（课程与教学论专业论文）高中学生关于“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究.pdf

四川师范大学硕士毕业论文 高中学生关于“原子结构与性质”概念的 相异构想成因分析及教学矫正策略研究 课程与教学论( 化学) 专业 研究生游晓莉指导教师彭蜀晋 摘要：化学概念是从大量的化学实验、化学事实中抽象出来的概括性理性知 识，是反映化学共同特征和化学本质属性的高级思维形式，可谓是化学学科 知识结构网络的骨架。同时，化学是一门在分子和原子水平上进行研究的科 学，“物质结构决定性质 ，因此，学习原子结构与性质是研究化学的基础。 现代认知建构主义理论认为，一个新概念的掌握，需要与学习者原有的认知 结构建立联系。因此，学习者已有的经验、知识和思维模式在概念的掌握中 尤为重要。在实际教学中，如果教师们忽略这一点，将会使得教学效果大打 折扣。 本课题选取了选修3 物质结构与性质第一章“原子结构与性质 部分为研究主体，在将普通高中化学课程标准( 实验) ( 以下简称课 标) 和高中化学教学大纲( 以下简称大纲) 进行比较后，找出该 概念体系中新增及要求提高的知识，如原子轨道、能量最低原理、电离能与 电负性等，以此为主题以课标为基础，以教材为根据并采用文献法分析 可能产生的相异构想，据此编制成问卷。以高二学生为主要研究对象采用调 查问卷及学生晤谈的方法，整理出学生在该章节中存在的各种相异构想，对 这些相异构想进行归类。并以认知建构主义为理论为指导，分析产生这些相 高中学生关于“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 异构想的原因，然后结合教学实际，对症下药，找出可行性的教学矫正策略， 以求改进教学效果。 通过研究，本课题得出如下结论： ( 1 ) 学生学习这章知识时普遍都存在着相异构想，并且越是抽象，越是特殊 之处产生相异构想的程度越高。 ( 2 ) 教师的教学与学生的已有知识以及学生自身的学习特点等是这些相异构 想的主要成因。 ( 3 ) 通过培养教师的“相异构想发现及矫正意识、转变教学方式、完善教 学细节、以及构建概念图优化学生的认知结构，减少学生相异构想产生的可 能性。 关键词：原子结构与性质相异构想成因分析教学矫正策略 四川师范大学硕士毕业论文 c a u s e sa n a l y s i so fh i g hs c h 0 0 1s t u d e n t s a l t e m a t i v e f r a m e w o r k so f “a t o m i cs t m c t u r ea n dp r o p e r t i e s a n dr e s e a r c h o nc o r r e c t i v et e a c h i n gs t r a t e g i e s m a j o r ：c u r r i c u l u ma 1 1 dh s t m c t i o n ( c h e m i s t 叮) p o s t g r a d u a t e ：y o ux i a o 一1 it u t o r ：p e n gs h u - j i i l a b s t r a c t ：c h e m i c a lc o n c e p ti st h eg e n e r a l i 够r a t i o n a lk n o w l e d g eo fal a 唱e n u m b e ro fc h e m i c a lp h e n o m e n o na n dc h e m i c a lf a c t s ，i ti sah i g h e r t h i n k i n gw h i c h r e n e c t st h ec o m m o nc h e m i c a lc h z u r a c t e r i s t i c sa n dm ec h e m i c a ln a t u r eo f p r 叩e r 眵 i tc a l lb ed e s c r i b e da st 1 1 es k e l e t o no ft h ec h e m i s t i yk n o w l e d g es t r u c t l l r en e 觚o r k a tt h es a m et i m e ，c h e m i s t 巧i sas c i e n t i f i cs t u d y i n go nt l l el e v e lo fm 0 1 e c u i a ra n d a t o m i c ，“t h ep h y s i c a ls t m c t u r ed e t e r m i n e sm en a c u r e ，m e r e f o r e ，t ol e 锄m e s t f l l c t u r ea n dt h en 砷j r eo fa t o m i ci st 1 1 eb a s eo fs t u d y i n gc h e m i s t 拶 m o d e mc o 驴i t i v ec o n s t m c t i v i s tt h e