高三學(xué)生基于“宏微符”轉(zhuǎn)換的化學(xué)圖形理解能力研究

陸惠蓮+王祖浩

摘要：本研究在“宏微符”轉(zhuǎn)換理論和化學(xué)圖形教學(xué)功能分析基礎(chǔ)上，劃分化學(xué)圖形理解能力水平，確定化學(xué)圖形理解中的“宏微符”轉(zhuǎn)換和化學(xué)圖形形式要素（數(shù)形義）理解兩個基本方面及其水平，進而對高三學(xué)生對涉及“宏微符”轉(zhuǎn)換的化學(xué)圖形理解能力進行考察，揭示學(xué)生發(fā)生圖形理解障礙的關(guān)鍵性問題，為培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)圖形理解能力提供參考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)圖形；圖形理解；宏微符；數(shù)形義；化學(xué)學(xué)習(xí)

文章編號：1005–6629（2014）9–0024–04 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

1 研究背景

化學(xué)圖形既是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，又是化學(xué)學(xué)習(xí)的思維工具及載體。因此培養(yǎng)學(xué)生閱讀圖形信息能力，幫助學(xué)生使用化學(xué)圖形構(gòu)建模型及推理演繹，對于他們獲取知識、拓展思路，啟發(fā)思維具有重要意義。

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)[1]，化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為宏觀變化，物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)理論是解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化的依據(jù)，而化學(xué)符號則簡明地表達了宏觀與微觀的聯(lián)系，由此形成了“宏觀—微觀—符號”有機結(jié)合的三重表征形式[2]。化學(xué)圖形的使用往往從三重表征有機結(jié)合的角度，直觀、形象地展示物質(zhì)宏觀形態(tài)特征和微觀結(jié)構(gòu)特點、數(shù)量特征以及空間分布特征，促使學(xué)生實現(xiàn)由感性認(rèn)知向理性認(rèn)識的轉(zhuǎn)變。

除了“宏微符”表征以外，化學(xué)圖形還包含了數(shù)形義等形式要素。“數(shù)”即數(shù)字說明，“形”即呈現(xiàn)真實的影像或模擬構(gòu)型，“義”則指對圖形內(nèi)涵和特征的文字描述。因此，化學(xué)圖形理解主要是指學(xué)生通過圖形閱讀，快速捕捉圖形傳遞的宏微符表征信息和數(shù)形義包含的信息，并能對信息進行認(rèn)知加工形成意義。本研究著眼于探索學(xué)生化學(xué)圖形理解能力以及其中“宏微符”表征和化學(xué)圖形數(shù)形義形式要素理解兩個方面的表現(xiàn)，揭示學(xué)生發(fā)生圖形理解障礙的關(guān)鍵性問題，由此思考培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)圖形理解能力、提高化學(xué)學(xué)習(xí)有效性的教學(xué)實踐問題。

2 研究設(shè)計

2.1 測試材料設(shè)計

本研究所使用的測試材料包含六張化學(xué)圖形，圖形設(shè)計分別涉及宏-微、宏-符、微-符、宏-微-符等四種轉(zhuǎn)換關(guān)系，并進一步融合圖形中數(shù)形義等形式要素變量。每張圖形都承擔(dān)了具體的考察任務(wù)，如圖1所示為測試材料中的圖形5，涉及“宏微符”三種表征形式，并包含了數(shù)量關(guān)系和模型要素。表1為測試材料考察任務(wù)的設(shè)計說明。測試時要求被試觀察測試材料上的圖形，即時性地在圖形下方的空白位置上用3～4句話概括性描述從圖上獲取的關(guān)鍵信息。

2.2 測試過程與數(shù)據(jù)采集

研究選擇具有一定知識基礎(chǔ)、化學(xué)思維能力發(fā)展相對成熟的高三學(xué)生為研究對象——上海市某區(qū)級重點高中三年級的一個自然班，共41名學(xué)生。

研究采用紙筆測試的方式，在測試活動中研究者向被試說明測試的要求，測試時間不做嚴(yán)格規(guī)定，被試受到施測活動氛圍的影響，自覺地按照應(yīng)有的節(jié)奏完成測試，對每張圖片進行閱讀和描述，時間為半小時至45分鐘。

