中學(xué)生“燃燒”核心概念的認(rèn)知研究 論文

中學(xué)生“燃燒”核心概念的認(rèn)知摘要：燃燒是中學(xué)生在化學(xué)概念學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的與日常生活經(jīng)驗(yàn)最密切的第一個(gè)核心概念。本研究試圖探查中學(xué)生關(guān)于“燃燒”核心概念的認(rèn)知水平和相異構(gòu)想，為中學(xué)化學(xué)教與學(xué)提供借鑒或建議。首先，對(duì)燃燒概念進(jìn)行概念界定，將其從5個(gè)維度（燃燒條件、燃燒產(chǎn)物、燃燒現(xiàn)象、燃燒變化、滅火原理）做了拆解；其次，編制二spss13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明不同教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)會(huì)影響學(xué)生對(duì)燃燒概念的認(rèn)知。關(guān)鍵詞：核心概念；燃燒；認(rèn)知水平一、研究理論1.燃燒的教育教學(xué)分析（1）國(guó)內(nèi)義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)2011年，義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）第七單元“燃料及其利用”明確提出了要求：第一，絕大部分的內(nèi)容要求程度僅限于了解、認(rèn)識(shí)，知道，可見(jiàn)對(duì)義務(wù)教育階段的學(xué)生要求不高，知識(shí)水平層次較低；第二，強(qiáng)調(diào)燃燒相關(guān)知識(shí)包括燃燒條件、燃燒現(xiàn)象、燃燒產(chǎn)物、燃燒變化和滅火原理要求能夠運(yùn)用的，這也是本研究的重點(diǎn)內(nèi)容；第三，發(fā)現(xiàn)義務(wù)教育階段學(xué)生對(duì)燃燒的理解主要來(lái)源于生活經(jīng)驗(yàn)，所涉及到的知識(shí)也是與生活密切相關(guān)的，可以幫助學(xué)生建立化學(xué)與生活的聯(lián)系；第四，從情感上對(duì)學(xué)生提出了要求，認(rèn)識(shí)使用和開(kāi)發(fā)清潔燃料及各種能源的重要性，了解事物的兩面性，學(xué)會(huì)辯證地看待問(wèn)題。（2）國(guó)內(nèi)高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)燒在高中階段主要涉及到四本書，都是從能量和能源的角度來(lái)闡述的，義務(wù)教育階段在這兩方面已經(jīng)做出了初步要求，高中階段的要求則是應(yīng)用到具體的實(shí)例中，從具體的實(shí)例中感受燃燒的能量變化，更多的是強(qiáng)調(diào)燃燒產(chǎn)生的能量，而不是燃燒概念本身。在化學(xué)必修1學(xué)習(xí)鈉的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，講到鈉具有可燃性，鈉不僅在空氣中可以燃燒，在氯氣中也可以燃燒，這與義務(wù)教育階段燃燒概念的定義，即通常情況下，在氣（或氧氣）中發(fā)生的發(fā)光放熱的劇烈的氧化反應(yīng)是相違背的，因此，燃燒這一概念在高中階段做了更深層次的拓展?；诖?，本研究猜想不同年級(jí)的學(xué)生對(duì)燃燒的理存在差異性，并進(jìn)行了實(shí)證探究。2．燃燒概念的界定經(jīng)過(guò)閱讀大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，以及對(duì)初中教材的對(duì)比分析，本研究將燃燒概念界定為：在一定條件下，可燃物與助燃劑（不一定是空氣或氧氣）發(fā)生的發(fā)光放熱的不可逆的反應(yīng)。依據(jù)國(guó)內(nèi)外研究狀況和初測(cè)問(wèn)卷結(jié)果，本文對(duì)“燃燒”概念做了歸納整理，其中核心概念是具有持久和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法，本文中”概念。