基于認知診斷理論對高一新生化學用語輔導的研究

蘇玲

（浙江師范大學教師教育學院，浙江金華 321004）

基于認知診斷理論對高一新生化學用語輔導的研究

蘇玲

（浙江師范大學教師教育學院，浙江金華 321004）

本研究是以認知診斷理論為指導，以化學用語內容為載體，在初－高中這一關鍵銜接期，以高一年級新生為研究對象開展的認知診斷研究。研究過程主要包含兩個部分：第一，化學用語認知診斷的設計。編制兩份平行的認知診斷測驗，通過認知診斷測驗一的診斷報告了解高一新生對化學用語的掌握情況。第二，化學用語補救教學的設計。根據認知診斷測驗一的診斷報告設計并實施補救教學，并通過認知診斷測驗二探討補救教學方案的有效性。研究結果表明基于認知診斷理論的補救教學輔導可以有效提高化學用語能力。

高一新生；認知診斷；化學用語；補救教學

傳統的教育測驗只報告一個籠統的測試分數或能力分數，如某同學在本次測驗中得分為80分，然而這名同學的心理內部加工過程、加工技能、認知結構、知識結構等詳細信息卻無從得知。認知診斷理論將認知心理學與測量心理學相互結合，強調個體宏觀能力水平評估與微觀心理加工過程并重，幫助我們更好地深入了解個體內在的心理活動規律、心理加工機制等認知發展實際情況，以促進個體健康全面發展。因此，認知診斷理論彌補了傳統的教育測驗的缺陷，逐漸成為教育改革中日益重要的研究課題。

化學用語是化學學習的基礎，化學用語如果學不好，學生往往會產生分化并影響日后的學習。因此，本研究嘗試將認知診斷理論應用于化學教學中，在高一新生剛剛入學的第一個月里，使用自編的化學用語認知診斷測驗對高一新生的化學用語掌握情況進行診斷，然后根據診斷結果制定出補救教學方案，對存在認知屬性缺陷的學生被試進行有針對性的教學輔導，并對輔導效果進行探討。這樣為學生的學習以及教師有重點地對高一新生進行銜接教學并開展因材施教提供參考。

一、研究一：化學用語認知診斷的設計

（一）認知診斷測驗的編制

1.認知屬性的確定

Tatasuoka等人在研究TIMSS－數學測試時，將認知屬性劃分為內容屬性、過程屬性和技能屬性。［1］由于過程屬性和技能屬性不是截然分開的，因此本研究在借鑒Tatasuoka認知屬性模型的基礎上，將屬性分為兩個主要成分：知識內容屬性和過程技能屬性。

首先，根據義務教育課程標準、初中科學教材內容并結合學科專家意見，確定出初中階段化學用語知識主要包括元素、化學式、化學方程式的識記與書寫；元素、化學式、化學方程式的微觀、宏觀表征及其轉換；元素、化學式、化學方程式的相關計算等。

分析國內外化學教育研究中有關化學問題解決的研究，Johnstone認為化學問題解決過程中包含宏觀水平表征、微觀水平表征以及符號水平表征。并認為學生不能實現這三個表征之間轉換會導致化學學習困難［2］。Yehudit J.Dori和Mira Hameiri認為化學學習有四種水平的表征，即宏觀水平表征、微觀水平表征、符號水平表征以及過程表征 （過程－符號表征之間、符號－微觀表征之間、符號－宏觀表征之間）［3］。在國內，王磊等人提出模式識別在化學問題解決中發揮了極其重要的作用［4］。化學問題解決模式是由陳述性知識、程序性知識和策略知識組成。李廣洲、任紅艷得出，化學概念掌握得越好，化學問題解決的表現越好；化學概念掌握好的學生，主要采用原理統率策略［5］。

化學用語的認知屬性，主要有兩大成分：知識屬性和技能屬性，具體如表1所示。

表1 化學用語的認知屬性

通過對以上7個化學用語認知屬性具體含義的分析，并結合學科專家的指導意見，我們認為這些認知屬性之間存在層級關系，見圖1。

圖1 化學用語認知屬性層級關系圖

2.認知診斷測驗的編制

根據Q矩陣理論［6］，滿足屬性層級關系的屬性組合模式一共有28種，除去“0000000”掌握模式，共計27種考核模式。根據學生的實際學習情況以及專家小組的意見，并結合認知診斷測驗編制的基本原則［7］，研究者從27種考核模式中選取出13種，并根據這13種考核模式編制出化學用語認知診斷測驗一和測驗二。每份測驗有13道題，每題考查一種考核模式，由易到難排序，兩份測驗題號相同，對應考查的考核模式也相同，項目考核模式見表2。

（二）化學用語認知診斷評估

1.評估工具

診斷評估工具為化學用語認知診斷測驗一，本測驗考察了7個認知屬性，滿分為37分，測試時間為30分鐘。所包含的測試題型有選擇題、填空題、計算題等，這些測試題都考查了一個或多個屬性，以 （0，1）形式計分，答對一個屬性計1分，答錯或者沒有作答該屬性計0分，答對幾個屬性就該題得幾分。

