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        SOLO視角下學生“物質(zhì)的量”學習的思維發(fā)展水平研究

        2015-12-19 01:16:49張瑩劉晶
        化學教學 2015年11期
        關(guān)鍵詞:物質(zhì)的量SOLO分類理論調(diào)查研究

        張瑩+劉晶

        摘要:運用SOLO分類理論對學生“物質(zhì)的量”學習的思維發(fā)展層次進行統(tǒng)計分析,反思概念教學。結(jié)果發(fā)現(xiàn):高一新生“物質(zhì)的量”學習思維發(fā)展層次不高,概念體系的建構(gòu)多處于多點結(jié)構(gòu)以下;符號表征架構(gòu)艱難;宏觀與微觀的失聯(lián)、前備知識的不完善等阻礙了學生思維的發(fā)展。從運用概念圖、排解迷思概念、重視學生起點能力等方面對“物質(zhì)的量”概念教學提出建議,促進學生思維向抽象拓展層次發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:SOLO分類理論;物質(zhì)的量;思維發(fā)展水平;調(diào)查研究

        文章編號:1005-6629(2015)11-0014-05 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

        1問題的提出

        隨著教育教學改革的不斷深入發(fā)展,教學評價亦從注重學生知識、技能的單一維度,發(fā)展到重視情意目標、思維能力等多個維度。SOLO分類理論為評價學生思維能力的發(fā)展水平提供了技術(shù)與理論雙重性支持。1982年,澳大利亞教育心理學家Biggs首先提出了SOLO分類方法。SOLO理論用來評價學生學習結(jié)果的思維發(fā)展水平。SOLO分類理論分為五個層次:前結(jié)構(gòu)、單點結(jié)構(gòu)、多點結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、抽象拓展,分別用字母P、U、M、R、E來表示。國內(nèi)外對SOLO理論進行了廣泛研究,國內(nèi)研究多集中在對各學科試題編制的指導及對教學的啟示。應用SOLO理論對中學生思維能力水平的測量與評價,有利于教師反思課堂教學信念與行為,進而提高中學化學課堂教學效率,促使化學課程三維目標的有效達成。

        “物質(zhì)的量”概念系統(tǒng)包括物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度、阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量及其相互關(guān)系等。為敘述簡便,本文僅用“物質(zhì)的量”表示“物質(zhì)的量”概念系統(tǒng)?!拔镔|(zhì)的量”是中學化學學習的一個界碑,是重點內(nèi)容,亦是難點內(nèi)容。自學習“物質(zhì)的量”以后,學生頭腦中將表征出微觀與宏觀緊密結(jié)合的化學世界。但對于習慣用宏觀理論解釋化學現(xiàn)象的高一新生來說,“物質(zhì)的量”較為抽象,他們忙于識記晦澀的物理量及其單位名稱,深陷阿伏伽德羅定律的無限推導,知識臺階的搭建舉步維艱。國內(nèi)對于“物質(zhì)的量”前期研究成果很多,主要集中在“物質(zhì)的量”學習的前科學概念、后迷思概念及概念轉(zhuǎn)換的策略與教學設(shè)計等,缺少從學習結(jié)果分類的視角研究學生“物質(zhì)的量”的學習障礙。本文以SOLO分類層次作為研究工具,探尋學生“物質(zhì)的量”學習障礙,統(tǒng)計其相異的認知結(jié)構(gòu),為“物質(zhì)的量”教學提供學習困難與學習需要的理論與實踐支撐,真正實現(xiàn)以“學促進教”。

        2 研究方法

        本研究以問卷調(diào)查為主,輔以課堂觀察。

        2.1調(diào)查及觀察設(shè)計

        根據(jù)陳靜文、郭強、趙利霞等人的研究成果,編制SOLO視角下學生“物質(zhì)的量”學習思維發(fā)展調(diào)查問卷。調(diào)查問卷結(jié)構(gòu)化為三部分。第一部分是一道開放題,旨在從宏觀層面探測學生“物質(zhì)的量”概念體系的建構(gòu),進而判斷其關(guān)于“物質(zhì)的量”思維發(fā)展層次的SOLO水平。第二部分是二段式檢測題,分別涉及不同SOLO水平,通過具體問題了解學生思維發(fā)展障礙所在。第三部分是兩道開放『生問題,旨在了解學生自覺影響其“物質(zhì)的量”學習的主要因素,挖掘其“物質(zhì)的量”概念學習思維受阻的內(nèi)在因素。

