四星高中化学选修模块学习现状和认知策略的调查研究

化学选修模块学习现状和认知策略的调查研究化学反应原理模块的研究 1 高中化学反应原理的内容特点高中化学课程标准中化学反应原理的内容主要从化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡以及溶液中的离子平衡等方面探索化学反应的规律及其应用。该模块内容具有如下的特点：（1）研究对象的复杂性和关联性（2）研究层次的多样性和交错性（3）研究方法的综合性和实用性但该模块的内容与过去相关知识相比变化不大，在教学过程中容易套回原来的老路。要改变教学策略，教师首先要真正领悟新课程的理念，化学教学的侧重点不是知识点深难度的挖掘，而是通过化学基本知识的学习使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。而这一切都要以了解学生学习基础、学习规律、认知特点等为基础。因此，探究该模块的认知策略就显得非常必要。2 江苏省高中生化学反应原理模块学习情况的调查笔者对江苏省的一所四星级高中江苏省江都中学进行了实地调查。通过对有丰富教学经验的教师和高二年级部分学生的访谈，并采用作业分析、口语报告等多种手段的综合调查分析，将模块内容本身的特点、学生的学习兴趣、性别、教学和教材呈现的方式等作为影响该模块学习情况的主要因素，并在此基础上编制了高中生化学反应原理学习状况调查问卷，目的是调查这些因素是否普遍存在。2.1 化学反应速率、平衡内容是学习难点调查结果显示，化学反应速率、平衡和离子反应内容是学习难点(见表5)。表1 化学反应原理模块难点统计最难主题化学反应与能量化学反应速率和化学平衡溶液中的离子反应没有最难的主题百分比5.441.153.30.2在“化学反应与能量”主题中，“原电池和电解池”概念的理解与辨析（48.8%）以及“电极反应式的书写”（46.2%）学生普遍觉得较为困难。在“化学反应速率和化学平衡”部分，调查结果显示 “化学反应限度与化学平衡常数”是该主题学习时的主要难点（60.7%），其次是“温度、浓度、压强和催化剂对反应速率的影响”（29.9%）。“溶液中的离子反应”部分的难点呈现增多而散发的特点。“电离平衡、电离度和电离平衡常数”（33.5%）、“水的离子积常数和pH的计算”（33.7%）、“盐类水解影响因素和应用”（41.6%）、“溶解平衡和溶度积” （38.7%）等内容都是学生学习该主题内容时的主要难点。这一结果与 “溶液中的离子平衡”被认为是最难的主题（53.3%）是相符合的。对部分教师的访谈结果显示，教师最大的困惑是难以把握教学的深度和难度，在教学中经常会“挖得很深”。在奥苏贝尔看来，这些“挖得很深”知识就不是有意义的知识，它逾越了学生的认知能力，脱离了学生已有的认知结构，其导致的后果就是学生觉得认知困难，被动的进行机械记忆，增加了学生学习的负担，从而导致学生学习兴趣的下降，成绩的两极分化。2.2 化学原理知识学习兴趣有所下降调查结果显示，高中生化学学习兴趣和化学反应原理的学习兴趣之间有显著性差异(见表2)。表2 两种兴趣的差异性比较兴趣标准差标准误t值自由度P值（双侧）学习兴趣原理兴趣0.4800.0233.9484440.004与必修课程的学习相比，化学原理知识学习兴趣有所下降(见图1)。数据统计发现，对化学学科不感兴趣的学生，基本上对化学反应原理的学习也不感兴趣。在对化学学科兴趣一般的学生中，有近一半的学生对化学反应原理知识丧失了兴趣。但是对化学学科很感兴趣的学生中，仍然有相当多的人在学习化学反应原理模块时保持了先前的势态。布鲁纳的认知学习理论认为，学生如果对学科本身感兴趣，那么他们的学习的积极性就可以得到充分发挥。这也是提高学习成绩的关键因素之一。笔者的调查也显示，学生的化学学习兴趣、对化学反应原理的兴趣、对学科的重要性认识与学生的成绩之间确实有非常显著的相关性（见表3）。表3选修化学反应原理模块学生的学习兴趣与成绩相关性分析统测成绩学习兴趣原理兴趣学习的兴趣0.257*对原理兴趣0.116*0.595*重要性认识0.142*0.409*0.449*注：*p0.05， *p0.01尽管学习兴趣有下降，但是98%的学生认为化学反应原理知识重要，其中61.1%的学生认为很重要。