高中生化學(xué)恒溫思維水平測評指標(biāo)體系的構(gòu)建

高中生化學(xué)恒溫思維水平測評指標(biāo)體系的構(gòu)建

科學(xué)知識、科學(xué)技能和學(xué)科思想是學(xué)科體系的三個(gè)因素，學(xué)科思想是學(xué)科的靈魂。對于化學(xué)學(xué)科而言,學(xué)生需在化學(xué)學(xué)科思想的支配與指導(dǎo)下通過具體化學(xué)知識的學(xué)習(xí)、理解、掌握和運(yùn)用,形成特有的化學(xué)學(xué)科能力?！盎瘜W(xué)守恒”是高中化學(xué)學(xué)科思想之一,學(xué)生“化學(xué)守恒”的思維水平影響著學(xué)生相關(guān)化學(xué)問題的解決。本研究旨在揭示不同學(xué)生群體“化學(xué)守恒”水平的具體差異以及初步探究形成差異的原因,以期能為今后的化學(xué)學(xué)科思想教學(xué)與研究作出有價(jià)值的參考。1項(xiàng)目和實(shí)施1.1建立研究的指標(biāo)體系“化學(xué)守恒”作為一種化學(xué)學(xué)科思想,具有概括性和層次性等鮮明特點(diǎn)。在中學(xué)化學(xué)知識體系中,“化學(xué)守恒”的內(nèi)涵在不同領(lǐng)域具有相當(dāng)豐富的表現(xiàn),而且學(xué)生對“化學(xué)守恒”思想的認(rèn)識水平也是由低到高逐步發(fā)展起來的。為保證研究結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性,本研究采用文獻(xiàn)調(diào)研和專家訪談的方法,將“化學(xué)守恒”的內(nèi)涵具體化和層次化,建立如表1所示的考查指標(biāo)體系。本研究針對高中生“化學(xué)守恒”思維水平考查指標(biāo)體系,自行編制了“高中生‘化學(xué)守恒’思維水平測驗(yàn)題”。該測驗(yàn)題由單項(xiàng)選擇題(1~8題)、填空題(9~11題)和計(jì)算題(12、13題)組成,試題滿分100分,試題具體組成與分值見表2。1.2有效測試卷和被試構(gòu)成本研究采取整群抽樣的方法,選取了上海市某重點(diǎn)中學(xué)高二年級同一老師任教、教學(xué)進(jìn)度相同的3個(gè)平行班的學(xué)生進(jìn)行測試。測試于2011年4月進(jìn)行,共發(fā)放測試卷93份,收回測試卷93份,其中有效測試卷89份,有效回收率為95.7%,有效測試卷的被試構(gòu)成見表3。對學(xué)生答題情況進(jìn)行分析與賦值后,所得數(shù)據(jù)采用SPSS16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1問卷結(jié)構(gòu)分析2.1.1正式測試階段的確定為保證本研究的操作性工具(高中生“化學(xué)守恒”思維水平測驗(yàn)題)的質(zhì)量與可靠性,首先選擇了5名高二學(xué)生進(jìn)行小范圍測試,根據(jù)測試結(jié)果和學(xué)生反饋進(jìn)行修改,再請化學(xué)學(xué)科教學(xué)論專家和經(jīng)驗(yàn)豐富的高中化學(xué)教師進(jìn)行審查方進(jìn)入正式測試階段,較好地保證了測試卷的效度。本研究所用測試卷的內(nèi)在一致性系數(shù)α值為0.711,表明了該測試卷基本達(dá)到作為本研究測量工具的要求,具有一定的可靠性。2.1.2效標(biāo)的對比分析本研究擬用學(xué)生上學(xué)期2次大型考試(期中考試與期末考試)的化學(xué)成績的平均分作為高中生“化學(xué)守恒”問題解決的效標(biāo),分析了2者之間的關(guān)系,其結(jié)果列于表4。測試卷中涉及其他化學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容(如化學(xué)方程式、溶液酸堿性、化學(xué)計(jì)算),而化學(xué)守恒及各二級指標(biāo)中電量守恒、電子得失守恒等均與學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)成績達(dá)到了顯著相關(guān)水平,表明本測試卷具有一定的結(jié)構(gòu)效度,可以通過測試成績來判斷學(xué)生化學(xué)守恒問題解決能力的強(qiáng)弱。2.2分析高中生“化學(xué)忠誠”的思想水平2.2.1成績分布及分布圖1是全部有效測試卷中各分?jǐn)?shù)段人數(shù)統(tǒng)計(jì),圖2是各二級指標(biāo)所對應(yīng)試題的得分率。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,大部分被試的得分集中在70~79這一分?jǐn)?shù)段,成績分布符合正態(tài)分布;最高分96分,最低分27分,平均分67.0分,及格率為68.5%;被試在電荷守恒題目上的得分率最高(0.764),元素守恒和電子得失守恒題目的得分率相當(dāng)(分別為0.673、0.687),而能量守恒題目得分率最低(0.541)。