o 巧st e l lu s ，t o1 e a mac o n c e p t ，i ti s n e c e s s a 巧t oe s t a b l i s ht h ec o n t a c tw i t hm el e a m e r se x i s t i n gc o g n i t i v es t n j c t u r e t h e r e f o r e ，t h el e a n l e r s e x i s t i n ge x p e r i e n c e ，k n o w l e d g e a i l dm ep a t t e m so f t h o u g h ti sp a r t i c u l a r l yi m p o n l a i l tf o r1 e a r n i n gac o n c e p t i ft h et e a c h e r sl o s es i g h t o ft h i si 1 1t h ea c t u a lt e a c h i n g ，i tw i l lm a l ( et h et e a c h i n g 旷e a t l yi n e f 诧c t i v e 1 1 1 er e s e a r c hs e l e c t st h e6 r s tc h 印t e r “t h es t m c t u r ea 工1 dn a t u r eo ft 1 1 e a t o m i c o fe 1 e c t i v ec o u r s e3 一t h es t n l c t l l r ea i l dn a m r eo ft h em a t t e r a st h e r e s e a r c hs u b j e c t s b yc o m p a r e i n gt h e ( h e r e i l l a r e rr e f e r r e dt oi ta s ) w i m ( h e r e i n a r e r r e f e 盯e dt oa st h e ) ， f i n dt h ek n o w l e d g e st h a tb e e nn e wa d d e da n dm o s er e q u i r e m e n t s 高中学生关于“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 b e e ni m p r o v e do ft h ec o n c e p ts y s t e m ，s u c ha st h ea t o m i co r b i t a l s ，t 1 1 el o w e s t e n e r g yp r i n c i p l e ， i o n i z a t i o n 印e i i g y a n d e l e c t r o n e g a t i v i 妙 b a s e do nt t l e a n d 廿l et e a c h i n g m a t e r i a l s ，b yu s i n gd o c u m e n t a 巧 m e t h o d ，锄a l y s i s i l l gt h ea l t e m a t i v e 丘a m e w o r k st h a tm a yb eg e n e r a t e d ，w h e r e b y p r e p a r a e dt h eq u e s t i o n n a i r e s c h o o s e dm eh i g hs c h o o ls t u d e n t sa st 1 1 em a i ns t u d y o b j e c to ft h eq u e s t i o n n a i r e sa n ds t u d e n ti 1 1 t e r v i e w s ，t h e ns o r t e do u ta n dc l a s s i f i e d t h ea l t e i n a t i v ec o n c 印t i o n sa b o u tt h ec h 印t e r ，a n a l y s i s e dt l l e c a u s e so ft h e s e a l t e m a t i v e c o n c e p t i o n sa c c o r d i n g t o c o g n i t i v e c o n s t m c t i v i s t t h e o 巧， m e n c o m b i n e dw i t ht h et e a c h i n gp r a c t i c e ，n n do u tf e a s i b i l i 够t e a c h i n ga n dc o r r e c t i o n s t r a t e g y ，i i lo r d e rt oi m p r o v et e a c h i i l ge f f e c t i v e n e s s t h r o u g hr