基于Rasch模型的初中生化学变化认知水平评价研究_化学方程式论文

对初中生化学变化认识表现水平的评价研究——基于Rasch模型，本文主要内容关键词为：化学变化论文,初中生论文,模型论文,水平论文,评价论文，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。

      初中化学课程与教学通过科学探究等活动帮助学生从常见物质的变化入手，构筑对化学变化的基本认识。学习相同的知识，不同学生的表现存在水平差异。测评学生对化学变化认识的实际水平可以辅助教学诊断，为设计有效教学、促进学生发展提供参考。认识表现水平[1]表示学生经过一段时间学习后，在问题解决过程中所呈现出的对特定领域问题的认识能力；可以通过学生完成的认识任务来反映，这些认识任务可以由一系列输出型动词来表示，譬如布卢姆教育目标分类框架当中提及的提取、解释等[2]。本研究基于Rasch模型开发测评工具，并利用工具测评初中生对化学变化的认识表现水平，分析其认识特点，据此提出教学与评价的相关建议。

      一、研究方法

      已有研究基于Rasch模型开发测评工具进行学生学习水平的评价研究。譬如柳秀峰等[3]提出基于计算机辅助测评工具开发的步骤包括：（1）界定测评框架；（2）设计评价试题；（3）试测及试测题目修订；（4）专家检核题目；（5）正式测试；（6）用Rasch模型确定改进的方面；（7）重复步骤（5）～（6），直到试题和Rasch模型匹配，界定评价量规。该方法被用作对学生化学推理能力的计算机辅助测评研究。本研究是基于计算机软件程序的化学学科学习水平评价研究，因此，在测评工具开发的总体流程上采用上述测评开发步骤。测评工具编制和数据统计基于Rasch模型，用Winsteps、Conquest和SPSS进行数据分析。

      二、研究过程

      1.界定测评框架

      认识表现水平可以通过学生完成的认识任务来反映，认识任务可参照布卢姆教育目标分类框架界定。布氏框架及其修订版将认知过程分为记忆、理解等维度，并用“提取”“举例”等水平动词来描述学生的认知水平，阐述学习水平要求，适用于纸笔测试。但是，布氏框架是去学科背景的，其中有些动词的界定内涵不清，比如总结、诠释、执行、实行、归因等，且不同学科存在较大差异，需要从学科层面对其内涵进行界定。我们参考TIMSS、PISA、NAEP等国际大型测评和中、美、英、日、韩、芬等教育发达国家化学课程标准的学习要求界定，形成本研究的认识任务，见表1。将认识任务和内容（化学变化）结合，融入情境（如金属），形成测评框架。

      2.测评试题开发和样本选择

      （1）测评试题开发。

      依据上述测评框架，进行具体题目设计，形成测试题库。测评试题多从中考试题改编，这些试题具有较好的稳定性和区分度；题目类型为多项选择和建构反应试题；对应测评框架中的每项认识任务命题，形成测试题库。测评题目的评分采用0、1计分，即Rasch二分模型。

      

      例1.铁能和多种物质发生化学反应。

      写出铁在氧气中燃烧的化学方程式：________。

      本题考查学生对铁在氧气中燃烧这一熟悉反应方程式的书写，对应认识任务为提取。

      常规的测试题常用多项选择和填空题考查学生对知识的掌握，却出现这样的情况：即便学生答对一道题，也不能说明他们真正掌握了知识，因为换了内容后学生还会出错。我们希望从学生的作答中了解其运用知识得出答案背后的分析过程，即学生是否知其然并知其所以然。这类试题往往要求学生写出分析过程，具体试题实例如下：

      例2.若有3g不纯的锌（含有杂质M）和3g不纯的铁（含有杂质N），分别与足量的稀硫酸充分反应，都得到0.1 g氢气，M、N可能是（

       ）。

      A.M为Fe，N为C B.M为Mg，N为Zn

      C.M为Cu，N为C D.M为Cu，N为Mg

      写出计算过程。

      本题中学生需要根据化学方程式计算、分析得出正确答案；同时还需考虑参与反应物质相对量的问题，因此答案有两个。对应的认识任务分别为推断、分析。

      学生往往能够在非情境问题解决中有好的表现，而当情境融入测试题目时，则有可能被情境信息迷惑。我们将是否有情境融入纳入考查的要素，作为建构反应试题的一种。具体试题实例如下：

      

      ①甲同学提出X可用金属铁，乙同学认为X可用金属锰，你认为________（选填“甲”或“乙”）同学的意见是正确的，理由是________。加入过量的金属X的目的是________。

