高三学生化学问题解决中多元表征能力的实证研究

孙铭韬

(贵州省贵阳市第六中学)

高三学生的化学问题解决能力的强弱决定了高考化学成绩的高低.对于常规题目的训练可以提升学生的得分率,但是如果遇到新背景下的化学试题,学生就会感觉无从下手.因此要提高化学成绩就要提高化学问题的解决能力.在化学问题解决的过程中,问题表征是很重要的一环.表征可以分为内部表征和外部表征,通过对外部表征的研究,我们可以了解学生对表征类型之间的认知情况,针对外部表征中的多元表征进行研究,可以了解如何提高学生解决问题的能力.

1 文献综述

通过对国内外研究文献的分析不难发现,国外对于此类研究始于1970年,研究者们通过实证研究得到大量结论.国外的研究主要偏向于对表征类型的研究,研究化学问题解决过程中的思维过程与表征的关系,问题与概念掌握的关系等,研究结果普遍适用于国外学生.

前些年,国内的研究更集中于应试教育本身,关注学生考试成绩的提升和答题的具体技巧.给出的教学建议大多倾向于增加习题训练,让学生掌握解题的程序与套路,而学生对于问题解决的原理并没有深刻了解,导致无法运用新获取的知识进行迁移,学习能力得不到更好的提高.最近几年国内的研究学者开始重视研究在解决化学问题的过程中,怎样的表征对原理的解决、概念知识的落实更加有效,将各种表征进行分类研究,为之后的教学提供更佳的策略,但是各项表征的量化标准还有待商榷,真正能投入使用的量表并不完善,所以导致对表征的测量有困难.

目前我国的研究大部分都处于理论分析阶段,对于问题表征的形成机制、层次、影响因素的探讨居多,普适性较差.

2 实证研究

2.1 目的及意义

提高学生解决化学问题表征的能力,培养学生构建化学表征意识,同时,帮助一线教师在实际教学中能够针对学生化学表征能力欠缺的情况做出适当的调整并寻求解决的方法.分析不同学生化学问题解决表征能力之间的差异与各方面因素的关系,通过对群体、个人的调查分析,帮助教师在之后的教学中能够因材施教.我们可以在实证过程中找到提高学生解题表达能力、表达性思维,尤其是反映学生个体学习差异方面能力的策略,帮助学生有效提高化学成绩.

2.2 测量方法

从皮亚杰的认知发展理论衍生研究,由比格斯首先提出了SOLO 分类(Structure of the Observed Learning Outcome),即可观察的学习成果结构.该理论研究发现,学生的学习过程是一个不断进化的过程,在学习的过程中知识进阶达到不同的层次水平.主要分为前结构(prestructural responses)、单一结构(unistructural responses)、多元结构(multistructural responses)、关联结构(relational responses)和扩展抽象结构(extended abstract responses).这5种结构代表了学生对于化学知识的不同掌握程度,研究者根据学生的作答情况对学生进行分析.所以本研究采用SOLO 分类理论来评价学生多元表征的能力.

2.3 实证过程

本次测试分为2个部分.实验1是高三学生在化学反应原理问题解决中表征类型和水平的研究,本次测试的题目包含高中化学的学习内容,且紧紧围绕化学核心素养,在解题时涉及化学符号、文字图示理论等方面的表征.利用以上测试材料可以更好地研究高三学生在解题过程中表征的使用情况.本次测试包含2种类型的题目:客观题和主观题.客观题主要为了了解各表征之间的相关性和差异性;主观题则是为了了解学生在面对和解决化学题目过程中的表征情况.

实验2是高三学生化学问题解决过程中表征类型和水平的总体研究.以调查问卷的形式分析高三学生在面对化学问题时的心理,将表征划分为不同的维度,如表1所示.通过对选项进行赋分可以得到表征情况,将不同维度间的总分数进行比较,可以得到不同表征之间的对比情况.得分越高,表示多元表征能力越强.

表1 多元表征能力评价框架

3 实证结果分析及建议

本文中将多元表征能力分为了4种类别,分别是文字表征、图像表征、理论表征、符号表征.文字表征指在题目中叙述问题,是出题者传达化学内容的基础工具.图像在化学中有更直观、更清晰的表达作用,将抽象的反应量化成了图像后形成了具象的状态.理论表征在化学反应原理部分使用较多,它呈现了化学反应的本质与特点.符号表征将化学问题书面化,将微观的化学反应用符号展现.

在化学问题解决中,多元表征能力的形成过程与化学核心素养的形成过程相似,所以促进多元表征能力的提高也有助于化学核心素养的培养.化学核心素养的提升,不仅是目前教育中讨论最多的方面,也是能真实展现化学教学成果的方面.

在高三的复习过程中,师生都很容易陷入题海战术的误区.提升多元表征能力,学生在解决化学问题时才能得心应手,这样获得的不仅仅是成绩,更是一种技能.这些技能不仅能运用在解决化学问题的过程中,对于其他学科,乃至对学生未来的发展都是有益的.

本研究在贵阳市第六中学高三年级实施,以高三学生化学问题解决中多元表征能力为题做了实证研究,得到以下的结论:

1)本次测试涉及贵阳市第六中学高三年级4 个班的学生.贵阳市第六中学是一所一类示范性高中,被试学生的多元表征能力处于中上水平,是一个正常水平,但是程度并不算高.

2)在进行化学反应原理部分的多元表征能力的测试中也能看出来,学生在测试中呈现中等偏上水平.