子概念即核心概念覆蓋下的小的零碎的知識(shí)點(diǎn)。本研究將燃燒核心概念從五個(gè)維度上做了劃分，即燃燒條件、燃燒產(chǎn)物、燃燒現(xiàn)象燃燒變化和滅火原理。每個(gè)維度都包含若干個(gè)子概念，也就是總共十四個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)具有不同的考察目的。二、實(shí)證研1.設(shè)計(jì)探測(cè)工具——二段式問(wèn)卷基于前期大量的文獻(xiàn)閱讀和對(duì)燃燒相關(guān)內(nèi)容的解讀，制定了二段式問(wèn)卷來(lái)探查學(xué)生關(guān)于燃燒概念存在哪些相異構(gòu)想。問(wèn)卷主要包括兩種題型，一是簡(jiǎn)答題(包括開(kāi)放題和提升題)，二是選擇題，每道題目都是從不同維度來(lái)考察學(xué)生對(duì)燃燒概念的理解的。此外，在問(wèn)卷實(shí)施之前進(jìn)行了抽樣測(cè)查和大樣本數(shù)據(jù)分析，檢驗(yàn)了樣本的信度與效度，并制定了嚴(yán)格的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。2.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析首先利用spss軟件對(duì)九年級(jí)普通班、重點(diǎn)班和高一年級(jí)普通班所有學(xué)生的燃燒整體認(rèn)知水平的數(shù)據(jù)做了描述性統(tǒng)計(jì)分析，為后續(xù)討論分析做準(zhǔn)備對(duì)九年級(jí)普通班和高一普通班的幾個(gè)具有有代表性的描述性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和方差）做了整理，并分別做出了相應(yīng)的直觀條形統(tǒng)計(jì)圖和曲線圖，其中在做統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中，將“九年級(jí)”定義為“1”、“高一年級(jí)”定義為“2”：從上述表格可以知道，高一年級(jí)的平均分高于九年級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)差和方差均低于九年級(jí)可見(jiàn)高一年級(jí)的整體得分與九年級(jí)相比較集中（離散程度不是很大），得分也較高，初2步說(shuō)明高一年級(jí)對(duì)燃燒概念的整體認(rèn)知水平要高于九年級(jí)。圖1九年級(jí)某班級(jí)頻數(shù)分布圖2高一某班級(jí)頻數(shù)分布由圖1和圖2兩個(gè)條形統(tǒng)計(jì)圖可以很直觀的比較出，兩個(gè)年級(jí)的整體得分都成正態(tài)分布，且高一年級(jí)得到高30分左右）的學(xué)生較九年級(jí)要多，即對(duì)燃燒概較高認(rèn)知水平的人數(shù)較多，從而說(shuō)明教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)生認(rèn)知水平的影響是比較大的。三、研究結(jié)論與1.研究結(jié)論（1）學(xué)生關(guān)于“燃燒”概念存在的相異構(gòu)想有些相異構(gòu)想是受生活經(jīng)驗(yàn)的影響，在燃燒概念的學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有有意識(shí)的擺脫生活經(jīng)驗(yàn)的干擾；有些相異構(gòu)想是在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的，當(dāng)所學(xué)新知識(shí)與已有舊知識(shí)發(fā)生矛盾的時(shí)候，認(rèn)知沖突沒(méi)有得到及時(shí)的解決；還有些相異構(gòu)想并不是一開(kāi)始就是錯(cuò)的，在燃燒概念的學(xué)習(xí)后更接近科學(xué)模型。也正是因?yàn)橛羞@些相異構(gòu)想的存在，學(xué)生才會(huì)意識(shí)到自己對(duì)哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解不科學(xué)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中有意識(shí)的朝著科學(xué)認(rèn)知的方向改變自己對(duì)燃燒概念的理解。