e s e a r c h ，i th a sa 1 1 r i v e dc o n c l u s i o n sa sf 0 1 1 0 w s ： ( 1 ) i ti sg e n e r a lm a ts t u d e n t sh a v ea l t e m a t i v ec o n c e p t i o n si i l l e a m i n gt h i s c h 印t e r ，a n dm em o r ea b s t r a c ta n ds p e c i a l ，t h em o r ea l t e m a t i v ec o n c 印t i o n sb e g e n e r a t e d ( 2 ) t h et e a c h e r s t e a c h i i l ga n ds t u d e n t s p r i o rk n o w l e d g ea n ds t u d e n t s 1 e 锄i n gc h a r a c t e r i s t i c sa r et h em a i nc a u s e so fm e s ea l t e m a t i v ec o n c e p t i o n s ( 3 )r e d u c e - s t u d e n t s a l t e m a t i v e c o n c 印t i o n sb yd e v e l o p i n gt e a c h e r s “a l t e m a t i v ec o n c e p t i o n sf o u n d i n ga 1 1 dc o r r e c t i n g a w a r e n e s s ，c h a i l g i n gt e a c h i n g m e t h o d s ，i m p r o v i n gt e a c h i n gd e t a i l s ，a sw e l la sb u i l d i n gc o n c e p tm a p st 0 o p t i m i z e t 1 1 e s t u d e n t s c o g n i t i v es t m c t u r e a i l dr e d u c et 1 1 e p o s s i b i l i t ) ，o ft 1 1 e g e n e r a t i o no fs t u d e n t s a l t e m a t i v ec o n c e p t i o n s k e yw o r d s ：a t o m i cs t m c t u r ea n dp r o p e r t i e s ；a l t e m a t i v ef r a m e w o r k s ；c a u s e s a n a l y s i s ；c o r r e c t i v et e a c h i n gs t r a t e g i e s i v 四川师范大学硕士学位论文 1问题的提出及研究目的 1 i 问题的提出及研究背景 认知心理学认为，概念是人脑对同一类事物的属性或特征的抽象的、概 括的反映；概念是构成人类知识的最基本的成分，也是人们一切认知活动的 基础【1 】。结构主义代表者布鲁纳和施瓦布都非常强调概念学习的重要性。按 照布鲁纳对知识的看法，如果任何知识都存在着基本结构，那么，任何学科 都可看作由基本概念和原则以及该学科所特有的程序和方法这两部分组成 【2 1 。施瓦布也指出，理解科学知识，首先需要理解科学知识体系内部的概念 及其关联。化学概念是从大量的化学实验、化学事实中抽象出来的概括性理 性知识，反映着化学本质属性和化学共同特征的高级思维形式，可谓是化学 学科知识结构网络的骨架。因此，化学概念教学是化学教学实践的重点，它 对学习化学知识及解决化学问题相当重要。 然而现实的化学概念教学现状却不乐观，主要症状有：一是经老师反复 讲解后，学生都能熟练精确地背诵各种概念和定义，老师和学生自我感觉都 不错。但是，一经测验，教师们才发现，当把这些概念换种表述方式或者加 以迁移、引申后再来考察学生时，学生就不知道如何作答了。有的教师又以 先前的方式重复讲解，然而，学生的测验结果照旧，频频出现“屡教屡错， 屡教不改”的情况。有研究表明：有9 2 5 的学生认为化学概念在高中甚至 一生的学习中都占据着重要的意义，但是也有3 0 2 的学生认为学习化学概 念、基本理论最困难1 3 1 。二是相同的老师、同样的教法，同一班上学生的测 验结果却大相径庭。有的学生学得很好，但有的学生却是一问三不知，这部 分学生很有可能责怪老师教法失当。三是新课程改革后，知识容量明显增加 了许多，使得化学科目的课时更加紧缺。有限的课堂时间既要用于教授新知 识，还要处理习题。许多教师都反映，处理习题的时间有可能比讲新课花的 时间更多。 为什么会出现这种教师教得心力疲惫，学生学得吃力，教师和学生相互 指责；同样的教法，有的学生掌握得很好，而有的学生考得一塌糊涂；教师 老感叹化学概念习题处理既困难又费时的尴尬局面呢? 