“教育神经科学视角下科学概念转变研究”学术工作坊

2026-08-25 11:30:00

为促进科学教育、物理教育研究、概念转变研究与教育神经科学领域的学术交流,2026年6月22日至23日,在广东省“海外名师”项目支持下,由华南师范大学物理教育研究所联合国家教材建设重点研究基地(中小学物理教材研究)共同举办的“教育神经科学视角下科学概念转变研究”学术工作坊在华南师范大学大学城校区物理学院顺利举行。加拿大魁比克大学蒙特利尔分校 Patrice Potvin 教授担任工作坊主讲嘉宾,来自全国多所高校的科学教育、物理教育、化学教育、生物教育、学习科学、教育心理学等领域的六十多位研究者、研究生以及中小学科学教师和教研人员参与了本次工作坊。本次为期两天的学术工作坊共包括两场学术讲座,两场实践工作坊,以及一系列主题报告,由华南师范大学物理教育研究所副所长肖洋教授主持。

图1 工作坊大合照

6月22日上午,工作坊以 Potvin 教授的首场学术讲座“From Conceptual Replacement to Representational Pluralism in Science Education: Why and How Did the Models Evolve?”拉开了帷幕,报告系统回顾了科学教育领域概念转变理论的发展脉络,指出学生的迷思概念并非在学习后被简单替换,而可能与科学概念长期共存。结合反应时、正确率、脑电(EEG)和功能磁共振(fMRI)等神经教育研究证据,Potvin教授进一步说明,科学推理过程往往需要学习者抑制直觉性错误表征。在此基础上,他引入“表征多元主义”(Representational Pluralism)视角,强调科学学习并不只是以新概念取代旧概念,而是学习者在不同情境中学会协调、选择并灵活运用多种表征。报告指出,科学教学不应仅停留在纠正答案层面,还应帮助学生识别错误倾向,建立抑制性的“停止信号”,从而更有效地促进科学理解。


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图2 potvin教授作学术讲座


22日下午,Potvin教授带来了主题为“Examining Pluralist Propositions in Science Education Research”的实践工作坊,围绕四种概念转变模型展开了分组研讨与排序。Potvin 教授引导参会者对科学教育中常见的概念转变教学模型和研究假设进行批判性分析,重点考察其中显性或隐性包含的多元主义取向。参会者通过案例比较、分析各模型是否真正符合表征多元主义的理论主张,并依据各模型与多元主义理念的契合度进行论证。在小组讨论与问答环节中,参会者就模型的实际课堂应用边界积极提问,讨论了如何将其转化为适合本土教学情境的实践方案,进一步深化了对表征多元主义的理解。


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图3 关于四种概念转变模型的讨论



23日上午,Potvin 教授作题为“Designing Convincing Cognitive Tasks to Probe Alternative Conceptions in Science Education: Prevalence, Interference, and Inhibitor Control”的学术讲座,报告聚焦科学教育研究中如何设计具有说服力的认知任务,以有效探查学生的迷思概念。Potvin教授指出,连接神经科学与教育研究的关键并非一般表现任务,而是能够精准诱发特定概念冲突的认知任务。他从任务概念性、反应速度、任务难度、作答形式、句子与图像材料使用、迷思概念数量、刺激显著性以及年龄和专业水平适配等方面,总结了八条任务设计启示。报告强调,科学教育研究应在任务设计中清晰界定研究假设、干扰性概念及关键变量,从而提升研究结果的解释力与可信度。参会者就任务设计中突显性控制等实操难点踊跃提问,现场交流气氛热烈。