        將課堂觀察作為對問卷調(diào)查研究的“定性”補充。研究者走進課堂,通過觀察發(fā)現(xiàn)學生學習“物質(zhì)的量”時存在的學習障礙和教師不當?shù)慕虒W行為,找到影響學生思維發(fā)展的主要影響因素,從“質(zhì)”的角度思考“物質(zhì)的量”教學如何符合高一新生的學習特質(zhì),使學生在輕松、愉快的氛圍中感受化學的魅力。

        2.2調(diào)查及觀察實施

        選取三所普通高中的206名高一學生,發(fā)放調(diào)查問卷。這些學生剛剛學習完人教版必修1教材中的第一章?;厥沼行柧?82份,有效率為88.3%。在問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上,聽取了3名教師的7節(jié)“物質(zhì)的量”常態(tài)課,詳細記錄課堂教學環(huán)節(jié)、教與學的表現(xiàn)等,為后續(xù)“質(zhì)化”研究做好鋪墊。

        2.3結(jié)果處理

        對于第一道開放題,依據(jù)學生完成情況,區(qū)分為不同SOLO水平。若學生沒有準確繪制出物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度三個核心概念中任意一個的符號表達,其思維發(fā)展水平被認為處于前結(jié)構(gòu)。若學生繪制的概念圖只能準確表示某一概念的符號表達,其思維發(fā)展水平被界定為處于單點結(jié)構(gòu)。如圖1所示,有的學生只能繪制出物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量和質(zhì)量之間的關(guān)系圖,粒子數(shù)符號的表征出現(xiàn)錯誤。

        若學生繪制的概念圖能準確表示兩個核心概念之間的關(guān)系,其思維發(fā)展水平被界定為處于多點結(jié)構(gòu)。如圖2所示,有的學生繪制出物質(zhì)的量和氣體摩爾體積之間的關(guān)系圖,對于物質(zhì)的量濃度的表述則出現(xiàn)錯誤。

        若學生繪制的概念圖能準確表示三個核心概念之間的關(guān)系,其思維發(fā)展水平被認為處于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。如圖3所示,有的學生繪制出物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度三者之間的關(guān)系圖。學生試圖繪制出氣體體積、粒子數(shù)、物質(zhì)的量濃度和質(zhì)量之間的深層次關(guān)系,但多個概念關(guān)系出現(xiàn)了認知障礙。

        若學生繪制的概念圖能準確表示三個核心概念及相關(guān)概念之間的關(guān)系,其思維發(fā)展水平被認為處于抽象拓展結(jié)構(gòu)。如圖4所示,有的學生繪制出物質(zhì)的量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度、粒子數(shù)、影響氣體體積微觀因素之間的關(guān)系圖等。

        在明確各學生所繪制的圖片所處SOLO水平后,計算不同類型學生所占比例。對于第二道題,通過統(tǒng)計答題正確的學生所占百分比,調(diào)查學生的思維發(fā)展水平及存在的錯誤認識。

        3 統(tǒng)計分析

        3.1學生思維發(fā)展的SOLO分析結(jié)果

        表1呈現(xiàn)了問卷第一道開放題的統(tǒng)計分析結(jié)果。15.2%的學生的思維發(fā)展處于前結(jié)構(gòu)層次。學生對這個問題感覺無所適從,不能從眾多關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)中捋順其相互關(guān)系。30.7%的學生對三者之一作出準確回答,思維發(fā)展處于單點結(jié)構(gòu)。37.8%的學生能夠用符號描繪出n=VIVm,n=cBV,n=m/M,找到了三者之間的一個主要關(guān)節(jié)點:物質(zhì)的量。學生的思維發(fā)展處于多點結(jié)構(gòu)水平,但“物質(zhì)的量”概念體系的思維網(wǎng)絡圖還沒有完全形成。14.7%的學生能夠繪畫出三者之間的關(guān)系圖,思維發(fā)展層次較高,處于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。1.6%的學生能夠從微粒等視角分析三者之間的關(guān)系,進而應用于阿伏伽德羅定律,學生的思維發(fā)展層次達到抽象拓展水平。

