高中生化学素养的现状调查与分析

高中生化学素养的现状调查与分析摘要建构了化学素养的操作定义，提出了化学素养与化学专业素养的区别，设计了针对高中学生的化学素养调查问卷，以问卷和访谈的形式进行了调查分析。关键词科学素养化学素养化学专业素养操作定义结果与分析1 研究现状将科学素养按学科分解成物理素养、化学素养、生物素养等一直是个有争议的问题，支持者认为这有助于将科学素养的目标具体化，而反对者则认为科学是一个整体，科学素养是无法按学科来截然分解的。我们认为科学素养的提高是一个实践问题而非理论问题，在目前以分科教育为主的科学教育中将其按学科分解更具操作性。BSCS（美国生物科学课程研究会）曾于1993年提出biologicalliteracy（生物素养）的概念[1]。英国纳菲尔德课程中心的Holman等人于2001年提出化学素养的概念，认为应包括化学语言、核心化学观念、化学家在干什么、基本技能、化学的应用5个部分[2]。2003年以色列的Shwartz等人认为对中学生而言化学素养有2种水平，basiclevel是所有高中毕业生应达到的水平，advancedlevel则是将来选择化学专业的学生应达到的水平[3]。2004年荷兰的Witte和Beers等人主张化学测试应着重考查化学素养，认为可从2个角度命题：一是运用、处理信息来解决化学问题；二是运用化学知识、技能理解日常生活的有关信息[4]。国外有关化学素养的研究文献不多，而国内尚未见报道。《普通高中化学课程标准（实验）》指出“立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，着眼于提高21世纪公民的科学素养。”“鼓励学生……选学更多的课程模块，以拓宽知识面，提高化学素养。”[5]新课程标准中对“化学素养”这一概念未作进一步阐述。2化学素养的定义2．1化学素养与化学专业素养在英文文献中与“科学素养”对应的词有2个：scientificliteracy和scienceliteracy。这2个词在含义上是有差别的。有学者（郭中一，2000）认为scienceliteracy可翻译成“科学专业素养”，scientificliteracy可翻译为“科学素养”。所谓“科学专业素养”，指的是科学专业人员应具有的基本素养，强调专业知识和技能；“科学素养”则是指非专业人员对科学的理解程度，强调方法、观念和态度。对应于此，中学科学教育的目标应有2个层次：一是提高全体学生的科学素养；二是提高部分学生的科学专业素养。同样化学教育也应该是在立足于提高全体学生化学素养（chemicalliteracy）的基础上鼓励学生进一步发展化学专业素养（chemistryliteracy）。其中提高全体学生的化学素养应是高中化学教育的首要目标。由此看来新课标中“化学素养”的提法，实际上指的是“化学专业素养”。而平时一些文献中常提到的“学科素养”实际上也是指专业素养。2．2化学素养的操作定义化学素养是一个抽象的概念，要真正测量它，必须把它具体化为一系列指标。2．2．1对化学核心概念的正确表征作为一个非化学专业的现代公民，最重要的并不是掌握很多的事实性知识，而是能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念。而观念的形成又离不开对核心概念的正确表征，众多研究表明：许多学生会做一个概念的相关试题，但其原有的或在概念学习过程中形成的迷思概念（misconception）并未转变，造成知识世界和观念世界的分离[6]。2．2．2有效地处理日常生活中的化学信息学生不需要成为化学专家，但学生应能更有效地解决日常生活中所遇到的与化学相关的问题，知道如何获取信息，并且在需要时能进行科学的决策。这是一个现代社会的公民保障个人的话语权和知情权，进行民主决策的基础。例如在“非典”时期能通过阅读说明书学会各种消毒剂的选择、贮存和使用方法；出席市民听证会讨论天然气价格应准备哪些材料？能顺利地阅读并理解报纸上一些有关化学方面的报道，例如能源、环境等方面的报道；能理解有机食品为什么价格远远超过无公害食品等等。2．2．3对化学学科特点、研究方法的认识学生不应该只是学习“知识的碎片”，而应建立对化学的整体认识，了解化学的学科特点、研究过程和研究方法。这样即使在概念、公式、符号等遗忘之后，学生仍能够藉原有的认知结构和正确观念，通过一定的方法在需要时获取化学知识。2．2．4对化学的价值与局限性的正确态度，建立科学的价值观化学的“公众形象”似乎不够好，环境问题、毒品滥用、危险药品等等常常让人“谈化学色变”，化学理论及技术对社会发展的作用是什么？通过中学化学教育，学生应能建立对化学价值与局限性的正确态度，并在此基础上形成正确的价值观。根据以上4个维度，我们设计了18个命题主题，在核心概念中选取了物质与化学变化2个基本概念，以观念性问题为主，基本回避高中所学内容，编制了20道开放性问答题，问卷设计过程如图1：3调查结果与分析3．1化学素养并未随着学生“知道”的知识的增加而得到相应的提高选取南京市金陵中学高一、高二、高三各一个同类班级作为施测对象，并以高二、高三各一个文科班作为参照。以问卷调查为主，结合个别访谈，共发放问卷310份，回收有效问卷254份，结论如下。3个班的均分分别为77.3、78.3、79.3，差异很小，分布也大致相同。