化学手抄报高中|高中学生化学问题解决的个案研究报告
一、研究目的化学问题解决是指以化学知识为主要载体而进行的认知活动。相对其他学科问题解决研究而言,化学问题解决研究的起步稍晚。在全面总结国内外化学问题解决研究进展后,我们发现已有的研究比较侧重于考察化学概念的理解、问题解决的结果等可直接观察的外显方面,而对化学问题解决过程中的内隐操作重视不够,运用心理学理论和研究方法对问题解决者的思维过程进行的实证研究仍不多见。因此,注重从现代认知心理学的视角出发探寻化学问题解决的心理机制,从考察化学问题解决的结果转向探究化学问题解决的过程,尤其是集中于内隐的思维过程的研究,并对不同类型学生解决化学问题时存在的差异及其原因进行深入讨论,探究出影响学生问题解决的本质因素以指导化学教学,从而提高学生解决化学问题的能力就显得极为重要。
二、研究方法及程序
1·出声思维法(Think-aloud)记录原始材料
人的思维活动通常是内隐的,是借助于不出声的内部语言来进行的。个体在解决化学问题时的内部操作无法被人直接观察到,相对其给出的问题结果而言,其解决问题过程中的思维过程是一个“黑箱”,如果仅凭结果去推测“黑箱”的内容不一定准确、可信;而事后询问所得到的回答或让个体自由地回忆、追述其当时的思维情景,又常常因损失很多有用信息使原有信息不完整甚至“失真”。
德国心理学家Duncker提出的出声思维方法,较为成功地使内隐思维过程外部语言化。主试要求被试边讲边做,同时用录音机录下他们的全部口述,得到即时的口语记录。主试在不影响被试思考的前提下,注意全面观察其表情、神态、手势、感叹词语等多方面信息并及时记录在纸上,以作日后深入分析之用。如果被试有较长时间的沉默,主试可以询问他在想什么,有时可以给予适当的提示。出声思维法仅仅要求被试说出他在想什么,而不要求解释他的思维过程,因而是一种可靠的研究方法。研究证明,出声思维不影响思维的正常进程。
2·概念图、问题行为图技术的使用
(1)将录音转译成文字材料。
用出声思维方法得到的原始数据是口语录音,数据记载在录音机磁带上。如果直接用录音来做分析显然很不方便。首先要对录音记录进行整理,逐字逐句地转译成书面的文字材料。注意在整理的过程中要忠实原始记录,避免人为的改动。
(2)编码。
录音的文字记录相当于最原始的数据,较为繁乱,要进行编码。即把原始录音用标准的语汇描述,用简单的字母表示其中的信息。研究者首先浏览整个报告,明确学生解决问题的思路,即学生是如何进行操作的,然后对中心事件进行编码。所谓中心事件就是指学生在解决问题过程中,遇到困难时所进行的克服困难的操作。
(3)绘制概念图。
JosephD.Novak于1984提出了概念图(ConceptMap)这一技术。绘制概念图时,首先挑选出学生在解决化学问题时所用到的所有化学概念,作为“节点”,然后根据录音的文字记录,分析其概念网络中“节点”之间的“联系”(形成的各种“命题”),从而达到使学生内隐认知结构外显化的目的。研究者通过概念图的分析,可以了解学生在解决该化学问题时的知识背景和认知结构的活动状态,便于分析。
(4)绘制问题行为图。
问题行为图是一种能形象描述被试在问题解决过程中所进行的各种操作序列的视觉图画,是对当时认知状态的全部进展的直观表现方式。知识状态和操作是其两个主要组成成分。前者指个体在某一具体时刻所拥有的关于该问题的全部信息,以方块表示;后者指个体每次用来改变其知识状态的手段,以箭头表示。箭头方向指出知识状态变化的路线。画图时一般根据被试解决问题的进程对知识状态依次排列,遵守从左到右和自上而下的原则。若出现知识状态的重复,即倒退到原先的状态。问题行为图的形式可因编码方式而异。根据同一套编码系统绘制出每一位被试的问题行为图,进行比较、分析,可获得有价值的信息。
三、研究对象
1·被试