測試結(jié)束后，回收測試卷并進行分析和匯總，通過定義學(xué)生化學(xué)圖形理解的水平、宏微符表征思維水平以及數(shù)形義的理解水平，對被試每一個圖形的理解水平、宏微符表征思維水平和數(shù)形義的理解水平進行判斷，進而了解被試化學(xué)圖形理解的平均水平以及圖形理解兩個方面的具體表現(xiàn)。

3 研究結(jié)果及分析討論

3.1高三學(xué)生化學(xué)圖形理解能力水平分析

以被試對圖形的描述內(nèi)容為依據(jù)，將學(xué)生的化學(xué)圖形理解能力水平劃分為由低到高的三個層次，見表2。

根據(jù)化學(xué)圖形理解三水平的判斷標(biāo)準(zhǔn)對被試有關(guān)圖形的描述內(nèi)容加以分析，確定了每一位被試每一張圖形的理解水平。例如，圖1所示的測試材料圖形5，如學(xué)生未能發(fā)現(xiàn)圖形反映的是氫氧化鋁的酸式電離和堿式電離，則認(rèn)為圖形理解處于水平1；如僅能指出是關(guān)于氫氧化鋁的酸式電離和堿式電離，而未建立宏觀現(xiàn)象中的溶解與沉淀、微觀結(jié)構(gòu)中的粒子以及電離方程式三種表征信息之間的關(guān)系或關(guān)系分析不準(zhǔn)確，則為水平 2；如能指出圖形呈現(xiàn)的是有關(guān)氫氧化鋁的酸式電離和堿式電離，并能對三種表征形式的信息加以對應(yīng)分析或說明，則認(rèn)為被試對該圖形的理解達到水平3。

每一個化學(xué)圖形理解的平均水平如圖2所示，可以看到圖形4的理解情況較好，其次為圖3、6，圖形1、2、5的理解情況不夠理想，平均值最低為1.6。通過求取被試六張圖片的理解水平的平均值以代表被試的化學(xué)圖形理解水平，從整體上看，被試的圖形理解平均水平不夠理想，所有被試化學(xué)圖形理解水平的平均值為1.9，達到水平2及以上的人數(shù)僅占50%。

3.2 高三學(xué)生化學(xué)圖形中“宏-微-符”表征思維水平分析

關(guān)于化學(xué)圖形理解過程中“宏-微-符”表征思維水平的定義，主要以被試對表征形式變量的組成及其關(guān)系的把握為核心，也形成了如表3所示的三個水平。

根據(jù)化學(xué)圖形中“宏-微-符”表征思維的三水平標(biāo)準(zhǔn)，對被試有關(guān)圖形的描述內(nèi)容加以分析，確定被試每一張圖形中“宏-微-符”表征的思維水平。例如，圖1所示的測試材料圖形5，如被試只能指出宏觀現(xiàn)象中的溶解與沉淀、微觀結(jié)構(gòu)中的粒子以及電離方程式中的某一種表征形式所包含的信息，則判定為水平1；如僅能分別描述三種表征形式所包含的信息，而未建立三種表征之間的關(guān)系或關(guān)系分析不準(zhǔn)確，則認(rèn)為“宏微符”表征思維處于水平2；如能將宏觀現(xiàn)象中的溶解與沉淀、微觀結(jié)構(gòu)中的粒子以及電離方程式三個方面的信息加以對應(yīng)分析或說明，則認(rèn)為被試對該圖形中的“宏微符”表征思維達到水平3。

每一個化學(xué)圖形中“宏微符”表征思維的平均水平如圖3所示。據(jù)圖3可以看到測試材料中的圖形4“宏微符”表征思維水平值最高，其次是圖形1、3，學(xué)生對三個圖形中“宏微符”表征的思維水平值相當(dāng)，圖形2、5、6的“宏微符”表征思維水平值最低，最低值僅為1.5。圖形5和圖形6均涉及三重表征形式，而其他圖形均只涉及宏微符中的兩種表征形式，由此可以初步推斷“宏微符”表征形式的多少可能會對被試?yán)斫夂徒⒍嘀乇碚鞯男问胶鸵夂g的關(guān)系產(chǎn)生影響。通過求取被試六張圖片中“宏微符”表征思維的平均水平以此作為被試化學(xué)圖形中“宏-微-符”表征思維的水平，整體而言，被試“宏微符”表征思維平均水平一般，所有被試化學(xué)“宏微符”表征思維水平的平均值為2.0，達到水平2及以上的人數(shù)僅占55%。

