高中生有机化学建模能力的测评研究

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模型方法是科学研究和科学教育中的重要思维方法,模型方法在数学学科和物理学学科中的研究较早,应用也更为广泛,但在化学教学上的应用研究则要晚一些。在新版的普通高中化学课程标准中,明确提到了“模型”这一词。在高中阶段,有机化学是较为抽象的一个模块,学生在这一模块上的学习难度较大,基于建模思想的教学,将为高中生在有机化学模块上的学习提供良好的问题解决途径。而高中有机化学模型可以划分为哪些类型?高中生有机化学建模能力可以划分为哪些维度及水平层次?又如何去测评?这些都是亟待研究的问题。本研究参考了其他研究者在高中化学其他模块上的模型划分方式,将有机化学模型划分为结构模型、符号模型、图谱模型、机理模型、应用模型、思维模型六类。并参考了其他研究者对建模历程和建模能力的分析,将有机化学建模能力划分模型认知能力、模型效化能力、模型迁移能力、模型重建能力四个维度,这四个能力维度是依托于建模历程划分的,呈一定的螺旋上升关系。然后参考了其他研究者在化学测评上的研究经验,编制出了高中生有机化学建模能力的测评试卷和测评问卷,并在贵州省某省级示范性高中的高三年级选取测评对象进行测评。测评结果表明:所测评对象的建模能力整体处于较低水平,学生在不同建模能力维度上的能力水平差异较大,在不同模型上的建模能力也有所差异。数据显示,测评对象模型认知能力水平较高,学生能在复杂情景中选择多个模型进行匹配,能用文字、符号、语言等多种外显形式对模型进行综合表征;模型效化能力一般,能独立运用化学模型,但缺少部分关键因素,模型效化效果不够好;模型迁移能力较弱,难以独立完成模型迁移;模型重建能力很低,对已知模型的使用情景和优缺点不够明确。在不同类型有机化学模型上,学生的建模能力差异较大,在结构模型和符号模型上表现较好,在图谱模型、机理模型、应用模型、思维模型上的建模能力较差,个体差异性比较大。另外不同性别和不同层次的高中生的有机化学建模能力有所差异。基于研究发现,在高中有机化学模块的教学上,为提升学生的建模能力,教师应做好如下四点:(1)用好符号模型,打好有机化学学习的表征基础;(2)用好结构模型,促进对机理模型的构建;(3)着重讲解机理模型和思维模型,做好模型的效化和迁移训练;(4)借助应用模型,提升学生模型重建能力。
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