        進一步訪談發(fā)現(xiàn),有的學生認為:“物質(zhì)的量”與“摩爾”的關(guān)系是‘單位物質(zhì)的量所具有的質(zhì)量稱為摩爾質(zhì)量”;有的學生認為:摩爾是單位物質(zhì)的量的物質(zhì)所具有的質(zhì)量。學生關(guān)于“物質(zhì)的量”及其單位、“摩爾質(zhì)量”的認知結(jié)構(gòu)處于混沌狀態(tài)??梢?,經(jīng)過第一章的學習之后,83.7%的學生的思維發(fā)展處于多點結(jié)構(gòu)水平以下,學生頭腦中不能靈活構(gòu)建“物質(zhì)的量”概念體系,在理論應用過程中也常常是生搬硬套公式。可能需要經(jīng)過氧化還原反應等后續(xù)學習之后,學生的思維發(fā)展水平才逐步達到抽象拓展層次。

        3.2學生思維發(fā)展受阻的原因分析

        3.2.1符號表征架構(gòu)艱難

        通過二段式檢測第1題和第2題發(fā)現(xiàn),一些學生很難區(qū)分Vm與V,n與M等,宏觀、微觀與符號的“三重”表征架構(gòu)艱難,其思維發(fā)展層次在單點結(jié)構(gòu)徘徊。例如,“標況下,1mol H2O的體積約是22.4L”,有48.4%的學生認為正確,其中62.3%的學生選擇的理由是:因為“給出的條件符合標況”,37.7%的學生認為符合“氣體摩爾體積的概念”。他們忽略了Vm的關(guān)鍵性影響因素。40.8%的學生認為“O2的摩爾質(zhì)量是18g”這句話是對的,其中46.6%的學生認為“物質(zhì)的摩爾質(zhì)量等于其相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量”,53.4%的學生認為“1mol任何粒子,其摩爾質(zhì)量都等于該粒子的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量”。學生不能準確辨識符號M與m所表示的微觀本質(zhì)意義,導致宏觀單位表現(xiàn)形式混淆在一起。

        課堂觀察也發(fā)現(xiàn),學生剛剛接觸“物質(zhì)的量”,普遍感覺公式、符號過多,難以理解。學生頭腦中的符號表征支離破碎。學生很容易混淆,n、m、M、V、VmCR等符號,對其表示的意義更是難以理解,思維層次多處于多點結(jié)構(gòu)以下。一些教師僅僅把“物質(zhì)的量”作為高中化學學習的一個工具。工具觀場域下的學習,學生很難正確理解化學符號的本真涵義,并在實踐中自由駕馭它。

        3.2.2宏觀與微觀的失聯(lián),抑制了學生思維層次的發(fā)展

        人教版高中化學必修1以“化學實驗的基本方法”作為學生化學學習的開端,“物質(zhì)的量”也是從宏觀“化學計量在實驗中的應用”為突破口展開學習。教材設(shè)計試圖降低學生對微觀世界的認知難度,幫助學生更好地搭建宏觀與微觀的橋梁。教師在教學過程中也經(jīng)常采用類比、聯(lián)想等方法,使學生理解“物質(zhì)的量”在生產(chǎn)、生活中的應用。但實際上,學生很難在宏觀與微觀世界中自由轉(zhuǎn)換與暢游。宏觀與微觀的失聯(lián),是學生化學學習的主要障礙之_,其思維發(fā)展水平很難達到SOLO等級的抽象拓展層次。

        例如,二段式檢測題中第3題:1mol H2SO4中含有多少個0? 35.6%的學生回答是4個0,42.7%的學生回答含有NA個,只有21.7%的學生回答正確。從學生給出的理由分析,他們能夠根據(jù)初中所學知識準確回答1個H2S04中含有4個0,但其不能準確區(qū)分“1mol”與“1個”的關(guān)系,宏觀世界與微觀本質(zhì)在學生頭腦中未能建立聯(lián)系。課堂觀察也發(fā)現(xiàn),學生是在不斷應用“物質(zhì)的量”過程中才逐步理解概念的內(nèi)涵與外延,并在頭腦中建立其宏觀與微觀的緊密聯(lián)系。

        3.2.3前備知識的不完善,阻礙了學生思維向關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)等高層次發(fā)展