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图4 potvin教授作学术讲座

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图5 讲座现场提问环节

23日下午,Potvin教授带来了“Designing Simple Diagnostic Tasks and Structuring More Complex Ones”的实践工作坊。Potvin教授以分类诊断任务为例,展示多组包含三种生物的图片,引导参与者判断中间对象与左侧或右侧哪一个更接近,并说明判断依据。通过这一活动,参会者不仅比较了动物外形、生活环境和共同特征,也进一步思考了分类判断背后可能存在的概念吸引子。工作坊强调,科学教育研究中的诊断任务不只是获得答案,更重要的是揭示学习者如何组织知识、调用表征并形成判断理由。此次活动形式直观、互动性强,为后续设计科学概念诊断任务提供了具体方法参考。


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图6 potvin教授作学术讲座


在会议期间,来自华东师范大学、华中师范大学、海南师范大学和华南师范大学的师生也带来了一系列的主题报告。

华东师范大学的刘金梅教授以“Framework for Constructing Conceptual Change in Physics”为题,提出“整合双过程理论与马扎诺新教育目标分类学”的物理概念转变教学框架,将概念转变视为从直觉的系统1到审慎分析的系统2的动态过程,并将其与新教育目标分类学中的自我系统、元认知系统和认知系统进行匹配,最终实现稳固的物理概念重构,为概念转变研究从认知机制到课堂干预的转化提供了可操作的桥梁。

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图7 刘金梅老师作主题报告

华中师范大学蒋雨辰作题为“How Does Generative AI Affect Self-Regulated Learning in Learners with Varying Knowledge Levels? The Role of Chatbot Design and Support Timing”的主题报告,基于自我调节学习理论,报告了生成式AI聊天机器人支持时机与响应形式对物理学习的影响,研究发现“延迟支持显著提升学习成效,而即时支持易使学生直接采纳AI答案”,为智能学习工具的教学应用设计提供了关键的实证依据。

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图8 蒋雨辰作主题报告

同样来自华中师范大学的夏敏作题为“How to quantify an examination? Evidence from physics examinations via complex networks”的学术报告,展示了利用复杂网络分析量化物理考试知识结构与难度的方法,通过对2006至2020年35套高考物理试卷的建模,提出了综合难度系数。该方法为大规模考试评价提供了客观的分析工具,也为数据驱动的教育决策提供了新的可能。

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图9 夏敏作主题报告

海南师范大学郭彦岑同学以“Research on Scientific Learning and Reasoning”为题介绍了其课题组基于fNIRS的三项研究,揭示了抑制控制在数学与科学推理中的神经机制及其可塑性,从反应抑制与语义抑制的区分,到双侧DLPFC和pre-SMA在克服错误观念中的核心作用,再到急性有氧运动对认知冲突下数学表现的提升效应。该系列研究构建了从基础机制到教育干预的完整研究链条,为以抑制控制为靶点的教学干预提供了扎实的神经科学依据。

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图10 郭彦岑作主题报告

华南师范大学杜光杰以“How Scientific Critical Thinking Disposition Affects the Reading of Conflicting SSI Texts: Evidence from EEG and Eye-Tracking”为题,结合眼动追踪与EEG技术,探讨了科学批判性思维倾向如何影响学习者对冲突性社会性科学议题文本的注意力分配与认知加工。该研究为理解批判性思维的内在认知机制提供了过程性证据,对科学素养的培养具有重要启示。

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11 杜光杰作主题报告

同样,来自华南师范大学的钟仪,以“Inhibiting Misconceptions: An fNIRS Study of Neural Efficiency in Novice and Expert Physics Concept Learning”为题,采用近红外成像技术考察了新手与专家在抑制浮力迷思概念时的神经效率差异,发现专家表现出更高的神经效率。该发现从神经效率的角度揭示了专家与新手差异的本质,为诊断和促进学生的概念转变提供了新的评估指标。

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图12 钟仪作主题报告


本次学术工作坊主题聚焦、议程紧凑,既有理论前沿的系统梳理,也有方法工具的操作演练,更有青年学者的前沿成果展示,为国内科学教育研究者提供了与教育神经科学交叉融合的新视角和新工具,搭建了与前沿国际学术对话的平台,也为推动科学教育的循证化、精细化研究注入了新的活力