中学生“燃烧”核心概念的认知研究 论文

中学生“燃烧”核心概念的认知摘要：燃烧是中学生在化学概念学习过程中遇到的与日常生活经验最密切的第一个核心概念。本研究试图探查中学生关于“燃烧”核心概念的认知水平和相异构想，为中学化学教与学提供借鉴或建议。首先，对燃烧概念进行概念界定，将其从5个维度（燃烧条件、燃烧产物、燃烧现象、燃烧变化、灭火原理）做了拆解；其次，编制二spss13.0统计软件进行统计分析。结果表明不同教育教学经验会影响学生对燃烧概念的认知。关键词：核心概念；燃烧；认知水平一、研究理论1.燃烧的教育教学分析（1）国内义务教育化学课程标准2011年，义务教育化学课程标准（2011年版）第七单元“燃料及其利用”明确提出了要求：第一，绝大部分的内容要求程度仅限于了解、认识，知道，可见对义务教育阶段的学生要求不高，知识水平层次较低；第二，强调燃烧相关知识包括燃烧条件、燃烧现象、燃烧产物、燃烧变化和灭火原理要求能够运用的，这也是本研究的重点内容；第三，发现义务教育阶段学生对燃烧的理解主要来源于生活经验，所涉及到的知识也是与生活密切相关的，可以帮助学生建立化学与生活的联系；第四，从情感上对学生提出了要求，认识使用和开发清洁燃料及各种能源的重要性，了解事物的两面性，学会辩证地看待问题。（2）国内高中化学课程标准烧在高中阶段主要涉及到四本书，都是从能量和能源的角度来阐述的，义务教育阶段在这两方面已经做出了初步要求，高中阶段的要求则是应用到具体的实例中，从具体的实例中感受燃烧的能量变化，更多的是强调燃烧产生的能量，而不是燃烧概念本身。在化学必修1学习钠的化学性质时，讲到钠具有可燃性，钠不仅在空气中可以燃烧，在氯气中也可以燃烧，这与义务教育阶段燃烧概念的定义，即通常情况下，在气（或氧气）中发生的发光放热的剧烈的氧化反应是相违背的，因此，燃烧这一概念在高中阶段做了更深层次的拓展。基于此，本研究猜想不同年级的学生对燃烧的理存在差异性，并进行了实证探究。2．燃烧概念的界定经过阅读大量的国内外文献，以及对初中教材的对比分析，本研究将燃烧概念界定为：在一定条件下，可燃物与助燃剂（不一定是空气或氧气）发生的发光放热的不可逆的反应。依据国内外研究状况和初测问卷结果，本文对“燃烧”概念做了归纳整理，其中核心概念是具有持久和迁移价值的关键性概念、原理或方法，本文中”概念。子概念即核心概念覆盖下的小的零碎的知识点。本研究将燃烧核心概念从五个维度上做了划分，即燃烧条件、燃烧产物、燃烧现象燃烧变化和灭火原理。每个维度都包含若干个子概念，也就是总共十四个知识点，每个知识点具有不同的考察目的。二、实证研1.设计探测工具——二段式问卷基于前期大量的文献阅读和对燃烧相关内容的解读，制定了二段式问卷来探查学生关于燃烧概念存在哪些相异构想。问卷主要包括两种题型，一是简答题(包括开放题和提升题)，二是选择题，每道题目都是从不同维度来考察学生对燃烧概念的理解的。此外，在问卷实施之前进行了抽样测查和大样本数据分析，检验了样本的信度与效度，并制定了严格的评分标准。2.数据统计与分析首先利用spss软件对九年级普通班、重点班和高一年级普通班所有学生的燃烧整体认知水平的数据做了描述性统计分析，为后续讨论分析做准备对九年级普通班和高一普通班的几个具有有代表性的描述性统计数据（平均数、标准差和方差）做了整理，并分别做出了相应的直观条形统计图和曲线图，其中在做统计的过程中，将“九年级”定义为“1”、“高一年级”定义为“2”：从上述表格可以知道，高一年级的平均分高于九年级，标准差和方差均低于九年级可见高一年级的整体得分与九年级相比较集中（离散程度不是很大），得分也较高，初2步说明高一年级对燃烧概念的整体认知水平要高于九年级。图1九年级某班级频数分布图2高一某班级频数分布由图1和图2两个条形统计图可以很直观的比较出，两个年级的整体得分都成正态分布，且高一年级得到高30分左右）的学生较九年级要多，即对燃烧概较高认知水平的人数较多，从而说明教育教学经验对学生认知水平的影响是比较大的。三、研究结论与1.研究结论（1）学生关于“燃烧”概念存在的相异构想有些相异构想是受生活经验的影响，在燃烧概念的学习过程中没有有意识的摆脱生活经验的干扰；有些相异构想是在学习过程中产生的，当所学新知识与已有旧知识发生矛盾的时候，认知冲突没有得到及时的解决；还有些相异构想并不是一开始就是错的，在燃烧概念的学习后更接近科学模型。也正是因为有这些相异构想的存在，学生才会意识到自己对哪个知识点的理解不科学，在学习过程中有意识的朝着科学认知的方向改变自己对燃烧概念的理解。对于已经从事或即将从事教育行业的人来说，明确学生对概念存在哪些相异构想，才会更有针对性地进行教学设计，促进教学活动取得更好的效果。