繪畫學習策略促進初中生化學概念理解的探索

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1研究背景

“化合反應與分解反應”作為初中科學課程中化學反應學習的起點與基礎，在化學教育中具有重要地位。《義務教育科學課程標準（2022年版）》要求通過引導學生感知物質變化與化學反應的真實存在，建立“宏觀-微觀-符號”三重表征的認知方式[1]。然而，現行的教學經常是借助反應物與生成物的種類數量來區分反應類型，以此闡釋二者的概念與特征[2]。這種以知識傳授為導向的教學方法忽視了學生科學思維的培養[3]，由此造成了他們對化學反應的理解停留在宏觀與符號層面，難以深入把握其動態過程與微觀本質[4]。

可視化作為科學思維的重要組成部分，在科學教學、學習與交流中扮演著核心角色[5]。當前教學實踐中，教師雖常運用圖表、視頻、照片等可視化手段引導學生發現問題與解釋問題，但多局限于對已有可視化成果的解讀，鮮少為學生提供主動構建可視化成果以發展和表達其概念理解的機會[6]。繪畫學習策略作為一種重要的自主生成可視化方法，使學習者得以運用已有知識與經驗，在繪畫過程中進行知識的選擇、組織與整合，并通過外顯化與生動化的方式構建視覺空間表征[7＼～9]。基于此，研究以“化合反應與分解反應”為例，探究繪畫學習策略對初中生化學概念理解的影響，為發展學生的“宏觀-微觀-符號”三重表征素養提供新的教學路徑。

2 研究設計

2.1 研究對象

研究以浙江省杭州市某初中8年級的學生為對象，該校是省級示范中學，師資水平與教育質量在全省屬于中等偏上水平，使用的教材為浙江教育出版社出版（以下簡稱“浙教版”）的《科學》八年級下冊。研究選取初始水平相近、教學進度一致的2個班進行實踐，其中，實驗班33人，男生16人，女生17人；對照班35人，男生19人，女生16人。

2.2 研究方法

研究采用非對等控制組前-后測設計的準實驗法，自變量是復習課的教學方式，其中，實驗班采用繪畫學習策略，由本研究的第二位作者授課，對照班采用傳統的以文本為主的教學策略，由原班級教師授課，因變量是學生在概念理解上的成績表現，干預內容為“化合反應與分解反應\"的復習課，時長為1課時（40分鐘）。具體設計見圖1。

2.3 研究工具

2.3.1 前測與后測試題設計

根據浙教版科學教材的編排，學生在此之前所學的分解反應與化合反應主要是8年級上冊“水的組成”這一主題，即利用水的電解實驗（分解反應）確定水分子的構成，同時包含了對產物氫氣（化合反應）氧氣的檢驗，但當時并未提出這2個反應的概念及化學方程式的知識，直到8年級下冊才出現相關內容。基于此，研究以電解水的相關知識為例，從宏觀和微觀2個維度，編制了“水的組成測試卷”作為前測，共5大題，滿分30分，具體內容分布見表1。

研究以“化學反應測試卷”為后測，測試內容為對化合反應和分解反應的識記、理解與應用，共8個大題，滿分30分，從宏觀、微觀和符號3個維度，考查學生對化合反應和分解反應的區分、微觀實質等相關內容的理解，具體題型和內容分布見表2。

試題設計完畢后，研究抽取本校同年級的另外2個平行班進行初步測驗（前測和后測），得到克隆巴赫α 系數分別為0.73和0.84，皆大于0.7，因此試題的信度可以接受[10]。效度檢驗采用內容效度法，邀請本校科學組的2名高級教師和2名中級教師擔任專家，評定雙向細目表與試卷的一致性程度，4位專家一致認為該測驗能夠評估初中生對“水的組成”和“化合反應與分解反應”的概念理解，具有良好的內容效度，可以用于實際測試。

2.3.2“繪畫工作表”設計

建立“宏觀-微觀-符號”思維方式是化學入門的關鍵，也是學生學習化學的最大困難[1]。為此，研究參考Ryan 和 Stieff的草圖工作表[12]，設計了“繪畫工作表”，作為學生構建表征的載體。該工作表以繪畫為主，符號和文字說明為輔，引導學生從宏觀、微觀、符號三重角度解釋化合反應與分解反應，有助于提高表征之間的轉換意識[13]，如圖2是分解反應的繪畫工作表樣例。

2.4 實施程序

2.4.1 前測

干預開始前，研究利用“水的組成測試卷”對實驗班和對照班進行前測，用時約15分鐘，共發放68份，回收68份，有效68份。

2.4.2先導課教學

為避免直接實施繪畫策略可能導致的認知負荷及效果衰減4，研究在前測之后、教學干預之前，結合學情分析與教師建議，對實驗班進行了25分鐘的先導課教學，以幫助學生熟悉該學習策略，具體包含4個步驟：（1）闡述繪畫學習策略的內涵、作用及應用價值；（2）展示繪畫學習典型案例；（3）說明繪畫過程中的注意事項；（4）以“模型、符號的建立與作用”和“物質的微觀粒子模型”這2節教材中的內容為載體，引導學生構建對微觀粒子模型的認知，自主繪制“電解水”的微觀過程圖進行繪畫訓練，為后續策略的實施提供基礎，流程見圖3。