對(duì)于已經(jīng)從事或即將從事教育行業(yè)的人來(lái)說(shuō)，明確學(xué)生對(duì)概念存在哪些相異構(gòu)想，才會(huì)更有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)取得更好的效果?；趯?duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、教科書、問(wèn)卷數(shù)據(jù)的剖析，筆者對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)燃燒概念的過(guò)程存在的相異構(gòu)想做了如表4的梳理：表4學(xué)生關(guān)于“燃燒”概念存在的相異構(gòu)想研究對(duì)象相異構(gòu)想①只有在氧氣（空氣）中才能燃燒；②利用物質(zhì)燃燒時(shí)有無(wú)火焰產(chǎn)生定義該物質(zhì)是否為可燃物，且對(duì)于一些熟悉的物質(zhì)（氮?dú)?、二氧化碳、石頭等）也辨別不出其是否具有可燃性；③僅僅從燃燒過(guò)程中物質(zhì)的（狀態(tài)、重量等）直觀感覺(jué)上解釋燃燒過(guò)程是一化學(xué)變化；④九年級(jí)、對(duì)參與蠟燭燃燒過(guò)程的氧氣（空氣）或二氧化碳?xì)怏w的化學(xué)性高一年級(jí)質(zhì)認(rèn)識(shí)不全面甚至錯(cuò)誤（比如：氧氣和二氧化碳具有可燃性）；⑤對(duì)火焰成分和蠟燭剛熄滅是產(chǎn)生的白煙認(rèn)識(shí)缺乏科學(xué)性；⑥對(duì)降低可燃物至著火點(diǎn)以下和降低周圍環(huán)境溫度至著火點(diǎn)以下認(rèn)識(shí)模糊；⑦意識(shí)不到化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中分子的分裂和原子的重新組合，對(duì)不同原子的大小，不同分子的組成以及分子個(gè)數(shù)比沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)。⑧不會(huì)應(yīng)用質(zhì)量守恒定律。（2）學(xué)生關(guān)于“燃燒”概念的認(rèn)知具有進(jìn)階性基于問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果和訪談的分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)燃燒概念的認(rèn)知還存在一定的進(jìn)階性。隨著學(xué)生受教育經(jīng)驗(yàn)、理解能力以及受教育水平的增長(zhǎng)，學(xué)生對(duì)“燃燒”概念的認(rèn)知也在逐漸接近科學(xué)模型。在本研究中筆者將學(xué)生的認(rèn)知水平劃分為5個(gè)層次，由低到高依次為水平1、水平2、水平3、水平4和水平5。學(xué)生關(guān)于“燃燒”核心概念認(rèn)知水平的進(jìn)階示意圖如圖3所示：圖3學(xué)生關(guān)于“燃燒”核心概念認(rèn)知水平的進(jìn)階示意圖每個(gè)水平的進(jìn)階都是以前面所有水平為基礎(chǔ)的，水平之間以一種層層遞進(jìn)的關(guān)系相3互牽制著，這就要求學(xué)生學(xué)會(huì)新舊知識(shí)之間有意義的建構(gòu)和轉(zhuǎn)化。2.研究建議課程標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)多維度考慮問(wèn)題；教材編寫要重視學(xué)生多方面的能力；教師教學(xué)策略要多樣化；注重學(xué)生情感的培養(yǎng)。四、研究不足與完善量表，測(cè)量學(xué)生核心概念方式需多樣化，同時(shí)擴(kuò)大樣本的容量；深化研究，明晰認(rèn)知進(jìn)階層次；缺乏教學(xué)干預(yù)，教研與實(shí)踐相結(jié)合，針對(duì)學(xué)生關(guān)于燃燒概念的相異構(gòu)想，在教學(xué)時(shí)要注意。