概念转换理论指导下高中电化学教学设计的研究与实践_电化学论文

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      根据建构主义学习理论，学生在学习科学概念之前头脑中已经存在了一些模糊甚至是错误的认识，这些认识与科学家理解的科学概念不一致甚至与其相违背。这些认识被称为“迷思概念”。忽视学生迷思概念的教学不仅会对学生科学概念的建构造成一定的障碍，还会使学生失去探索科学知识的能力与兴趣。因此，秉承以实据为基础的教学研究思想，在辨明学生已有知识经验的基础上，设计教学活动以促进学生的迷思概念向科学概念转变。

      国际上关于概念转变的理论研究与实践，经历了从迷思概念探查到概念转变模式和策略探索的过程。在这些研究中，许多研究者对概念转变的条件和因素进行了探索。Posner等人提出概念转变必须具备不满足、可理解性、合理性和有效性的4个条件[1]。关于概念转变的影响因素，许多研究者强调了概念本身的特点、学生自身的因素以及课堂情境等教学因素。Posner等人将认识论信念、动机、课堂情境等因素称为“概念生态圈”[2]，强调了学生所具有概念的整体环境对迷思概念转变的影响。

      除了要考虑影响概念转变的条件和因素，采取何种模式和策略帮助学生有效地转变迷思概念，也是学者们研究的热点之一。Nussbaum和Novick曾提出NN三步教学模式[3]，包括辨明迷思概念、引入与其相冲突概念和形成新概念图式；Drive和Oldham提出DO五步教学步骤[4]，其教学顺序有：引导学生兴趣的定向、引出学生的想法、学生想法重组、应用新想法、回顾想法的改变；还有美国生物科学课程研究机构提出了5E模式等。目前概念转变教学策略的研究成果主要分为2类：一类是建立在认知冲突与解决冲突基础上的策略，另一类是建立在学生已有观念基础上的策略[5]。由此可见，对概念转变的理论和实践研究已经对教学产生重要影响。

      电化学概念在中学化学教学中占有非常重要的地位。电化学概念多且抽象，如氧化还原反应、电解质溶液、离子反应、原电池与电解池的概念及其构成条件、电极的判断及电池反应方程式等。为了掌握这些概念，学生需从宏观、微观和符号的3个层次进行理解。例如，对电池反应的现象及产物的判断是基于宏观上的理解；而电子和离子的移动、盐桥的知识则要求学生运用微观想象能力加以理解；电离方程式、电极反应式等化学用语的呈现需要学生的符号抽象思维能力。因此，电化学概念的转变必须采用恰当的模式和策略，帮助学生将宏观、微观和符号3者进行有机地融合。本研究就是试图从概念转变的理论视角获取实现电化学概念转变的教学实据。

      一、迷思概念的探查

      在实现概念转变的教学中，首要的任务是要辨别学生的迷思概念。从探查学生的迷思概念入手，以高二年级的学生为探查对象，通过问卷调查和访谈，了解他们有关电化学学习的迷思概念。二段式测验法是诊断学生迷思概念的有效方法之一，编制了包含11个二段式测查试题的调查问卷，每题的第一段要求学生依据自己对概念的理解，根据题干，在所给的选项中选出1或2个正确的选项；在该题的第二段，学生需选出或写出为何持有此种理解的理由。Peterson和Treagust指出，只有同时答对试题的2个部分才能认为学生对这道题涉及的概念有了正确的理解，否则就有可能存在迷思概念[6]。对被试进行了闭卷测试，收回有效问卷164份。用SPSS 17.0对探查问卷的正答率进行了处理与分析，结果如下页表1。

      结合调查问卷和访谈的结果，可以看出学生电化学学习中存在的迷思概念状况（见下页表2）。这个分析结果表明，本次受试的高二学生在电化学概念学习上普遍存在迷思概念，个别问题揭示的迷思概念还十分严重。本研究在此基础上对教学实践进行设计和探索。

      

      

      二、教学实践模式的设计

      根据概念转变的理论，本研究采用了综合实施的教学模式（如图1），该模式强调系统地对电化学概念教学的效果进行提升。在该模式中，首先是教学实践的准备阶段。这个阶段以探查学生的迷思概念为主，并针对电化学概念和学生的特征进行一定分析，结合教学内容预设实验和问题情境。

      

      科学概念的建构阶段是本研究的教学实践模式中最核心的构成部分，该阶段的关键是创设问题情境、选择教学策略引发学生认知冲突；再通过探究、交流与讨论帮助学生解决认知冲突、自主构建科学概念。根据电化学概念的特征，采用了实验和合作学习为主的教学策略，如PEODE[7]策略，该策略包括以下5个环节：预测（Predict）、解释（Explain）、观察（Observe）、讨论（Discuss）和解释（Explain）。针对学生认为作负极的总是活泼性较强的金属的迷思概念，具体活动设计见表3。

