我院周少娜教授课题组采用负启动范式实验融合眼动追踪技术，比较了新手和专家在解决浮力任务时的认知过程，揭示了抑制控制在促进初学者概念转变中的关键作用，并验证了两阶段干预策略对新手学生提高抑制控制能力和问题解决效率的有效性。该成果以“Bridging the novice-expert gap: The role of inhibitory control and interventions in overcoming buoyancy misconceptions”为题，于9月5日发表于物理教育国际顶级期刊Physical Review Physics Education Research，文章同时入选了 Editors' suggestion。文章链接：https://doi.org/10.1103/s7tx-19rp。我院课程与教学论博士生熊雨山为第一作者，周少娜教授、东南大学包雷教授为共同通讯作者。

在科学教育中，学生固有的前概念或迷思概念常与科学原理相悖，构成概念学习的主要障碍。近年来科学教育领域的实证研究表明，即使经过系统教学，学生仍可能存在相关的迷思概念。这些迷思概念可能与科学知识并存，形成认知冲突和认知竞争，从而制约学生的推理能力与解决问题的能力。为深入理解科学概念与迷思概念的关系，本研究旨在通过负启动范式实验（Negative Priming Paradigm，NP）结合眼动追踪技术，分析新手与专家学生在解决涉及“深度-浮力”迷思概念问题时的认知差异，并探讨抑制控制机制在概念转变中的作用。

本研究共招募98名被试，其中45名为物理学专业学生（专家组），53名为文科专业学生（新手组）。实验采用控制条件、测试条件与填充条件三种情境设计，测量两组被试在不同条件下的反应时与准确率，并进行 3×3 （实验条件 × 被试组别）混合设计重复测量方差分析。同时，结合眼动追踪技术，实时采集并分析被试在任务执行过程中的认知加工特征。为进一步探索干预效果，研究还设计了两阶段干预方案，以评估其对新手组学生抑制控制能力及问题解决效率的提升作用。

研究发现，在第一次NP实验中，相较于专家组，新手组在测试条件下反应时显著延长，表现出明显的负启动效应，表明其需要激活抑制控制来压制迷思概念。然而，经过两次干预后，新手的平均反应时间逐步缩短，逐渐接近专家水平，这表明其抑制控制能力有所提升。此外，眼动数据分析揭示了新手与专家学生在信息处理策略上的显著差异：新手在解题时常会反复核对信息，而专家则展现出更高效的处理方式，能快速识别并抑制迷思概念。眼动追踪数据进一步揭示了不同干预阶段中新手的认知过程与行为模式：相比第一次干预，新手在第二次干预对例题的理解效率提升；两次干预后，新手理解加深，对例题的依赖减少，反应速度得到提升，抑制控制能力增强。本研究强调了概念学习中抑制控制的关键作用，教育者应设计针对性的教学干预措施，帮助学生识别并抑制竞争性误解，从而促进问题解决效率和科学概念的深入理解。

审稿专家对该研究给予了高度评价：“本研究是物理教育研究（PER）领域中，针对反应时间、眼动追踪及其对认知加工的影响所开展的最有力的定量研究之一。这可能是同类研究中唯一达到这一水平的研究。PER共同体至少可以从本文中获得两个益处：1）这是物理问题解决过程中进行定量分析科学思维的一个进步；2）这项研究为眼球追踪实验的分析提供了一个严谨的研究模型。”

本研究得到教育部人文社会科学规划项目、广东省哲学社会科学规划项目、广东省本科高校教学质量工程项目、以及广东省教育科学规划专项（高等教育专项）的支持。

图1 负启动范式（NP）

图2 负启动范式（NP）实验实施流程

                        (a)                                                                     (b)

图3 典型专家型和新手型学生完成一个完整NP实验周期的眼动轨迹