2.2.2學(xué)生黨員化學(xué)守信問題解決能力綜合評價(jià)將被試成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn):(1)全部有效被試中有53.9%的學(xué)生得分在60~79分之間,表明高中生化學(xué)守恒問題解決能力處于中等水平;(2)學(xué)優(yōu)生中沒有學(xué)生化學(xué)守恒問題解決能力處于較差水平,學(xué)困生中沒有學(xué)生化學(xué)守恒問題解決能力處于優(yōu)秀水平;(3)中等生中有19人化學(xué)守恒問題解決能力處于較差水平,這在很大程度上影響了整體化學(xué)守恒問題解決能力水平的分布。2.2.2.對于化合價(jià)堅(jiān)守的理解本研究將文獻(xiàn)中的“化合價(jià)守恒”與“電荷守恒”統(tǒng)稱為“電荷守恒”?；蟽r(jià)守恒是讓學(xué)生根據(jù)“在化合物或混合物中正負(fù)電荷總和的絕對值相等”這一原則來推斷不常見元素的化合價(jià)或常見元素的不常見化合價(jià)。測驗(yàn)結(jié)果顯示,高二學(xué)生已經(jīng)完全理解“化合價(jià)守恒”的內(nèi)涵。對于電荷守恒而言,92.1%的同學(xué)已經(jīng)理解“離子方程式等號左右,反應(yīng)物中各微粒所帶電荷的總和等于生成物中各微粒所帶電荷的總和”;但題目情景的復(fù)雜性增加,會使得學(xué)生很難找出解題依據(jù),如62.8%的學(xué)生(主要為中等生和學(xué)困生)還需考慮弱電解質(zhì)的電離情況而沒有認(rèn)識到“溶液中正負(fù)電荷代數(shù)和為零”。學(xué)優(yōu)生在解決涉及電荷守恒的幾道試題上正確率是比較高的,可推測學(xué)優(yōu)生的知識結(jié)構(gòu)完備,在解決問題時(shí)能夠有效調(diào)動自己已有知識、順利實(shí)現(xiàn)知識遷移從而正確解決問題。2.2.2.化學(xué)-景學(xué)法上的元素守恒論元素守恒是“化學(xué)守恒”中最重要的部分,本研究在宏觀和微觀2層次上從定性和定量的角度來考查學(xué)生在元素守恒問題解決上的表現(xiàn)。在考查學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“質(zhì)量守恒定律”時(shí)發(fā)現(xiàn),有15.7%的學(xué)生沒有意識到驗(yàn)證“質(zhì)量守恒定律”需要保證體系的密閉性;甚至有兩名學(xué)困生還無法復(fù)述出質(zhì)量守恒定律的確切內(nèi)容,想當(dāng)然認(rèn)為“該反應(yīng)有氣體生成,質(zhì)量增加”。進(jìn)一步考查學(xué)生對元素守恒的理解發(fā)現(xiàn),有14.6%的學(xué)生不從元素守恒的角度來分析化學(xué)反應(yīng),而根據(jù)已有知識確定“石蠟中僅有碳?xì)湓亍?。隨后,測試卷設(shè)計(jì)一道以“化學(xué)平衡”為背景、利用質(zhì)量守恒定律計(jì)算的選擇題,絕大多數(shù)學(xué)生(91.0%)沒有受到“化學(xué)平衡”的干擾,這表明了學(xué)生有關(guān)質(zhì)量守恒簡單定量計(jì)算掌握得較好。測試卷中還設(shè)計(jì)3道綜合題從宏觀和微觀2層次上考查學(xué)生對元素守恒的理解。以其中一道“工業(yè)上燃燒硫礦石生產(chǎn)硫酸”的計(jì)算題為例,89名被試中有74人在解題時(shí)候能夠列出解題依據(jù),其中48人直接根據(jù)硫元素守恒列出從FeS2到H2SO4的轉(zhuǎn)化關(guān)系等式(一步守恒),26人還需借助化學(xué)方程式或轉(zhuǎn)化式才能列出從FeS2到H2SO4的轉(zhuǎn)化關(guān)系等式(多步轉(zhuǎn)化)。除15名被試無法列出解題依據(jù)(TM1)外,其余被試并不是均對該題作出正確解答,還有32人次在解題過程中出現(xiàn)其他錯(cuò)誤致使無法正確解答,主要的錯(cuò)誤有反應(yīng)過程中的損耗關(guān)系沒有厘清(TM2)、以“物質(zhì)的量”為核心的計(jì)算體系與以“質(zhì)量”為核心的計(jì)算體系沒有統(tǒng)一(TM3)、單位換算出現(xiàn)錯(cuò)誤(TM4)、多步轉(zhuǎn)化中由FeS2到H2SO4之間量的關(guān)系錯(cuò)誤(TM5)、計(jì)算錯(cuò)誤(TM6),各錯(cuò)誤類型比例見圖3。由圖可見,“能否找出量的關(guān)系”、“能否厘清反應(yīng)過程中量的關(guān)系”以及“能否正確使用‘物質(zhì)的量’為核心的計(jì)算系統(tǒng)”是影響學(xué)生正確解答該題的關(guān)鍵因素。