摘要：以電化學(xué)概念的表征和問題解決為主要研究內(nèi)容，使用測驗(yàn)、訪談的方法展開研究，探查不同年級學(xué)生在電化學(xué)核心概念表征中存在的差異，揭示不同年級學(xué)生在電化學(xué)問題解決中存在的問題。在研究的基礎(chǔ)上，為化學(xué)抽象概念的學(xué)習(xí)提出了可供借鑒的結(jié)論和建議。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)；概念表征；抽象概念；測驗(yàn)法

文章編號：1005-6629（2012）11-0036-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1、問題提出

化學(xué)教學(xué)在遵循思維發(fā)展規(guī)律的前提下，在學(xué)生概念的形成發(fā)展方面起了怎樣的作用，還有哪些問題和不足，如何加以改進(jìn)？如何縮短這種發(fā)展進(jìn)程，以及有效地提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的思維水平？這些都是概念研究中亟待解決的問題。鑒于我國在學(xué)生抽象概念學(xué)習(xí)尤其是電化學(xué)概念學(xué)習(xí)方面的研究較少，尤其是關(guān)于概念認(rèn)知發(fā)展方面的研究甚少，本文將試圖圍繞以上問題，根據(jù)認(rèn)知發(fā)展的有關(guān)理論，采用文獻(xiàn)法、實(shí)驗(yàn)法、訪談法等，揭示學(xué)生在學(xué)習(xí)以電化學(xué)概念為代表的抽象概念時(shí)存在的心理認(rèn)知因素以及學(xué)習(xí)特點(diǎn)，為電化學(xué)概念系統(tǒng)的教學(xué)提供可借鑒的建議。

2、研究思路

2.1 測驗(yàn)編制

本研究主要使用自行編制的測驗(yàn)卷“電化學(xué)基本概念測驗(yàn)”。在測驗(yàn)編制過程中，與化學(xué)教師、化學(xué)教育專家進(jìn)行探討，對試題進(jìn)行了詳細(xì)論證，保證了測驗(yàn)卷的內(nèi)容效度。經(jīng)計(jì)算，測驗(yàn)的內(nèi)在一致性信度系數(shù)分別為0.765和0.805，基本符合探索性研究的需要。

本測驗(yàn)選取被試200名，分別為：72名湖北省重點(diǎn)高中高三學(xué)生（男女比例約為2：1），他們在高三之前初步學(xué)習(xí)的是銅-鋅原電池和電解飽和食鹽水，但沒有深入分析和理解；88名某師范院?；瘜W(xué)系本科一年級學(xué)生（男女比例約為3：5），他們已在銅-鋅原電池和電解飽和食鹽水的基礎(chǔ)上，經(jīng)過了大量的練習(xí)理解相關(guān)概念；40名該師范院?；瘜W(xué)系大四年級學(xué)生（男女比例約為3：5），他們已在高中的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了多種原電池和電解池及應(yīng)用，并從電勢的角度理解電池。測驗(yàn)和訪談時(shí)間總共為45分鐘。

2.2 測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)電化學(xué)概念在電化學(xué)知識系統(tǒng)中的作用，本研究將原電池、電解池、正極、負(fù)極、陰極、陽極界定為電化學(xué)基本概念。將“電化學(xué)基本概念測驗(yàn)”中的基本概念分三組，分別為：原電池/電解池、正負(fù)極、陰陽極。基本概念評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。學(xué)生以一種表征形式回答且正確給1允錯(cuò)誤給0分，用兩種表征形式回答且表述正確給2分。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS統(tǒng)計(jì)處理。

3、研究內(nèi)容及其結(jié)果分析

本研究對“電化學(xué)基本概念測驗(yàn)”的總分進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)和方差分析，具體結(jié)果如表2、表3所示。