在分析原因时我们发现，在课程模块选择时，只有8.8%理科倾向的学生愿意选择化学反应原理1，但这一模块却是化学选科学生必学的模块，因此必然带来不想选、又不得不选的矛盾冲突，也必然会影响学生学习的兴趣。其次，学习者对化学的认识兴趣有着不同的内容和水平。必修学习阶段学生很大程度上对化学学科的兴趣停留在知觉兴趣和操作兴趣的层面上。化学反应原理无论深度还是难度都比高一必修的内容要大得多，如果学生的兴趣发展水平与所学习的内容之间不匹配，必然带来学习兴趣的降低。2.3 男女生化学原理学习水平有显著性差异有关中学生认知策略水平与性别相关性研究的结果并不一致。笔者的研究表明，选修化学反应原理模块的学生成绩有显著的性别差异（p0.05），女生的学习成绩高于男生的学习成绩（见表4）。表4 选修化学反应原理模块的学生性别与统测成绩相关分析性别人数平均分标准差F值P值(双侧)男生35677.4016.845.7400.004女生8982.9413.48但在笔者的调查范围中，由于选择该模块的女生人数明显少于男生，且选修理科的女生往往化学学科基础好，学习能力较强，学习时也更加自信，记忆策略水平较高，解决问题时比较细心，弥补了因逻辑推理能力不如男生的缺陷，因而化学反应原理学习的成绩上显示出了优于男生的性别差异。另外，由于女生在自我教育能力和自我控制能力上要比男生强，并且在学习的过程中显示出较强的毅力，对于认知策略的积累和使用更加主动；女生的性格较男生更为细腻，因此她们更加注重考试成绩，焦虑程度高，这些也是导致成绩性别差异的不可忽视的原因。2.4 模糊观念极大地影响着化学原理知识的建构笔者的研究表明，学生原有的知识结构与化学反应原理模块的学习有非常显著的相关性（r = 0.649，p0.01），学生认知结构中已有的模糊观念极大地影响着学生化学原理知识的建构。从学生的学习困难原因调查结果中可以发现，出现最多的词是“知识零乱、容易混淆、难于记忆、理解困难”和“抽象、复杂、繁琐”等。研究结果显示，如果学生在学习必修内容时不够重视，就无法顺利的过渡到选修的高度。如果对之前的问题理解不够深刻、掌握不清晰，没有构建良好的认知结构，学习新知识时会增加其知识的混乱度。因为学习者在一定的情景下学习，要利用自己原有认知结构的有关经验同化新知识，或通过“顺应”、改造、重组原有的认知结构来同化新知识，理解、掌握学习内容，达到对新知识意义的建构。否则，只通过零碎的、机械的记忆，时间越长久，遗忘和混淆越严重，最后产生化学反应原理“繁琐、易混淆”的感受。所以我们在指导学生学习时，首先要通过课堂、课后的交流，作业、专项知识检查等渠道收集反馈信息，了解学生的原认知结构，从而对认知结构中模糊或稳定性不强的概念加以区别或增强其稳定性。其次要建立知识体系的层次结构，从而引导着学生理清知识的上、下位关系，这样新学的知识也很容易纳人其中，有利于同化。最后建立起知识的网络联系，从而使每一个知识在其结点上处于活化的状态，形成知识间的综合贯通，有利对知识的全面理解和把握，这样既能很好地比较和区别这些概念，又能掌握它们之间的联系，从而可以灵活运用。2.5 学生期望多样化的教学和教材呈现方式在教学方式上，调查发现多数学生（49.2%）喜欢启发引导式的教学方式，且教学方式的选择与学生成绩有显著的相关性（p0.05），但相关系数不大（0.108）。也就是说成绩较好的学生更喜欢探究教学方式，成绩较差的学生更喜欢精讲多练。这和实际情况是符合的，一个学生没有相应的知识储备，他是无法进行顺利的探究的。在教材呈现上，学生一致欢迎（86.7%）既有探究又有相应结论的教材呈现方式。教材是学生学习的主要工具，其呈现方式直接影响到学生对该节内容的理解和学习效果。调查还发现，在学习方式上，采用自主学习的学生（39.8%）略多于教师讲解式（31.5%）和合作学习方式（28.8%）的学生。在调查中我们还发现，大多数学生认为影响其取得理想化学成绩的原因是自身原因，尤其是认为自己在学习上所下的功夫不够（68.3%），远高于教师教学（14.6%）和教材（17.1%）等外部因素。通过上述的调查分析，我们发现高中生化学反应原理学习状况不容乐观。学生普遍反映“理论太抽象、难理解”、“概念易混淆、难记”、“化学反应的分析太复杂”。