元素化合物知識的簡單認知及其影響因素

元素化合物知識的簡單認知及其影響因素

1元素化合物知識的學(xué)習(xí)過程根據(jù)對元素和化合物知識學(xué)習(xí)現(xiàn)狀的研究，學(xué)生們往往認為他們很容易忘記、理解和學(xué)習(xí)。多數(shù)學(xué)生認為元素化合物知識繁、雜、多、散,無規(guī)律可循,所學(xué)內(nèi)容易混淆,反應(yīng)條件張冠李戴,這對元素化合物知識的教學(xué)提出了挑戰(zhàn)。從認知心理學(xué)視角來看,元素化合物知識的學(xué)習(xí)主要涉及“簡單認知”?！昂唵握J知”是指對基礎(chǔ)知識的低層次認知,可分為識記、簡單應(yīng)用和近遷移三個維度。“識記”是指記憶層面的認知,如化學(xué)方程式的書寫,有色離子的鑒別等;“簡單應(yīng)用”指知識在簡單情境中的應(yīng)用,如除去Fe3+中的Fe2+等;“近遷移”是指由已學(xué)知識到陌生知識的簡單遷移,如由鋁的性質(zhì)判斷鋅的相關(guān)性質(zhì)等。本研究旨在探討高中生在元素化合物知識“簡單認知”上存在的規(guī)律,以及不同類型學(xué)生在“簡單認知”層面的差異,以期為改進元素化合物知識的教學(xué)提供一定啟示。2研究過程2.1合物知識“簡單認知”題型的測試在鉆研蘇教版必修教材《化學(xué)1》以及《普通高中化學(xué)課程標準(實驗)》的基礎(chǔ)上,以鋁、鐵及其化合物為代表,編制了“元素化合物知識‘簡單認知’測試題”(初稿)。初稿共有10道題,其中1-4題考查學(xué)生的“識記”能力,5-8題考查學(xué)生的“簡單應(yīng)用”能力,9-10題考查學(xué)生的“近遷移”能力。經(jīng)過小范圍試測,根據(jù)結(jié)果修正了考查“識記”能力的試題難度。經(jīng)過專家鑒定,對研究各維度試題的分布及“近遷移”試題的難度進行了修正,最后形成正式版“元素化合物知識‘簡單認知’測試題”作為研究工具。2.2學(xué)生的使用情況選取江蘇省某中學(xué)高一學(xué)生119人作為被試。其中男生52人,占43.7%,女生67人,占56.3%。根據(jù)先前兩次測驗成績的平均值進行排序,劃分前27%的學(xué)生(32人)作為學(xué)優(yōu)生,后27%的學(xué)生(32人)作為學(xué)困生,其余學(xué)生(55人)為學(xué)中生。運用SPSS11.0軟件對三類學(xué)生兩次測驗成績進行多重比較,其結(jié)果見表1。由表1可知,學(xué)優(yōu)生與學(xué)中生、學(xué)中生與學(xué)困生實驗前兩次測驗成績的平均分之間的差異均非常顯著,說明三類學(xué)生的化學(xué)知識水平和學(xué)習(xí)能力上存在明顯差異?？梢?這三類學(xué)生(學(xué)優(yōu)生、學(xué)中生、學(xué)困生)的劃分是合理的。2.3學(xué)習(xí)評價測試發(fā)放測試題119份,對被試進行團體測試。測試前告知被試本測試僅為研究所用,與學(xué)習(xí)評價無關(guān)。測試時間為30分鐘,被試獨立完成測試。回收測試題119份,回收率為100%。測試結(jié)束后,分別選取測試題4(識記)、6、7(簡單應(yīng)用)、9(近遷移),對部分學(xué)優(yōu)生和學(xué)困生進行單獨訪談。3結(jié)果與分析3.1種學(xué)生在元素化合物知識的“簡單應(yīng)用”和“近遷移”上的認知差異三類測試題總分均為10分,運用SPSS11.0對測試結(jié)果進行描述性統(tǒng)計和方差分析,其結(jié)果見表2。由表2可知,三類學(xué)生在“識記”元素化合物知識上水平相當,不存在顯著差異。從“簡單應(yīng)用”和“近遷移”測試的平均分來看,學(xué)優(yōu)生與學(xué)中生的均分都在8.8分以上,說明這兩類學(xué)生在元素化合物知識的“簡單認知”上表現(xiàn)尚可,不存在認知障礙。而學(xué)困生均分在6.0分以下,說明學(xué)困生在元素化合物知識的“簡單應(yīng)用”和“近遷移”上存在一定的認知困難。從表2可知,三類學(xué)生在元素化合物知識的“簡單應(yīng)用”和“近遷移”上的認知水平呈顯著性差異。因此,對三類學(xué)生“簡單應(yīng)用”和“近遷移”測試的統(tǒng)計結(jié)果進行多重比較,結(jié)果如表3所示。從表3可知,在“簡單應(yīng)用”與“近遷移”上,學(xué)中生與學(xué)困生,學(xué)優(yōu)生與學(xué)困生顯著性水平(p值為0.048,0.037,0.045,0.038)均小于0.05,因而存在顯著差異,即學(xué)優(yōu)生、學(xué)中生明顯優(yōu)于學(xué)困生。