高中生化学三重表征困难测查及教学策略研究

作者:周晨骁 来源: 发布时间:2016年11月24日 点击数:

高中生化学三重表征困难测查及教学策略研究

周晨骁

(义乌市第二中学  义乌市  322000

摘要:三重表征是认识化学和解决化学问题的有效思维方式。本研究随机选取部分高一年级学生进行三重表征思维方式能力水平的测查,通过访谈了解学生的思维特点。随机选择了任教班级中的两个班级作为实践研究对象,其中一个作为实验班,一个作为控制班。为了有效地培养实验班学生的三重表征思维方式,我们制定了以下四种教学策略,随后在实验班的教学严格按照制定的教学策略进行实践研究。

关键词:高中生;三重表征;测查;教学策略

 

1 课题的提出

    根据调查,化学成绩不够理想的班级中有近60%的学生认为化学难学,甚至其中有25.4%的学生因此而产生厌学情绪[1],而导致化学学习困难的一个重要原因是化学学科本身的复杂性[2]

三重表征思维方式体现了化学的特点,展现了化学独特的学科魅力。人们在认识和解决不同的问题时,从宏观与微观相结合的角度去联系和思考,用化学的语言进行表达与诠释,这正是现代公民应具备的基本科学素养。

学生的化学学习,实质上就是对宏观、微观和符号三种表征的建构以及能在三者之间进行灵活自由地转换。但是,有效地建立宏观、微观和符号三种表征之间的联系对于很多学生来说是有困难的,这就造成了化学学习的困难[3]

 

2 研究思路

以“高中生化学三重表征学习困难测查及教学策略研究”为课题,首先对化学学习困难现象和“宏观-微观-符号”三重表征进行文献研究,在此基础上设计高中学生三重表征思维能力的测查问卷,选择笔者所任教学校的部分学生进行测查,然后对客观题和主观题结果进行统计并记分。在测试结束后,根据平时考试成绩和问卷测查成绩选择部分学优生和学困生进行答题思路访谈。测查和访谈结束后,分析学生三重表征能力水平及不同个体、群体间存在差异的原因,然后有针对性地提出培养和提高学生三重表征思维能力的教学策略。然后在实验班根据教学策略进行教学实践,控制班进行正常教学。

 

3 高中生化学三重表征学习困难的测查

3.1 测查目的

1)高一学生是否具备“宏观-微观-符号”三重表征解决问题的能力;

2)学优生与学困生在利用“宏观-微观-符号”三重表征解决问题能力上是否存在差异。

3.2 测查对象

    测查对象为浙江省义乌市第二中学20159月入学的部分高一新生。高一年级共有学生615人,分为14个平行班。本次测查选取高一(1)、(2)、(3)、(10)班四个班级进行,其中高一(1)、(2)和(10)班为笔者任教的三个班级。

3.3 测查材料

本研究采用自编问卷。本调查问卷(见附录)共分为5个选择题和1个开放试题,主要考察学生的三重表征能力和“宏观-微观-符号”三重表征方式间转换的能力。为进一步了解不同层次学生答题时的思维特点,我们问卷调查结束后,跟进个别学生的访谈并采用摄像机对访谈过程进行记录,后续整理成文字。

 

3.4 测查结果及分析

1 客观题原始数据统计

 

1

正确率

3

正确率

4

正确率

5

正确率

平均

正确率

高一(1)

7.1%

40.5%

88.1%

38.1%

54.8%

高一(2)

6.7%

26.7%

73.3%

57.8%

52.8%

高一(3)

6.7%

44.4%

86.7%

42.2%

56.8%

高一(10)

20.9%

20.9%

76.7%

41.9%

50.6%

总样本

10.3%

33.1%

81.1%

45.1%

54.0%

 

2 班级间平均正确率差异显著性分析

 

1班与2

1班与3

1班与10

Z

0.59

0.10

1.07

显著性水平:α=0.05Z=1.96

从以上数据可以看出,不同班级整体之间,虽然学生分别来自不同的小学、初中,有着不尽相同的学习经历,虽然客观题的平均正确率有高低,但从班级整体上分析学生在三重表征的认知和运用上不存在显著差异。

 

4 高中生化学三重表征思维培养的教学策略

三重表征思维方式的培养是一个长期持久的,具有一定复杂性的系统工程,需要学生持之以恒有目标性的学习,更需要教师有计划、有针对性的教学策略的科学实施。教师应长期持续地进行三重表征思维培养教学,帮助学生构建良好的化学三重表征[4]

