對(duì)中學(xué)生化學(xué)守恒思維分析

1、對(duì)中學(xué)生化學(xué)守恒思維分析學(xué)科知識(shí)、學(xué)科能力以及學(xué)科思想是學(xué)科體系的3個(gè)要素,而學(xué)科思想是一個(gè)學(xué)科的靈魂1。對(duì)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(guò)具體化學(xué)知識(shí)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(wèn)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研究設(shè)計(jì)與實(shí)施1.1研究設(shè)計(jì)“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(shí)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

2、現(xiàn),而且學(xué)生對(duì)“化學(xué)守恒思想的認(rèn)識(shí)水平也是由低到高逐步開(kāi)展起來(lái)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(zhuān)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(duì)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(cè)驗(yàn)題。該測(cè)驗(yàn)題由單項(xiàng)選擇題(18題)、填空題(911題)和計(jì)算題(12、13題)組成,試題總分值100分,試題具體組成與分值見(jiàn)表2。1.2研究實(shí)施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(jí)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(cè)試。測(cè)試于2019年4月進(jìn)行,共發(fā)放測(cè)試卷93份,收回測(cè)試卷93份

3、,其中有效測(cè)試卷89份,有效回收率為95.7%,有效測(cè)試卷的被試構(gòu)成見(jiàn)表3。對(duì)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研究結(jié)果與分析2.1測(cè)試問(wèn)卷的結(jié)構(gòu)分析2.1.1試卷的效度與信度檢驗(yàn)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(cè)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(cè)試,根據(jù)測(cè)試結(jié)果和學(xué)生反響進(jìn)行修改,再請(qǐng)化學(xué)學(xué)科教學(xué)論專(zhuān)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(cè)試階段,較好地保證了測(cè)試卷的效度。本研究所用測(cè)試卷的內(nèi)在一致性系數(shù)值為0.711,說(shuō)明了該測(cè)試卷根本到達(dá)作為本研究測(cè)量工具的要求,具有一定的可靠性。2.1.2試卷的相關(guān)性

4、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(jī)的平均分作為高中生“化學(xué)守恒問(wèn)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(cè)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(jí)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(jī)到達(dá)了顯著相關(guān)水平,說(shuō)明本測(cè)試卷具有一定的結(jié)構(gòu)效度,可以通過(guò)測(cè)試成績(jī)來(lái)判斷學(xué)生化學(xué)守恒問(wèn)題解決能力的強(qiáng)弱。2.2高中生“化學(xué)守恒思維水平狀況分析2.2.1測(cè)試成績(jī)總體分布由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,大局部被試的得分集中在7079這一分?jǐn)?shù)段,成績(jī)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

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不同學(xué)生群體“化學(xué)守恒問(wèn)題解決表現(xiàn)差異將被試成績(jī)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6079分之間,說(shuō)明高中生化學(xué)守恒問(wèn)題解決能力處于中等水平;(2)學(xué)優(yōu)生中沒(méi)有學(xué)生化學(xué)守恒問(wèn)題解決能力處于較差水平,學(xué)困生中沒(méi)有學(xué)生化學(xué)守恒問(wèn)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(wèn)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(wèn)題解決能力水平的分布。2.2.2.1不同學(xué)生群體電荷守恒問(wèn)題解

6、決表現(xiàn)差異本研究將文獻(xiàn)中的“化合價(jià)守恒與“電荷守恒統(tǒng)稱(chēng)為“電荷守恒。化合價(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(duì)值相等這一原那么來(lái)推斷不常見(jiàn)元素的化合價(jià)或常見(jiàn)元素的不常見(jiàn)化合價(jià)。測(cè)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(duì)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(hào)左右,反響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(huì)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(méi)有認(rèn)識(shí)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擬高的,可推測(cè)學(xué)優(yōu)生

7、的知識(shí)結(jié)構(gòu)完備,在解決問(wèn)題時(shí)能夠有效調(diào)動(dòng)自己已有知識(shí)、順利實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移從而正確解決問(wèn)題2。2.2.2.2不同學(xué)生群體元素守恒問(wèn)題解決表現(xiàn)差異元素守恒是“化學(xué)守恒中最重要的局部,本研究在宏觀和微觀2層次上從定性和定量的角度來(lái)考查學(xué)生在元素守恒問(wèn)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(méi)有意識(shí)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(wú)法復(fù)述出質(zhì)量守恒定律確實(shí)切內(nèi)容,想當(dāng)然認(rèn)為“該反響有氣體生成,質(zhì)量增加。進(jìn)一步考查學(xué)生對(duì)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(lái)分析化學(xué)反響,而根據(jù)已有知識(shí)確定“石蠟中僅有碳?xì)湓?。隨后,測(cè)試