3.3 高三學(xué)生化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平分析

關(guān)于被試對化學(xué)圖形中出現(xiàn)的“數(shù)形義”等要素的理解水平，也可以按照如下標(biāo)準(zhǔn)定義為三個水平，見表4。

需要說明的是，當(dāng)圖形中僅涉及數(shù)形義中的單一要素，如不能準(zhǔn)確理解和使用要素的信息則判定為水平1，而只要能對要素傳遞的信息進行準(zhǔn)確描述可判定為水平3。

根據(jù)化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平的標(biāo)準(zhǔn)，對被試有關(guān)圖形的描述內(nèi)容加以分析，確定了被試每一張圖形中“數(shù)形義”要素的理解水平。例如，圖1所示的測試材料圖形5，如被試錯誤描述了圖形中涉及的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)模型特征和電離方程式包含的粒子的數(shù)量關(guān)系等數(shù)、形信息，則認(rèn)為“數(shù)形義”理解處于水平1；如未建立兩種形式要素之間的關(guān)系或關(guān)系分析不準(zhǔn)確，則判定為水平2；如被試能描述物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)模型特征和電離方程式包含的粒子的數(shù)量關(guān)系，并能將兩者結(jié)合進行對應(yīng)性說明，則認(rèn)為被試對該圖形中的“數(shù)形義”的理解達到水平3。

每一個化學(xué)圖形中“數(shù)形義”理解的平均水平如圖4所示。根據(jù)圖4可知，圖形4的平均值最高，達到了3.0，其次為圖形2、3，平均值為2.0和2.5，圖形5“數(shù)形義”要素理解水平值最低，為1.1。通過求取被試六張圖形“數(shù)形義”理解水平的平均值作為被試化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平，整體而言，被試“數(shù)形義”理解的平均水平一般，所有被試化學(xué)圖形中“數(shù)形義”理解水平的平均值為1.9，達到水平2及以上的人數(shù)僅占53%。

3.4 研究結(jié)論

3.4.1 高三學(xué)生化學(xué)圖形理解能力整體偏弱

學(xué)生在觀察圖形，獲取圖形信息，并建立信息的相互聯(lián)系及其意義時，一般只做簡單的圖形觀察，大致了解圖形中呈現(xiàn)的基本信息，然后就習(xí)慣性地從已有知識經(jīng)驗出發(fā)，調(diào)用個人知識庫中與圖形信息相匹配的目標(biāo)知識點，從而構(gòu)建圖形的意義。學(xué)生對圖形中宏觀、微觀和符號表征形式的信息捕捉以及與數(shù)字、形態(tài)和文字信息的整合均表現(xiàn)為一種不自覺的行為，只有當(dāng)他們原有的知識結(jié)構(gòu)中存在上述信息及其聯(lián)結(jié)關(guān)系，學(xué)生才能順利地將其對應(yīng)地描述和分析圖形中的相關(guān)內(nèi)容。當(dāng)學(xué)生無法找到目標(biāo)知識點，或是目標(biāo)知識點中并沒有豐富的宏微符及數(shù)形義等具體信息時，他們通常表現(xiàn)為無法確定圖形的意義指向，不能很好地辨識和獲取宏微符及數(shù)形義等信息，造成各種信息的遺漏，在圖形描述中往往無法有效整合各種信息，造成了無意義聯(lián)結(jié)的信息堆積現(xiàn)象。

