規(guī)則空間模型在中學(xué)化學(xué)核心概念學(xué)習(xí)進階建構(gòu)中的應(yīng)用研究

嚴文法　宋丹丹

一、問題的提出

近年來，學(xué)習(xí)進階已成為國內(nèi)外科學(xué)教育的熱點研究領(lǐng)域。我國學(xué)者郭玉英認為學(xué)習(xí)進階必備四個基本要素：大概念或核心概念學(xué)習(xí)進階的變量和層級、學(xué)生的表現(xiàn)以及追蹤學(xué)生表現(xiàn)的測量模型。心理測量學(xué)模型能夠使學(xué)習(xí)進階與評價結(jié)合起來，既為驗證學(xué)習(xí)進階的有效性提供證據(jù)，又能對學(xué)生做出診斷，當前應(yīng)用到學(xué)習(xí)進階中的心理測量學(xué)模型有單維項目反應(yīng)模型、多維項目反應(yīng)模型和認知診斷模型。其中，規(guī)則空間模型（Rule Space Model，RSM）作為認知診斷模型最具代表性的工具在學(xué)習(xí)進階研究中的應(yīng)用越來越多。

規(guī)則空間模型是美籍日本教育家Tasuoka提出的一種認知診斷理論，該模型將認知心理學(xué)、項目反應(yīng)理論與多元統(tǒng)計結(jié)合為一體，基于統(tǒng)計方法將學(xué)生對題目的作答反應(yīng)劃歸為與認知技能相聯(lián)系的屬性掌握模式。它的基本原理是將學(xué)生在解題時要使用的知識、認知加工技能或策略定義為屬性，這些不同屬性的組合產(chǎn)生不同的屬性模式，根據(jù)學(xué)生在測試項目的作答情況可以找到學(xué)生的屬性掌握模式，這些屬性掌握模式即為學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，也就是學(xué)生對屬性掌握的組合情況。規(guī)則空間模型是將傳統(tǒng)的單一分數(shù)轉(zhuǎn)化為學(xué)生在解題中所涉及的認知過程與技能的掌握概率，然后根據(jù)學(xué)生的屬性掌握模式和能力估計將學(xué)生劃分為不同的學(xué)習(xí)進階水平，并描繪了學(xué)習(xí)進階中的多個學(xué)習(xí)路徑圖，為教育者提供清晰地學(xué)習(xí)情況。

學(xué)習(xí)進階是描述學(xué)生思維發(fā)展的有效方式。原電池是高中化學(xué)知識的重點和難點，為突破該重難點內(nèi)容，本文基于規(guī)則空間模型建構(gòu)了“原電池”的學(xué)習(xí)進階，為學(xué)生的思維發(fā)展外顯化提供了一條有效的路徑，從而更好地指導(dǎo)教師的教和學(xué)生的學(xué)。

二、原電池認知屬性和層級關(guān)系的界定

認知屬性的界定是規(guī)則空間模型應(yīng)用中最重要的部分，直接影響認知診斷結(jié)果的準確性和可靠性，所以界定合理的認知屬性是實施學(xué)習(xí)進階研究的關(guān)鍵步驟。一般屬性界定主要分為兩部分：第一部分是確定認知屬性的個數(shù)，第二部分是構(gòu)建屬性層級結(jié)構(gòu)即確定認知屬性之間的相互關(guān)系。

1.認知屬性的梳理

認知屬性是學(xué)生在解題過程中所需要的知識、技能或策略，確定原電池的認知屬性是基于規(guī)則空間模型構(gòu)建學(xué)習(xí)進階的基礎(chǔ)。本研究對原電池認知屬性的確定主要采用了文本分析法，通過對2003年和2017年兩版高中化學(xué)課程標準、考試大綱、人教版高中化學(xué)教材、近幾年高考理綜化學(xué)試題及原電池相關(guān)概念的研究進行分析梳理，共歸納出氧化還原反應(yīng)、原電池與能量轉(zhuǎn)換、電極反應(yīng)、原電池形成條件、鹽橋、原電池工作原理、原電池的應(yīng)用等7個一級屬性以及氧化還原反應(yīng)的概念、本質(zhì)等23個二級屬性。

2.原電池認知屬性和層級關(guān)系的確定

為了確定原電池認知屬性及其層級關(guān)系，采用了專家評定法，向2位正高級5位特級、8位高級中學(xué)化學(xué)教師和4位高師化學(xué)教學(xué)論專家發(fā)放原電池認知屬性認同度調(diào)查問卷并進行訪談，要求他們羅列原電池內(nèi)容的知識點并構(gòu)建層級關(guān)系，最后討論確定了5個一級屬性和14個二級屬性（見表1），并構(gòu)建出認知屬性層級關(guān)系圖（如圖1所示）。

通過圖1所示的認知屬性層級關(guān)系圖，可以知道學(xué)生在掌握原電池時所要具備的屬性及屬性之間的邏輯關(guān)系。從圖中可以看到定義（A）是掌握原電池形成條件（B）、電極與電極反應(yīng)（C）、內(nèi)外電路（D）和原理及應(yīng)用（E）的基礎(chǔ)條件，只有當學(xué)生掌握了以上4個屬性（A、B、C、D）后，才能完全掌握原理及應(yīng)用（E）。

三、原電池核心概念的學(xué)習(xí)進階建構(gòu)

本研究的學(xué)習(xí)進階建構(gòu)采用了心理學(xué)家比格斯（Biggs，J.B）在1982年提出的SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類理論，這一理論繼承和發(fā)展了皮亞杰的認知發(fā)展階段理論，是以等級劃分為基礎(chǔ)來描述學(xué)生思維能力目標，是一種質(zhì)性評價方法。SOLO理論將學(xué)生的思維、認知水平由低到高分為五個層次：（1）前結(jié)構(gòu)水平，就是學(xué)習(xí)前的水平，表示學(xué)生一無所知;（2）單一結(jié)構(gòu)水平，只有一條線索來解決問題;（3）多元結(jié)構(gòu)水平，有多條線索來解決問題但不能將這些思路整合歸納;（4）關(guān)聯(lián)水平，能將多種思路整合在一起來解決問題;（5）拓展抽象水平，能夠超越問題本身，對各種線索歸納并進行更抽象的概括，在理論高度解決問題。由于前結(jié)構(gòu)水平表現(xiàn)為一無所知，所以本研究未涉及該水平，結(jié)合基于規(guī)則空間模型構(gòu)建的認知屬性及其層級關(guān)系和SOLO分類理論各層級水平的表現(xiàn)特點，筆者建構(gòu)了“原電池”的學(xué)習(xí)進階水平，如表2所示。

四、小結(jié)

近年來使用規(guī)則空間模型對學(xué)生進行認知診斷較為普遍，現(xiàn)在正逐漸應(yīng)用于學(xué)習(xí)進階的研究中。本研究將“原電池”作為研究對象，通過文本分析法、文獻研究法、問卷調(diào)查法和訪談法界定了高中化學(xué)“原電池”的認知屬性和層級關(guān)系，根據(jù)認知屬性掌握數(shù)目并結(jié)合“SOLO分類理論”建構(gòu)了其學(xué)習(xí)進階。界定合理的認知屬性并建構(gòu)適當?shù)膶W(xué)習(xí)進階有利于教師的教和學(xué)生的學(xué)，根據(jù)認知屬性的層級關(guān)系能夠給教師提供教學(xué)思路，并能清楚知道學(xué)生的思維路徑。