构建知识网络图对学生化学方程式学习影响的研究，本文主要内容关键词为：化学方程式论文,网络图论文,知识论文,学生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
化学方程式作为一种符号语言，是学习化学的重要工具，它有助于学生深刻理解化学反应的实质，更好地掌握物质的化学性质。学生能否正确书写化学方程式，直接影响学生学习化学的水平。因此，化学方程式学与教的研究受到国内外学者的广泛重视。这些研究主要集中在以下几个方面：关于方程式的记忆问题，国外对于记忆方程式多持慎重态度[1]，国内重视指导学生如何记忆化学方程式[2]；关于方程式的配平问题，国外的多数研究者认为，要帮助学生正确配平化学方程式，必须首先指导他们理解化学方程式的意义[3，4]，国内则侧重于研究配平化学方程式的方法和技巧[5]；对于化学方程式隐含意义的理解，国外重点强调学生对化学方程式所表示的化学反应过程的理解，国内大多是强调理解的重要性或归纳理解化学方程式的要点[6]，也有学者通过测试考查学生对化学方程式中简单符号以及化学变化意义的理解[7，8]；国内有关化学方程式计算问题的研究文献数量繁多，其研究的重点在于总结化学方程式计算问题的技巧，国外则侧重于研究影响化学方程式的计算的因素[9]。
上述研究主要是从教师教的角度揭示了化学方程式教学的规律，而较少关注从学生学的角度研究影响化学方程式学习的因素。从理论上分析，通过学生自主地构建知识网络图，提高化学知识的结构化和层次化水平，可以促进学生对化学方程式的学习[10]。那么这种影响具体表现在哪些方面？为此，我们以高中一年级学生为对象，对学生构建知识网络图的水平及其化学方程式学习的效果进行了测查，以深入了解构建知识网络图对学生化学方程式学习的影响。
二、研究方法与程序
1.被试
施测被试来自笔者所任教的汶上县第一中学高一(5)班和高一(6)班的学生，其中高一(5)班35人，高一(6)班35人。2个班学生人数相等，并严格按录取成绩等组编班。因此，可以认为2个班学生水平基本相当。
2.测量工具
(1)知识网络图评价标准。参考有关文献[11]，我们对学生构建的物质间相互反应的知识网络图按照物质种类、联系数目、层次水平数目、正确命题数目进行统计赋分。赋分标准为：物质种数赋分＝物质种数；联系数目赋分＝联系数目；层次水平赋分＝层次水平数目×4；正确命题赋分＝正确命题数目×2。
(2)化学方程式测试题。根据学生复习的内容，分别编制简单化学反应方程式和复杂化学反应方程式测试题，以测查学生化学方程式的学习水平。
3.研究程序
(1)在复习硫元素及其化合物知识时，选择高一(6)班为实验班，高一(5)班为对照班。实验班的学生通过自主构建硫元素知识网络图进行复习，对照班的学生则按照传统的教学思路进行复习。然后，对2个班的学生进行有关硫元素及其化合物的化学反应方程式学习的测试，并对所有数据进行统计赋分。
(2)在复习氮元素及其化合物知识时，选择高一(5)班为实验班，高一(6)班为对照班。实验班的学生通过自主构建氮元素知识网络图进行复习，对照班的学生则按照传统的教学思路进行复习。然后，对2个班的学生进行有关氮元素及其化合物的化学反应方程式学习的测试，并对所有数据进行统计赋分。
(3)对所有统计结果进行分析，了解构建知识网络图对学生化学方程式学习的影响。
4.数据处理
所有数据全部采用SPSS 11.0 FOR WINDOWS软件包进行统计处理。
三、研究结果与分析
1.知识网络图的测查结果及分析
(1)知识网络图的结构分析