2.測試對象

選取浙江省金華市某高一年級四個班級的學生167名，測試時間30分鐘，共發放認知診斷試卷167份，收回有效試卷167份。

表2 認知診斷測驗項目考核模式

（三）診斷報告

1.總得分的整體情況

全體學生的得分情況為：最高分37分，最低分8分，平均分29.66分，標準差3.635。具體分布情況見圖2。

圖2 全體學生的成績分布情況

2.總得分的班級情況

表3反映了各班得分情況，從表中可知，高一 （3）班平均分偏低，高一 （2）班平均分最高，說明2班學生的整體水平相對其他各班是最高的，3班學生在四個班中整體水平最低。但是從測驗得分的離散型來看，高一 （4）班學生成績比較整齊，而高一 （5）班學生的差異性相對較大。

表3 各班得分情況

3.各認知屬性掌握情況

從表4可以看出，在認知屬性的掌握上，所有學生都已經掌握屬性A1，90%以上的學生已經掌握屬性A2，A4，A6及A7，76%的學生掌握屬性A3，僅有8.4%的學生掌握了屬性A5。

表4 各班學生對各認知屬性的掌握情況

4.認知屬性掌握模式

表5 各班屬性掌握模式情況

根據每個學生在認知診斷測驗一上各屬性的掌握情況，我們將167名學生歸類到11種認知屬性掌握模式中，見表5。比如，某學生被歸類到掌握模式“1000000”中，表示該學生只掌握了認知屬性A1，其余6個屬性均未掌握。從表中我們可以看出，很多學生歸類到屬性掌握模式“1111011”中，占到總人數的67.66%。有26人（15.57%）歸類到屬性掌握模式“1101011”中。屬性掌握模式“1000000”、 “1001011”、 “1110000”、“1100000”、“1101111”、“1111000”、“1111111”、“1101100”、“0000000”中所占的人數均不足10人，甚至只有1人。

二、研究二：化學用語補救教學的設計

（一）補救教學設計與實施

1.選取被試

本研究采用等組前后測實驗設計，從認知診斷測驗一中有認知缺陷的屬性掌握模式中選取48名學生被試作為研究對象，以針對性的補救教學輔導為自變量，以化學用語能力為因變量，采用認知診斷測驗二為測量工具，探討補救教學輔導對提高化學用語能力的有效性，見表6。

表6 等組前后測實驗設計

為了保證每一個相同的缺陷屬性掌握模式中有足夠的實驗組和控制組的人數，研究者從屬性掌握模式“1001011”、“1110000”、“1111011”、“1100000”、“1101111”以及“1111000”中選取本次研究的實驗被試，具體被試情況見表7。

表7 選取的被試情況

2.補救教學課程與被試安排

本研究總共7次課程輔導，輔導時間為每周一到周五的晚上18：00－19：00。每次課程分為知識回顧、教師講解、隨堂練習以及家庭作業。由于屬性A5（表征轉換）掌握情況最差，再加上人數太多，難以保證補救教學的質量，因此將被試分為兩批進行小班化教學輔導。

現階段，轉基因食品已經成為多個國家環境和健康的中心議題。轉基因食品指的是在實驗室中，將動植物的基因采取相應的手段加以改變后制造出的食品。目前，市場上轉基因食品不斷增加，社會上對于轉基因食品有著不同的看法，分為贊同和畏懼兩派，食品安全問題是人們關注的重點，因此加大檢測力度、做好對轉基因食品的安全把關有著重要的意義。

表8 補救教學課程與被試安排

（二）補救教學效果的檢驗

在所有的補救教學課程結束之后，使用化學用語認知診斷測驗二對實驗組被試及控制組被試同時施測，測試時間為30分鐘，所有被試均在規定時間內完成所有題目的作答。發放認知診斷測驗48份，收回有效測驗48份。

（三）研究結果

1.實驗組、控制組學生前測分數差異分析

采用獨立樣本T檢驗對實驗組、控制兩組前測數據進行差異分析，發現實驗組、控制組在認知診斷測驗一中的得分無顯著性差異 （表9），說明實驗組、控制組在補救教學輔導開展之前不存在差異，符合組間同質性假設，可以進行實驗處理。

表9 實驗組、控制組學生在認知診斷測驗一中得分比較

2.實驗組、控制組學生后測分數差異分析

采用獨立樣本T檢驗對實驗組、控制兩組后測數據進行差異分析，發現實驗組在認知診斷測驗二上的得分在0.001水平上顯著高于控制組（表10）。說明補救教學輔導結束后實驗組、控制組在化學用語認知診斷測驗二上的得分之間存在顯著差異，補救教學輔導可以有效提高學生的化學用語能力。

