單媛媛 鄭長龍

摘要：以2008～2018年國內(nèi)32篇碩士學(xué)位論文作為研究對象，統(tǒng)計、梳理和分析我國“電化學(xué)”主題教學(xué)研究現(xiàn)狀。研究結(jié)果表明，“電化學(xué)”主題研究主要包含認(rèn)識理解、迷思概念、學(xué)困成因、教學(xué)策略、教材結(jié)構(gòu)等5個方面。研究方法多樣，研究取向廣泛，研究結(jié)果豐富，對于今后“電化學(xué)”主題的教學(xué)和研究具有啟示意義。

關(guān)鍵詞：電化學(xué);化學(xué)反應(yīng)與電能;教學(xué)策略;教學(xué)建議;教學(xué)研究

“電化學(xué)”主題是高中化學(xué)教學(xué)的重點和難點，承載著“變化觀念與平衡思想”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?！盎瘜W(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從微觀層次認(rèn)識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)”[1]。

“電化學(xué)”主題是理解化學(xué)學(xué)科、培養(yǎng)化學(xué)思維、形成化學(xué)觀念的主要載體之一。近年來，國內(nèi)許多學(xué)者對其進行研究和分析，探查合適的測評方式、教學(xué)策略和學(xué)習(xí)方法，力求能夠達(dá)到理想的教學(xué)效果。其中，碩士論文具有一定的代表性和歸納性，可以反映出專業(yè)的學(xué)科研究內(nèi)容，具有比較高的學(xué)術(shù)價值和使用價值，是本專業(yè)科學(xué)研究和教育實踐進一步發(fā)展的重要依據(jù)[2，3]。本文對國內(nèi)高中“電化學(xué)”主題的教學(xué)研究現(xiàn)狀進行梳理和總結(jié)，以期為化學(xué)教育研究和教學(xué)實踐提供參考。

1 研究對象與方法

通過中國知網(wǎng)進行主題、數(shù)據(jù)庫來源、年限及研究層次的檢索。主題：電化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)與電能;數(shù)據(jù)庫：碩博論文;研究層次：基礎(chǔ)教育和中等職業(yè)教育;年限：2008～2018年。通過以上檢索過程后，進行人工篩選，最終確定32篇碩士學(xué)位論文作為研究對象。

將選取的論文作為研究樣本，對其研究方向和研究方法進行分類歸納，分別從“電化學(xué)”主題的認(rèn)識理解、迷思概念、學(xué)困成因、教學(xué)策略、教材結(jié)構(gòu)等5個方面進行總結(jié)，并呈現(xiàn)相應(yīng)的研究結(jié)果和分析。

2 研究結(jié)果與分析

32篇學(xué)位論文中主要涉及5個研究方向，分別為認(rèn)識理解[4～12]、迷思概念[13～20]、學(xué)困成因[21～24]、教學(xué)策略[25～31]、教材結(jié)構(gòu)[32～36]等，涉及相應(yīng)領(lǐng)域的文獻數(shù)如表1所示。由于本文重點關(guān)注“電化學(xué)”主題的教學(xué)維度，而教材結(jié)構(gòu)主要研究的是不同國家或不同版本教材內(nèi)容、教材欄目、教材編排等的比較，因此對其不進行重點介紹分析。作者顯性提出的研究方法共有13種，以文獻分析法、紙筆測試法、問卷調(diào)查法、訪談法為主，同時有涉及實踐研究法、二段式診斷測試、個案分析法、課堂觀察法、對比實驗法、統(tǒng)計分析法、文本分析法、比較分析法、口語報告法。

2.1 “電化學(xué)”主題認(rèn)識理解研究

對于“電化學(xué)”主題認(rèn)識理解的研究，選取的文獻中有9篇涉及，在研究內(nèi)容上可以概括為兩大類。一類研究注重不同年級學(xué)生認(rèn)識理解主題內(nèi)容的“相似性”和“差異性”，另一類研究則注重的是學(xué)生認(rèn)識理解的“進階性”和“連續(xù)性”。第一類研究多數(shù)采用紙筆測試、問卷調(diào)查、訪談等方法，第二類研究在此基礎(chǔ)上，還會運用文本分析法、實踐研究法等。

2.1.1 關(guān)注學(xué)生認(rèn)識理解“相似性”和“差異性”