而且根据统测成绩的分析，两极分化现象加剧，学生的学习兴趣也有所下降。透过问卷调查的数据，我们认为导致化学反应原理学习困难的重要因素是缺乏针对性的、有效的学科认知策略。（1）缺乏有效认知策略导致学习动机不足。（2）缺乏有效认知策略导致割裂知识的内在联系。（3）缺乏有效认知策略导致表征困难。要解决在化学反应原理模块学习中存在的问题，必然要分析学生所常用的认知策略，优化其认知策略，从而能更好地获取信息、存储信息、提取信息和解决问题。3 高中生化学反应原理模块认知策略的探查笔者采用了问卷调查、观察、个别访谈、作业分析等综合方法，对江都中学高一、高二共15个理化班级实施了探查。在对回收的测量问卷，用Spss ll.5统计软件包处理全部数据。根据问卷的调查结果，再选择典型个案进行出声思维口语报告。通过分析我们认为，如下的几种认知策略在学生学习化学反应原理模块时被主要用到：（1）在信息获取阶段，学生主要使用的是联系策略。在联系策略中主要采用的是求同策略，但是求异策略是学生缺失的，最需要培养的。（2）引申拓展策略是信息精加工策略中使用最普遍的，但是学生倾向于使用规律引申、本质引申，但是理解引申策略比较薄弱，这也是学生在使用引申拓展策略是最容易产生认知混淆的原因所在。（3）信息组织策略中使用最多的是概括组织策略，在进行概括组织时，概念图等工具的使用是行之有效的。（4）在信息的提取和应用阶段使用分析递归策略，有助于提高学生解决化学反应原理问题的能力。3.1 联系策略是学生获取信息的主要认知策略学生通过联系策略获得的信息占信息总量的92.8%，可见联系策略是学生获取信息的主要认知策略。研究显示，联系策略是一种学习化学反应原理的优化的策略。通过进一步对学生的联系策略进行分析，发现学生采用的联系策略主要有如下的几种类型：完全归纳联系、比较联系、求异联系和求同联系，但四种类型的联系策略使用的频度还是有差别的。笔者将认知风格、性别与认知策略进行了差异性检测。统计结果发现，男、女生在联系策略使用上没有差异性，这也说明联系策略是一种普遍使用的策略，也是一种基本策略。不同认知风格的学生其联系策略也没有明显差异性。但是不同思维风格的学生其求异联系策略有显著的差异性，序列型思维风格的学生其求异策略的使用频率高于整体型思维风格的学生（见表5）。表5 两种思维风格的学生求异策略使用差异性比较思维风格F值t值自由度P值（双侧）标准差标准误序列型整体型19.0042.2101290.0210.1470.067研究结果启示我们，教师应多给出变式，多从求异联系角度引导学生正确、全面的联系，增加学生认识的深刻性，以提高学生获取信息的能力。3.2 信息加工阶段“引申扩展”和“概括”策略使用频率最高笔者的探查结果显示，大部分学生在学习时进行了精加工。我们将精加工情况与统测成绩进行了相关性分析，发现两者间有显著的相关性（p0.01），说明精加工策略的使用，对学习化学反应原理模块是有帮助的。对学生通过精加工获取的信息进行分类，发现在精加工阶段，比较、引申拓展是学生使用的主要的精加工策略。精加工是对正在学习的材料作充实意义的添加、构建或者生发。简单的说，把新信息与已有信息有效地联系起来，增加新信息意义的加工就是精加工。使用精加工策略能够使新知识与己有知识取得联系，增进对新知识的记忆和理解。进一步分析发现，学生在理解信息时，采用的本质引申策略与规律概括策略占其引申拓展策略的88.5%，而理解与应用方面的引申拓展策略却相对比较薄弱。而在组织策略中学生主要使用的是的信息概括策略（69.9%）。为了更好的掌握学生信息组织策略的使用情况，我们通过问卷调查选择了典型的被试，做了电极方程式书写过程的口语报告，并要求其绘制电化学知识的概念图。结果显示：（1）成绩较好的学生不一定都掌握较好的精加工和组织策略。（2）优生在分析信息时能迅速调用原有认知，尽管在口语报告中没有出现推理过程，但从绘制的概念图中可以发现层级关系清晰，概念连接多。（3）困难学生的概念图层级结构混乱、概念不完整、交叉连接少，而且缺少与其他模块的连接，反映其知识网络是破碎的、孤立的，在认知时也没有选择有效的精加工策略和组织策略。（4）在化学反应原理模块有许多化学用语。