專家與新手學生化學知識理解水平的比較研究

張新宇　王祖浩

摘要：本文以“化學平衡狀態的判斷”作為研究載體，探討了專家學生和新手學生在化學知識理解水平上的差異，并在分析差異產生原因的基礎上，提出促進學生對知識的深入理解。

關鍵詞：專家學生；新手學生；化學平衡；理解水平

文章編號：1005－6629(2009)02－0017－03中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

本文提及的專家學生，指得是學習能力強、成績優秀的學生；而新手學生，則是學習能力較弱的困難學生。與新手學生相比，專家學生更傾向于深入理解知識，這早已得到了各類研究的證實。那么，化學知識的理解水平可以分為哪幾個層次？專家學生和新手學生在各個層次上分別存在什么樣的差異呢？本文試圖以化學平衡概念的考查為載體，探討專家學生與新手學生在化學知識理解水平上的差異。

1理解水平的層次

關于知識的理解水平，目前尚未形成統一的分類方法。Vallacher和Wegner將理解水平分為兩個層次，即低級的“怎么做”的層次和高級的“為什么”的層次[1]。Fergus和Robert提出的加工水平模型則將理解水平分為三個層次，即表層水平、中等水平及深層水平[2]。

在學習化學知識的過程中，我們不僅需要準確地描述各種化學現象，而且要在分析各種現象的過程中總結一般規律，還要從微觀層面上解釋規律產生的原因。據此，我們可以借鑒Fergus和Robert的分類方法，將化學知識的理解水平分為由淺入深的三個層次，分別為描述水平、規律水平及本質水平(見圖1)。

2測驗編制

我們選擇了高中化學的重要知識點——化學平衡狀態的判斷作為測驗內容，設計了3道測試題和1道補充測試題。測試題(1)要求學生根據物質的量關系判斷體系是否處于平衡狀態。化學平衡狀態的定義為：當可逆反應進行到一定程度時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的量均保持不變的狀態。該測試題給出的狀態中是各物質的量成比例，而非保持不變，只要根據對化學平衡特征的字面理解即可解答，因而屬于描述水平。

測試題(2)要求根據壓強不變判斷體系處于平衡狀態，學生解答此題時需要依據“對于前后氣體分子數變化的反應來說，當體系壓強不變時，體系處于平衡狀態”的規律加以判斷，因而屬于規律水平。補充測試題同樣要求學生根據壓強變化判斷體系是否處于平衡狀態，但該反應前后氣體分子數并未發生變化，設置此題的主要目的是了解學生對于壓強變化對化學平衡影響的規律的理解情況。

測試題(3)借鑒同位素示蹤的科學方法進行設計，提供了分子、原子變化的微觀圖片，要求學生通過對圖片中分子、原子變化的分析判斷體系是否處于平衡狀態。由于本題從微觀層面上分析體系是否處于平衡狀態，因而屬于本質水平。

3 研究對象

我們以某中學兩個班級的學生作為研究對象，通過對三次考試的化學成績進行綜合分析，選擇前20名組成專家學生組，后20名組成新手學生組。兩組的原始成績如表1所示。

由表1可知，獨立樣本T-檢驗的顯著性水平為0.000，說明專家類學生在化學學習上存在極為顯著的差異，以他們為研究對象可以較好地反映專家學生與新手學生化學知識理解水平的差異。

4測驗分析

回收試卷后，我們在評閱的基礎上分別從描述水平、規律水平及本質水平對專家學生和新手學生進行了比較分析。

4.1描述水平

測試題(1)是一道較為基礎的習題，學生平時已接受過較多的訓練，按理說正確率應該較高。確實，專家學生的答題情況驗證了我們的假設，只有1名專家學生出現了錯誤。然而，新手學生的答題結果卻大大出乎意料，出現錯誤的新手學生多達13人，占新手學生總人數的65%。而在描述理由時，這些學生普遍認為，反應體系中各物質的量保持不變，說明體系處于平衡狀態。也就是說，他們認為當氮氣、氫氣與氨氣的物質的量之比等于化學計量數之比時，意味著各物質的量保持不變。這說明新手學生雖然知道根據化學平衡的特征來判斷化學反應是否處于平衡狀態，但不能清楚地認識“不變”到底是什么意思。可見，新手學生雖然能夠描述出相關概念的定義，但即使是對于概念的字面解釋，仍然處于較低的水平。