被试为9名高三年级的学生(男生7名,女生2名)。
2·测试问题
已知PbSO4不溶于盐酸也不溶于硝酸,但可溶于CH3COONH4溶液中形成无色的溶液,其化学方程式为:PbSO4+CH3COONH4=Pb(CH3COO)2+(NH4)2SO4。当在溶液中通入H2S时,有黑色PbS沉淀生成,请写出此反应的离子反应方程式。
四、结果分析
1·化学认知结构对化学问题解决的影响
“化学认知结构”是指学生头脑里的化学知识根据其认知特点和自身理解水平组合成的具有内部规律的结构体系。在化学认知结构中,化学概念是其核心成分。概念的数量多少、质量高低(包括正确与否、联系紧密与否)具有相当重要的地位。根据被试解决问题时的出声思维记录对其错误概念和提示次数进行宏观统计和分析(见表1),可以发现:
(1)当被试在解决该问题时产生的错误概念越多,主试提示的次数就越多,解决问题所需的时间就越长。这是由于被试的认知结构中存在着的错误概念不仅无法为其问题解决所需要的正确信息提供“固着点”,而且会不断“干扰”其问题解决。而主试为了帮助其解决问题不得不给以必要的引导和提示。因此,错误概念的存在严重影响了问题解决。
(2)当错误概念个数相同时,提示次数越多,解题总时间就越长。这是由于被试之间认知结构存在较大的差别,虽然错误概念数目相同,但出错误的原因和内容不同,从而采取的问题解决的途径也不同的缘故。
那么错误概念是如何影响其化学问题解决的呢?是否只要概念正确就一定能够顺利地解决化学问题了呢?通过概念图和行为图从微观角度对被试的认知结构予以深入的分析和探讨。
分析行为图可知解决该问题有三个关键处B、C、D(见附录2)。几乎所有被试的问题行为图中都含有这几个知识状态,但是出现的方式和时间不同。有的被试(如S1)能较早、独立地呈现;而有的被试(如S5)需要主试的不断提示。比较被试的部分概念图(见附录1)发现,他们的认知结构中都存在“弱电解质”、“复分解反应”等概念,但概念之间的联系程度不同。也正是这一点导致其解决问题的情况不一。S1可以根据题目信息直接激活、调用相关信息D,从而顺利解决问题;S2经过主试的提示之后才避免了无关信息的“干扰”,激活B概念,而由于其认知结构中“复分解反应”与“弱电解质”联系较为密切,之后也能独立调用信息D;S5却多次盲目地去激活一些无关的、甚至是错误的概念,而且需要主试的反复、多次的提示和纠错才能逐渐激活“复分解反应”和“弱电解质”这两个概念,由于这两个概念在其认知结构中的存在形式较为分散、孤立、不完整,缺少联系,严重影响了其问题解决的进程。因此,不同被试在问题解决的质量和效率上有着明显的差距。究其根本原因是相关概念在认知结构中的状态、概念本身的牢固程度、概念与概念之间的联系程度等。化学认知结构越为正确、严密,解决化学问题的质量越高、速度越快、途径越简捷。
2·化学认知技能对化学问题解决的影响
所谓“化学认知技能”是指学生在解决化学问题时的思维水平,主要包括如下几个因素:问题识别、信息表征、策略选择、资源分配、监控评价。这几个因素之间相互关联,相互影响,只有各项因素都合理发挥作用,才有可能顺利地解决问题。
在该问题测试中发现,不同被试对问题的识别能力、对自我思维的监控评价能力的差别很大,从而影响了其信息的表征程度和策略选取情况,同时也影响了其资源(如时间、注意力等)的分配情况。解决该测试问题的关键是对“复分解反应”的深刻理解和及时运用,使得相关概念在问题解决时能化“静态知识”为“动态知识”。被试S1在接受问题信息后,花费了较长时间识别问题(b),即思考题目给出的信息意义,正是由此他才较快地达到了知识状态B,形成了正确的表征,所选择的策略最为简捷,没有绕弯路;被试S5在接受问题信息后,没有对其进行深入的分析和识别,而是想当然地给出错误答案,之后又经主试的不断引导和提示,花费了相当长的时间才达到知识状态B。从其口语报告中可以发现其自我监控能力也相当薄弱(我也不知道为什么要这样做)。因此,这两位被试在认知技能上有明显的差别,主要表现在能否结合问题的具体信息,能否调用原有认知结构中“静态”知识。