调查发现，许多学生不能将这几种语言有效联系、灵活转换，往往出现词不达意、答非所问的情况。这也是学生不能够有效建构化学反应原理模块知识结构，造成学习障碍的原因之一。之前我们的调查结果也表明，68.5%学生不喜欢教师直接给予正确结论，而希望教师给予适当的提示和点拨，给予其亲自发现和探究的机会，学生认为这样的学习印象尤为深刻，学习效果好。因此，在今后的教学中教师不仅要注意学生认知结构形成的结果，更要注意认知结构形成的途径和过程。教师应该事先分析学生的思维过程，将问题提出，并予以解决。这样就会促进学生对知识的理解，而不是仅仅将知识的表面信息向学生传输，从而造成许多学生在问卷中提到的化学反应原理“难学、难记、难理解、易混淆”。 同时在化学反应原理模块的学习中，对一些特别的重点内容、难点内容，宜采用不同方式对同一内容进行多重精加工，以便从不同角度把同一化学内容与学生头脑中的认知结构充分联系起来，从而使学生在需要时能够通过多种途径、多种角度提取。3.3 信息的提取应用阶段以“分析递归”策略为主信息加工论者把解题看作是对信息的提取和应用阶段，为此，笔者选取了三道化学反应原理模块的典型试题，分别涉及电化学、化学平衡和离子平衡内容，对学生进行了口语报告，以了解学生在这一阶段使用策略的情况。研究表明，中等生与学优生的主要区别不是基础知识，而是解题过程中的认知策略。根据建构主义观点，学习者己有观念引导他们理解新情境中所呈现的信息。针对于化学反应原理思维性、逻辑性强的特点，无论是学优生还是学困生都清楚的意识到，要成功的解决这类问题就必须充分激活和联系原有的知识结构，将当前的问题映射到原有的知识结构中，在此基础上，理解当前的问题情境，建立适当的表征，进而通过分析递归、综合和推理，寻找解决问题的方案。问题解决策略的比较结果表明，学优生更多地运用分析递归策略，依据化学基本概念和类比思维对问题进行合理正确的分析；学困生解决问题时更侧重问题的字面意义，更多地依据问题的情境进行假想推测或错误的运用化学概念等。通过与影响化学反应原理学习的因素进行相关性分析，我们发现不同认知策略的使用和掌握与学生的认知风格是有较密切的相关的。学生的认知过程就是一种运用认知策略的活动过程，离开了认知策略的学习和运用，学会学习将成为一句空洞的口号。调查结果表明，大部分学生拥有必要的知识，由于缺少有效的认知策略，致使知识的提取应用及问题的解决常常受阻。因此，教会学生运用有效的认知策略，不仅是培养学生学习能力的有效途径，也是当前减轻学生学习负担，大面积提高教学质量的有效措施。4 化学反应原理教与学策略浅议结合化学反应原理模块学习情况调查和认知策略的实证研究，在借鉴已有研究成果的基础上，笔者提出了一些粗浅的教与学的策略。（1）重视运用逻辑推理，凸现原理形成过程（2）运用概念图为认知工具，改善学生认知结构（3）采用先行组织者，减轻认知负担（4）通过自我提问，强化认知监控5 总结与展望本课题的研究结果显示：（1）化学反应原理知识有着复杂性和关联性的特点，因而呈现出研究层次的多样性和交错性，需要综合性的研究方法加以探究。（2）化学反应平衡和速率内容是学习难点。和必修模块的学习相比，学生对该模块知识的学习兴趣下降。在该模块的学习成绩上，存在性别差异。调查结果还显示，多样化的教学和教材呈现方式是学生所期待的。（3）模糊观念极大地影响着学生化学原理知识的建构，学生渴望能掌握有效的、针对性的认知策略。（4）学生在信息获取阶段主要采用联系策略，其中求异策略的使用还需要强化。在信息加工阶段，积极的使用以引申扩展为主的精加工策略和以概念图为主要工具的概括组织策略，能有效的提高学生对该模块概念和原理知识的掌握。（5）在信息的提取和应用阶段，学生主要采用分析递归策略。学生的认知风格不同对其策略的选择和使用有较大影响。然而，由于时间的仓促与笔者知识和研究能力的欠缺，本论文还存在以下的不足：（1）研究样本少。由于条件限制，所选择的被试学校还较单一，未能将教学实验推广到其他中学进行大样本的实验研究。（2）由于时间仓促，未能有针对性地提出认知策略的训练方法和途径。（3）由于原理学习的过程和心理活动机制的研究十分复杂和困难，所以问卷设计还有待改进，研究方法有待于丰富。总之，对学生的认知策略的培养是提高其学习能力的关键，在教学和研究中必须给以足够的重视。