4.2規律水平

在回答測試題(2)時，全部40位學生居然無一出現錯誤，這能否說明大多數學生均掌握了根據壓強判斷體系是否處于平衡狀態的規律了呢？我們對學生的理由進行了分析統計(見圖2)，試圖獲取一些有價值的結論。

由圖2可知，沒有學生從本質的角度(即壓強不變，分子數目不變，達到平衡狀態)加以分析，有12位學生(專家學生9人，新手學生3人)根據“對于氣體分子數變化的反應，壓強不變，體系平衡”這一規律進行推斷，有15位學生(專家學生9人，新手學生6人)根據“壓強不變，體系平衡”這一不精確的規律進行推斷，還有13位學生(專家學生2人，新手學生11人)無理由。

為了進一步分析學生所說明的理由僅僅是由于描述不夠準確，還是確實在理解上存在一定的偏差，我們對補充測試題進行了分析。結果發現，專家學生均能正確回答此題，這說明雖然有9位專家學生所描述的理由為“壓強不變，體系平衡”，但他們還是準確地掌握了判斷依據，即“對于氣體分子數變化的反應，達到平衡時，壓強保持不變”。而在新手學生中，有13位出現了錯誤，他們的理由仍然為“壓強不變，體系平衡”。

可見，在掌握化學規律時，專家學生不僅關注規律的字面描述，而且關注規律的適用條件，因而在問題解決時能做出正確的判斷。而新手學生雖然同樣能說出規律的大概內容，但不僅描述不太準確，而且不夠關注規律的使用范圍，致使在問題解決時出現較多錯誤。

4.3本質水平

測試題(3)主要是根據圖(C)和圖(D)中各種微粒的數目不再發生變化來判斷反應達到平衡狀態。學生解答結果如表2所示。

分析表2可知，專家學生在問題解決的正確率及問題解釋的合理上均要明顯優于新手學生，說明專家學生從微觀角度對化學平衡本質的認識要優于新手學生。然而，若將專家學生解答各測試題的情況作一比較(見表3)，則可以發現專家學生在此題上的正確率要遠遠低于測試題(1)、(2)及補充測試題，說明專家學生對化學平衡的本質理解得也不夠透徹。

若對學生所描述的理由作進一步的分析，可以發現能正確說明理由的學生普遍采用如圖3中細箭頭所示的思路。事實上，只要用粗箭頭所示思路通過一步即可解決，因為反應達到平衡的最本質特征就是各物質的分子數不再發生變化，而物質的量濃度不再變化是體積一定條件下分子數不再變化的結果，這進一步說明專家學生習慣于從規律水平上理解化學知識，而不善于從本質水平上理解知識。

5研究結論與啟示

通過對專家學生及新手學生解決化學平衡問題的比較分析，我們可以得出如下幾點結論：

(1)無論是在描述水平、規律水平還是本質水平的理解上，專家學生均要明顯優于新手學生；

(2)專家學生和新手學生理解知識時的關注點存在差異，新手學生習慣于記住化學知識，既不注重理解知識的內涵，也不關注知識的適用范圍，而專家學生更為關注知識的內涵以及適用范圍；

(3)兩類學生均不善于從本質角度理解化學現象，對于涉及微觀過程的問題，新手學生往往不知所措，而專家學生則傾向于將問題轉化為規律水平的問題，并不善于直接根據對化學現象本質的認識解決問題。

以上結論可以反映出教學過程中的一些現狀，那就是過于重視對相關概念及特征的識記，不重視對概念的意義的理解。過于重視在解題過程中總結促使習題迅速解決的規律，不關注對規律的本質的理解。也許這種方法對于在短期內取得教學效果有一定的作用，然而，研究表明，信息被加工的水平越深，它在長時記憶中的存儲就越牢靠，被提取出來的可能性也就越大[3]。因此，從學生長遠發展的角度看，在教學過程中需要改變只重記憶不重理解的現狀，引導學生形成對知識的深入理解，既包括對知識的意義的理解，也包括對知識的本質的理解。

參考文獻：

[1]R.M.Sorrention, E.T.Higgens.Handbook of motivation and cognition: foundations of social behavior. New York: Guilfor, 1986.550-552.

[2][3]R.J.Sternberg, W.M.Williams著.張厚聚譯.教育心理學.北京：中國輕工業出版社，2003.256.