高三學生化學問題解決中多元表征能力的實證研究

孫銘韜

(貴州省貴陽市第六中學)

高三學生的化學問題解決能力的強弱決定了高考化學成績的高低.對于常規題目的訓練可以提升學生的得分率,但是如果遇到新背景下的化學試題,學生就會感覺無從下手.因此要提高化學成績就要提高化學問題的解決能力.在化學問題解決的過程中,問題表征是很重要的一環.表征可以分為內部表征和外部表征,通過對外部表征的研究,我們可以了解學生對表征類型之間的認知情況,針對外部表征中的多元表征進行研究,可以了解如何提高學生解決問題的能力.

1 文獻綜述

通過對國內外研究文獻的分析不難發現,國外對于此類研究始于1970年,研究者們通過實證研究得到大量結論.國外的研究主要偏向于對表征類型的研究,研究化學問題解決過程中的思維過程與表征的關系,問題與概念掌握的關系等,研究結果普遍適用于國外學生.

前些年,國內的研究更集中于應試教育本身,關注學生考試成績的提升和答題的具體技巧.給出的教學建議大多傾向于增加習題訓練,讓學生掌握解題的程序與套路,而學生對于問題解決的原理并沒有深刻了解,導致無法運用新獲取的知識進行遷移,學習能力得不到更好的提高.最近幾年國內的研究學者開始重視研究在解決化學問題的過程中,怎樣的表征對原理的解決、概念知識的落實更加有效,將各種表征進行分類研究,為之后的教學提供更佳的策略,但是各項表征的量化標準還有待商榷,真正能投入使用的量表并不完善,所以導致對表征的測量有困難.

目前我國的研究大部分都處于理論分析階段,對于問題表征的形成機制、層次、影響因素的探討居多,普適性較差.

2 實證研究

2.1 目的及意義

提高學生解決化學問題表征的能力,培養學生構建化學表征意識,同時,幫助一線教師在實際教學中能夠針對學生化學表征能力欠缺的情況做出適當的調整并尋求解決的方法.分析不同學生化學問題解決表征能力之間的差異與各方面因素的關系,通過對群體、個人的調查分析,幫助教師在之后的教學中能夠因材施教.我們可以在實證過程中找到提高學生解題表達能力、表達性思維,尤其是反映學生個體學習差異方面能力的策略,幫助學生有效提高化學成績.

2.2 測量方法

從皮亞杰的認知發展理論衍生研究,由比格斯首先提出了SOLO 分類(Structure of the Observed Learning Outcome),即可觀察的學習成果結構.該理論研究發現,學生的學習過程是一個不斷進化的過程,在學習的過程中知識進階達到不同的層次水平.主要分為前結構(prestructural responses)、單一結構(unistructural responses)、多元結構(multistructural responses)、關聯結構(relational responses)和擴展抽象結構(extended abstract responses).這5種結構代表了學生對于化學知識的不同掌握程度,研究者根據學生的作答情況對學生進行分析.所以本研究采用SOLO 分類理論來評價學生多元表征的能力.

2.3 實證過程

本次測試分為2個部分.實驗1是高三學生在化學反應原理問題解決中表征類型和水平的研究,本次測試的題目包含高中化學的學習內容,且緊緊圍繞化學核心素養,在解題時涉及化學符號、文字圖示理論等方面的表征.利用以上測試材料可以更好地研究高三學生在解題過程中表征的使用情況.本次測試包含2種類型的題目:客觀題和主觀題.客觀題主要為了了解各表征之間的相關性和差異性;主觀題則是為了了解學生在面對和解決化學題目過程中的表征情況.

實驗2是高三學生化學問題解決過程中表征類型和水平的總體研究.以調查問卷的形式分析高三學生在面對化學問題時的心理,將表征劃分為不同的維度,如表1所示.通過對選項進行賦分可以得到表征情況,將不同維度間的總分數進行比較,可以得到不同表征之間的對比情況.得分越高,表示多元表征能力越強.

表1 多元表征能力評價框架

3 實證結果分析及建議

本文中將多元表征能力分為了4種類別,分別是文字表征、圖像表征、理論表征、符號表征.文字表征指在題目中敘述問題,是出題者傳達化學內容的基礎工具.圖像在化學中有更直觀、更清晰的表達作用,將抽象的反應量化成了圖像后形成了具象的狀態.理論表征在化學反應原理部分使用較多,它呈現了化學反應的本質與特點.符號表征將化學問題書面化,將微觀的化學反應用符號展現.

在化學問題解決中,多元表征能力的形成過程與化學核心素養的形成過程相似,所以促進多元表征能力的提高也有助于化學核心素養的培養.化學核心素養的提升,不僅是目前教育中討論最多的方面,也是能真實展現化學教學成果的方面.

在高三的復習過程中,師生都很容易陷入題海戰術的誤區.提升多元表征能力,學生在解決化學問題時才能得心應手,這樣獲得的不僅僅是成績,更是一種技能.這些技能不僅能運用在解決化學問題的過程中,對于其他學科,乃至對學生未來的發展都是有益的.

本研究在貴陽市第六中學高三年級實施,以高三學生化學問題解決中多元表征能力為題做了實證研究,得到以下的結論:

1)本次測試涉及貴陽市第六中學高三年級4 個班的學生.貴陽市第六中學是一所一類示范性高中,被試學生的多元表征能力處于中上水平,是一個正常水平,但是程度并不算高.

2)在進行化學反應原理部分的多元表征能力的測試中也能看出來,學生在測試中呈現中等偏上水平.