由表2可知：整體上看，三個(gè)年級在三組基本概念測試中表征形式的數(shù)量差異不大，其中大一學(xué)生表征形式最多。數(shù)據(jù)顯示，每個(gè)學(xué)生每個(gè)概念的表征測試得分均不高，如“原電池/電解池”的表征中高三學(xué)生平均得分為2.31，大一學(xué)生為2.59，大四學(xué)生最低只有2.28。由表3可知：只有高三學(xué)生與大一學(xué)生在表征形式的數(shù)量上存在顯著差異；大一學(xué)生與大四學(xué)生、大四學(xué)生與高三學(xué)生之間表征形式數(shù)量不存在顯著差異。造成這種結(jié)果的可能原因是大一、大四學(xué)生雖然全面學(xué)習(xí)過電化學(xué)的相關(guān)知識，但是他們只是對與高中學(xué)過的知識更加理解了，并沒有利用大學(xué)學(xué)習(xí)的燃燒電池、電勢等知識提高認(rèn)知水平。

為了進(jìn)一步分析不同年級學(xué)生中存在的迷思概念及三組基本概念表征層次的差異，本研究按照學(xué)生理解程度，將學(xué)生電化學(xué)基本概念的表征分為淺、中、深三個(gè)層次。淺層次表征指對概念的外在特征進(jìn)行的表征，它屬于例證性表征，如有學(xué)生認(rèn)為“負(fù)極是Zn”；中等層次表征指通過部分例題總結(jié)出的規(guī)律性表征，如有學(xué)生認(rèn)為“負(fù)極指活潑金屬”；深層次表征指對概念本質(zhì)、內(nèi)在特征的表征，如有學(xué)生認(rèn)為“失去電子的電極是負(fù)極”。在此基礎(chǔ)上，探討不同年級學(xué)生表征形式的特點(diǎn)，并對電化學(xué)概念表征作更具體的統(tǒng)計(jì)分析。

3.1 “原電池”與“電解池”概念的表征

對學(xué)生原電池/電解池的表征進(jìn)行了分類，將從電池的組成等方面描述的為淺層次表征，從電池的功能角度定義的為中等層次表征，從能量轉(zhuǎn)換的角度和能否發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)等角度定義的為深層次表征，并對不同年級三種層次的表征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表4和表5所示。

研究顯示，隨著年級的增長，學(xué)生對原電池和電解池的深層次表征所占的比例越高，淺層次表征所占的比例越低。大四學(xué)生低、中等層次表征明顯減少；高三和大一學(xué)生的三種表征層次的人數(shù)差異不大。這說明低年級學(xué)生對原電池與電解池的表征層次比較分散，沒有形成穩(wěn)定的概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而高年級對概念的理解相對較為深刻。

3.2 “正極’與“負(fù)極”概念的表征

通過測驗(yàn)分析，對學(xué)生正極/負(fù)極的表征層次進(jìn)行定義和分類，將根據(jù)外部特征的描述定義為淺層次表征，從金屬電極活潑性的角度來進(jìn)行描述的定義為中等層次表征，從電極反應(yīng)類型和電子得失角度描述的定義為深層次表征。對不同年級三種層次的表征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，具體結(jié)果如表6所示。

可見，經(jīng)過高三復(fù)習(xí)之后的大一學(xué)生和學(xué)習(xí)了電化學(xué)的大四學(xué)生對正負(fù)極的表征相對較為深刻。高三學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)電化學(xué)，他們表征知識主要以形象生動的圖形和記憶概念為主；經(jīng)過系統(tǒng)復(fù)習(xí)后的大一和大四學(xué)生以抽象的深層次表征為主。

3.3 “陰極”與“陽極”概念的表征

為了深入地了解不同學(xué)生對陰陽極概念的認(rèn)知特點(diǎn)和認(rèn)知差異，將從外部特征描述的定義為淺層次表征，如電極與外部電源的連接方式；從金屬電極活潑性變化角度描述的定義為中等層次表征；從電極反應(yīng)類型和電子得失角度描述的定義為深層次表征。對不同年級三種層次的表征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表7。