學(xué)生認(rèn)識理解“電化學(xué)”主題的“相似性”，體現(xiàn)在不同時期、不同年級學(xué)生的宏觀表征相差不大，比較穩(wěn)定和均衡。而基于“能量觀念”視角認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)時，總體處于較低水平。王亞靜（2017）探查高中三個年級學(xué)生在能量觀念的視角下認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的“深廣度和有序性”，得到結(jié)論：大多數(shù)中學(xué)生具有從能量角度認(rèn)識事實的宏觀視角，但是微觀、符號視角理解和解決問題存在困難。

學(xué)生認(rèn)識理解“電化學(xué)”主題的“差異性”，體現(xiàn)在認(rèn)知結(jié)構(gòu)、心智模型、問題解決、概念應(yīng)用等，在不同年級和不同學(xué)業(yè)成就水平的學(xué)生中存在顯著性差異。方婷（2008）在對高三、大一、大四學(xué)生的“認(rèn)知發(fā)展”進行測評后發(fā)現(xiàn)：（1）隨著年級的升高，經(jīng)過積累和量變，學(xué)生對電化學(xué)基本概念的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并具有一定的穩(wěn)定性;（2）三個年級的學(xué)生在應(yīng)用概念解決問題時存在顯著差異，隨著年級的升高，學(xué)生對電化學(xué)概念應(yīng)用的水平越高。甘珍（2017）運用對高中生的電化學(xué)“心智模型”進行探測，最終發(fā)現(xiàn)：（1）不同年級學(xué)生對電化學(xué)概念的理解及掌握情況不同;（2）不同學(xué)習(xí)成就的學(xué)生的電化學(xué)心智模型有所差別。

2.1.2 關(guān)注學(xué)生認(rèn)識理解“進階性”和“連續(xù)性”

學(xué)生認(rèn)識理解“電化學(xué)”主題的“進階性”和“連續(xù)性”，體現(xiàn)在研究者通過對核心概念價值、課程標(biāo)準(zhǔn)、教材呈現(xiàn)等的分析，構(gòu)建出“電化學(xué)”主題不同階段的進階維度和進階水平。主要涉及的文獻有范文娟（2015）、蘇莉虹（2016）和吳有萍（2017）3篇，均提出了“電化學(xué)”主題相關(guān)學(xué)生的進階理論預(yù)設(shè)，但進階維度和進階水平的劃分有所不同。

蘇莉虹（2016）構(gòu)建了“原電池”核心概念從初三到高三的四個進階水平，研究關(guān)注“教學(xué)內(nèi)容”的進階，進階描述注重“知識本體”內(nèi)容。而范文娟（2015）和吳有萍（2017）在關(guān)注“知識本體”維度上，均又關(guān)注了“學(xué)生認(rèn)識”的維度。

范文娟（2015）旨在探索學(xué)生認(rèn)識“化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化”核心概念的學(xué)習(xí)進階水平。其理論模型分為“學(xué)習(xí)進程”和“表征類型”兩個維度，分別有四個水平。其中“學(xué)習(xí)進程”維度是基于“知識本體”的描述，而“表征類型”維度則是基于學(xué)生“宏微符三重表征”思想的描述。

吳有萍（2017）通過對課程標(biāo)準(zhǔn)和考試大綱的分析，確定了更加具體全面的學(xué)習(xí)進階模型。包括“知識本體”以及“學(xué)生認(rèn)知”兩個維度?！爸R本體”指原電池、電解池、金屬的電化學(xué)腐蝕與防護?！皩W(xué)生認(rèn)知”包含“化學(xué)表征方式”和“模型建構(gòu)能力”，其中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的三種表征水平為宏觀、微觀、符號;學(xué)生建模能力三水平為認(rèn)識模型、理解模型、運用模型;最終預(yù)期表現(xiàn)為學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)能力發(fā)展的三個層級，分別為學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實踐、遷移創(chuàng)新。六個進階水平分別為：水平一：氧化還原反應(yīng);水平二：基于氧化還原反應(yīng)、宏觀能量轉(zhuǎn)化角度認(rèn)識原電池裝置;水平三：認(rèn)識半電池裝置，從微觀粒子反應(yīng)角度理解原電池、電解池模型，符號表征電極反應(yīng);水平四：微觀理解金屬的電化腐蝕與防護，設(shè)計雙液原電池、電解池;水平五：建立原電池、電解池系統(tǒng)認(rèn)識模型，在三個表征水平之間靈活轉(zhuǎn)換;水平六：自主運用原電池、電解池模型對情境陌生復(fù)雜裝置進行遷移創(chuàng)新。

