高中生有机化学心智模型探析

　　摘要：结合高中有机化学课程标准和教材内容提出心智模型框架，通过二段式诊断测验和半结构式访谈等方法探查高二、高三物化班学生的有机化学心智模型。研究发现，学生有机化学心智模型整体相似，均以“结构——性质”关系为核心，但是在微观层面，对于模型节点之间的关系表述还存在精确性问题，在心智模型表述的复杂性层面，存在着群体性差异。
　　关键词：高中化学；心智模型；有机化学
　　文章编号：1005–6629（2016）12–0019–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
　　笔者此前分析了心智模型在中学化学领域的研究现状[1]，发现针对高中生有机化学的心智模型的研究尚为空白。而有机化学[2]作为高中化学的重要组成部分，在高考试题中所占比例较大，难度和区分度较大，得分情况相对不理想。为此，笔者通过半结构式访谈和二段式诊断测验等方法进行了相关研究，试图探查高中生有机化学心智模型的发展状况，以期为优化和改善教学提供参考依据。
　　1 研究的设計与实施
　　1.1 理论基础
　　心智模型（Mental Model）概念最早由苏格兰心理学家肯尼斯·克雷克（Kenneth Craik）在1943年提出。他认为，人类是资讯的处理器，人类透过三个明显的处理过程来进行确认与推理：（1）运用文字、数字、符号将一些外在事物转译进入个人内在表征；（2）借由一些同类符号的推理过程来推算其他符号的意义；（3）当对一个事件的预测完成了解时，一些符号经过转译后会成为个人的行为[3]。随后，有不少学者对心智模型的内涵、特征、功能、形成机制和影响因素等进行了深入研究。已有文献表明，当前关于心智模型影响因素的研究相对较少。但是研究者们普遍认为，心智模型是个体经由自身认知和外在因素的共同作用下不断建构起来的，个体的已有知识经验、认知能力、认知风格、学习方式、学习环境、生活背景和家庭环境等都会影响其建构和发展[4]。
　　1.2 测验设计
　　由于有机化学的自身特点，需要学生具有一定的发散思维和空间想象能力，学生心智模型中的认知角度、认知方式和认知策略将相应匹配，而心智模型中的结构化程度将影响学习实际效果（即也许两位被试的知识丰富程度接近，但结构化程度差异较大，那么他们的学习效果将会差异很大），为此需要采用个案研究和问卷调查相结合的方法进行研究。
　　测验过程方面，首先采用半结构式访谈和概念图法进行个案研究，通过绘制思维地图[5]来了解部分学生所存在的有机化学心智模型，获得一定数量的样本和基础资料。随后进行以纸笔测验为主的大规模问卷调查，且问卷题目、选项均来自于笔者之前进行的个案研究。对思维地图中所呈现的特点加以验证和有效地补充探查，以深入探查学生有机化学心智模型状况。
　　测验内容方面，个案研究由解释、联想、建构、应用、访谈等五个部分组成（见图1）。如访谈，则是为初步了解学生心智模型中有机化学的学习和记忆方式，对某些有机物性质的掌握、有机化合物的三重表征、有机化学与日常生活的联系、有机化学知识体系的建构和丰富程度等。
　　二段式诊断测验问卷则是在前期的个案研究、对《普通高中化学课程标准（实验）》、教材内容和研究目的进行梳理的基础上编制而成。问卷分为四部分，第一部分是指导语和个人基本信息，包括性别、年级、学习兴趣和化学学习成绩等级。第二部分是选择题，让学生根据对有机化学的基本认识回答各题，探查有机化学的学习动机、学习兴趣、认知方式和偏爱的教学方式。第三部分是二段式多项选择题，主要从知识的丰富程度、模糊观念、认知策略和问题解决能力等视角调查学生有机化学知识的心智模型状况。第四部分是主观题，共1题，主要通过对多种“两碳有机物”建立概念图，了解有机化学知识的认知角度、结构化程度和表述的精确性和复杂性等。
　　1.3 调查实施
　　笔者选择了江苏省某市三所高中高二、高三年级物化班学生作为研究对象。考虑到被试的年级、性别、表达能力以及学业成绩差异对有机化学心智模型产生的影响，分别选择了口头表达能力较好，具有代表性，化学成绩处于不同等级的男生、女生共24名作为个案研究对象。进行大范围测验前，先做了小样试测，并根据测验结果对问卷进行修正。然后采用了整体抽样方法进行测试，且这些学生的教学进度和教材相同。测试共发放问卷352份，回收有效问卷344份，问卷回收率97.7%，其中高二学生178份，高三学生166份。测试结果均采用SPSSl7.0对数据进行统计和分析处理。
　　2 结果与分析
　　2.1 学生有机化学心智模型整体相似，均以“结构——性质”关系为核心
　　加涅将概念分为具体性概念和定义性概念[6]。笔者通过概念解释和概念联想的方式，要求学生就高中有机化学中的甲烷、苯、聚乙烯等具体性概念和烃的衍生物、同分异构体、取代反应等定义性概念进行阐释，并绘制思维地图。其中较具代表性的思维地图如下（图2～图5）。
　　可见，无论是对具体性概念还是定义性概念，学生普遍以“结构——性质”关系的心智模型为主，遵循着“结构——性质”的建构方式（见表1），能从立体结构的角度表征有机物的结构。
　　学生之所以能基本形成以“结构——性质”关系为核心的心智模型，与高中有机化学教材的编排、教师的教学方式有很大联系。结合心智模型的认知功能、形成机制和影响因素，对高中有机化学的课程标准、教材、编写思路和呈现方式进行分析，表明高中有机化学教材是结合有机化学知识特点和高中学生的认知水平进行内容组织和编排的，对不同内容或知识以不同的方式或程序、不同的层次来呈现，总体上为：元素组成→分子结构→官能团→性质→合成→应用。具体如，对有机物元素组成问题是从生活经验出发，结合化学史展示，再通过图示等方式进行元素分析；对有机物分子结构问题则从学生已有认知经验出发，结合相关资料介绍，再进行结构的解释和应用；而对有机物相关性质则以实验现象为认知基点，结合化学史料和微观结构分析、符号表征，再回到宏观现象的解释和应用。因此，教师在有机化学教学中，都非常注重有机物分子结构的教学，在时间分配、教学设计中都突出了从分子结构的分析来学习有机物的性质。

相关热词搜索：有机化学 探析 心智 模型 高中生