        學生初中所學的“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)”等前備知識對“物質(zhì)的量”學習產(chǎn)生重大影響。前備知識不完善,阻礙了學生思維的發(fā)展。例如,二段式檢測題中第4題:1molNH3中含有多少個電子?20.3%的學生沒有作答,33.8%學生的答案是4mol或者4NA個,19.6%的學生回答有10個,只有26.3%的學生給出正確答案。二段式檢測題中第5題:1molH2O中含有多少個質(zhì)子?19.8%的學生沒有作答,35.2%學生的答案是3tool或者3NA個,22.6%的學生回答有10個,只有22.4%的學生給出正確答案。這兩道題不但考察了物質(zhì)的量與阿伏伽德羅常數(shù)的關(guān)系,而且從物質(zhì)構(gòu)成的微觀視角考察1mol物質(zhì)所含有的電子和質(zhì)子數(shù)等。從學生給出的理由發(fā)現(xiàn),他們對于質(zhì)子、中子、電子等前備概念認識不清。盡管義務教育化學課程標準中已經(jīng)明確指出要求學生“初步認識物質(zhì)的微觀構(gòu)成”,但學生對這部分知識的掌握卻差強人意。

        3.2.4完美目標追求下的現(xiàn)實尷尬

        課堂觀察發(fā)現(xiàn),教師為了追求“物質(zhì)的量”概念體系的完整、概念意義表述的完整及教學目標的一次性達成等,而在短時間內(nèi)傳輸給學生大量信息,致使學生消化不良。例如,在學習“—定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”過程中,教師過于重視具體知識的直接描述,在一節(jié)課內(nèi)把影響“物質(zhì)的量濃度”的所有因素交代得淋漓盡致,但學生究竟又掌握了多少呢?在“氣體摩爾體積”的學習過程中,教師更是引申到了氣體體積方程。當問及教師為什么要加大學習難度時,教師說:“為了學生更好地理解阿伏伽德羅定律,以利于教學目標的完美達成?!苯處熢谧非笸昝滥繕说耐瑫r,忽略了學生的認知發(fā)展規(guī)律,扭曲了新課程理念。事實上,學生對于憑空出現(xiàn)的“氣體體積方程”是一頭霧水,能夠準確說出定律的并不多。演繹、歸納、推理等能力的培養(yǎng)只能淹沒在機械記憶定律與推理的學習中。

        4 “物質(zhì)的量”概念教學的建議

        4.1重視學生起點能力

        教師在“物質(zhì)的量”教學設(shè)計時應該準確把握學生的起點能力。學生在初中雖然學習過原子、質(zhì)子、分子等微觀粒子,但—方面由于微觀粒子抽象,難于理解,另一方面教材對于質(zhì)子、電子的學習要求不高,所以對于構(gòu)成分子的離子、質(zhì)子的個數(shù)糾結(jié)不清。教師在幫助學生復習初中所學相關(guān)知識的基礎(chǔ)上分層次地實施“物質(zhì)的量”教學,有利于促進學生思維發(fā)展達到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以上。

        4.2排解迷思概念,搭建“物質(zhì)的量”大廈

        學生在學習“物質(zhì)的量”時頭腦中很容易形成一些迷思概念。例如,摩爾數(shù)等同物質(zhì)的量、相對原子質(zhì)量與摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積是22.4L等。教師在教學過程中以“物質(zhì)的量”概念的內(nèi)涵和外延為生長點,積極引導學生通過“同化”與“順應”等認知方式化解迷思概念,逐步搭建“物質(zhì)的量”大廈,同時豐富了學生“定量研究化學”的方法體驗。

        4.3運用概念圖,構(gòu)建知識網(wǎng)絡

        運用概念圖教學策略,有助于學生構(gòu)建“物質(zhì)的量”知識網(wǎng)絡,幫助學生理解概念的內(nèi)涵、符號的意義及應用的范圍。通過具體、生動的概念圖學習,學生能夠?qū)崿F(xiàn)自由提取“物質(zhì)的量”概念符號以及概念之間的轉(zhuǎn)化,其思維發(fā)展水平向SOLO更高層次飛躍。

        “物質(zhì)的量”概念教學內(nèi)容豐富,難點頗多。本文試圖憑借SOLO研究工具從學生思維發(fā)展的視角反思“物質(zhì)的量”概念教學,找到學習障礙,并為課堂教學提供一些實踐支撐。當然,由于問卷的表述及樣本的數(shù)量等原因,個別觀點可能有些偏頗,誠與各位同仁商榷。

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