大量研究表明,中学生对电学的一些基本概念,如电流、电阻等拥有相异概念并且难以转变,影响了学生对电学概念的正确理解。本文设计有层次性的研究工具,对学生普遍存在的电流、电阻等相异概念之成因,及如何转变进行了实证研究。研究对象选择一所普通中学的初三和高二各一个班级,共计133名学生,研究中被试依次经历下面3个阶段：阶段1：被试作答电学试卷,说明他们自己的理论；阶段2：被试评价他人理论,并阐述看到别人的理论后是否修改阶段1的想法；阶段3：被试评价实验事实,并阐述看到实验事实后是否修改阶段1的想法。研究发现：1.初三和高二分别有75%,93%的学生认为电流经灯泡后被消耗；分别有73%,94.1%的学生用电流逐步覆盖电路的方式来分析电路的变化,分别有64.6%,55.3%的学生认为电池提供恒定的电流,学生表现出的相异概念种类和他人研究结果类似,但持有相异概念人数的比例高于他人的研究发现。2.对两年级被试电流和电阻作答情况进行非参数卡方检验,发现存在显著差异,即在相异概念测试题中,高二被试测验成绩明显低于初三。可见,如果没有采取有效的教学策略帮助学生理解电学概念,而只寄希望于学生通过后续的学习能自动建立科学概念是行不通的。3.如果只是利用电流表测量灯泡两端电流,期待学生看到电流表示数一样后,就放弃电流被消耗的想法,是行不通的,研究发现一个初三班级共49名学生中91.8%认为这个实验不能得出电流没有被消耗的结论。4.持有电流被消耗想法的被试中近60%认为,在串联电路中,电流处处相等的结论和“电流被消耗”的想法是没有冲突的,这两个观点可以和平共处。5.对电流和电阻有相异概念的学生,更愿意在评价实验阶段修改自己的想法。在电流部分,学生在评价实验阶段的修改率明显高于评价理论阶段,且存在显著差异；而在电阻部分两个阶段的修改率差别不显著,可见在物理教学中,实验对学生理解物理概念具有很大的作用。6.对电流和电阻有相异概念的学生,经过评价理论和实验阶段后,不同概念修改情况不同。学生电阻概念修改较好,初三有91.4%,高二81.3%原来对电阻理解有误的被试,经过协调理论和证据阶段后,建立了正确的电阻模型；但是对电流概念,初三最后只有61.1%,高二有55.7%的被试接受了正确的电流模型。可见学生对不同概念的转变程度不同。本研究最重要的工作是对中学生持有电流被消耗想法的成因及其难以转变的原因提出了一个假设：因为学生自己构建了一套符合其逻辑的电学概念系统,他们的理论体系是这样的：“在简单电路中,电池是提供恒定电流的装置,电路闭合时,电流就像水流一样从电池的正极流出来,电流会沿着导线逐步覆盖电路,到达灯泡后,灯泡消耗掉电流从而发光发热,所以回到电池负极的电流就少了,也就是说电池中的电流被用掉了,所以电池用久了总会用完,所以需要常常换电池。正是由于电池被当做提供恒定的电流,所以当电路变化后,他们会采用分流,局部推理等方式来分析电路整体的变化”。“电流被消耗”是学生理论体系的“硬核”。相信“电流被消耗”,学生才会轻易地解释灯为什么会发光,电池为什么会用完,串联电阻为何会引起电流变小,更符合电流概念中“流”的意思。学生的电学概念系统是如此完备、合理,所以学生会坚信电流被消耗而难以转变想法。学生坚信“电流被消耗”的原因,可能是因为学生未能区别电流的“物质性和能量性”,若设计较好的类比模型,将电流解释为循环的、数量不变的、电能的搬运者。让学生理解电流的两个特性,帮助学生稍稍修改他们的电学概念系统,可以明显提高学生对电流、电阻的理解。完成学生持有电流消耗模型的成因分析后,以概念转变理论为指导,精心设计有关电流内容的教学方案,根据学生期中和期末物理考试成绩及物理学科老师的建议,从一所重点初中选择两个平行班,一个班级作为实验班,按照精心设计的教学方案实施教学；另一个平行班作为控制班,按照传统的讲授式教学实施教学。在完成教学后,用自己编制的电学相异概念测试题对这两个班级进行后测,测试前两班级的物理课任老师不知道测验的题目,结果发现实验班的成绩优于控制班,且存在显著的差异,说明实验班持有电流消耗模型的学生比例明显少于控制班。从而说明这样的设计可以较好转变学生的电流相异概念。最后本文对研究所用的工具、数据分析等方面进行了反思。