而學(xué)優(yōu)生與學(xué)中生在“簡單應(yīng)用”與“近遷移”上顯著性水平(p值分別為0.221、0.421)均大于0.05,因而兩者之間不存在顯著性差異。又由表2的結(jié)果分析可知,在“識記”上學(xué)優(yōu)生與學(xué)中生之間不存在顯著性差異。因而學(xué)優(yōu)生與學(xué)中生在元素化合物知識的“簡單認知”上不存在顯著性差異,故在分析學(xué)困生與學(xué)優(yōu)生、學(xué)中生學(xué)習(xí)差異的成因時,以學(xué)優(yōu)生為代表。3.2元素化合物“簡單認知”部分命題的訪談借助對部分學(xué)優(yōu)生和學(xué)困生關(guān)于元素化合物知識“簡單認知”部分測試題的訪談,發(fā)現(xiàn)不同類型學(xué)生在元素化合物知識的“簡單認知”上主要存在如下差異。3.2.1學(xué)生是學(xué)困生的化學(xué)程式記憶的方式學(xué)困生在長時記憶的轉(zhuǎn)化上通常采取復(fù)述形式,而學(xué)優(yōu)生主要采取精加工和組塊的方式。下面列舉一個訪談的片段:研究者:對于鐵與水反應(yīng)的化學(xué)方程式(測試題4),你們是怎么記憶的?學(xué)困生:先記下筆記,然后多看幾遍多寫幾遍,就記住了。學(xué)優(yōu)生:認真聽老師的課堂講解,結(jié)合演示實驗的現(xiàn)象,分析產(chǎn)物的由來,再整合下整個化學(xué)方程式(自己寫一遍),基本當場就記住了。研究者:那你們在這個方程式的記憶上使用了什么技巧嗎?學(xué)困生:沒有,主要是多背多寫。學(xué)優(yōu)生:(鐵與水反應(yīng))這是一個置換反應(yīng),生成的單質(zhì)是氫氣,根據(jù)元素種類守恒,化合物應(yīng)是鐵的氧化物,而鐵的穩(wěn)定氧化物是四氧化三鐵,所以這個反應(yīng)方程式很快就記住了。由此可見,雖然學(xué)生都記住了相關(guān)知識,但他們的記憶方式是不同的。學(xué)困生通常采取機械記憶,而學(xué)優(yōu)生則善于利用課堂學(xué)習(xí)的相關(guān)情境進行精加工,或賦予它某種意義進行知識組塊式記憶。因此,建立在長時記憶基礎(chǔ)上的“簡單應(yīng)用”與“近遷移”,學(xué)優(yōu)生成績明顯優(yōu)于學(xué)困生。3.2.2+的性質(zhì)學(xué)過,學(xué)困生學(xué)困生不注意知識的整合,所掌握的知識是孤立的、分散的,而學(xué)優(yōu)生懂得原有認知結(jié)構(gòu)的利用,注重新舊知識的聯(lián)系。在此也列舉一個訪談片段:研究者:對于如何除去FeCl3中的FeCl2(測試題7),你是怎么思考的?學(xué)困生:不會,沒學(xué)過。研究者:Fe2+的性質(zhì)學(xué)過嗎?學(xué)困生:學(xué)過,有氧化性也有還原性,但主要體現(xiàn)還原性。研究者:那么FeCl2與Cl2能反應(yīng)嗎?學(xué)困生:會的,生成FeCl3……我知道了,這題應(yīng)該是通入Cl2。學(xué)優(yōu)生:這個問題比較簡單,要除去FeCl3中的FeCl2,就是要除去FeCl2,但又不帶入新的雜質(zhì),最理想的辦法就是將FeCl2轉(zhuǎn)化為FeCl3,而根據(jù)Fe2+的性質(zhì),它以還原性為主,所以通入Cl2,就可以跟它反應(yīng)生成FeCl3。從上述訪談片段可知,學(xué)困生所持有的各知識之間是無關(guān)聯(lián)的,需要提示或引導(dǎo)才可以順利進行知識的應(yīng)用或問題解決。而學(xué)優(yōu)生則善于知識的同化與順應(yīng),懂得新舊知識的融合及問題的轉(zhuǎn)化,因而在知識的“簡單應(yīng)用”及“近遷移”上顯得得心應(yīng)手。從而也說明了(研究結(jié)論中)在元素化合物知識的“簡單應(yīng)用”上為什么學(xué)優(yōu)生明顯優(yōu)于學(xué)困生。3.2.3鑒別溶液中fe3+的性質(zhì)學(xué)優(yōu)生更注重知識的總結(jié)及規(guī)律的摸索,而學(xué)困生在這方面的意識則比較弱。例如,如何最簡潔有效地鑒別溶液中的Fe3+(測試題6),兩類學(xué)生分別回答如下:學(xué)優(yōu)生:根據(jù)Fe3+的性質(zhì),我把它的鑒別方法總結(jié)成了如下四種,分別為直接觀察溶液顏色;利用顯色反應(yīng)(與硫氰化鉀溶液反應(yīng));利用沉淀反應(yīng)(與NaOH溶液反應(yīng));利用Fe3+的氧化性。