当代认知建构主义理 论认为，学习过程是要建立在学生原有的知识基础上的，是学习者原有的认 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 识结构与从环境中接收的感觉信息相互作用，主动建构信息意义的过程，学 习者以往的知识、经验及思维方式在个体的学习过程中起着极为重要的作用 【4 1 。这就启发我们：教师在教学中必须重视学生已有的认知结构，知晓学生 先前的知识储备、已获得的经验以及惯有的思维方式，尤其是那些学生已有 观念中不全面、有偏差甚至完全错误的观念。这些观念势必将对学生新知识 和新概念的理解造成影响，以致形成新的错误认识和观念。而这些新的错误 认识和观念极有可能成为下一个新的错误认识和观念的理解基础。可以说这 些错误认识或观念具有“生命力 ，一旦形成，将会以裂变链式反应一般， 对学生的理解认知造成不可估量的负面影响。所以，对作为学生学习的引导 者的教师而言，发现存在于学生头脑中的不全面的、有偏差的甚至是错误的 观念，分析其形成原因，找出对应策略及时将其矫正，并转化为科学观念， 是一个紧迫的教学问题。 目前较为认同的化学核心概念主要有6 类【5 】：( 1 ) 微观粒子原子、分 子及离子；( 2 ) 粒子之间的相互作用化学键；( 3 ) 分子的空间构型；( 4 ) 化学 反应：( 5 ) 化学动力学；( 6 ) 现代化学进展。此六类概念皆与物质的微观结构紧 密联系。也正是由于这些概念的微观特点，看不见，感觉不出，使得学生在 学习这些概念时只能凭借对概念的文字描述进行自我构想。学生对于文字的 理解不同，形成的微观认识也各异，如此一来很有可能产生与科学解释不一 致的认识。而原子作为化学反应中不可再分的微粒，可谓是学习这些化学核 心概念的“源头”，正确理解原子结构与性质的相关概念是学习其他化学概 念乃至学好化学这门学科的基础，本课题正是选择了“原子的结构与性质 这一化学概念进行研究。 1 2 课题研究的目的和意义 2 0 0 3 年4 月，普通高中化学课程标准( 实验) 出版，在课程目标、 课程结构和课程内容等方面都进行了全新的尝试。新课程以提高学生的科学 素养为宗引6 1 ，其中非常重要的方面就是增进学生对化学基本概念和化学基 本理论的学习和理解。 2 四川师范大学硕士学位论文 从课程结构来看，新课程采取必修加选修的模式，其中必修课程体现出 “基础性 ，而选修部分是对必修课程的进一步拓展和深化。从模块设置意 图来分析，选修三体现着“选择性 ，物质结构与性质主要是为对化学 感兴趣且具有较好的理科学习基础、将来可能报考化学相关专业的学生开设 的，它以拓展学生化学学习和加深对化学本质规律、基本观念的认识为主要 目的f 7 】o 从化学学科知识的构成关系来看，化学是在原子、分子水平上研究物质 组成、结构、性质及其应用的一门自然科学。物质结构理论是医学、生命科 学、材料科学、环境科学、能源科学。信息科学的重要基础。它揭示着物质 构成的奥秘、物质结构与性质的关系，有助于人们理解物质变化的本质，预 测物质的性质，为分子设计提供科学依据【引。因此可以说，物质结构理论堪 称为化学学科的核心知识。 从课程内容及教材编写方式来看，新教材的编写一大特点就是注意循序 渐进，螺旋上升。化学必修模块体现的是“基础性 ，因此对于各知识点的 要求也较为基础；而选修三突出的是“选择性，在必修的基础上进行了深 化，选择的课程内容不仅保留了原大纲内容，还纳入了较多的原大学化学内 容，如原子核外电子排布、电离能、价层电子对互斥理论、等电子体等。如， 对于“原子结构与性质”的相关知识的内容标准，课标对必修和选修模 块的不同要求如表l 所示1 9 j ： 表l 必修2 与选修3 对“原子结构与性质”概念的内容要求 必修化学2选修3 了解原子核外电 子的排布； 能结合有关数据 和实验事实认识元素 周期律，了解原子结 构与元素性质的关系 了解原子核外电子的运动状态； 了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布， 能用电子排布式表示常见元素( 1 3 6 号) 原子核外电子的排布； 能说出元素电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说 明元素的某些性质； 知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应 用 3 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 对比可见，除了内容的增加和难度的加大，选修三在知识掌握的要求程 度上也有所提高，必修阶段的认知性学习目标水平为“了解 ，而选修3 除 “了解 外还增加了“能应用”、“能说明”等稍高的要求，这对理科生的 学习提出了挑战。 四川省从2 0 0 9 年下半年正式进入课改，使用人教版教材。由于四川省的 化学教师是初次使用新教材，在内容把握和知识处理上可能比较陌生。四川 省将选修三物质结构与性质设为“选修中的必修”，安排在高二上学期。 与原大纲相比较，选修模块中选修三的新增知识点最多，理论性很强，知识 相对来说最抽象。考虑到教师对于本模块的教学经验的欠缺以及本模块知识 的抽象特点，笔者预测，学生在学习该模块时产生相异构想的可能性很大。 本课题选择人教版选修三第一章“原子结构与性质 为研究对象，主要是基 于如下考虑：一是因为“原子结构与性质 在选修三教材中的地位是显著的。 