方，他们还没有理解“运动轨迹”和“运动结果”的区别。 (二)儿童关于“平抛运动”的概念分析 首先，每道题中绘出人数最多的是“竖直下落型”，占到总人数的43.179.2。鄢超云也曾采用绘画的方式对儿童关于平抛运动的认识进行考察，他设置的情景与本研究中第9题

13、相类似，得出类型为“垂直下落型”“冲力型”“斜边型”和“类抛物线型”，其中的“冲力型”和“斜边型”分别与本研究中的“折线型”和“滑梯型”对应。比较两个研究结果，就整体而言具有较高的一致性，绘出“竖直下落型”的儿童均为半数左右；从局部来看，鄢超云的研究发现随着年龄增长，“垂直下落型”逐渐减少，特别是在45岁间明显减少，但“冲力型”有所增加，然而本研究中，随着年龄的增长，虽然“竖直下落型”也在减少，但“冲力型”并没上升而是有所下降，其原因有待进一步研究，其中部分原因可能来自有差异的样本选取。 其次，对三道题目进行综合分析，在认识物体做平抛运动时的轨迹问题上，大多数儿童绘出“垂直下落型”，说明他们只

14、考虑到重力对物体的影响，没有考虑初速度；部分儿童绘出“折线型”，这种认识与中世纪哲学家的“冲力”概念相似，说明他们是按先后顺序而不是同时考虑初速度和重力。较少儿童绘出“滑梯型”，说明他们考虑到初速度和重力的同时作用，却无法用曲线来表示。绘出“抛物线型”和“类抛物线型”儿童能够大致掌握物理学中分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动，但能够掌握这一科学概念的儿童极少。 综上所述，本研究发现在“平抛运动”问题上，56岁儿童的主要朴素理论为“物体会竖直向下运动”，与之前的研究中的“竖直向下信念”相一致，说明大多数儿童并没有形成“抛物线”的概念。儿童的这种认识也可以用“眼见为实”来解释。即竖直

15、向下的信念来源于直觉错觉。由于没有接受科学教育，儿童将物体在运动参考系中的运动自动知觉为在静止参考系中的运动，于是相信了眼睛所看到的，认为物体都是竖直下落的。 (三)儿童关于“匀速圆周运动”的概念分析 首先，绘出“封闭型(圆周)”的儿童在每道题上都占到了总人数的30.637.5。这说明大部分56岁的儿童都拥有了“冲力”的信念，错误地理解了惯性，并且拥有了“格式塔”的完形倾向。 其次，绘出“离心力型”轨迹的儿童已经有了朴素的“离心力”概念，但认为物质只受离心力的影响；绘出“曲线向外型”轨迹的儿童不仅有了“离心力”的概念，并且考虑了速度因素；绘出“曲线向下型”轨迹的儿童考虑了速度的作用，认为物体会

16、曲线下落，相比直线下落有了进步；较少一部分儿童绘出“竖直向下型”轨迹，说明他们只考虑到了重力作用，这是一种原始思维。研究结果表明，很少有儿童能掌握“匀速圆周运动”的概念。 综上所述，在“匀速圆周运动”问题上，56岁儿童的主要朴素理论为“物体会继续沿着圆周的曲线运动”，而在凯撒(Kaiser)等人类似的C形管实验研究中却发现学前儿童对物体飞出C形管口的路径预测成绩和大学生一样好，即大多数学前儿童能够预测物体将沿切线方向飞出。该研究对于学前儿童样本的信息只提供了其年龄跨度是从4、5岁开始的，没有给出其确切的平均年龄，因而无法确定两个研究中的被试年龄是否一样。该研究也提到随着年龄的增长，儿童对于这一现象的预测成绩会逐渐下降，直到小学三、四年级才停止，可能本研究中的儿童正处于这条