2.2.2.“氧化還原反應(yīng)”配平是上?；瘜W(xué)高考傳統(tǒng)的考試,單次使用對比學(xué)本研究根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子得失守恒規(guī)律設(shè)計(jì)了2道試題,一道是確定某氧化還原反應(yīng)的還原產(chǎn)物中某元素的化合價(jià)(選擇題);另一道是利用電子得失守恒來配平化學(xué)方程式(填空題)。從測驗(yàn)結(jié)果來看,氧化還原配平題的得分率(0.878)遠(yuǎn)高于另一道試題(0.528)。通過分析上海市教育委員會教學(xué)研究室編寫的《化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》(簡稱“基本要求”)和試后訪談,不難理解這一結(jié)果:氧化還原反應(yīng)配平是上?；瘜W(xué)高考必考題目,甚至在歷年的高考化學(xué)試卷中處于同一位置,這導(dǎo)致教師在平時(shí)教學(xué)中格外重視“氧化還原反應(yīng)”配平的教學(xué),高考復(fù)習(xí)時(shí)更是給予學(xué)生大量練習(xí);而基本要求中對氧化還原反應(yīng)的量化計(jì)算沒有作出相關(guān)要求,教師在平時(shí)的教學(xué)中并不重視。2.2.2.熱化學(xué)方程的教學(xué)存在著較大的問題能量觀是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的核心觀念,能量觀的構(gòu)建有利于學(xué)生形成從能量的角度研究物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的思維方法。本研究設(shè)計(jì)了一道在飽和溶液中加入溶質(zhì)來讓學(xué)生判斷能量變化的試題。大部分學(xué)生常常在從宏觀向微觀遷移時(shí)感到困難、傾向于用物質(zhì)的宏觀性質(zhì)來解釋微觀性質(zhì),因而有46.1%的學(xué)生沒有認(rèn)識到“‘溶解’與‘結(jié)晶’同時(shí)發(fā)生,而且在這一過程中能量是不發(fā)生變化的”。再從宏觀角度來考查學(xué)生對“熱化學(xué)方程式”相關(guān)知識的掌握情況發(fā)現(xiàn),47.1%的被試能夠從能量的角度判斷反應(yīng)是吸熱還是放熱,但只有23.5%的被試在書寫熱化學(xué)方程時(shí)將熱量符號表示正確。由此可見,中學(xué)化學(xué)能量的教學(xué)還存在著很大問題:(1)教師在教學(xué)過程當(dāng)中忽略從能量的角度來解釋化學(xué)反應(yīng),而學(xué)生也無法正確理解化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,如有學(xué)生會將“吸熱反應(yīng)”與“加熱反應(yīng)”等同起來;(2)熱化學(xué)方程式中的各符號均有特殊的含義,如能量數(shù)值前面的“+”或“-”表明該反應(yīng)是放熱或吸熱,教師在教學(xué)過程中直接讓學(xué)生強(qiáng)記符號的意思而不引導(dǎo)學(xué)生思考,以至學(xué)生不能正確認(rèn)識化學(xué)符號的意義;(3)“熱化學(xué)方程式書寫”屬于程序性知識,需要在整個(gè)高中化學(xué)教學(xué)過程中不斷地去完善學(xué)習(xí)而不是在新課和復(fù)習(xí)時(shí)才予以重視,而新課程教學(xué)“突出學(xué)習(xí)的過程,注重探究性學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)”更需要在教學(xué)中將程序性知識教學(xué)作為首要目標(biāo)。3從能量角度分析化學(xué)變化本研究結(jié)果表明:(1)高中生“化學(xué)守恒”思維水平處于中等水平,學(xué)生對“守恒”思想的運(yùn)用仍處于機(jī)械應(yīng)用水平,并沒有理解其實(shí)質(zhì)而靈活遷移;(2)高中生對“物質(zhì)守恒”的理解明顯優(yōu)于對“能量守恒”的理解,這與學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)中沒有建立起“從能量角度來分析化學(xué)變化”有關(guān);(3)與簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算不同,化學(xué)中的量化計(jì)算均是在定性理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,因而學(xué)生在解題過程中表現(xiàn)出定量計(jì)算能力較定性分析能力弱;(4)高考內(nèi)容在一定程度上制約著高中化學(xué)教學(xué)的內(nèi)容,這不僅不利于學(xué)生的全面發(fā)展,