后續(xù)筆者將制定詳細(xì)的訪談提綱，采用訪談的形式，進(jìn)一步研究學(xué)生關(guān)于燃燒的迷思概念。參考文獻(xiàn)[[[1]義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2011.2]周玉芝.中學(xué)化學(xué)核心概念的界定與選取[J].中國(guó)教師.2014，12(：76-793]盧姍姍，畢華林.近二十年國(guó)際科學(xué)概念學(xué)習(xí)研究的內(nèi)容分析[J].全球教育展望，2015，44(419-27.附錄1中學(xué)生“燃燒”核心概念認(rèn)知調(diào)查問(wèn)卷同學(xué)你好！你現(xiàn)在拿到的是關(guān)于燃燒概念認(rèn)知的調(diào)查問(wèn)卷。請(qǐng)如實(shí)填寫，一定要把自己思考和理解的過(guò)程詳細(xì)寫出來(lái)，不計(jì)成績(jī)，不要有任何負(fù)擔(dān)，純?yōu)楦拍罾斫庋芯?。感謝您的合作！姓名：一、簡(jiǎn)答題年（班）級(jí)：1我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)燃燒？請(qǐng)解釋。2沒(méi)有空氣能夠燃燒嗎？請(qǐng)回答并解釋。3是否所有的物質(zhì)燃燒前后一樣？請(qǐng)回答并解釋。4氧氣的用途是什么？如果純氧用來(lái)幫助燃燒會(huì)有什么不同？5請(qǐng)給下列物質(zhì)進(jìn)行分類？木炭、水、石油、天然氣、二氧化碳、稀有氣體、氮?dú)?、酒精、石蠟、塑料、玻璃、紅磷、石頭、硫、橡膠、鐵絲、純氧、鎂、銅絲、紙具有可燃性：不具有可燃性：如圖Ⅰ所示，在燃燒杯中放入梯形鐵皮架，往兩個(gè)階梯上固定兩根蠟燭，將蠟燭點(diǎn)燃，將二氧化碳?xì)怏w沿著漏斗往燒杯慢慢地倒下去，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析。圖Ⅰ圖Ⅱ二、選擇題7木材燃燒時(shí)有東西產(chǎn)生嗎？A有，產(chǎn)生白煙和熱量B沒(méi)有，看不見(jiàn)有什么產(chǎn)生D有，因?yàn)槟静闹兴謥G失C有，產(chǎn)生黑煙，即炭黑E有，發(fā)生了化學(xué)變化，有新物質(zhì)產(chǎn)生8如圖Ⅱ，是一支燃燒著的蠟燭，在蠟燭上方罩一個(gè)氣罐，不一會(huì)兒，氣罐里的蠟燭熄滅了，回答下列問(wèn)題圖Ⅱ（1）蠟燭燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生火焰，請(qǐng)問(wèn)火焰是由什么組成的？A火元素和氧元素C火和熱量B石蠟蒸氣、二氧化碳和水蒸氣D一些碳?xì)浠衔?，即炭黑E火無(wú)實(shí)質(zhì)，是由于燃燒時(shí)光折射產(chǎn)生（2）蠟燭為什么還會(huì)燃燒一會(huì)，才熄滅，是因?yàn)?？A氣罐里還有部分氧氣，氧氣具有可燃性B氧氣密度比空氣大，在下降的過(guò)程中使蠟燭熄滅C氣罐里還有部分氧氣，氧氣支持燃燒D氣罐里的空氣中含有部分具有可燃性的氣體（3）蠟燭剛熄滅時(shí)會(huì)產(chǎn)生白煙，白煙成分是什么？A二氧化碳和水蒸氣C碳、氧氣和石蠟B石蠟、二氧化碳和水蒸氣D石蠟固體小顆粒（4）你認(rèn)為蠟燭上的蠟發(fā)生了什么變化？A變成液體B變成石蠟蒸氣C變成其他氣體D消失了(5)蠟燭燃燒過(guò)程發(fā)生了什么變化？A化學(xué)變化B物理變化C既有化學(xué)變化，又有物理變化D不知道（6）氣罐里的空氣發(fā)生變化了嗎？請(qǐng)解釋。A質(zhì)量增加B質(zhì)量減少C沒(méi)變化D不知道9.一個(gè)學(xué)生在坩堝中加熱6g鎂帶，燃燒至白色粉末，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)燃燒過(guò)的鎂進(jìn)行稱重，發(fā)現(xiàn)重量為10g，請(qǐng)問(wèn)為什么鎂的質(zhì)量增加了？A空氣中的氧氣與鎂混合，所以重量增加B鎂被加熱發(fā)生膨脹，所以重量增加C鎂與空氣中的氧氣發(fā)生了反應(yīng)，所以重量增加D鎂從火焰中得到了熱量，所以重量增加E結(jié)果是不可能的，重量