表10 實驗組、控制組學生在認知診斷測驗二中得分比較

3.實驗組在認知診斷測驗一、二上的得分差異分析

表11 實驗組學生在認知診斷測驗一、二上的得分比較

4.控制組在認知診斷測驗一、二上的得分差異分析

采用配對樣本T檢驗將控制組被試在化學用語認知診斷測驗一、化學用語認知診斷測驗二上的總分進行了差異分析，發現控制組學生在認知診斷測驗一、認知診斷測驗二上的得分之間不存在顯著差異 （表12）。說明未參與補救教學輔導的控制組學生的化學用語能力水平在教學輔導進行期間并沒有發生改變。

表12 控制組學生在認知診斷測驗一、二上的得分比較

表13 實驗組每個被試前后測情況

5.補救教學輔導前后每個實驗組被試的掌握模式差異分析

將每個實驗組被試在在認知診斷測驗一、認知診斷測驗二上的表現進行比較。發現有18位實驗組學生的屬性掌握模式發生了變化，掌握的屬性個數增加，有的學生已經掌握全部屬性。另外，答對的項目個數也提高，提高幅度最大的有11個。有6位實驗組被試的掌握模式沒有發生變化，究其原因，是屬性A5（表征轉換）的理解掌握有些困難，學生很難在短期內有很大的提高，但是這些學生答對的項目個數都有增加 （表13）。說明補救教學輔導對于提高實驗組被試的化學用語能力水平是有效的。

6.補救教學輔導前后每個控制組被試的掌握模式差異分析

將每個控制組被試在在認知診斷測驗一、認知診斷測驗二上的表現進行比較，發現控制組學生的屬性掌握模式基本沒有發生改變，答對的項目數持平甚至減少 （表14）。說明未經過補救教學輔導的控制組被試的化學用語能力水平在實驗期間并未發生變化。

表14 控制組前后測情況

7.輔導前后各認知屬性掌握模式人數的差異分析

將補救教學前后各認知屬性掌握人數的差異進行分析，發現實驗組學生在補救教學后各認知屬性掌握人數有明顯增加，尤其是屬性A3、A5，增加的人數超過10人。除屬性A5以外，24名實驗組被試均已經掌握了其余六個認知屬性。相對而言，控制組在各認知屬性掌握上的人數基本沒有變化 （表15），說明本次補救教學輔導是有效的。

表15 各認知屬性掌握人數前后測比較

三、結論

本研究可以得出以下結論：

（一）高一新生對化學式屬性、化學方程式屬性、基本知識圖式屬性、表征轉換屬性、原理統率策略屬性、復雜知識圖式屬性的掌握上有著不同程度的缺陷，表征轉換屬性是補救教學中尤其需要引起重視的屬性。

（二）相對于控制組學生，實驗組學生在接受補救教學輔導后，在認知診斷測驗二上的得分有顯著提高，屬性掌握模式朝著掌握更多屬性的模式發展，其認知診斷測驗答對題數和掌握屬性個數均明顯增加，本次基于認知診斷理論的補救教學輔導可以提高化學用語能力。

〔1〕Chen,YH.Cross－Cultural Validity of the TIMSS－1999 Mathematics Test：Verification of a Cognitive Model.International Journal of Testing,2008(3)：251－271.

〔2〕Johnstone A.H.Why is Science Difficult to Learn？Things Are Seldom What They Seem.Journal of Computer Assisted Learning,1991(7)：75－83.

〔3〕Yehudit J.Dori,Mira Hameir.Multidimensional Analysis System for Quantitative Chemistry Problems：Symbol, Macro,Micro,and Process Aspects.Journal of Research in Science Teaching,2003,40(3)：278－302.

〔4〕王磊.以基礎教育課程改革和教育科研促進學科發展－北京師范大學化學教學論的學科建設工作 ［C］.全國高師化學教學論學科建設研討會會議材料，2003.

〔5〕任紅艷.中學生解決計算類化學問題的表征與策略的研究［D］.南京師范大學，2000.

〔6〕Tatsuoka,K.K.(1983).Rule space：An approach for dealing with misconceptions based on item response theory. Journal of Educational Measurement,20(4)：345－354.

〔7〕涂冬波，漆書青，戴海琦，蔡艷，丁樹良.教育考試中的認知診斷［J］.考試研究，2008，（04）：4－15.

Study on Grade one Senior High School Students’Chem ical Terms Use Based on Cognitive Diagnostic Theory

Su Ling
（Zhejiang Normal University，Jinhua，Zhejiang，321004）

The study is based on the cognitive diagnostic theory and focuses on the chemical terms used by the grade one senior high school students.The study contains two parts：first，the design of the cognitive diagnosis of the chemical terms.Two typesof testswere designed to evaluate grade on senior high schoolstudents’know ledge of chemical terms.Second，the design of compensatory teaching of chemical terms.The compensatory teaching is designed in termswith the resultsof the first testand the effectivenessof the teaching can be reviewed through the second test.The results shows that the compensatory teaching based on the cognitive diagnostic theory can help improve students’capability of using chemical terms.

grade one senior high schoolstudents；cognitive diagnostics；chemical termsuse；make－up teaching

G633.8

A

1009－9522（2014）02－0086－06

2014－04－02

蘇玲，女，浙江師范大學教師教育學院，研究生。