2.4.3 教學干預

當前繪畫學習策略的典型流程主要包括Jaber提出的“宏觀-符號-微觀”教學順序和Park開發的“計劃-繪畫-評價（PDE）\"模式[15，16]。前者基于學生構建表征的順序設計教學流程，雖有利于促進三重表征間的轉換，卻忽視了自我評價與反思總結環節；后者雖強調評價過程，但對表征在繪畫學習中的重要性關注不足。基于此，本研究整合優化教學流程，將其劃分為宏觀辨識、符號表達、微觀探析、鞏固訓練、評價優化和概念轉變等6個環節（見表3）。

2.4.4后測

為驗證繪畫學習策略的實施效果，干預結束后，研究利用“化學反應測試卷”，對實驗班和對照班進行后測，用時約15分鐘，共發放68份，回收68份，有效68份。

3 結果分析

數據分析從3方面進行：利用SPSS26.0軟件的獨立樣本 χ_t 檢驗，比較實驗班和對照班的前測成績，檢驗兩個班的化學初始水平是否一致；比較兩個班的后測成績，確定繪畫學習策略對初中生化學概念理解測試得分的影響；借助NVivo11.0軟件，逐一研讀實驗班每位學生的4份“繪畫工作表”，整理、歸類和統計迷思概念，比較其在分解反應、化合反應前后2次繪畫工作表中的發展變化。

3.1 前測數據比較

表4呈現了實驗班和對照班的前測比較結果。整體來看， t=-0.311，p=0.379gt;0.05 ，沒有顯著差異。在“宏觀”維度， t=-0.096，p=0.471gt;0.05 ，不存在顯著差異；在“微觀”維度， t=-0.804，p=0.212gt;0.05 ，也不存在顯著差異。2個班級的起點水平一致。

3.2 后測數據比較

表5呈現了2個班級的后測比較結果。整體來看，t=2 . 108， p=0 019lt;0. 05 ，差異顯著，實驗班（ M= 24.85， SD=4.55 ）明顯高于對照班（ M=22.03，SD= 6.29）。具體分析發現，在宏觀維度， t=1，206 p= 0.116gt;0.05 ，不存在顯著差異；在微觀維度， t=2.132 p=0.018lt;0.05 ，實驗班（ M=17.73，SD=3.18） 明顯高于對照班（ M=15.71，SD=4.46） ；在符號維度， t= 1.082，p=0.142gt;0.05 ，也不存在顯著差異。

可見，在“化合反應與分解反應”的復習課中利用繪畫學習策略能顯著提升學生對此內容的概念理解水平，在微觀層面的學習效果最顯著，而在宏觀和符號維度的提升效果不明顯。

3.3實驗班繪畫工作表的表現變化

研究共收回繪畫工作表132份，其中，分解反應1、分解反應2、化合反應1、化合反應2各33份，回收率為100% 。對分解反應1和化合反應1的工作表進行分析，總結的迷思概念類型及主要原因如表6。

通過互評、自評及教師指導，學生重新完成工作表的正確率有顯著提升，如圖4、圖5所示，繪畫環節進步最為顯著，分解反應和化合反應分別從 36.4% 和33.3% 提升至 87.9% 和 84.8% 。說明經歷初次嘗試后，學生克服了“不敢寫、不敢畫”的心理障礙，初步建立了自信心并積累了一定的繪畫經驗。可見，通過適當練習，學生能夠快速掌握這種新穎且有效的可視化學習策略。

4結論與啟示

研究表明，繪畫學習策略的實施顯著提升了初中生對化合反應與分解反應的概念理解，證實了視覺表征建構在促進化學概念理解中的重要作用。具體而言，該策略主要增強了學生在微觀維度的理解能力，而對宏觀和符號維度的提升作用相對有限。究其原因，宏觀表征因其直觀性最易形成，符號表征則是常規教學的重點訓練內容[1]，故學生在這2個維度上已具備較高的理解水平。相比之下，微觀表征因抽象性強且傳統教學中重視不足，成為學生理解的難點。繪畫學習策略通過引導學生基于宏觀與符號表征構建微觀模型，從微觀視角分析化學反應過程，有效促進了微觀維度的概念理解。據此，研究得出以下啟示：

4.1注重表征轉換，深化概念理解

初中生邏輯推理能力尚在發展，主要依賴形象思維，對抽象且復雜的微觀化學世界存在認知困難。研究發現，在首次完成的繪畫工作表中，約 60% 的學生能正確書寫化學方程式和文字說明，但同樣比例的學生在繪制化學反應微觀過程圖時存在迷思概念，表明多數學生尚未建立微觀水平的化學理解。盡管第2次繪畫工作表中“繪畫\"部分的正確率顯著提升，但仍低于“符號”和“文字”部分，說明微觀概念理解的提升具有挑戰性，需要循序漸進的過程。因此，化學教學應重視表征構建的順序，盡可能從直觀的宏觀事物入手，促使宏、微間的轉換，提升學生的表征轉換能力，從而深化化學概念理解。

4.2拓寬繪畫工具，培養創新能力

研究顯示，只有個別學生的繪畫作品具有創造性。一方面，可能是多數學生初次接觸此類任務，對繪畫雖具新鮮感卻也存在一些畏懼心理；另一方面，研究提供的繪畫工具雖能有效揭示學生的迷思概念，但其形式相對局限，也在一定程度上制約了學生的創造力和想象力。實際教學中，教師既要注重對學生的繪畫指導以增強他們的自信，也要積極探索多元化的繪畫工具，如借助平板或電腦的繪畫軟件[18.19]，推進信息技術與學科教學的深度融合。

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