      ②操作a、b的名称是过滤，其目的是除去溶液中________的杂质。步骤Ⅱ中发生反应的化学方程式为________。

      比较甲、乙两位同学的看法，除杂应注意________。

      这是一道在实验情境中的探究题。学生需要将情境在头脑中表征出来，之后解决问题，其中需要涉及物质分离等多个核心知识，对应反思/评价等认识任务。

      （2）样本选择。

      测试样本选自X、Y、Z三所分别代表北京市城区高、中、低3种水平的初中学生群体，共计211人，见表2。用初三新授课学习之后的学生（G1）和初三复习课学习之后通过中考的学生（G2）进行水平划分，构建学生对化学变化的认识表现水平层级，保证水平覆盖全面。用初三新授课后学生群体（G1），共计105人，进行新授课后学生学习情况的分析，以期提出教学改进建议。

      

      三、研究结果

      1.初中生对化学变化的认识表现水平层级模型

      用全部学生样本，即含初三新授课后和新高一共211人，对应每项认识任务的15道题目进行学生认识表现水平划分。划分方法：根据怀特图给出的试题难易程度水平，用SPSS17.0统计软件进行成对样本均值显著性差异检验（p＜0.05），辅助划分水平（见表3）。

      根据表3数据，可以将学生对化学变化的认识表现划分为从低到高的八个水平。用认识任务进行水平描述，见表4。根据认识表现测查命题框架，结合学生实际作答，可以将这八个水平概括为三个从低到高的层级，即水平层级模型。层级1，知识掌握：学生可以基于知识的记忆完成特定任务，比如提取、举例等。层级2，知识应用：学生可以应用所学知识进行解释、分析等。层级3，综合问题解决：学生可以综合多个知识完成高认知水平问题，这一层级对学生思维的系统性要求较高，并且常常需要在特定情境中解决问题。三个层级的具体内涵如下：

      层级1：知识掌握，包括三个水平。

      水平1：正确书写熟悉的化学方程式，比如铁在氧气中点燃生成

。

      水平2：能举出两个特定反应类型（比如置换反应）的实例，比如铁和酸反应、铁和硫酸铜溶液反应等。

      水平3：阐释金属活动性顺序在熟悉反应中的应用实例。

      

      

      层级2：知识应用，包括两个水平。

      水平4：基于化学方程式计算比较质量相同的不同金属跟酸反应生成氢气质量的差异；根据金属活动性顺序进行判断。

      水平5：根据情境信息和金属的化学反应进行预测；根据金属活动性顺序结合化学方程式计算进行推断；用金属活动性顺序解释陌生反应；将熟悉的化学反应正确归类，比如铁和氧气反应属于化合反应。

      层级3：综合问题解决，包括三个水平。

      水平6：对整个实验进行反思和评价；论证实验步骤，并正确关联实验现象和结论；根据金属活动性顺序结合化学方程式计算进行分析；对反应现象进行综合描述。

      水平7：基于物质间的化学反应设计实验，比如正确选择试剂（原理）等。

      水平8：基于实验过程和结果，总结、提出新问题。

      2.初中生对化学变化的认识表现水平

      应用前面概括的学生对化学变化的认识表现水平层级模型，分别统计新授课后学生各层级内正确作答的人次百分比，描述、分析初中生对化学变化的认识表现水平现状，见表5。

      

      从表5的人数分布可以看出：

      （1）从知识掌握到综合问题解决三个层级，能够正确作答的学生总人数依次递减。从被调查的初三学生群体表现来看：70%左右的学生在知识掌握上几乎没有问题，表现为能够正确书写熟悉的化学方程式，能举出金属置换反应实例，阐释金属活动性顺序的具体应用实例。50%以上的学生能够应用知识，表现为能应用知识进行归类、比较、判断、解释、推断、预测。综合问题解决方面学生分化较大，不到50%的学生可以根据物质性质进行实验设计，论证实验设计步骤，并将现象和结论正确关联。

      （2）一类校学生在知识掌握上几乎没有问题，75%以上的学生能够较好地应用知识，学生解决综合问题水平高；85%以上的学生可以根据物质性质进行实验设计，并论证实验设计步骤，将现象和结论正确关联；但是不到60%的学生可以综合概括实验结果并提出新问题。

      一类校学生群体主要分化在“层级3：综合问题解决”，43.6%的学生总结实验并提出新问题的能力有待加强；另外，部分学生（23.1%）需要全面关注反应现象。

      （3）二类校学生在知识掌握上几乎没有问题，但在知识应用层级开始分化。70%以上的学生可以应用知识进行比较；不到60%的学生可以解释、推断；不到50%的学生可以进行预测。值得注意的是30%～60%的学生不能应用新学知识，比如不能对金属活动性顺序进行解释、推断、预测。学生综合问题解决层级分化大，60%以上的学生可以进行反思和评价；但是30%以下的学生能进行实验设计、论证，综合概括实验结果并提出新问题。