3.4.2 高三學(xué)生對化學(xué)圖形中的微觀信息理解水平不高

在本研究測試材料的6個圖形中，除了圖形4，其他圖形均涉及微觀表征形式的信息。學(xué)生對圖形中微觀表征形式的信息獲取和描述并不理想。他們雖然能從圖形中辨識出微觀層面的信息，但是很多情況下，不能很好地理解微觀結(jié)構(gòu)或過程信息的意義。如圖形2中極性鍵和非極性鍵中成鍵原子的電性分布情況是通過色差和分子構(gòu)型的對稱與否來表現(xiàn)的，幾乎沒有學(xué)生能關(guān)注到圖形中這些微觀結(jié)構(gòu)的特征，對于圖5中“Al（H2O）6-、Al（H2O）2（OH）3”三者的八面體空間構(gòu)型，很少有學(xué)生提及或嘗試描述其特征，并從中獲得對物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的解釋。與此同時，學(xué)生并未掌握對微觀信息進行分析和加以描述的思維方法和技巧，如圖形1中熔融狀態(tài)和水溶液狀態(tài)下微觀結(jié)構(gòu)的差異是顯而易見的，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，但是他們卻很難找到恰當(dāng)?shù)挠迷~對這種結(jié)構(gòu)特征加以描述，只能將其描述為“移動更猛”、“運動更劇烈”等等。由于學(xué)生對微觀信息的理解和表達存在困難，影響了他們對圖形中宏微符表征形式的意義聯(lián)結(jié)，也影響了他們數(shù)形義信息的整合效果。

3.4.3 “宏微符”表征思維水平與“數(shù)形義”要素理解水平相互制約

化學(xué)圖形中“宏微符”表征形式代表的是圖形中各種信息的類別，“數(shù)形義”則是圖形中各種信息不同的呈現(xiàn)方式，可見“宏微符”表征形式與“數(shù)形義”要素往往是統(tǒng)一的，相互聯(lián)結(jié)的，如圖形1中三種狀態(tài)下燈泡亮度差異的宏觀現(xiàn)象與離子化合物的微觀結(jié)構(gòu)差異均以“形”的方式來呈現(xiàn)。學(xué)生對宏微符表征形式的意義獲取和聯(lián)結(jié)通常會表現(xiàn)為對各種數(shù)形義信息的加工處理。從研究結(jié)果可以看出，各圖的“宏微符”表征思維的平均水平與“數(shù)形義”要素理解的平均水平值均有很大程度的關(guān)聯(lián)，當(dāng)學(xué)生在“數(shù)形義”要素信息的理解和整合上出現(xiàn)問題，他們相應(yīng)地會表現(xiàn)為“宏微符”聯(lián)結(jié)上的困難。應(yīng)該說，“數(shù)形義”是圖形構(gòu)成的顯性要素，是學(xué)生觀察圖形時能直接感知和理解圖形的契機。在測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生并不能很好地利用圖形中有關(guān)“數(shù)形義”各種要素，對“數(shù)形義”信息的取舍較為隨意，如圖形2中被試就忽略了對微觀層面的“形”的信息分析。此外，學(xué)生對“數(shù)形義”信息的有效整合不夠，尤其以形-義的聯(lián)結(jié)與整合最為明顯。學(xué)生對“數(shù)形義”要素信息的處理不當(dāng)，直接導(dǎo)致了學(xué)生很難順利地從宏觀、微觀和符號三種表征形式上對圖形表達的概念、原理或現(xiàn)象進行意義建構(gòu)。

參考文獻：

[1]上海市教委.上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）[S].上海：上海教育出版社，2004：63.

[2]劉彩燕.高中化學(xué)概念的四重表征教學(xué)模式的設(shè)計與應(yīng)用研究[D].廣州：華南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

3.3 高三學(xué)生化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平分析

關(guān)于被試對化學(xué)圖形中出現(xiàn)的“數(shù)形義”等要素的理解水平，也可以按照如下標(biāo)準(zhǔn)定義為三個水平，見表4。

需要說明的是，當(dāng)圖形中僅涉及數(shù)形義中的單一要素，如不能準(zhǔn)確理解和使用要素的信息則判定為水平1，而只要能對要素傳遞的信息進行準(zhǔn)確描述可判定為水平3。

根據(jù)化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平的標(biāo)準(zhǔn)，對被試有關(guān)圖形的描述內(nèi)容加以分析，確定了被試每一張圖形中“數(shù)形義”要素的理解水平。例如，圖1所示的測試材料圖形5，如被試錯誤描述了圖形中涉及的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)模型特征和電離方程式包含的粒子的數(shù)量關(guān)系等數(shù)、形信息，則認(rèn)為“數(shù)形義”理解處于水平1；如未建立兩種形式要素之間的關(guān)系或關(guān)系分析不準(zhǔn)確，則判定為水平2；如被試能描述物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)模型特征和電離方程式包含的粒子的數(shù)量關(guān)系，并能將兩者結(jié)合進行對應(yīng)性說明，則認(rèn)為被試對該圖形中的“數(shù)形義”的理解達到水平3。