相比國外的學(xué)習(xí)進階的研究，國內(nèi)研究理論預(yù)設(shè)的科學(xué)性還有待加強，進階的學(xué)段也主要集中于高中。同時測量理論均采用的是經(jīng)典反應(yīng)理論，研究結(jié)果也是局限于百分比的描述，缺少相應(yīng)的多元統(tǒng)計分析。

2.2 “電化學(xué)”主題迷思概念研究

迷思概念的探查方式基本采用紙筆測驗、訪談或者二者相結(jié)合的方式。試題形式大多采用多項選擇、判斷對錯，少數(shù)采用填空形式，對測試結(jié)果進行分析，找到學(xué)生的迷思概念。其中，趙國敏（2013）、閆婷婷（2018）采用的是二段式測試題。二段式測試是從Treagust[37]發(fā)展而來，兼具測驗與訪談的特征，被試需要對選擇結(jié)果進行解釋和說明，從而降低了被試根據(jù)猜測而答對的概率，以此獲取被試的迷思概念，不僅有利于診斷其認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而且能夠深入挖掘被試產(chǎn)生迷思概念的原因，該測評方式也是目前國際測評研究主要采用的方式。

對于“電化學(xué)”主題迷思概念的測查，選取的文獻中共涉及8篇，主要是對相關(guān)知識點的全面考察。對于相關(guān)文獻中迷思概念知識點進行分析，以其形成原因和結(jié)果作為分類標(biāo)準(zhǔn)，可以大致分為3類。

2.2.1 未考慮前提假設(shè)對定義死記硬背和拓展

學(xué)生認(rèn)為形成原電池的條件有：一是活潑性不同的兩個金屬電極，二是電解質(zhì)溶液，三是閉合回路。進而認(rèn)為“原電池的電極只能由兩種不同的‘金屬構(gòu)成，且必須用導(dǎo)線相連”“相對活潑性強的金屬一定做負(fù)極”“若原電池的兩極均為惰性電極，則不能構(gòu)成原電池”“原電池和電解池中電解質(zhì)溶液必須是水溶液”;部分認(rèn)為“有電池的就是原電池裝置”。

學(xué)生認(rèn)識到原電池和電解池是化學(xué)能和電能之間進行轉(zhuǎn)化的裝置，其中涉及氧化還原反應(yīng)和電子的得失、與能量變化有關(guān)。從而產(chǎn)生“所有的電池都涉及氧化還原”“只有氧化還原才能放出能量”“因為電壓所以形成電流和原電池”等迷思概念。

學(xué)生能夠記住陰陽離子的放電順序，“但是未去考慮電極是不是惰性電極”，“電解質(zhì)相同，而酸度不同時，只考慮電解質(zhì)的放電，并沒有考慮溶液中氫離子的放電情況”。

2.2.2 基于原有知識對于電化學(xué)現(xiàn)象解釋錯誤

由于電化學(xué)裝置和原理的獨特性，其有些現(xiàn)象的解釋不能運用原有的知識。如對于其工作原理，學(xué)生認(rèn)為“回路中有電流產(chǎn)生是因為電子在電解質(zhì)溶液中運動著”“溶液中陰陽離子的移動是由于靜電力作用，異性相吸”。原電池會增加化學(xué)反應(yīng)速率，對于其原因，學(xué)生認(rèn)為“銅在鋅—稀硫酸反應(yīng)過程中起到了催化劑的作用”。

2.2.3 守恒思想和系統(tǒng)思考缺失導(dǎo)致書寫困難

學(xué)生由于缺乏“物質(zhì)守恒”和“電子守恒”的思想，因此“學(xué)生不會根據(jù)電子守恒和物料守恒來書寫電極反應(yīng)和電池反應(yīng)”。同時由于沒有系統(tǒng)地思考原電池和電解池的體系環(huán)境影響，會“認(rèn)為在溶液中都是水放電”“對電解質(zhì)的酸堿性條件下的不同電極反應(yīng)式的書寫感到困難”。

2.3 “電化學(xué)”主題學(xué)困成因研究

對于“電化學(xué)”主題學(xué)生學(xué)習(xí)困難成因及其影響因素的研究共計9篇。研究主要運用問卷調(diào)查法、訪談法，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)困難成因及影響因素主要包含生活經(jīng)驗、迷思概念、教材、教師、學(xué)生、學(xué)科六個方面，其中以學(xué)生和教師為主。

