高中生有機(jī)化學(xué)心智模型探析

　　摘要：結(jié)合高中有機(jī)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容提出心智模型框架，通過(guò)二段式診斷測(cè)驗(yàn)和半結(jié)構(gòu)式訪談等方法探查高二、高三物化班學(xué)生的有機(jī)化學(xué)心智模型。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生有機(jī)化學(xué)心智模型整體相似，均以“結(jié)構(gòu)——性質(zhì)”關(guān)系為核心，但是在微觀層面，對(duì)于模型節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系表述還存在精確性問(wèn)題，在心智模型表述的復(fù)雜性層面，存在著群體性差異。
　　關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；心智模型；有機(jī)化學(xué)
　　文章編號(hào)：1005–6629（2016）12–0019–05 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　筆者此前分析了心智模型在中學(xué)化學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀[1]，發(fā)現(xiàn)針對(duì)高中生有機(jī)化學(xué)的心智模型的研究尚為空白。而有機(jī)化學(xué)[2]作為高中化學(xué)的重要組成部分，在高考試題中所占比例較大，難度和區(qū)分度較大，得分情況相對(duì)不理想。為此，筆者通過(guò)半結(jié)構(gòu)式訪談和二段式診斷測(cè)驗(yàn)等方法進(jìn)行了相關(guān)研究，試圖探查高中生有機(jī)化學(xué)心智模型的發(fā)展?fàn)顩r，以期為優(yōu)化和改善教學(xué)提供參考依據(jù)。
　　1 研究的設(shè)計(jì)與實(shí)施
　　1.1 理論基礎(chǔ)
　　心智模型（Mental Model）概念最早由蘇格蘭心理學(xué)家肯尼斯·克雷克（Kenneth Craik）在1943年提出。他認(rèn)為，人類是資訊的處理器，人類透過(guò)三個(gè)明顯的處理過(guò)程來(lái)進(jìn)行確認(rèn)與推理：（1）運(yùn)用文字、數(shù)字、符號(hào)將一些外在事物轉(zhuǎn)譯進(jìn)入個(gè)人內(nèi)在表征；（2）借由一些同類符號(hào)的推理過(guò)程來(lái)推算其他符號(hào)的意義；（3）當(dāng)對(duì)一個(gè)事件的預(yù)測(cè)完成了解時(shí)，一些符號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)譯后會(huì)成為個(gè)人的行為[3]。隨后，有不少學(xué)者對(duì)心智模型的內(nèi)涵、特征、功能、形成機(jī)制和影響因素等進(jìn)行了深入研究。已有文獻(xiàn)表明，當(dāng)前關(guān)于心智模型影響因素的研究相對(duì)較少。但是研究者們普遍認(rèn)為，心智模型是個(gè)體經(jīng)由自身認(rèn)知和外在因素的共同作用下不斷建構(gòu)起來(lái)的，個(gè)體的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知能力、認(rèn)知風(fēng)格、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)環(huán)境、生活背景和家庭環(huán)境等都會(huì)影響其建構(gòu)和發(fā)展[4]。
　　1.2 測(cè)驗(yàn)設(shè)計(jì)
　　由于有機(jī)化學(xué)的自身特點(diǎn)，需要學(xué)生具有一定的發(fā)散思維和空間想象能力，學(xué)生心智模型中的認(rèn)知角度、認(rèn)知方式和認(rèn)知策略將相應(yīng)匹配，而心智模型中的結(jié)構(gòu)化程度將影響學(xué)習(xí)實(shí)際效果（即也許兩位被試的知識(shí)豐富程度接近，但結(jié)構(gòu)化程度差異較大，那么他們的學(xué)習(xí)效果將會(huì)差異很大），為此需要采用個(gè)案研究和問(wèn)卷調(diào)查相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。
　　測(cè)驗(yàn)過(guò)程方面，首先采用半結(jié)構(gòu)式訪談和概念圖法進(jìn)行個(gè)案研究，通過(guò)繪制思維地圖[5]來(lái)了解部分學(xué)生所存在的有機(jī)化學(xué)心智模型，獲得一定數(shù)量的樣本和基礎(chǔ)資料。隨后進(jìn)行以紙筆測(cè)驗(yàn)為主的大規(guī)模問(wèn)卷調(diào)查，且問(wèn)卷題目、選項(xiàng)均來(lái)自于筆者之前進(jìn)行的個(gè)案研究。對(duì)思維地圖中所呈現(xiàn)的特點(diǎn)加以驗(yàn)證和有效地補(bǔ)充探查，以深入探查學(xué)生有機(jī)化學(xué)心智模型狀況。
　　測(cè)驗(yàn)內(nèi)容方面，個(gè)案研究由解釋、聯(lián)想、建構(gòu)、應(yīng)用、訪談等五個(gè)部分組成（見圖1）。如訪談，則是為初步了解學(xué)生心智模型中有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)和記憶方式，對(duì)某些有機(jī)物性質(zhì)的掌握、有機(jī)化合物的三重表征、有機(jī)化學(xué)與日常生活的聯(lián)系、有機(jī)化學(xué)知識(shí)體系的建構(gòu)和豐富程度等。