3)學生的表征能力發展不平衡,學生更擅長文字表征、理論表征和符號表征的使用,圖像表征成為他們的薄弱點.

4)各維度間的表征都具有相關性,不能只側重發展一種表征能力.因為在高考考查時,通常是以多種表征形式出現,這更說明了培養學生多元表征能力對化學問題解決的重要性.通過研究發現,在各維度上均衡發展的學生具有更高的化學問題解決能力.

a)當試題難度小時,表征能力不易檢測,但是當測試題難度增加時,學生的多元表征能力就有明顯的差異.所以,在選拔性考試中,往往實際考查的是學生對于化學問題解決過程中的多元表征能力.

b)化學問題解決中的多元表征能力在性別方面并沒有明顯的差異.

c)學生在解決問題中習慣先使用符號表征進行理解,但是徹底解決問題卻依賴其他的幾種表征形式.

d)化學問題解決中多元表征能力的提高,有助于培養學生化學核心素養.要結合化學是一門以實驗為基礎的學科進行教學,從而提升學生的圖像表征能力.

以下是做完實證研究得到的結論,希望能給化學教師在實際教學中一些建議.

1)從高一開始培養學生在化學問題解決中的多元表征能力意識.

高一側重基礎知識的教學,為后續的學習搭好骨架.各地區也在經歷著新課改,學生的學習模式不能再沉浸于題海戰術,新高考重點考查學生的能力而非單純的知識.所以,從高一開始就應該有培養學生化學問題解決中多元表征能力的意識,例如在課堂中把更多的時間留給學生,禁止出現“滿堂灌”的現象,從知識的授予者轉變為學習的引導者.這樣的身份轉換對于教師來說可能是一個很大的挑戰,需要對課堂有很強的駕馭能力.但是既然教材、選拔標準都在發生變化,教學第一線的實施者也必須做出改變.

2)在教學中對學生進行適當的多元表征的引導.

教師可以嘗試多角度地發掘多元表征形式,不拘泥于文字表征、符號表征、數學表征之類的傳統表征,在教學中嘗試引導學生使用其他表征進行學習.例如圖像表征,可以在完成一章節的學習后引導學生完成思維導圖的構建等.

教師可以一定程度地“暴露”自己的思維過程,讓學生先進行模仿,這種無意識的模仿會因為量變而達到質變.所以在教學過程中,要重視教學的方式,知識的呈現需要有邏輯而非一股腦的“傾瀉”.認真備課的過程可以尋找到教材中的邏輯思路,并轉化成為自己的邏輯方式.習題課上,可以給學生更多的發揮空間,不同學生可能會有不同的表征形式,讓他們能大膽展現并交流溝通,會迸發更多激情的火花.當然,鼓勵各學校備課組、教研組多進行集體備課.因為學生的多元表征方式會不同,教師的多元表征方式也需要激情的碰撞才能更好地運用到教學中.

3)開發適合本校學生的多元表征能力測試工具.

實驗證明,多元表征能力的測試可以反映學生的化學問題解決能力,從而體現在化學考試的分數上.化學問題解決中的多元表征能力符合化學思維能力,可以作為學生學習的評價工具.

每一個階段結束后進行測評,這樣更有利于教師調整教學方式,最重要的是對學生的學習也具有指導作用,可以發現學生學習薄弱的方面.

開發工具的過程需要不斷進行測驗,建議從平常測驗的試題中進行篩選.尤其是高三的學生,考試頻率很高,建議高三的教師做好題目的收集和整理工作,不僅僅關注學生的平均分,更要去分析數據,篩選出更適合測評的題目以備使用.

4)化學反應原理部分教學要側重宏微結合.

化學反應原理在高考中的占比較大并且難度也較高,在貴州考生中得分率相對較低.結合教學實際思考后發現,這部分內容教師在教學時非常側重理論,這有助于學生提升理論表征,但也同時會忽略圖像表征、數學表征等.建議教師在進行這部分內容授課或復習時,結合實驗進行講解.在重現實驗的過程中刺激學生的感官,加深學生的印象,同時提高學生的多元表征能力.

5)高三復習備考時嘗試不同的復習模式.

高三復習一般分為三輪.在第一輪復習時,教師會重現知識,側重基礎知識的復習.不同層次的學生可以采用不同的復習模式,會有不同的復習效果.

對于成績本來就比較好的學生來說,只是重現過程反而枯燥無意義,那么可以嘗試讓優等生進行交互式學習.教師提出復習的主題,學生課下進行自主整理,在課上進行交流與討論.甚至可以讓學生自主出題,小組間互相交流,完善該復習主題的一整套完整試題,對于優等生的多元表征能力提升具有很大的作用.

而對于成績較為中等的學生,他們對部分知識點存在遺忘現象,需要教師在復習過程中適當講解.但是他們真正缺乏的是多元表征能力的高層次階段,對于表征之間的比較和抽象還有困難.所以在查漏補缺之后,教師要側重培養中等生的比較和抽象能力,其實就是培養學生的高階思維.但是在培養過程中,要循序漸進.教師在課前要備好課,準備好有進階的、有深度的問題來引導和引發學生思考.

對于學困生來說,他們要么沒有多元表征能力,要么僅僅只停留在理解的層次上.這樣的學生對于知識本身的掌握還有困難,所以在復習過程中不能太過著急,以基礎知識為主的復習才更有效.教師應先從最基礎的文字表征、符號表征培養、提高他們對于化學學習的興趣.教師要對他們的多元表征能力測試試卷進行個案的深入分析,尋找每一個學生的問題出在哪里,先診斷后拯救.

(完)