但最有效最簡潔的應(yīng)該是利用顯色反應(yīng)(與硫氰化鉀溶液反應(yīng))。學(xué)困生:(老師說是)與硫氰化鉀溶液反應(yīng)是鑒別溶液中Fe3+的最好方法。由此可知,不同類型學(xué)生在知識規(guī)律的摸索與總結(jié)上存在的差異也直接導(dǎo)致了知識能否靈活應(yīng)用及問題解決能否順利進行。因此,在元素化合物知識的“簡單應(yīng)用”與“近遷移”上,學(xué)優(yōu)生與學(xué)困生存在顯著性差異。4學(xué)困生的遷移與教從本研究結(jié)果來看,學(xué)困生在元素化合物知識的“簡單應(yīng)用”和“近遷移”上存在一定認知困難。其主要原因在于學(xué)困生在長時記憶的轉(zhuǎn)化上采取復(fù)述形式,主要是機械記憶;所持有的知識是孤立、分散的,需要提示或引導(dǎo)才能完成問題解決;不懂得原有認知結(jié)構(gòu)的利用,不注重經(jīng)驗的總結(jié)與規(guī)律的摸索。顯然,學(xué)困生學(xué)習(xí)元素化合物知識的方法有待改進。然而,要實現(xiàn)學(xué)習(xí)的華麗轉(zhuǎn)身,就要學(xué)會知識的遷移與應(yīng)用?！盀檫w移而教”是教育界的共識,也是學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的根本目標。通過對本研究“近遷移”測試結(jié)果及對學(xué)生訪談的分析,可得出有關(guān)學(xué)習(xí)遷移的三點啟示。4.1本研究．“近遷移”部分的認知遷移問題學(xué)習(xí)遷移是已經(jīng)獲得的知識、動作技能、情感和態(tài)度對新的學(xué)習(xí)的影響。其前提在于學(xué)生必須領(lǐng)會了已習(xí)得的知識,否則遷移也就成了無源之水。例如,本研究中的“近遷移”測試題[(測試題9(2)]已知Co與Fe的性質(zhì)相似,寫出Co與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。這是一道簡單的遷移題,能否成功解決取決于學(xué)生能否順利寫出已學(xué)過的Fe與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。根據(jù)羅耶(J.M.Royer)的認知遷移理論,遷移的可能性取決于在記憶搜索過程中遇到相關(guān)信息或技能的可能性。所以,學(xué)生充分領(lǐng)會已習(xí)得的相關(guān)信息或技能是成功遷移的必要條件。4.2經(jīng)驗的具體化過程問題解決過程中的一個關(guān)鍵就是通過對當前問題的合理表征,將這種生成的問題表征與已有的知識經(jīng)驗中的問題類型進行類比,然后將已有的知識經(jīng)驗具體運用到當前問題情境中,這種問題的類化和已有知識經(jīng)驗的具體化過程即為遷移的過程。例如,本研究中的“近遷移”測試題[測試題9(1)]已知Co與Fe的性質(zhì)相似,判斷CoCl2露置在空氣中能否穩(wěn)定存在。顯然,CoCl2的性質(zhì)對學(xué)生來說是陌生的,但由已知信息Co與Fe的性質(zhì)相似,從而可知CoCl2的性質(zhì)可類比于FeCl2,由于Fe2+具有較強的還原性,露置在空氣中容易被氧化,因而FeCl2露置在空氣中不能穩(wěn)定存在,從而判斷CoCl2露置在空氣中不能穩(wěn)定存在。顯然,要使遷移得以實現(xiàn),學(xué)生必須懂得類比的使用,把新舊兩個問題(或課題)相互聯(lián)系起來,使它們包含在一個統(tǒng)一的分析與綜合過程中。4.3元素化合物的合成—形成系統(tǒng)的認知結(jié)構(gòu)根據(jù)布魯納的學(xué)習(xí)理論,學(xué)習(xí)是認知結(jié)構(gòu)的組織與重新組織。認知結(jié)構(gòu)的形成是進一步學(xué)習(xí)和理解新知識的重要內(nèi)部因素和基礎(chǔ)。例如,“近遷移”測試題9(1)中的五道判斷題,分別建立在以下知識的基礎(chǔ)上:Fe2+具有較強的還原性,Fe3+具有較強的氧化性;FeCl2露置在空氣中易被氧化;Fe與Cl2反應(yīng)生成FeCl3;Fe與S反應(yīng)生成FeS。學(xué)生原有認知結(jié)構(gòu)中鐵及其化合物的相關(guān)性質(zhì)直接影響著鈷及其化合物性質(zhì)的判斷。顯然,原有認知結(jié)構(gòu)不僅決定新的學(xué)習(xí)能否產(chǎn)生,而且決定了它的保持和在新情境中的遷移。學(xué)生認知結(jié)構(gòu)中如果存在一些錯誤概念