　　二段式診斷測(cè)驗(yàn)問(wèn)卷則是在前期的個(gè)案研究、對(duì)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》、教材內(nèi)容和研究目的進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上編制而成。問(wèn)卷分為四部分，第一部分是指導(dǎo)語(yǔ)和個(gè)人基本信息，包括性別、年級(jí)、學(xué)習(xí)興趣和化學(xué)學(xué)習(xí)成績(jī)等級(jí)。第二部分是選擇題，讓學(xué)生根據(jù)對(duì)有機(jī)化學(xué)的基本認(rèn)識(shí)回答各題，探查有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)興趣、認(rèn)知方式和偏愛(ài)的教學(xué)方式。第三部分是二段式多項(xiàng)選擇題，主要從知識(shí)的豐富程度、模糊觀念、認(rèn)知策略和問(wèn)題解決能力等視角調(diào)查學(xué)生有機(jī)化學(xué)知識(shí)的心智模型狀況。第四部分是主觀題，共1題，主要通過(guò)對(duì)多種“兩碳有機(jī)物”建立概念圖，了解有機(jī)化學(xué)知識(shí)的認(rèn)知角度、結(jié)構(gòu)化程度和表述的精確性和復(fù)雜性等。
　　1.3 調(diào)查實(shí)施
　　筆者選擇了江蘇省某市三所高中高二、高三年級(jí)物化班學(xué)生作為研究對(duì)象�？紤]到被試的年級(jí)、性別、表達(dá)能力以及學(xué)業(yè)成績(jī)差異對(duì)有機(jī)化學(xué)心智模型產(chǎn)生的影響，分別選擇了口頭表達(dá)能力較好，具有代表性，化學(xué)成績(jī)處于不同等級(jí)的男生、女生共24名作為個(gè)案研究對(duì)象。進(jìn)行大范圍測(cè)驗(yàn)前，先做了小樣試測(cè)，并根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行修正。然后采用了整體抽樣方法進(jìn)行測(cè)試，且這些學(xué)生的教學(xué)進(jìn)度和教材相同。測(cè)試共發(fā)放問(wèn)卷352份，回收有效問(wèn)卷344份，問(wèn)卷回收率97.7%，其中高二學(xué)生178份，高三學(xué)生166份。測(cè)試結(jié)果均采用SPSSl7.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析處理。
　　2 結(jié)果與分析
　　2.1 學(xué)生有機(jī)化學(xué)心智模型整體相似，均以“結(jié)構(gòu)——性質(zhì)”關(guān)系為核心
　　加涅將概念分為具體性概念和定義性概念[6]。筆者通過(guò)概念解釋和概念聯(lián)想的方式，要求學(xué)生就高中有機(jī)化學(xué)中的甲烷、苯、聚乙烯等具體性概念和烴的衍生物、同分異構(gòu)體、取代反應(yīng)等定義性概念進(jìn)行闡釋，并繪制思維地圖。其中較具代表性的思維地圖如下（圖2～圖5）。
　　可見，無(wú)論是對(duì)具體性概念還是定義性概念，學(xué)生普遍以“結(jié)構(gòu)——性質(zhì)”關(guān)系的心智模型為主，遵循著“結(jié)構(gòu)——性質(zhì)”的建構(gòu)方式（見表1），能從立體結(jié)構(gòu)的角度表征有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。
　　學(xué)生之所以能基本形成以“結(jié)構(gòu)——性質(zhì)”關(guān)系為核心的心智模型，與高中有機(jī)化學(xué)教材的編排、教師的教學(xué)方式有很大聯(lián)系。結(jié)合心智模型的認(rèn)知功能、形成機(jī)制和影響因素，對(duì)高中有機(jī)化學(xué)的課程標(biāo)準(zhǔn)、教材、編寫思路和呈現(xiàn)方式進(jìn)行分析，表明高中有機(jī)化學(xué)教材是結(jié)合有機(jī)化學(xué)知識(shí)特點(diǎn)和高中學(xué)生的認(rèn)知水平進(jìn)行內(nèi)容組織和編排的，對(duì)不同內(nèi)容或知識(shí)以不同的方式或程序、不同的層次來(lái)呈現(xiàn)，總體上為：元素組成→分子結(jié)構(gòu)→官能團(tuán)→性質(zhì)→合成→應(yīng)用。具體如，對(duì)有機(jī)物元素組成問(wèn)題是從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合化學(xué)史展示，再通過(guò)圖示等方式進(jìn)行元素分析；對(duì)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)問(wèn)題則從學(xué)生已有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合相關(guān)資料介紹，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的解釋和應(yīng)用；而對(duì)有機(jī)物相關(guān)性質(zhì)則以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為認(rèn)知基點(diǎn)，結(jié)合化學(xué)史料和微觀結(jié)構(gòu)分析、符號(hào)表征，再回到宏觀現(xiàn)象的解釋和應(yīng)用。因此，教師在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，都非常注重有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的教學(xué)，在時(shí)間分配、教學(xué)設(shè)計(jì)中都突出了從分子結(jié)構(gòu)的分析來(lái)學(xué)習(xí)有機(jī)物的性質(zhì)。

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