8、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(méi)有受到“化學(xué)平衡的干擾,這說(shuō)明了學(xué)生有關(guān)質(zhì)量守恒簡(jiǎn)單定量計(jì)算掌握得較好。測(cè)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(duì)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(wú)法列出解題依據(jù)(TM1)外,其余被試并不是均對(duì)該題作出正確解答,還有32人次在解題過(guò)程

9、中出現(xiàn)其他錯(cuò)誤致使無(wú)法正確解答,主要的錯(cuò)誤有反響過(guò)程中的損耗關(guān)系沒(méi)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(méi)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(lèi)型比例見(jiàn)圖3。由圖可見(jiàn),“能否找出量的關(guān)系、“能否厘清反響過(guò)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。2.2.2.3不同學(xué)生群體電子守恒問(wèn)題解決表現(xiàn)差異本研究根據(jù)氧化復(fù)原反響中電子得失守恒規(guī)律設(shè)計(jì)了2道試題,一道是確定某氧化復(fù)原反響的復(fù)原產(chǎn)物中某元素的化合價(jià)(選擇題);另一道是利

10、用電子得失守恒來(lái)配平化學(xué)方程式(填空題)。從測(cè)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,氧化復(fù)原配平題的得分率(0.878)遠(yuǎn)高于另一道試題(0.528)。通過(guò)分析上海市教育委員會(huì)教學(xué)研究室編寫(xiě)的?化學(xué)學(xué)科教學(xué)根本要求?3(簡(jiǎn)稱(chēng)“根本要求)和試后訪談,不難理解這一結(jié)果:氧化復(fù)原反響配平是上?；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“氧化復(fù)原反響配平的教學(xué),高考復(fù)習(xí)時(shí)更是給予學(xué)生大量練習(xí);而根本要求中對(duì)氧化復(fù)原反響的量化計(jì)算沒(méi)有作出相關(guān)要求,教師在平時(shí)的教學(xué)中并不重視。2.2.2.4不同學(xué)生群體能量守恒問(wèn)題解決表現(xiàn)差異能量觀是中學(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

11、能量的角度研究物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的思維方法4。本研究設(shè)計(jì)了一道在飽和溶液中參加溶質(zhì)來(lái)讓學(xué)生判斷能量變化的試題。大局部學(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(lái)解釋微觀性質(zhì)5,因而有46.1%的學(xué)生沒(méi)有認(rèn)識(shí)到“溶解與結(jié)晶同時(shí)發(fā)生,而且在這一過(guò)程中能量是不發(fā)生變化的。再?gòu)暮暧^角度來(lái)考查學(xué)生對(duì)“熱化學(xué)方程式相關(guān)知識(shí)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響是吸熱還是放熱,但只有23.5%的被試在書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程時(shí)將熱量符號(hào)表示正確。由此可見(jiàn),中學(xué)化學(xué)能量的教學(xué)還存在著很大問(wèn)題:(1)教師在教學(xué)過(guò)程當(dāng)中忽略從能量的角度來(lái)解釋化學(xué)反響,而學(xué)生也無(wú)法正確理解化學(xué)反響中的能量變化,

12、如有學(xué)生會(huì)將“吸熱反響與“加熱反響等同起來(lái);(2)熱化學(xué)方程式中的各符號(hào)均有特殊的含義,如能量數(shù)值前面的“+或“-說(shuō)明該反響是放熱或吸熱,教師在教學(xué)過(guò)程中直接讓學(xué)生強(qiáng)記符號(hào)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(shí)化學(xué)符號(hào)的意義;(3)“熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)屬于程序性知識(shí),需要在整個(gè)高中化學(xué)教學(xué)過(guò)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(guò)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(shí)教學(xué)作為首要目標(biāo)。3研究結(jié)論本研究結(jié)果說(shuō)明:(1)高中生“化學(xué)守恒思維水平處于中等水平,學(xué)生對(duì)“守恒思想的運(yùn)用仍處于機(jī)械應(yīng)用水平,并沒(méi)有理解其實(shí)質(zhì)而靈活遷移;(2)高中生對(duì)“物質(zhì)守恒的理解明顯優(yōu)于對(duì)“能量守恒的理解,這與學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)中沒(méi)有建立起“從能量角度來(lái)分析化學(xué)變化有關(guān);(3)與簡(jiǎn)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根底上進(jìn)行的,因而學(xué)生在解題過(guò)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)生的全面開(kāi)展,也會(huì)對(duì)學(xué)生既有知