4.1 强化不同表征间转化的意识

教师在教学设计以及实施过程中应突出三重表征的强化,在教学中要不断强调三重表征的重要性,这样学生的重视程度会提高从而在学习过程中主动地、有意识地进行三重表征,直到真正内化为自身的能力。

只有让学生充分认识到三重表征的作用,意识到三重表征对化学学习是有明显帮助的,学生的学习积极性才能得到激发。所以,教师在教学过程中要突出强调三重表征的作用,不间断进行强化和训练。这就要求教师本身要对教材进行深刻研习和挖掘,在教学设计阶段精心设计教学环节,设法为学生创设一个比较好的化学三重表征学习环境,供学生不断进行学习、训练。

4.2 合理优化教学方法及媒体

实践证明,图片、实物模型、多媒体等直观教具可以有效地帮助学生进行三重表征,从不同角度理解和学习化学[5]。通过这些教学媒体的展示,如“离子键”、“共价键”的特点及形成过程等知识点就可以比较形象地展示出来,可以使抽象过程动化、形象化,微观的结构放大化、直观化。同时,在教学中使用这些教学手段,可以激发学生的求知欲望和学习兴趣,通过展示让学生先有一个宏观的感受,再引导学生把宏观模型、过程用微观表征的方式进行分析,最终用简洁的化学式、化学方程式等化学用语进行符号表征,从而达到三重表征在教学中的自然融合。

4.3 突出化学实验教学重要地位

教师在实验教学中应该指导学生根据实验现象随时进行思考,而不仅仅是观察、记录和记住实验现象,要学会从微观角度对“看到”的现象进行思考和解释。同时对实验现象、过程和结果用化学方程式进行表达,每个环节需要衔接并且相互关联,最终达到宏观实验现象与物质的微观结构、化学符号表征的三者融合。

比如在进行电解饱和氯化钠溶液的实验教学时,通过对产物的验证,证明阴极和阳极的气体产物分别是氢气和氯气,同时阴极还生成了氢氧化钠。先让学生从宏观角度认识到反应产物是什么。那么接下去就要引导学生分析这些产物是如何产生的,这时候,可以借助多媒体等手段进行分析。最后再根据宏观现象和微观过程的分析进行化学方程式或离子方程式的书写,通过这样的方式,学生能在学习中逐步建立起了对实验的宏观观察,微观解释和符号表达。

4.4 促进学生“微粒观”的构建

宋心琦教授认为,学生在化学学习中建立起来的思维方式和解决问题的能力,还有那些能够影响学生长远发展的化学思想观念会让学生终身受益,而不是那些具体的化学知识。所以,他认为帮助学生建立一些基本的化学观念应该作为中学化学教学的一个重要任务[6]

学生在某一学科的学习过程中所获得的总观性的认识和理解称为观念性知识,这些观念或观念性知识对学生的学习和发展能够起到持久且重要的迁移作用。

宏观与微观相结合,从微观角度研究和认识物质及其变化是化学学习的基本思维方式和主要特征。物质是由不停地运动者的微粒构成的,并且微粒之间往往通过不同的方式相互作用[7]

 

5 研究结果

5.1 学生前测数据分析

3 实验班与控制班三重表征能力前测数据分析(满分5分)

 

班级

班级人数

平均分

标准差

差异检验

实验班

42

2.74

0.73

Z=1.07

对照班

42

2.55

0.89

显著性水平:α=0.05Z=1.96(*为差异显著,**为差异极其显著)

根据前侧成绩,两个班级平均得分率相当,且没有显著差异(Z=1.07)。

5.2 学生后测数据分析

以义乌市2015年下学期高一化学期末考试试题为材料进行后测,实验班与控制班的期末考试成绩如下表所示:

4 实验班与控制班期末考试成绩分析(满分100分)

班级

班级人数

平均分

标准差

差异检验

实验班

42

89.67

6.93

Z=2.97*

对照班

43

85.30

6.88

显著性水平:α=0.05Z=1.96(*为差异显著,**为差异极其显著)

 

5 实验班与控制班三重表征试题的准确率分析

 