3)学生的表征能力发展不平衡,学生更擅长文字表征、理论表征和符号表征的使用,图像表征成为他们的薄弱点.

4)各维度间的表征都具有相关性,不能只侧重发展一种表征能力.因为在高考考查时,通常是以多种表征形式出现,这更说明了培养学生多元表征能力对化学问题解决的重要性.通过研究发现,在各维度上均衡发展的学生具有更高的化学问题解决能力.

a)当试题难度小时,表征能力不易检测,但是当测试题难度增加时,学生的多元表征能力就有明显的差异.所以,在选拔性考试中,往往实际考查的是学生对于化学问题解决过程中的多元表征能力.

b)化学问题解决中的多元表征能力在性别方面并没有明显的差异.

c)学生在解决问题中习惯先使用符号表征进行理解,但是彻底解决问题却依赖其他的几种表征形式.

d)化学问题解决中多元表征能力的提高,有助于培养学生化学核心素养.要结合化学是一门以实验为基础的学科进行教学,从而提升学生的图像表征能力.

以下是做完实证研究得到的结论,希望能给化学教师在实际教学中一些建议.

1)从高一开始培养学生在化学问题解决中的多元表征能力意识.

高一侧重基础知识的教学,为后续的学习搭好骨架.各地区也在经历着新课改,学生的学习模式不能再沉浸于题海战术,新高考重点考查学生的能力而非单纯的知识.所以,从高一开始就应该有培养学生化学问题解决中多元表征能力的意识,例如在课堂中把更多的时间留给学生,禁止出现“满堂灌”的现象,从知识的授予者转变为学习的引导者.这样的身份转换对于教师来说可能是一个很大的挑战,需要对课堂有很强的驾驭能力.但是既然教材、选拔标准都在发生变化,教学第一线的实施者也必须做出改变.

2)在教学中对学生进行适当的多元表征的引导.

教师可以尝试多角度地发掘多元表征形式,不拘泥于文字表征、符号表征、数学表征之类的传统表征,在教学中尝试引导学生使用其他表征进行学习.例如图像表征,可以在完成一章节的学习后引导学生完成思维导图的构建等.

教师可以一定程度地“暴露”自己的思维过程,让学生先进行模仿,这种无意识的模仿会因为量变而达到质变.所以在教学过程中,要重视教学的方式,知识的呈现需要有逻辑而非一股脑的“倾泻”.认真备课的过程可以寻找到教材中的逻辑思路,并转化成为自己的逻辑方式.习题课上,可以给学生更多的发挥空间,不同学生可能会有不同的表征形式,让他们能大胆展现并交流沟通,会迸发更多激情的火花.当然,鼓励各学校备课组、教研组多进行集体备课.因为学生的多元表征方式会不同,教师的多元表征方式也需要激情的碰撞才能更好地运用到教学中.

3)开发适合本校学生的多元表征能力测试工具.

实验证明,多元表征能力的测试可以反映学生的化学问题解决能力,从而体现在化学考试的分数上.化学问题解决中的多元表征能力符合化学思维能力,可以作为学生学习的评价工具.

每一个阶段结束后进行测评,这样更有利于教师调整教学方式,最重要的是对学生的学习也具有指导作用,可以发现学生学习薄弱的方面.

开发工具的过程需要不断进行测验,建议从平常测验的试题中进行筛选.尤其是高三的学生,考试频率很高,建议高三的教师做好题目的收集和整理工作,不仅仅关注学生的平均分,更要去分析数据,筛选出更适合测评的题目以备使用.

4)化学反应原理部分教学要侧重宏微结合.

化学反应原理在高考中的占比较大并且难度也较高,在贵州考生中得分率相对较低.结合教学实际思考后发现,这部分内容教师在教学时非常侧重理论,这有助于学生提升理论表征,但也同时会忽略图像表征、数学表征等.建议教师在进行这部分内容授课或复习时,结合实验进行讲解.在重现实验的过程中刺激学生的感官,加深学生的印象,同时提高学生的多元表征能力.

5)高三复习备考时尝试不同的复习模式.

高三复习一般分为三轮.在第一轮复习时,教师会重现知识,侧重基础知识的复习.不同层次的学生可以采用不同的复习模式,会有不同的复习效果.

对于成绩本来就比较好的学生来说,只是重现过程反而枯燥无意义,那么可以尝试让优等生进行交互式学习.教师提出复习的主题,学生课下进行自主整理,在课上进行交流与讨论.甚至可以让学生自主出题,小组间互相交流,完善该复习主题的一整套完整试题,对于优等生的多元表征能力提升具有很大的作用.

而对于成绩较为中等的学生,他们对部分知识点存在遗忘现象,需要教师在复习过程中适当讲解.但是他们真正缺乏的是多元表征能力的高层次阶段,对于表征之间的比较和抽象还有困难.所以在查漏补缺之后,教师要侧重培养中等生的比较和抽象能力,其实就是培养学生的高阶思维.但是在培养过程中,要循序渐进.教师在课前要备好课,准备好有进阶的、有深度的问题来引导和引发学生思考.

对于学困生来说,他们要么没有多元表征能力,要么仅仅只停留在理解的层次上.这样的学生对于知识本身的掌握还有困难,所以在复习过程中不能太过着急,以基础知识为主的复习才更有效.教师应先从最基础的文字表征、符号表征培养、提高他们对于化学学习的兴趣.教师要对他们的多元表征能力测试试卷进行个案的深入分析,寻找每一个学生的问题出在哪里,先诊断后拯救.

(完)