基于对课程标准、教科书、问卷数据的剖析，笔者对学生在学习燃烧概念的过程存在的相异构想做了如表4的梳理：表4学生关于“燃烧”概念存在的相异构想研究对象相异构想①只有在氧气（空气）中才能燃烧；②利用物质燃烧时有无火焰产生定义该物质是否为可燃物，且对于一些熟悉的物质（氮气、二氧化碳、石头等）也辨别不出其是否具有可燃性；③仅仅从燃烧过程中物质的（状态、重量等）直观感觉上解释燃烧过程是一化学变化；④九年级、对参与蜡烛燃烧过程的氧气（空气）或二氧化碳气体的化学性高一年级质认识不全面甚至错误（比如：氧气和二氧化碳具有可燃性）；⑤对火焰成分和蜡烛刚熄灭是产生的白烟认识缺乏科学性；⑥对降低可燃物至着火点以下和降低周围环境温度至着火点以下认识模糊；⑦意识不到化学反应过程中分子的分裂和原子的重新组合，对不同原子的大小，不同分子的组成以及分子个数比没有清晰的认识。⑧不会应用质量守恒定律。（2）学生关于“燃烧”概念的认知具有进阶性基于问卷调查结果和访谈的分析，发现学生对燃烧概念的认知还存在一定的进阶性。随着学生受教育经验、理解能力以及受教育水平的增长，学生对“燃烧”概念的认知也在逐渐接近科学模型。在本研究中笔者将学生的认知水平划分为5个层次，由低到高依次为水平1、水平2、水平3、水平4和水平5。学生关于“燃烧”核心概念认知水平的进阶示意图如图3所示：图3学生关于“燃烧”核心概念认知水平的进阶示意图每个水平的进阶都是以前面所有水平为基础的，水平之间以一种层层递进的关系相3互牵制着，这就要求学生学会新旧知识之间有意义的建构和转化。2.研究建议课程标准应多维度考虑问题；教材编写要重视学生多方面的能力；教师教学策略要多样化；注重学生情感的培养。四、研究不足与完善量表，测量学生核心概念方式需多样化，同时扩大样本的容量；深化研究，明晰认知进阶层次；缺乏教学干预，教研与实践相结合，针对学生关于燃烧概念的相异构想，在教学时要注意。后续笔者将制定详细的访谈提纲，采用访谈的形式，进一步研究学生关于燃烧的迷思概念。参考文献[[[1]义务教育化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2011.2]周玉芝.中学化学核心概念的界定与选取[J].中国教师.2014，12(：76-793]卢姗姗，毕华林.近二十年国际科学概念学习研究的内容分析[J].全球教育展望，2015，44(419-27.附录1中学生“燃烧”核心概念认知调查问卷同学你好！你现在拿到的是关于燃烧概念认知的调查问卷。请如实填写，一定要把自己思考和理解的过程详细写出来，不计成绩，不要有任何负担，纯为概念理解研究。感谢您的合作！姓名：一、简答题年（班）级：1我们如何实现燃烧？请解释。2没有空气能够燃烧吗？请回答并解释。3是否所有的物质燃烧前后一样？请回答并解释。4氧气的用途是什么？如果纯氧用来帮助燃烧会有什么不同？5请给下列物质进行分类？木炭、水、石油、天然气、二氧化碳、稀有气体、氮气、酒精、石蜡、塑料、玻璃、红磷、石头、硫、橡胶、铁丝、纯氧、镁、铜丝、纸具有可燃性：不具有可燃性：如图Ⅰ所示，在燃烧杯中放入梯形铁皮架，往两个阶梯上固定两根蜡烛，将蜡烛点燃，将二氧化碳气体沿着漏斗往烧杯慢慢地倒下去，观察实验现象并分析。图Ⅰ图Ⅱ二、选择题7木材燃烧时有东西产生吗？A有，产生白烟和热量B没有，看不见有什么产生D有，因为木材中水分丢失C有，产生黑烟，即炭黑E有，发生了化学变化，有新物质产生8如图Ⅱ，是一支燃烧着的蜡烛，在蜡烛上方罩一个气罐，不一会儿，气罐里的蜡烛熄灭了，回答下列问题图Ⅱ（1）蜡烛燃烧时会产生火焰，请问火焰是由什么组成的？A火元素和氧元素C火和热量B石蜡蒸气、二氧化碳和水蒸气D一些碳氢化合物，即炭黑E火无实质，是由于燃烧时光折射产生（2）蜡烛为什么还会燃烧一会，才熄灭，是因为？A气罐里还有部分氧气，氧气具有可燃性B氧气密度比空气大，在下降的过程中使蜡烛熄灭C气罐里还有部分氧气，氧气支持燃烧D气罐里的空气中含有部分具有可燃性的气体（3）蜡烛刚熄灭时会产生白烟，白烟成分是什么？A二氧化碳和水蒸气C碳、氧气和石蜡B石蜡、二氧化碳和水蒸气D石蜡固体小颗粒（4）你认为蜡烛上的蜡发生了什么变化？A变成液体B变成石蜡蒸气C变成其他气体D消失了(5)蜡烛燃烧过程发生了什么变化？A化学变化B物理变化C既有化学变化，又有物理变化D不知道（6）气罐里的空气发生变化了吗？请解释。A质量增加B质量减少C没变化D不知道9.一个学生在坩埚中加热6g镁带，燃烧至白色粉末，实验结束后，学生对燃烧过的镁进行称重，发现重量为10g，请问为什么镁的质量增加了？A空气中的氧气与镁混合，所以重量增加B镁被加热发生膨胀，所以重量增加C镁与空气中的氧气发生了反应，所以重量增加D镁从火焰中得到了热量，所以重量增加E结果是不可能的，重量