每一個化學(xué)圖形中“數(shù)形義”理解的平均水平如圖4所示。根據(jù)圖4可知，圖形4的平均值最高，達到了3.0，其次為圖形2、3，平均值為2.0和2.5，圖形5“數(shù)形義”要素理解水平值最低，為1.1。通過求取被試六張圖形“數(shù)形義”理解水平的平均值作為被試化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平，整體而言，被試“數(shù)形義”理解的平均水平一般，所有被試化學(xué)圖形中“數(shù)形義”理解水平的平均值為1.9，達到水平2及以上的人數(shù)僅占53%。

3.4 研究結(jié)論

3.4.1 高三學(xué)生化學(xué)圖形理解能力整體偏弱

學(xué)生在觀察圖形，獲取圖形信息，并建立信息的相互聯(lián)系及其意義時，一般只做簡單的圖形觀察，大致了解圖形中呈現(xiàn)的基本信息，然后就習(xí)慣性地從已有知識經(jīng)驗出發(fā)，調(diào)用個人知識庫中與圖形信息相匹配的目標(biāo)知識點，從而構(gòu)建圖形的意義。學(xué)生對圖形中宏觀、微觀和符號表征形式的信息捕捉以及與數(shù)字、形態(tài)和文字信息的整合均表現(xiàn)為一種不自覺的行為，只有當(dāng)他們原有的知識結(jié)構(gòu)中存在上述信息及其聯(lián)結(jié)關(guān)系，學(xué)生才能順利地將其對應(yīng)地描述和分析圖形中的相關(guān)內(nèi)容。當(dāng)學(xué)生無法找到目標(biāo)知識點，或是目標(biāo)知識點中并沒有豐富的宏微符及數(shù)形義等具體信息時，他們通常表現(xiàn)為無法確定圖形的意義指向，不能很好地辨識和獲取宏微符及數(shù)形義等信息，造成各種信息的遺漏，在圖形描述中往往無法有效整合各種信息，造成了無意義聯(lián)結(jié)的信息堆積現(xiàn)象。

3.4.2 高三學(xué)生對化學(xué)圖形中的微觀信息理解水平不高

在本研究測試材料的6個圖形中，除了圖形4，其他圖形均涉及微觀表征形式的信息。學(xué)生對圖形中微觀表征形式的信息獲取和描述并不理想。他們雖然能從圖形中辨識出微觀層面的信息，但是很多情況下，不能很好地理解微觀結(jié)構(gòu)或過程信息的意義。如圖形2中極性鍵和非極性鍵中成鍵原子的電性分布情況是通過色差和分子構(gòu)型的對稱與否來表現(xiàn)的，幾乎沒有學(xué)生能關(guān)注到圖形中這些微觀結(jié)構(gòu)的特征，對于圖5中“Al（H2O）6-、Al（H2O）2（OH）3”三者的八面體空間構(gòu)型，很少有學(xué)生提及或嘗試描述其特征，并從中獲得對物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的解釋。與此同時，學(xué)生并未掌握對微觀信息進行分析和加以描述的思維方法和技巧，如圖形1中熔融狀態(tài)和水溶液狀態(tài)下微觀結(jié)構(gòu)的差異是顯而易見的，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，但是他們卻很難找到恰當(dāng)?shù)挠迷~對這種結(jié)構(gòu)特征加以描述，只能將其描述為“移動更猛”、“運動更劇烈”等等。由于學(xué)生對微觀信息的理解和表達存在困難，影響了他們對圖形中宏微符表征形式的意義聯(lián)結(jié)，也影響了他們數(shù)形義信息的整合效果。