      （4）三类校学生可以将熟悉反应归类。85%以上的学生能综合描述熟悉的反应现象。学生完成这两类任务的水平比一类校、二类校学生好，结合访谈结果，我们认为这和教师日常教学中的强化有关。但是学生总体知识的提取、回忆尚需巩固。30.3%的学生书写熟悉化学方程式不过关；60.6%的学生不能举出新学知识——置换反应的实例，新知识尚未巩固；75%以上的学生不能阐释金属活动性的应用；学生的已有知识和新知识都尚未巩固。学生书写新学化学方程式的表现比书写经过强化练习过的化学方程式表现差（正确作答率的差值为30.3%）。60%以上的学生不能应用知识，表现为不能进行基于反应的比较、判断、解释、推断、预测。学生几乎不能综合解决问题。学生能判断熟悉的反应类型，综合描述熟悉的反应现象，写出熟悉的化学方程式；但是学生几乎不能应用知识，更难提综合问题解决。因此，知识的巩固是首先要落实的事情。

      将学生每个水平的认识表现得分均值以及每个认识任务对应的认识表现得分均值，按照学校类型分组比较（如图2所示）发现：关于化学反应，特别是置换反应、金属活动性顺序这些新知识的应用，虽然学生在综合描述实验现象这类记忆性的任务得分不高，但是一类校、二类校的学生知识掌握大多不成问题。一类校和二类校学生的分化点自水平3——阐释开始，多集中在判断、解释对应的认识表现上，即知识应用的层级；二类校和三类校之间则从知识掌握这一层级就开始分化。

      

      学生存在“知其然，而不知其所以然”的情况，表现为同一知识点对应的判断、推断得分高于解释、分析。

      四、思考与启示

      本研究基于Rasch模型开发测评工具，评价初中生对化学变化的认识表现水平，得出评价研究的结果，包括：学生的认识表现存在知识掌握、知识应用、综合问题解决这三个从低到高的水平层级；不同类型学校的学生所出现的问题及其分化各有差异，一类校学生主要在综合问题解决层级出现分化，二类校学生在知识应用层级即出现分化，三类校学生知识记忆尚存在问题；学生存在“知其然，而不知其所以然”的情况，他们倾向于简单得出结论，解释和分析的能力尚有缺失。根据上述评价研究的结果，我们提出以下建议，供教学及学生评价参考。

      1.综合问题不妨分开来解决

      综合问题解决是学生认识表现水平的最高层级，涉及知识的综合及其和高水平认识任务的综合，这往往也构成教学的难点。其实在教学中，可以将综合复杂问题分开教授，逐步突破。譬如，在中考复习教学中进行关于化学变化和气压变化综合的实验探究题教学，即教学中俗称“气压”问题的实验探究教学时，不妨将原理和装置分开突破：（1）总结可能产生气压变化的原理，即有气体参与的反应和有明显能量变化的反应；（2）总结可能跟气压变化有关的仪器装置“原型”。在分开复习的基础上，逐步综合，帮助学生形成解决一类问题的角度和思路；让学生学会思考，在遇到新问题时可以进行小范围的迁移，逐步解决综合问题，培养系统性思考的能力。

      2.教学设计应注重检测学生学习的外显行为

      在进行教学设计的时候，教师应注重检测学生可以完成怎样任务的外显行为。比如，我们在书写教学目标的时候往往使用输入型动词进行描述，例如学习、了解、掌握。这些输入型动词描述了学生学习的内部认知过程，难以用于检测学生是否达到了相关要求。在进行教学目标书写和教学活动设计时，应关注学生能做到什么的外显行为，可以将认识任务（见表1）作为教学目标设计的参考，方便教师在课堂教学过程中检测学生是否能够完成相关任务，辅助检验课堂教学效果。类似，教学活动设计、问题设计也需注重检测学生的外显行为；关注多样化的认识任务，避免低水平任务（如“记忆”泛滥在教学中）。教学中的提问不要过多指向回忆某个知识，而是多为学生提供思考的空间，为学生提供更多分析、解释的机会，促进学生认识发展。

      3.作业设计应发挥诊断与反馈教学改进的功能

      作业设计是教学评价的一种，是教学的重要环节。教师可以设计多任务类型的试题，避免任务类型单一化，特别是避免大量强化机械记忆；题目类型力求获取更多信息，避免学生只靠“碰运气”，可将常规的选择题、判断题进行改造，让学生选择并解释，判断并解释，避免其“知其然，而不知其所以然”。针对不同水平的学生，教师可以采用不同的评价手段。比如，对知识记忆存在困难的学生，可以让其在单元复习中完成知识梳理、画概念图等任务；对高水平的学生，则可以布置设计、分析等高水平任务以及知识综合类任务，或者让其完成某个家庭实验或课外小实验，做出实验报告并汇报。总之，在教学中教师应注重采用多样化的教学评价手段，这样有助于获取学生信息，反馈教学改进。

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