整个选修三模块体现着结构决定性质的思想，其结构线索逻辑关系为：原子 _ 分子一晶体，可见原子结构与性质知识是后续学习的基础。二是因为其知 识体系抽象程度很高，而它又位于模块三的第一章。也就是说，本章为整本 书定了个基调“抽象、难理解 ，从心理层面来看，如果学生在学完选 修三的第一章就能很好的进入状态，能掌握微观世界的学习方法，那么对于 学好选修三这正本书来说就开了好头。第三，虽然本课题仅选择了第一章作 为研究对象，表面看起来工作量较少，但是本章涉及的知识点非常多。本课 题意图从小视野入手，对每个知识点进行深入的探查，尽力挖掘出学生对于 每个知识小点可能存在的相异构想，并进行仔细探查，力求“小视野但大深 度”，希望能“管中窥豹 ，摸索出有效、可操作性的教学矫正策略。本课 题主要致力于以下几个方面的研究： ( 1 ) 采用问卷调查及学生晤谈法探查学生在这一章的概念学习中存在的一 些错误的或者片面的观念，为教师改进教学提供依据。 ( 2 ) 采用文献法、学生及老师晤谈法，并结合实际，分析学生形成这些错 误或者片面观念的原因。 4 四川师范大学硕士学位论文 ( 3 ) 成因分析，提出教学矫正策略，有助于教师在教学中做到有的放矢， 使得教学具有针对性。这些教学矫正策略包括学生的学习方式、教师的教学 方式及教材的编写等。 本课题是实证性研究，研究材料及结论皆来源于教学实践。希望通过本 课题对“原子结构与性质 这章部分知识相异构想的调查及成因分析， 提出可操作的、有效的教学矫正策略，提高化学课堂效率，改进该部分化学 概念的教学。 1 3 研究理论基础 从认知心理学的角度来看，该领域对于知识的形成的认识目前主要存在 着两种观点： 一是以皮亚杰、奥苏贝尔、布鲁纳等为代表的认知建构主义流派。该派 别强调学生原有的知识结构对新内容学习的影响，新知识的学习源于学习者 的主动建构。具体到课堂教学实践中，学生对知识已有的观念应成为教学的 出发点，因此教师在讲授新知识时要注意挖掘出学生对该知识的已存概念，。 及时给予矫正，帮助学生建立正确的观念体系。 瑞士儿童心理学家皮亚杰在实验观察的基础上，提出了认知发展论，建 议教师们在教学过程中尽量与儿童沟通，引导他们说出对问题的真实看法以 及解决问题时的思路。美国著名心理学家奥苏贝尔提出了“有意义学习理论 和“同化论 。他认为：学习过程是新概念被认知结构中的原有的适当观念 吸收，使原有的观念不断得到丰富和发展，从而又为吸收新观念作好准备的 过程，即新旧观念发生相互作用，也就是将“同化”视为“有意义学习”的 心理机制【l 引。奥苏贝尔提出的学习理论被认为是最接近教育心理学的。具体 到教学方面，他在著作教育心理学：认识取向( 19 6 8 ) 的开篇就道出了 他的观点：如果要我只用一句话说明教育心理学的要义，我认为影响学生学 习的首要因素，是他的先备知识，研究并了解学生学习新知识之前具有的先 备知识，配合以设计教学，从而产生有效的学习，就是教育心理学的任务【1 1 1 。 即有意义的教学是在教师适当的教学技巧指导下，学生主动利用既有的储备 知识，多角度认识新知识，最终将其纳入原认知结构中，成为自己新有的知 5 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 识的过程。布鲁纳创建了“发现学习论 ，鼓励学生在面对问题情景时，先 在自己已有知识和经验的基础上进行一番直觉思维，若在这个过程中，发现 了线索，此直觉就会成为发现学习的前奏。他认为，在教学实践中，教师如 果采用直接告诉学生答案要求其记住的教学方式，其结果不是“知其然不知 其所以然”就是暂时记住而迅速遗忘( b 眦l e r ，1 9 6 4 ) 。在教学理论之建构 一书中，布鲁纳对教师的教学设计提出了四点建议：一是若要使学生的知识 是经主动发现而获得的，教师就必须先要把教材性质和学习场景描述清楚； 二是教师在进行教学时，要结合学生的已有知识，对所授知识进行合理组织， 尽量使每个学生学到知识。三是针对教材逻辑的先后顺序，教师要联系学生 的认知发展水平和表征习惯做出科学合理的安排，使得学生的前后知识自然 衔接，从而保证产生学习的正迁移；四是在教材难易程度的把握上，要过犹 不及：过易，学生缺少成就感，过难，学生会产生挫败感，保持适度才能维 持学生内在的学习动机。 另一派被称为“信息加工论”观点，该派的心理学家比较侧重于分析信 息的各个加工阶段，即信息从外部输入大脑，到学习者对此产生反应的过程 中所经历的加工过程及各个加工过程呈现出的规律。学习者对于信息并不是 被动的接受，即不是单纯的不加选择的全盘接受，而是在信息的处理过程中 要根据已有的经验主动的对信息进行选择，再经过短期记忆将信息进行精细 化操作，然后以编码的形式整合于长时记忆中储存，作为此后信息处理的依 据。该派别将人看作是一个复杂的信息加工系统，认为有意义的学习必须要 具备三个认知条件：接受( 选择性接受) 、统整( 主动地组织并将其精细化) 和储存( 编码及提取) ，只有这三个过程完全具备后，学习才会形成完整的 知识，构建知识的整体框架，然后将这些知识正确的应用于下次的情景。 依据“信息加工论，化学概念的学习过程即为对化学概念进行加工的 一个认知过程，通过选择、编码、重组、存储及提取等方法，对化学概念进 行分工，使之体系化、系统化的过程【1 2 】。