对高一(6)班学生绘出的硫元素知识网络图，采用主成分分析法进行因素分析，结果见表1。对高一(5)班学生绘出的氮元素知识网络图采用主成分分析法、方差最大旋转法进行因素分析，旋转后的因素载荷矩阵见表2。
表1 成分矩阵
Component
1
物质赋分.753
联系赋分.759
层次赋分.850
命题赋分.873
表2 两因素载荷矩阵
Component
12
物质赋分.729 .177
联系赋分.445 .676
层次赋分.852 .194
命题赋分.211 .791
从高一(6)班学生绘出的硫元素知识网络图我们只提取出了1个主成分。而从高一(5)班学生绘出的氮元素知识网络图则提取出了两个主成分，从两因素载荷矩阵可以看出，这两个主成分反映了知识网络图的两个不同维度，即：层次化水平（包括物质赋分、层次赋分）和结构化水平（包括联系赋分、命题赋分）。由于硫元素、氮元素知识层次性的差异，两个班级在知识网络图的结构上存在着一些差异，也是正常的。因此，我们认为知识网络图有两个不同维度，即：层次化水平和结构化水平。我们确定层次化水平和结构化水平赋分标准为：层次化水平赋分＝物质种数赋分+层次水平赋分；结构化水平赋分＝联系数目赋分+正确命题赋分。
(2)知识网络图的信度分析
知识网络图信度以Cronbacha系数为同质性信度的指标，结果表明硫元素知识网络图信度为0.82，氮元素知识网络图信度为0.89。另外，我们还分析了各部分赋分间以及各部分赋分与总赋分之间的相关，结果硫元素知识网络图各部分赋分间的相关介于0.372～0.509之间，属于中度正相关；氮元素知识网络图各部分赋分间的相关介于0.035～0.399之间，属于中低度正相关。说明各部分赋分方向一致，但各部分赋分也有一定独立性。而硫元素知识网络图各部分赋分与总赋分的相关介于0.713～0.885之间，呈高度正相关。氮元素知识网络图各部分赋分与总赋分的相关介于0.486～0.520之间，呈中高度正相关。说明各部分赋分与总赋分间相当一致。
(3)知识网络图的实证效度分析
以硫元素知识网络图总赋分为预测项，以有关硫元素及其化合物知识的复杂方程式总成绩为被预测项，进行回归分析，得表3。以氮元素知识网络图总赋分为预测项，以有关氮元素及其化合物知识的复杂方程式总成绩为被预测项，进行回归分析，得表4。
表3 回归分析
回归系数
t值
F=20.847 P＜0.001 R=0.628
总赋分 0.2154.566
表4 回归分析
回归系数
t值
F=23.689 P＜0.001 R=0.646
总赋分 0.2564.867
回归的方差分析显示F值非常显著，这说明知识网络图总赋分与复杂方程式总成绩之间有显著的线形关系。结果表明，知识网络图总赋分对复杂方程式总成绩的预测效果达到非常显著水平。
2.化学方程式学习的测查结果及分析
(1)简单化学方程式学习的测查结果及分析
在复习硫元素知识时，我们要求实验班和对照班的学生分别写出
和
反应的化学方程式。然后，按照反应物、生成物、反应条件（包括外部反应条件，如温度、压强、催化剂等和
等符号）、配平4个方面分别进行统计赋分，再求出其所得总分，并就所有赋分项进行方差分析，得表5。
在复习氮元素知识时，我们要求实验班和对照班的学生分别写出
和反应的化学方程式。然后，按照反应物、生成物、反应条件、配平4个方面分别进行统计赋分，再求出其所得总分，并就所有赋分项进行方差分析，得表6。
表5 方差分析
F Sig.
反应物 . .
生成物 . .
条件 5.508022
配平. .
总分 5.508
.022
表6 方差分析
F Sig.
反应物 . .
生成物 . .
条件 9.062 .004
配平
. .