心理学研究表明:知识存在的形式主要有两种———陈述性知识和程序性知识。陈述性知识主要指“知道是什么”,是一种指向一般情况的静态知识;程序性知识主要指“知道怎么办?”是一种指向具体情境的动态知识。陈述性知识在一定条件下可以转化为程序性知识,而化学认知技能中包含有大量的程序性知识。因此,在化学问题解决中,面对具体的问题情境,把陈述性知识转化为程序性知识,化“静态知识”为“动态知识”,对提高化学认知技能是极为重要的。
3·非认知能力对化学问题解决的影响
“非认知能力”主要是指个体在解决问题时所体现的动机、信念、挫折耐受力、情绪调控能力、毅力等。良好的非认知能力能促进化学问题的顺利解决,反之在问题解决过程中就很容易中途“夭折”,以失败而告终。
被试S1在解决该测试问题时,开始也不知道该如何下手,感到非常迷惑,但是他有能够解决问题的信念和信心(题目给的信息有什么含义呢),对问题给予的外界信息和头脑中既存的内部信息进行了充分的筛选、组合和调整,顺利地解决了思维中存在的“认知冲突”,解决了问题;被试S5在解决该测试问题时,开始时也未曾理解题中信息,存在“认知冲突”。面对认知上的障碍,选择了逃避和放弃,就直接冒险地给出错误结论。在面临第一次的失败受挫后,情绪明显低落,没有信心去克服困难,只感到自己没有能力解决这个问题(哎,我不知道该怎么办!我想我可能做不出来了。还是你告诉我吧)。经过主试的鼓励和帮助,才逐渐摆脱这种消极情绪,积极地思维起来。上述研究表明,学生的化学科学素养———即化学认知结构、化学认知技能和非认知能力与化学问题解决之间存在着密切的关系。化学认知结构越完善、化学认知技能越高,非认知能力越强,则对应的解决化学问题的成功率越大;反之就容易导致失败的结果。
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因此,在化学教学过程中,化学教育工作者就应该把注意力转向如何优化学生化学科学素养。化学教学要建立在充分了解个体已有的知识结构的基础上,“以其所知,喻其不知,使其知之”。让学生在完善化学认知结构、改善认知技能的同时提高化学学习兴趣,让学生能够积极、主动、有意义地建构新的化学知识,理解并且认同他们,从而提高解决化学问题的能力和愿望。
注:(实线代表问题解决的总的方向;带箭头的实线代表问题解决的真实进程和方向;带箭头的虚线代表当时未能顺利进行;)
解题的关键步骤
A:阅读题目
B:属于复分解反应
C:若反应物中有弱电解质即可发生复分解反应
D:推断出Pb(CH3COO)2是弱电解质
S:该反应的离子方程式是:Pb(CH3COO)2+H2S=PbS+2CH3COOH主试的提示内容(罗马数字代表关键性提示;阿拉伯数字代表非关键性提示)
Ⅰ:Pb(CH3COO)2为何要改写成离子形式
Ⅱ:再看看题目,可以得到哪些信息
Ⅲ:复分解反应的条件是什么
Ⅳ:NaF能否与HCl反应
1:中和反应为何可以进行
2:PbSO4+2CH3COONH4=Pb(CH3C00)2+(NH4)2SO4属于什么反应类型
3·结合起来考虑可以得到什么信息呢学生的问题
a:告诉我PbSO4+CH3COONH4=Pb(CH3COO)2+(NH4)2SO4恐怕是一个陷阱吧
b:题目给出的方程式有什么意义呢学生推断出的错误信息
w1:不是沉淀的无色溶液一定是强电解质
w2:Pb的金属性强,形成的化合物一定是离子化合物
w3:含金属的盐一定是强电解质
本文来源：https://www.oubohk.cn/huaxue/202037/
化学思维导图高中 化学高中难吗