黄璨【1 3 】等学者认为，具体到化学概 念教学中，可以构建出如下图所示的教学过程： 6 四川师范大学硕士学位论文 信息加工 过程 教学过臻 图1 化学教学过程 7 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 2 课题研究的规划与设计 本研究课题从提出到完成计划方案设计再到研究实施直至论文完成历时 约一年的时间。本研究主要采取问卷调查、学生及教师晤谈的方法在成都市 石室中学高二年级共2 4 0 名学生中获得研究的依据调查数据，并运用 e x c e l 软件进行科学统计和数据分析，然后根据分析结果及学生单独会谈的 方法并结合认知发展理论、建构主义理论等探查这些相异构想的成因来源， 并针对这些成因有针对性的提出教学矫正策略，最后以论文的形式呈现。 2 1 课题研究的设计 2 1 1 课题研究的目标 本课题旨在通过对高二学生对“原子结构与与性质 这章的化学概念的 学习情况的分析来研究关于本章知识的相异构想的内容、形成原因及教学矫 正策略。本课题的研究目标可细分为以下3 点： ( 1 )调查高二年级学生对“原子结构与性质 一章化学概念的认识情 况，挖掘学生在学习这章知识时存在的错误或不科学的概念。 ( 2 ) 调查高二化学教师对本章知识的认识情况。 ( 3 ) 分析调查结果，对学生的这些错误或不科学概念进行成因分析， 并针对这些原因提出改进建议，为本章的教学乃至化学概念教学 提出较为可行有效的教学策略。 2 1 2 课题研究的构成 2 1 2 1 调查对象 本课题的研究基础是通过问卷调查的方式获得学生关于“原子结构与性 质 这章知识的相异构想。在教学中，学生是学习的主体，教师起主导作用， 因此，本课题对高二学生和教师都进行了调查。 ( 1 ) 学生 8 四川师范大学硕士学位论文 选取了国家级重点示范性高级中学成都石室中学高二年级四个班共 2 4 0 人作为调查样本，横向比较成绩有差异的不同学生群体( 见表2 ) 对概 念掌握的不同情况。 表2 调查样本( 学生) 组成情况 ( 2 ) 教师 本研究选择了该校高二年级化学组共8 名老师( 具体的师资构成见后文) 作为关于“原子结构与性质 部分相异构想的调查问卷( 教师卷) ( 见附录 2 ) 的调查对象，并对其中4 人进行了访谈。 2 1 2 2 研究工具 本课题主要结合了问卷调查法、访谈法、文献法等多种研究方法，具体 的应用之处如下： ( 1 ) 制定关于“原子结构与性质”概念的调查问卷( 见附录3 ) 。查阅 了多种资料、文献，咨询了多位一线化学教师及本学院“课程与教学论”专 业教授，概括出本章学生可能混淆从而出现错误概念或不科学概念的知识点， 编制成问卷试题高二学生关于“原子结构与性质”相关概念的相异构 想测试题。 ( 2 ) 教学是教与学的双向互动。为了全面深入的探查学生产生这些相异 构想的成因，本课题为老师也设计了一份调查问卷关于“原子结构与性 质 部分相异构想的调查问卷( 教师卷) ( 见附录2 ) 。该问卷主要针对老 师对“原子结构与性质 一章的知识定位、该章知识点的教学情况以及对相 依构想的认识情况进行调查。 9 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 ( 3 ) 关于典型相异构想概念的访谈。以问卷调查的内容和调查结果为依 据设计访谈内容，探查高二年级学生产生这些相异构想的原因。具体步骤是， 先对调查结果进行统计分析，找出产生相异构想较多的题目，再从中抽取几 个概念作为主要的晤谈内容，对象是从参加此次调查的各个层次的学生中随 机。 ( 4 ) e x c e l 统计软件。该软件主要用于本研究课题的学生问卷结果统 计，主要对以下几项内容进行了统计：每道题的各个选项在各班被选择的比 例、各选项在全体学生中的选择情况。 2 1 2 3 问卷设计 本课题设计调查问卷的过程如下【1 4 】： 匝堕圈一 图2 问卷设计流程图 ( 1 ) 研究主题的确定及主题概念的选定 物质的组成和结构决定着物质的性质与变化，物质的结构将宏观与微观 世界联系起来。培养学生的微观意识，使其建构粒子性观念，并能从微观的 视角来解释一些自然现象是中学化学物质结构部分的重要教学任务。物质的 组成元素决定着物质的性质，究其根底，是由于各元素的原子结构引起的。 因此，研究原子的结构与性质是研究化学反应的起点。 反复研读了国内外相关资料及课标，结合高二化学教学实践，选取 了大部分能反映出学生对原子结构与性质认识的问题进行调查。本文将课 标与大纲对这部分的内容标准进行仔细对比，概括出两者要求不一之处， 1 0 四川师范大学硕士学位论文 回避了原大纲要求而课标淡化的部分，从最基本的原子的结构、性质相 关的概念入手，调查学生对这部分知识概念的理解正误。 ( 2 ) 从设计开放性问卷到形成最终问卷 依据主题概念选择了与原子结构与性质有关的问题共1 5 个不定项选择 题，每个问题下设4 1 2 个选项不等，以求全面探查学生对概念的理解正误、 理解程度以及迁移能力等。确定问卷的问题后，先后找了8 位刚学习完这一 章知识的高二学生进行个别访谈，其中两位是实验班拔尖学生，两位在实验 班中等或中等偏下，两位在平行班优秀，还有两位在平行班中等偏下。