可見，隨著年級升高，學(xué)生淺層次表征所占的比例越來越大；三個(gè)年級的中等層次表征都比較低，高三和大一學(xué)生規(guī)律性表征的人數(shù)比大四學(xué)生多；深層次表征沒有表現(xiàn)出隨年級升高所占比例越高的現(xiàn)象。不同年級學(xué)生對陰、陽極概念的表征程度不一樣，低年級學(xué)生較多地從與外部電源的連接方式、電極的活潑性等角度表征，而高年級學(xué)生較多地從電子得失的角度進(jìn)行表征。從數(shù)據(jù)上看大四學(xué)生從電子得失的角度去表征也比較少，針對這一現(xiàn)象，對部分學(xué)生進(jìn)行了補(bǔ)充訪談，發(fā)現(xiàn)他們因?yàn)樾蘖?xí)了學(xué)科教學(xué)論課程，因而傾向于選擇教材上最沒有爭議的表征形式。

4、結(jié)論與啟示

4.1 結(jié)論

根據(jù)以上測試結(jié)果以及訪談分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）不同年級在同一概念的表征層次上存在差異。隨著年級的升高，經(jīng)過了_一個(gè)發(fā)展變化的積累和量變時(shí)期，學(xué)生對電化學(xué)基本概念的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。這種變化具有一定的穩(wěn)定性，表現(xiàn)在不同年級學(xué)生概念表征層次出現(xiàn)一定的差異，其中低年級學(xué)生缺少對概念本質(zhì)特征的表征。

（2）微觀過程的認(rèn)知有助于促進(jìn)學(xué)生對概念本質(zhì)的表征。對電化學(xué)微觀過程沒有深刻認(rèn)識的學(xué)生，其注意力分散在問題的表面特征上，不能深入到問題的本質(zhì)，其表征也不完善。

（3）在不同階段的基本概念學(xué)習(xí)中，大一學(xué)生經(jīng)過高考前的復(fù)習(xí)，他們對概念的理解相對豐富，此時(shí)是改善和鞏固學(xué)生理解概念的重要時(shí)期；而對于剛剛學(xué)習(xí)基本概念的學(xué)生，他們對概念的理解相對單一，基本靠死記硬背，或是記下口訣。

4.2 啟示

第一，在概念教學(xué)中，在學(xué)習(xí)概念的初期應(yīng)重視基本概念的建立，以避免學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤概念。教師不僅要把概念看作重要的基礎(chǔ)性知識，而且要視概念教學(xué)為一種手段，用于促進(jìn)學(xué)生對關(guān)鍵性概念和概念性思想的更深層次的理解。教師要能夠識別從具體主題中產(chǎn)生的核心概念、深層內(nèi)容和原則，需要不斷地、反復(fù)地對核心概念的教學(xué)進(jìn)行實(shí)踐。

第二，為加強(qiáng)學(xué)生對電化學(xué)微觀過程的本質(zhì)理解，應(yīng)在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)并觀察宏觀現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，通過對宏觀現(xiàn)象的分析逐步邁入微觀世界；另外用形象的圖片、模型、動畫等形式對微觀過程進(jìn)行模擬，以直觀的形式反映微觀世界。

第三，在教學(xué)過程中，師生應(yīng)克服只從外部特征理解電化學(xué)概念的形式。教師提供合理、恰當(dāng)?shù)淖兪剑瑢τ趯W(xué)生靈活、準(zhǔn)確地掌握化學(xué)概念本質(zhì)特征是非常必要的，有助于學(xué)生完善概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

綜上所述，在教學(xué)過程中，教師必須從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，研究學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)概念的心理特點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)思路和具體策略，引導(dǎo)學(xué)生正確建立化學(xué)概念和使用化學(xué)概念，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，全面提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量。