2.3.1 學(xué)生方面

一方面體現(xiàn)在學(xué)生本身對于知識的理解不夠深入，關(guān)聯(lián)程度不夠，系統(tǒng)化和組織化程度低[38]。如電化學(xué)知識與氧化還原知識緊密相連，學(xué)生由于氧化還原知識學(xué)得不好，物質(zhì)氧化性與還原性相對強弱的比較存在困難，氧化還原反應(yīng)方程式配平缺乏“守恒”的思想，從而影響對電化學(xué)知識的理解的應(yīng)用。同時學(xué)生的學(xué)習(xí)方法以記憶為主，無法深層次理解氧化還原是原電池和電解池的本質(zhì)，也就無法通過類比的方式對二者進行對比關(guān)聯(lián)記憶，進而導(dǎo)致面對陌生情景、實際問題時遷移能力較弱[39]。

另一方面體現(xiàn)在學(xué)生無法基于能量觀念、三重表征思想理解電化學(xué)內(nèi)容[40，41]。原電池和電解池是化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化的裝置，其轉(zhuǎn)化的本質(zhì)在于電荷載體（電子和離子）的定向移動，進而體現(xiàn)能量傳遞的一種有序的形式，即功，因此對于電荷載體（電子和離子）的移動方向的理解和表征對于理解裝置的工作原理和本質(zhì)至關(guān)重要。在這其中微觀視角至關(guān)重要，只有將宏觀現(xiàn)象、微觀解釋、符號表達(dá)三者相互關(guān)聯(lián)，才能使學(xué)生更加深刻結(jié)構(gòu)化地整體理解電化學(xué)內(nèi)容，減少學(xué)困形成。

還有一部分屬于非智力因素的影響，如學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、意志力、刻苦程度，同時也包括學(xué)習(xí)信心、期望及失敗歸因等[42]。

2.3.2 教師方面

一方面源于自身對于知識內(nèi)容理解的不到位，也無法從整體上對電化學(xué)內(nèi)容架構(gòu)出合理的模型[43]。正如研究表明，學(xué)生的迷思概念、學(xué)困成因一部分是源于教師自身存在的迷思概念。有些教師對教學(xué)內(nèi)容的選擇依靠自身的教學(xué)經(jīng)驗或者直接使用高考考綱，單純追求內(nèi)容的一步到位，教學(xué)取材單一，使得教師在“教什么”方面存在一定的問題。

另一方面的問題出現(xiàn)在“如何教”的層面，由于教師采用純粹的講授法，只關(guān)注知識點的散點式傳授，內(nèi)容之間邏輯性不夠，缺乏相應(yīng)的方法和思想，表述不夠嚴(yán)謹(jǐn)，進而造成學(xué)生對于“電化學(xué)”主題學(xué)習(xí)的困難[44]。

2.4 “電化學(xué)”主題教學(xué)策略研究

針對“電化學(xué)”主題教學(xué)提出教學(xué)策略的文獻共有20篇，研究主要采用了課堂觀察法、對比實驗法、實踐研究法、個案分析法等。主要可以從提出教學(xué)策略的方式和提出的教學(xué)策略類型兩方面對教學(xué)策略的研究進行認(rèn)識和分類。

2.4.1 提出教學(xué)策略的方式

通過分析相應(yīng)的文獻可以看出，教學(xué)策略的選擇和提出方式主要分為兩種，一種是在對學(xué)生的迷思概念、學(xué)困成因進行測評分析后，為解決上述問題提出相應(yīng)的教學(xué)策略建議。這種提出教學(xué)策略的方式更多是基于經(jīng)驗，在研究的最后定性地提出，缺少驗證和實踐過程。

另一種則是通過教學(xué)實踐檢驗對于“電化學(xué)”主題不同教學(xué)策略的有效性。這種教學(xué)策略的提出方式屬于實證研究，基于控制組和實驗組前測和后測的教學(xué)效果對比，進而得出結(jié)論。如閆婷婷（2018）通過運用三種不同的教學(xué)策略對高二學(xué)生進行平行教學(xué)對比，通過前測和后測發(fā)現(xiàn)，“可視化的教學(xué)策略”相較于“概念圖”和“問題中心的認(rèn)知沖突”策略，對于轉(zhuǎn)變學(xué)生的“電化學(xué)”主題的迷思概念更為有效。

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