访谈 结果显示一半以上的试题区分度较高，但有的问题过难，难度水平接近大学 水平，优秀班的学生都无从下手，本人再次研读了课标后，最终弃之。 问卷几经修改，删减至1 0 题，但是选项增多，力图全方面多角度的考察学生 对概念的理解。后来经学院的“课程与教学论 专业多名教授及成都石室中 学多位高级教师的反复推敲、修改后保证了问卷的内容效度。初稿完成后， 在高二( 5 ) 班抽取了2 0 名学生进行测试后，经过统计发现初测信度较好， 将这1 0 道不定项选择题定为最终调查问卷，为了保证收回调查问卷的有效 度，专门在卷首部分和卷尾部分设置了两道非常简单的习题，以这两道题的 正确情况，我们可推测学生做题的认真情况，以此判定该试卷是否有效。 2 2 课题研究实施阶段分析 本课题通过问卷调查和访谈获得第一手研究资料，经统计分析调查结果 结合访谈内容来分析高二学生对“原子结构与性质 这一章知识相异构想的 产生原因及影响因素，并采用了文献法、访谈法等研究方法进行综合分析， 在此基础上提出了针对这一章教学的相异构想的矫正策略和促进化学概念高 效教学的策略。本课题历时较长，主要分以下几个阶段进行： ( 1 ) 第一阶段：确定研究课题，制定研究提纲，论文开题 时间：2 0 11 年3 月上旬至4 月上旬 该阶段主要采用的研究方法为文献分析法，主要的任务有：确定研究 方向确定具体的研究课题借鉴相关研究的方法、步骤等查找编制调查 问卷的参考资料等。本论文的研究理论基础部分借鉴了大量的文献和著作， 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 资料来源包括：四川师范大学化学与材料科学学院科学教育研究所资料室、 四川师范大学图书馆、四川师范大学网上图书馆数据库等。在参考大量的相 关资料的基础上，确定课题对象、划定研究范围，编制了课题研究提纲。 ( 2 ) 第二阶段：测试问卷 时间：2 0 1 1 年5 月至2 0 1 1 年9 月底 通过文献阅读，参考相关研究资料及课标，先拟定了1 5 道非定向选 择题构成问卷调查初稿。在抽查学生进行访谈后，视情况删减了3 道试题。 后在石室中学多位化学教师及学院“课程与教学论 专业教授的指导下，在 保证问卷效度的前提下，将1 2 道题揉合成1 0 题。为了确定问卷的信度，选 择了高二( 5 ) 班2 0 名学生实施测试，统计结果显示信度很好，问卷定稿。该 问卷的测试对象是选修三第一章“原子结构与性质”一些化学概念，范围是 与原大纲相比，课标新增的或要求程度不一的知识点，共1 2 道题， 其中有两道题是为了探查问卷的有效情况而设，其余1 0 道不定项选择题下设 了4 至1 2 个选项不等，力求从不同角度，不同深度来考察学生对概念的理解 情况，尽可能多的找出学生存在的相异构想。 ( 3 ) 第三阶段：问卷实施和访谈 时间：2 0 1 1 年1 0 月初至1 1 月中旬 该阶段发放正式调查问卷和进行访谈。本研究选择了成都市石室中学高 二年级2 4 0 名学生进行调查。样本分别来自两个实验班和两个平行班( 每个 班各抽取6 0 人) 。这些学生虽然层次不一，但所用的辅导资料都一样，其中， 教辅为教材完全解读王后雄学案及年级老师编制的学案及测试题。 四个班的化学老师各不相同，其中三位化学老师为中学高级教师，一位为中 学二级教师。被试学生大多都是成都本地学生，少部分是来自四川其他城市。 在实施调查问卷后，针对相异构想产生较典型的选项，从每个班随机抽取了 3 名学生进行单独访谈。抽取的学生分别是班上优秀、中等、学困生，因此 具有一定的代表性。 另外，为了找出教师方面的因素，单独抽取了4 名化学教师进行访谈， 访谈的主要内容是对这些知识点的认识以及对其的教学处理等。 ( 4 ) 第四阶段：分析结果 四川师范大学硕士学位论文 时间：2 0 1 1 年1 2 月中旬至1 月上旬 此阶段应用了e x c e l 软件对问卷调查的结果进行了统计分析。主要统 计了各道题各选项在各班的选择情况、各题各选项在全体样本中被选的情况。 再按照统计结果及访谈情况对这些相异构想进行成因分析，找出影响因素。 在此基础上，结合文献法，请教中学优秀教师及咨询本学院“课程与教学论 专业的教授，提出教学矫正策略。 ( 5 ) 第五阶段：论文写作 时间：2 0 1 2 年1 月中旬至4 月上旬 本阶段主要任务是在导师的指导下对论文初稿进行反复斟酌、修订，最 终定稿，并将课题研究结果反馈给石室中学化学组，作为老师们的教学参考 以改进教学。 2 3 课题相关概念界定 ， 2 3 1“原子结构与性质”概念体系界定 2 3 1 1 人民教育出版社( 2 0 0 9 年第三版) “原子结构与性质”内容的选择 与呈现分析 该套教材是按照课标对选修三模块的要求，严格按照模块的主题1 “原子结构与元素的性质”的要求选择内容，以九年级化学和高一化学2 中 “原子结构知识”为基础，注重高年级和低年级知识之间的衔接和深化。 在第一节“原子结构中，教材没有再对原子结构概念进行重复介绍， 而是提出核外电子能层( 电子层) 和能级( 电子亚层) 的概念。在此基础上 给出构造原理，并据此介绍核外电子排布。再以构造原理做铺垫引出能量最 低原理，同时引出了基态及激发态的概念和原子光谱。由于第二章共价键部 分要用及原子轨道和电子云概念，教材在该节的描述原子核外电子运动状态 时对这两个概念做了介绍。