题号

表征方式

得分率

实验班

控制班

9

微观表征 符号表征

95.35%

74.42%

12

宏观表征 微观表征

72.09%

58.14%

15

宏观表征 微观表征 符号表征

100.00%

97.67%

19

微观表征 符号表征

93.02%

88.37%

20

符号表征

90.70%

79.07%

29

宏观表征 微观表征 符号表征

86.05%

83.72%

30

宏观表征 微观表征

44.19%

39.53%

311

微观表征

87.79%

84.88%

313

微观表征 符号表征

77.91%

80.23%

334

微观表征 符号表征

87.21%

80.23%

345

宏观表征 微观表征 符号表征

96.51%

90.7%

实验班和控制班均为高一年级平行班,入学成绩相当,而且通过前测数据分析,实验班和控制班的学生平均得分率相当,且三重表征水平没有显著差异(Z=1.07)。但是,从期末考试化学平均分来看,实验班比控制班高4.37分。从期末考试的得分率分析,几乎所有涉及三重表征能力运用的试题的得分率都是实验班高于控制班。从显著性差异水平分析,Z=2.97*,表明实验班和控制班存在显著差异。这些数据表明,关于培养三重表征能力思维方式的教学策略的实施对学生的三重表征水平起到了明显的促进作用。

此外,期末考试后,我们也随机挑选了实验班的5位学生进行了访谈。经过3个月三重表征思维方式的培养与训练,学生对解决现实的化学问题已经形成了自己的“套路”。面对化学问题,能够有意识地、较为熟练地对问题先后进行宏观、微观和符号不同层面的表征以及进行三者之间的转化,对化学学习的“害怕”没有了,“困惑”少了,对今后的化学学习有了更多的信心和憧憬。

 

6 结论

研究与实践表明:

1)三重表征思维方式是可以在教学中培养并强化的。经过三个月的教学实践,实验班学生的三重表征能力明显比控制班学生好,并且能够在解决实际化学问题中自觉地进行运用,并且能够较为熟练地进行转化。学生在实践中学到了方法,为今后的化学学习奠定了基础。

2)三重表征思维方式在化学学科的教与学中具有十分重要的促进作用。通过14周的教学实践,实验班与控制班的化学学习出现了显著的差异。对于化学学科,能够从学科最本质的角度进行对问题的思考,对于学生化学学科思维的形成具有重要作用。同时,实验班学生对化学学习有了信心和憧憬。

3)我们提出的对于培养三重表征思维方式的教学策略具有针对性,是可行、有效的。实践中,我们严格按照教学策略进行教学,在该教学模式中学生的学习能力得到了培养和内化,学科素养得到了有效提高。通过期末考试的分析以及对学生的访谈结果表明,我们提出并实践的这些教学策略是具有实践性、可行性的,在实践中得到了学生的认可和欢迎。

4)三重表征思维方式对于化学学习的帮助具有普遍性。通过实验数据的分析和对不同学习能力学生的访谈,我们发现实验班与控制班的化学成绩在整体上出现了显著性差异,实验班的学优生、中等生和学困生等不同层面的学生都取得了学习能力的培养,思维方式的改进和学习成绩的提高。

    实践表明,三重表征思维方式是可以培养的且对于化学学习的促进作用具有可持续性。同时,三重表征思维方式的培养是一个长期、持久,系统、复杂的过程,由于我们的研究时间比较短,如果研究时间再充裕一些,实践效果可能会更好。本次研究的结束并不意味着本研究的停止,在今后的实际教学中,笔者将针对研究中出现的问题和不足进一步进行思考和探索,希望能为化学三重表征思维方式的培养的发展有所帮助。

 

 

 

 

 

 

参考文献

[1]  王后雄.论中学生学习化学的难度及成因[J].化学教育,2003,(11):7-11.

[2]  Dorothy Gable.The Complexity of Chemistry and Implications for Teaching. In:B.J.Fraser,K.G.Tobin(eds). International Handbook of Science Education (Vol.1,231-248).Great Britain:Kluwer Academic Publishers,1998.

[3]  Dorothy Gable.Improving Teaching and Learning through Chemistry Education Research:A Look to Future.Journal of Chemistry Education,1994,Vol.76.

[4]  张丙香,毕华林.化学三重表征的含义及其教学策略[J].中国教育学刊,2013(2):73-76.

[5]  黄婕.“宏观-微观-符号”三重表征的化学学习研究[D].山东师范大学硕士学位论文,2005.

[6]  宋心琦,胡美玲.对中学化学的主要任务专论和教材改革的看法[J].化学教育.2001,229):9-13.

[7]  梁永平.微粒作用观的科学学习价值及其科学构建[J].化学教育.2003(6):6-10.

 

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