3.4.3 “宏微符”表征思維水平與“數(shù)形義”要素理解水平相互制約

化學(xué)圖形中“宏微符”表征形式代表的是圖形中各種信息的類別，“數(shù)形義”則是圖形中各種信息不同的呈現(xiàn)方式，可見“宏微符”表征形式與“數(shù)形義”要素往往是統(tǒng)一的，相互聯(lián)結(jié)的，如圖形1中三種狀態(tài)下燈泡亮度差異的宏觀現(xiàn)象與離子化合物的微觀結(jié)構(gòu)差異均以“形”的方式來呈現(xiàn)。學(xué)生對宏微符表征形式的意義獲取和聯(lián)結(jié)通常會表現(xiàn)為對各種數(shù)形義信息的加工處理。從研究結(jié)果可以看出，各圖的“宏微符”表征思維的平均水平與“數(shù)形義”要素理解的平均水平值均有很大程度的關(guān)聯(lián)，當(dāng)學(xué)生在“數(shù)形義”要素信息的理解和整合上出現(xiàn)問題，他們相應(yīng)地會表現(xiàn)為“宏微符”聯(lián)結(jié)上的困難。應(yīng)該說，“數(shù)形義”是圖形構(gòu)成的顯性要素，是學(xué)生觀察圖形時能直接感知和理解圖形的契機。在測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生并不能很好地利用圖形中有關(guān)“數(shù)形義”各種要素，對“數(shù)形義”信息的取舍較為隨意，如圖形2中被試就忽略了對微觀層面的“形”的信息分析。此外，學(xué)生對“數(shù)形義”信息的有效整合不夠，尤其以形-義的聯(lián)結(jié)與整合最為明顯。學(xué)生對“數(shù)形義”要素信息的處理不當(dāng)，直接導(dǎo)致了學(xué)生很難順利地從宏觀、微觀和符號三種表征形式上對圖形表達的概念、原理或現(xiàn)象進行意義建構(gòu)。

參考文獻：

[1]上海市教委.上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）[S].上海：上海教育出版社，2004：63.

[2]劉彩燕.高中化學(xué)概念的四重表征教學(xué)模式的設(shè)計與應(yīng)用研究[D].廣州：華南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

3.3 高三學(xué)生化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平分析

關(guān)于被試對化學(xué)圖形中出現(xiàn)的“數(shù)形義”等要素的理解水平，也可以按照如下標(biāo)準(zhǔn)定義為三個水平，見表4。

需要說明的是，當(dāng)圖形中僅涉及數(shù)形義中的單一要素，如不能準(zhǔn)確理解和使用要素的信息則判定為水平1，而只要能對要素傳遞的信息進行準(zhǔn)確描述可判定為水平3。

根據(jù)化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平的標(biāo)準(zhǔn)，對被試有關(guān)圖形的描述內(nèi)容加以分析，確定了被試每一張圖形中“數(shù)形義”要素的理解水平。例如，圖1所示的測試材料圖形5，如被試錯誤描述了圖形中涉及的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)模型特征和電離方程式包含的粒子的數(shù)量關(guān)系等數(shù)、形信息，則認(rèn)為“數(shù)形義”理解處于水平1；如未建立兩種形式要素之間的關(guān)系或關(guān)系分析不準(zhǔn)確，則判定為水平2；如被試能描述物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)模型特征和電離方程式包含的粒子的數(shù)量關(guān)系，并能將兩者結(jié)合進行對應(yīng)性說明，則認(rèn)為被試對該圖形中的“數(shù)形義”的理解達到水平3。

每一個化學(xué)圖形中“數(shù)形義”理解的平均水平如圖4所示。根據(jù)圖4可知，圖形4的平均值最高，達到了3.0，其次為圖形2、3，平均值為2.0和2.5，圖形5“數(shù)形義”要素理解水平值最低，為1.1。通過求取被試六張圖形“數(shù)形義”理解水平的平均值作為被試化學(xué)圖形中“數(shù)形義”要素理解水平，整體而言，被試“數(shù)形義”理解的平均水平一般，所有被試化學(xué)圖形中“數(shù)形義”理解水平的平均值為1.9，達到水平2及以上的人數(shù)僅占53%。