学习了原子轨道的概念和原子核外电子的轨道排 布式，教材接着对泡利原理及洪特规则进行简单介绍。 在“原子结构与元素的性质”这一节中，教材经原子核外电子排布变化 规律带出元素周期系，紧接着介绍元素周期表。由于学生在初中和高一阶段 已经对元素周期表结构有了一定的了解，为免重复，教材通过一个“科学探 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 究 要求学生立足高视野来深度了解元素周期表的结构；元素周期律内涵极 为丰富，教材主要介绍了原子半径，电离能及电负性的周期性变化。因为学 生在初中及高_ 阶段已经学习了同周期主族元素的最低化合价和最高化合 价、非金属性和金属性的周期性变化，教材仅设计了一个“学与问”来帮助 回忆；在该节最后，教材用一个“科学探究，结合元素电负性和元素周期 表对对角线规则进行了简单介绍。 2 3 1 2“原子结构与性质内容结构 图3 “原子结构与性质 内容结构 2 3 1 3( ( 课标与大纲对“原子结构与性质”概念体系知识的要求比较 对于该部分的知识，较之大纲，课标明显提高了广度和深度：在内 容上纳入了如原子结构构造原理、核外电子排布式、电离能和电负性等原大 学内容，而对于原子核外电子排布规律等知识点，课标要求增高。对于 课标和大纲对于“原子结构与性质 概念体系知识的要求对比见表3 。 1 4 四川师范大学硕士学位论文 表3 课标和大纲对于“原子结构与性质”概念体系知识的要求对比 2 3 1 4 调查问卷( 学生用) 的内容构成和依据 出于以下考虑：针对性：已有多位学者对该部分的大部分知识点的相 异构想进行了研究，如山东师范大学陈勇【”j 、辽宁师范大学高峰1 1 6 】及王磊【5 】 等。但这些研究研究面较广，对于本章的知识点的针对性较小，尤其具体到 某个概念所收集到的相异构想较少，因此教学可借鉴之处不多；时效性： 四川省从2 0 1 0 年正式实行新课改，根据四川省普通高中课程设置方案( 试 行) 【1 7 1 规定，高，年级学生都学习化学必修1 和必修2 ，高二年级首先学 习选修三。从高中化学教师的教学可能情况来看，出于教学经验，对于必修 1 和必修2 的教材处理可谓轻车熟路，但是对于选修三的教学，由于初次接 触，虽然经过相关的培训，但也有点“投石问路 ，探索味道更浓。尤其是 对于很多大学下放到高中的内容的教学更是“摸着石头过河”，在知识的处 理上可能会不尽人意，使得学生产生相异构想。再从学生的角度分析：由于 教材的编写采用螺旋式发展的方式，必修1 和必修2 的知识相对来说简单， 但是到选修模块，难度明显加大，尤其是选修三的难度在所有的选修模块中 高中学生“原子结构与性质”概念的相异构想成因分析及教学矫正策略研究 算很高的。学生学习该模块的第一章时，由于与必修l 的难度落差较大，学 生一时难以调整状态，从而产生种种相异构想。 主要基于以上两个原因，本课题选择了选修三物质结构与性质第一 章“原子结构与性质 作为调查对象，而考查的知识点限为课标与原大 纲要求不同之处：一是新增内容，二是要求提高之处。经反复对比与推敲， 本课题主要选择了以下知识点作为考察内容：电子云、能级及能层、构造原 理、能量最低原理、激发态、原子光谱、原子轨道、泡利原理、洪特规则、 元素周期表、元素周期律、电离能、电负性等，相关概念的定义列于附录l 。 2 3 2 相异构想( a i t e m a t i v ec o n c e p t i o n s ) 2 3 2 1 相异构想的定义 西方学者研究学习者的概念学习时使用的术语各不相同，使用较多的如 迷思概念【1 8 1 ( m i s c o n c e p t i o n ，h a s l a m & t r e a g u s t ，1 9 8 7 ) 、相异构想 【1 9 1 ( a l t e m a t i v ec o n c e p t i o n s ，g i l b e r t ，j f ，& w a t t s ，m d 1 9 8 3 ) 、相异框架 ( a l t e m a t i v e 丘a m e w o r k s ，d r i v e r & e a s l e y ，1 9 7 8 ；n u s s b a u m ，j & n o v i c k ，s ，1 9 8 2 ) 1 2 0 】【2 l 】、前概念( p r e c o n c e p t i o n ) 、前科学概念( p r e s c i e n t i f i cc o n c e p t i o n ) 等等。 而我国的台湾地区在概念学习中使用的术语主要有：迷思概念、另有架构、 另有概念、错误概念、朴素概念等。由于近几年来认知建构主义理论越来越 得到人们的认可，因此概念学习这一领域也是一大研究热点。对于如此众多 的术语，初学者感到很困惑，而研究者们也很有可能因为术语用语的差别而 导致在文献阅读时出现理解偏差。 为了方便读者理解，本文将这些术语大概进行了分类辨析，找出几个本 文认为很有代表性的常用术语： ( 1 ) 概念框架( a l t e m a t i v e 仔锄e w o r k s ) a l t e m a t i v e 丘a m e w o r k s 是由依斯利和德瑞弗( e a s l e y & d r i v e r ，19 7 8