      在建构科学概念阶段，除了运用PEODE策略，还采用了类比等支架式教学策略。例如，为了让学生更好地理解原电池产生电流的原因，利用学生已熟悉的概念：水位差使得水往低处流；也利用了物理课中学过的电势差知识帮助学生理解电子从锌流到铜是因为两者之间有电势差。

      另外，多媒体在创设良好的学习环境和帮助学生解决认知冲突中也起了积极的作用。学生学习电化学概念的主要困难是微观角度的理解，因为高中生的抽象思维能力还不够强，而多媒体计算机辅助教学可以变抽象为具体，变静态为动态，揭示化学变化过程的微观实质，有利于帮助学生认识到自己原有概念的不足并产生接受新概念的意愿。例如，可用计算机软件模拟锌铜原电池、电解氯化铜溶液中电子、离子的移动过程；又如，当用投影仪将电解氯化铜的实验现象放大了数十倍时，能看到学生的学习热情明显高涨。

      

      考虑到迷思概念的顽固性，在教学实践模式中还设计了巩固拓展与反思对比的阶段。即试图通过类似情境的创设，鼓励学生运用新建构的科学概念解决实际问题，从而体验到新概念的有效性，更好地抓住概念的实质。例如，在原电池新课结束后，安排了类似情境的当堂练习：根据

这一反应设计原电池；课后又请学生针对电池的利弊及未来电池开发的趋势等方面撰写研究性学习报告。此外，通过让学生回顾和反思自己迷思概念转变的过程，找出原有概念中的不合理之处，最终达到对科学概念真正理解和接受。例如，在学完金属的腐蚀后，设计了如下反思问题：（1）你能准确地说出金属腐蚀的含义吗？和你原来认识的金属腐蚀有什么区别？（2）你能清晰地解释钢铁是怎样被腐蚀的吗？能举出生活中类似的例子吗？

      总之，本研究的教学实践模式旨在辨明学生迷思概念的基础上，通过一定的教学策略帮助学生建构概念，最后通过巩固训练和学生的反思实现迷思概念的真正转变。

      三、教学实践结果

      为检验教学实践模式的效果，采用了比较研究，并用SPSS 17.0对收集的数据进行了处理和分析。从本校的高二年级中挑选了学习和教学情况最为相似的2个班的学生作为研究对象，采取抽签的方式把2个班随机分成实验班和控制班，其中实验班47人（男生36人，女生11人）；控制班48人（男生36人，女生12人）。以高二上学期开学初的摸底考试成绩表示学生实验前的化学学习水平；用自编的“高中电化学概念测试问卷A”探查了被试的电化学迷思概念，并将此次成绩作为电化学迷思概念转变有效性的前测成绩。然后在实验班用概念转变理论指导下的教学设计进行教学，注意了无关变量的控制。在进行了为期1个月的教学实践后，再用笔者自编的“高中电化学概念测试问卷B”进行了后测。为了方便结果的统计与分析，前测卷和后测卷的探查内容及对应题号均相同，且每道题满分赋5分，若第一段和第二段答案均正确得5分，若仅第一段正确得3分，2段均不正确赋0分，共11道题，总分55分。

      对研究对象的上述3次测试成绩分别进行独立样本的t检验，结果见表4。

      

      结果显示，实验班和控制班在实验前化学学习水平无显著性差异（

=-0.238，p＞0.05）；测试卷A成绩数据表明，实验班和控制班在学习选修电化学内容之前对电化学相关概念的理解水平没有显著性差异（

=0.146，p＞0.05）；从测试卷B成绩数据可以看出，实验班和控制班成绩有显著性差异（

=4.013，p＜0.05），说明实施不同教学设计后取得的教学效果明显不同。

      为了进一步证实学生迷思概念的转变，将前测卷和后测卷的探查内容进行了分类，并对实验班和控制班学生的电化学迷思概念的转变程度逐一进行了比较分析，如表5。

      

      从数据的分析和图2可以看出，教学后，实验班和控制班学生的迷思概念都得到了一定程度的转变，且实验班的绝大部分迷思概念的转变程度显著高于控制班，说明本研究的教学实践模式有利于帮助学生转变迷思概念，建构科学概念。其中，第1、5题概念转变程度不大，主要是因为第1题为基础题，在前测中答题情况已比较好；在回答第5题时，部分学生认为锌或铁不与氯化钠溶液反应，不能构成原电池，说明部分学生对吸氧腐蚀还是存在着较为典型的迷思概念。

      

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