3.4 研究結(jié)論

3.4.1 高三學(xué)生化學(xué)圖形理解能力整體偏弱

學(xué)生在觀察圖形，獲取圖形信息，并建立信息的相互聯(lián)系及其意義時，一般只做簡單的圖形觀察，大致了解圖形中呈現(xiàn)的基本信息，然后就習(xí)慣性地從已有知識經(jīng)驗出發(fā)，調(diào)用個人知識庫中與圖形信息相匹配的目標(biāo)知識點，從而構(gòu)建圖形的意義。學(xué)生對圖形中宏觀、微觀和符號表征形式的信息捕捉以及與數(shù)字、形態(tài)和文字信息的整合均表現(xiàn)為一種不自覺的行為，只有當(dāng)他們原有的知識結(jié)構(gòu)中存在上述信息及其聯(lián)結(jié)關(guān)系，學(xué)生才能順利地將其對應(yīng)地描述和分析圖形中的相關(guān)內(nèi)容。當(dāng)學(xué)生無法找到目標(biāo)知識點，或是目標(biāo)知識點中并沒有豐富的宏微符及數(shù)形義等具體信息時，他們通常表現(xiàn)為無法確定圖形的意義指向，不能很好地辨識和獲取宏微符及數(shù)形義等信息，造成各種信息的遺漏，在圖形描述中往往無法有效整合各種信息，造成了無意義聯(lián)結(jié)的信息堆積現(xiàn)象。

3.4.2 高三學(xué)生對化學(xué)圖形中的微觀信息理解水平不高

在本研究測試材料的6個圖形中，除了圖形4，其他圖形均涉及微觀表征形式的信息。學(xué)生對圖形中微觀表征形式的信息獲取和描述并不理想。他們雖然能從圖形中辨識出微觀層面的信息，但是很多情況下，不能很好地理解微觀結(jié)構(gòu)或過程信息的意義。如圖形2中極性鍵和非極性鍵中成鍵原子的電性分布情況是通過色差和分子構(gòu)型的對稱與否來表現(xiàn)的，幾乎沒有學(xué)生能關(guān)注到圖形中這些微觀結(jié)構(gòu)的特征，對于圖5中“Al（H2O）6-、Al（H2O）2（OH）3”三者的八面體空間構(gòu)型，很少有學(xué)生提及或嘗試描述其特征，并從中獲得對物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的解釋。與此同時，學(xué)生并未掌握對微觀信息進行分析和加以描述的思維方法和技巧，如圖形1中熔融狀態(tài)和水溶液狀態(tài)下微觀結(jié)構(gòu)的差異是顯而易見的，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，但是他們卻很難找到恰當(dāng)?shù)挠迷~對這種結(jié)構(gòu)特征加以描述，只能將其描述為“移動更猛”、“運動更劇烈”等等。由于學(xué)生對微觀信息的理解和表達存在困難，影響了他們對圖形中宏微符表征形式的意義聯(lián)結(jié)，也影響了他們數(shù)形義信息的整合效果。

3.4.3 “宏微符”表征思維水平與“數(shù)形義”要素理解水平相互制約

化學(xué)圖形中“宏微符”表征形式代表的是圖形中各種信息的類別，“數(shù)形義”則是圖形中各種信息不同的呈現(xiàn)方式，可見“宏微符”表征形式與“數(shù)形義”要素往往是統(tǒng)一的，相互聯(lián)結(jié)的，如圖形1中三種狀態(tài)下燈泡亮度差異的宏觀現(xiàn)象與離子化合物的微觀結(jié)構(gòu)差異均以“形”的方式來呈現(xiàn)。學(xué)生對宏微符表征形式的意義獲取和聯(lián)結(jié)通常會表現(xiàn)為對各種數(shù)形義信息的加工處理。從研究結(jié)果可以看出，各圖的“宏微符”表征思維的平均水平與“數(shù)形義”要素理解的平均水平值均有很大程度的關(guān)聯(lián)，當(dāng)學(xué)生在“數(shù)形義”要素信息的理解和整合上出現(xiàn)問題，他們相應(yīng)地會表現(xiàn)為“宏微符”聯(lián)結(jié)上的困難。應(yīng)該說，“數(shù)形義”是圖形構(gòu)成的顯性要素，是學(xué)生觀察圖形時能直接感知和理解圖形的契機。在測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生并不能很好地利用圖形中有關(guān)“數(shù)形義”各種要素，對“數(shù)形義”信息的取舍較為隨意，如圖形2中被試就忽略了對微觀層面的“形”的信息分析。此外，學(xué)生對“數(shù)形義”信息的有效整合不夠，尤其以形-義的聯(lián)結(jié)與整合最為明顯。學(xué)生對“數(shù)形義”要素信息的處理不當(dāng)，直接導(dǎo)致了學(xué)生很難順利地從宏觀、微觀和符號三種表征形式上對圖形表達的概念、原理或現(xiàn)象進行意義建構(gòu)。

參考文獻：

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