这充分说明观念并未随着知识的增长而自然形成。特别是目前在高考的压力下，教学双方更多的精力都投入在对试题的研究上，对科学本身缺乏应有的关注。学生在学习中难以获得智慧和思辨的享受，也不能从根本上改变观察世界的方式。研究者以第9题为例对几位成人进行了访谈，也可看出观念的形成是很困难的。第9题：有人说几千万年前美洲的一只恐龙身上的某个原子可能在我们的身体里，你认为这种说法正确吗？L（女，语文高级教师，1987年高中毕业）L：恐龙和人是两种物质嘛，这怎么可能？R：恐龙体内有水，人体内也有水，恐龙体内的某个水分子有没有可能正好在我们体内呢？L：那么长的年代，这怎么可能呢？（笑）都几千万年了，沧海桑田，不可能。Y（男，某高校国际政治专业研究生，1999年高中毕业）Y：原子？真说不清楚，我觉得水分子倒是有可能。R：为什么呢？Y：水在地球上是循环的。原子我真的是说不清楚了（笑）。W（男，某高校电子专业研究生，2000年高中毕业）W：含有同种原子是可能的，但含有同个原子的机会太小了，不会的。R：有没有可能含有同一个水分子呢？W：这也不可能，机会太小了，那么远的距离。R：这种可能性有没有呢？W：可能性太低了，我们又没吃到恐龙（笑）。3．2相邻学科对化学素养的提高有较大影响学生的观念世界是完整的，不可能按学科分开。不同学科间如缺乏沟通，会造成学生观念世界的混乱。以第1题和第6题为例。第1题：据报道，目前人类已发现或制得的物质已达3000万种以上，且以每年数百万种的速度不断增加。这来自多方面的贡献，例如药物学家在实验室不断合成新的药物、信息工业不断生产出新的信息产品，机械工业不断生产出新的机器。第6题：一个气体分子中的电子和一种放射性元素原子中的电子性质完全相同。从第1题的理由阐述来看，3个年级“物质与物体不分”的比例大致相同，但高二、高三学生明显受到哲学上（在高二开课）“物质”概念的影响，采用哲学上“物质”概念来阐述理由的分别为2人和3人，如“物质是客观存在的，不以人的意识为转移”，“物质是不能创造的，人们只是不断发现”、“物质的‘可知论’”等等。第6题有类似的现象，如“世上没有两片完全相同的树叶”等等，文科班学生从类似角度阐述理由的在一半以上。学生解决问题时常有先按学科分类再分析问题的习惯，如第9题许多学生作出否定的判断，而理由阐述不能支持其判断，如“恐龙和人的DNA不同”、“原子是不能被遗传的”、“恐龙和人是两种东西”等等。而不同学科间如能主动建立联系，对学生观念的形成有积极作用，以第5题和第16题为例。第5题：原子的间隙及原子的内部空间并非“真空”，其间充满了空气。第16题：我们通常无法预测一个化学反应能否进行，这必须通过实验证实。高一、高二各有4位学生认为如果没有空气，则大气压会把原子压扁。而高三学生已在高二物理中学习过“分子运动理论”，了解了大气压的微观本质，没有学生从压强角度考虑，正确率很高。第16题中文科班学生正确率明显比3个同类班高（同类班：55.8%,高二文：68.1%，高三文：65.3%），而学生在阐述理由时往往也是借助哲学观点来分析如：“理论可以指导实践”、“认识对实践具有能动作用”等等，这生动地表明哲学在培养科学观念中的重要作用。3．3迷思概念的存在很普遍，而转变极为困难3个班级大部分题目的正确率没有显著差异，从理由阐述来看则表现出许多相同的迷思概念。如对微观世界的理解“宏观化”，将粒子视为固体，认为斧头刃可从原子的间隙穿过、原子间有空气等等，这说明相当多的学生尽管知道物质由粒子构成，但在其头脑中并未建立正确的表征，其固有的“物质是连续的”观念并未得到改变，离开化学考试中固定套路的试题观察世界、分析问题时，其应用的仍然是原来的观念。即使是非常优秀的学生也是如此，研究者选取一位化学成绩在年级名列前茅的高一学生进行了访谈，第2题访谈结果如下。第2题：用斧头将1块木头一劈为二，在这个过程中有没有原子正巧被劈开？C：不对，原子很小，不能被劈开。R：那怎么一分为二的呢？C：应该是从原子的间隔劈开的，（犹豫）好像也不对，不会正好间隔是对齐的。对了，原子内部空间很大，原子核不能被劈开，但可能从原子核外面的空的地方切开。R：那实际上还是把原子切开了。C：原子不是一个实心球体，是从空的地方切开的，原子核不能被切开。R：这样一个原子的部分电子被切到另一半，两边就都带有电荷了。C：这样好像也不合理，（思考）这应该是个物理变化，分子和原子都不会分开。R：那怎么一分为二的？C：我也说不清楚，但我觉得这种说法肯定是错的。“教育是当所学的东西被忘记时残存下来的东西。”学习过中学化学后，作为不再继续学习化学的学生，当他忘记了所学的符号、公式、概念以后应该“残存”下什么？我们认为应该是化学素养。新一轮课改中选课制的推行为化学教育改革提供了契机，对化学素养的理论和实践研究对课程目标的具体化是有所助益的。参考文献[1]BSCS(1993),DevelopingBiologicalLiteracy.KendallHuntPublishingCompany.Iowa1-2[2]JohnHolman.Chemicalliteracy-towardsaworkingdefinition，Educ.Chem.,2001，（1）[3]http://www1.phys.uu.nl.YaelShwartz,AviHofsteinandRuthBen-Zvi，Teachersdef