总分 9.062 .004
对高一(6)班学生的硫元素知识网络图赋分和对应的简单化学方程式得分之间做相关分析得表7。对高一(5)班学生的氮元素知识网络图赋分和对应的简单化学方程式得分之间做相关分析得表8。
表7 相关分析
层次化水平结构化水平总赋分
条件 0.342**0.296* 0.397**
总分 0.342**0.296* 0.397**
注：*p＜0.05，**p＜0.01。
表8 相关分析
层次化水平结构化水平总赋分
条件 0.598**
0.324* 0.517**
总分 0.598**
0.324* 0.517**
注：*p＜0.05，**p＜0.01
从以上数据可以看出，让学生自主构建知识网络图可以提高其书写简单化学方程式的总分。而对于总分的提高，仅仅是通过自主构建知识网络图提高了反应条件的赋分来实现的，让学生自主构建知识网络图对于反应物、生成物、配平3个方面的赋分都没有产生任何影响。
进一步分析，学生知识的层次化水平与化学反应条件赋分显著正相关，这说明提高学生知识的层次化水平可以明显的促进学生对于简单化学方程式反应条件的书写。学生知识的结构化水平与化学反应条件赋分也有着较为显著的正相关系数，这说明提高学生知识的结构化水平也可以在一定程度上促进学生对于简单化学方程式反应条件的书写。
综上分析，我们认为学生对于简单化学方程式的“学习”，实质上就是对于简单化学方程式的“记忆”和“程序化操作”，通常是先“背出”反应物，再“背出”生成物，然后再去“配平”方程式，最后“背出”反应条件，书写化学方程式就成了一个程序化的操作和背诵过程，而没有去建构该方程式的意义。简言之，学生自主构建知识网络图对学习简单化学方程式产生了影响，只是因为学生在自主构建知识网络图的过程中提高了相关化学知识的层次化和结构化水平，进而促进了对简单化学方程式中一些“非程序化”细节（反应条件）的“记忆”。
(2)复杂化学方程式学习的测查结果及分析
在复习硫元素知识时，我们首先要求实验班和对照班的学生以
、空气、为原料设计一定的步骤制备硫酸并分别写出每步反应的化学方程式。然后，选取复杂的化学方程式
为测查对象，按照反应物、生成物、反应条件、配平、总分5个方面分别进行统计赋分，并对所有赋分项进行方差分析，得表9。
在复习氮元素知识时，我们首先要求实验班和对照班的学生以、空气、为原料设计一定的步骤制备硫酸并分别写出每步反应的化学方程式。然后，选取复杂的化学方程式
为测查对象，按照反应物、生成物、反应条件、配平、总分5个方面分别进行统计赋分，并对所有赋分项进行方差分析，得表10。
表9 方差分析表
F Sig.
反应物 .072
.789
生成物 5.769 .019
条件1.189 .279
配平 .154 .696
总分 .942 .335
表10 方差分析表
FSig.
反应物.287 .594
生成物 10.737 .002
条件 4.087 .047
配平 .017 .895
总分 1.379 .244
对高一(6)班学生的硫元素知识网络图赋分和硫元素复杂方程式得分之间做相关分析得表11。对高一(5)班学生的氮元素知识网络图赋分和氮元素复杂方程式得分之间做相关分析得表12。
表11 相关分析
层次化水平结构化水平 总赋分
生成物 0.269 0.472**
0.492**
条件
0.378*0.586**
0.623**
注：*p＜0.05，**p＜0.01
表12 相关分析
层次化水平结构化水平总赋分
生成物 0.364*0.579** 0.613**
条件0.345*0.582** 0.605**
注：*p＜0.05，**p＜0.01。
从以上数据可以看出，让学生自主构建知识网络图尽管不会显著提高其书写复杂化学方程式的总分。但是，让学生自主构建知识网络图可以显著提高生成物的赋分，并会在一定程度上提高反应条件的赋分。
进一步分析，学生知识的结构化水平与化学反应条件、生成物赋分显著正相关，这说明提高学生知识的结构化水平可以明显地促进学生对于复杂化学方程式反应条件和生成物的书写。学生知识的层次化水平与化学反应条件赋分也有着较为显著的正相关系数，这说明提高学生知识的层次化水平也可以在一定程度上促进学生对于复杂化学方程式反应条件的书写。
综上，我们认为学生对于复杂化学方程式的“学习”，就不再仅仅是一个“记忆”和“程序化操作”的过程，它更是一个建构方程式意义的过程。学生要正确地写出化学方程式，他们必须根据自己掌握的知识推断出生成物和反应条件，相对来说，这就困难得多。学生自主构建知识网络图会对学习复杂化学方程式产生影响，从实质上来说是因为学生在自主构建知识网络图的过程中提高了知识的结构化水平，进而促进了学生知识迁移能力的发展，提升了学生运用知识解决问题的策略化水平，从而提高了学生书写生成物和化学反应条件的赋分。学生自主构建知识网络图还可以促进知识的系统化和层次化，从而促进学生对相关知识的记忆，提升学生对某些“细节知识”的处理能力，进而在一定程度上提高学生书写化学反应条件的赋分。
四、结论
通过自主构建知识网络图虽然不能全面提高学生书写化学方程式的水平，但是它可以提高学生书写化学反应条件和复杂化学反应方程式生成物的赋分。在学生构建知识网络图的过程中，教师要给学生提供适当的帮助和指导，不仅要重视提高学生掌握知识的层次化水平，提升学生对某些“细节知识”的处理能力，而且，更要着重于提高学生知识的结构化水平，进而促进学生迁移能力的发展和策略化水平的提升，从而提高学生书写化学反应条件和生成物的赋分。