高中生“铝及其化合物”学习困难测查与分析

1、高中生“铝及其化合物”学习困难测查与分析摘要：采用问卷调查法了解学生对“元素及其化合物”的学习现状, 用流程图法测查学生在“铝及其化合物”知识领域的认知结构，结合纸笔 测验结果梳理学生的学习困难，从而探讨其学习成败的原因并提出相关教 学策略。关键词：元素及其化合物；认知结构；学习困难；教学启示文章编号:1008-0546 (2017) 02-0002-06 中图分类号:g632. 41 文 献标识码：bdoi： 10. 3969/j. issn. 1008-0546. 2017. 02. 001一、引言元素及其化合物知识是高屮化学课程的重要内容。它是化学概念、化 学理论在物质认识层面的一种具体

2、体现，同时又为学生对相关概念和理论 的学习提供了丰富的感性认识素材。此部分内容具有琐碎、庞杂等特点， 因此学牛在学习元素及其化合物知识时存在一定的困难和误区。认知心理 学表明，完善学生的认知结构，有助于发现和解决学生的学习困难。通过 认知结构的测查，可以帮助教师更好地了解学生头脑中的先验知识、迷思 概念以及知识建构与组织方式，从而能够有针对性地设计更加合理的教学 策略帮助学生将以前的知识经验与将耍学习的新知识建立有效的联系，更 好地实现概念转变1。因此，本研究采用流程图法(flow map)测查学生在“铝及其化合物”知识领域的认知结构并分析其学习困难，并结合学 生问卷调查探讨其学习成败的原因，

3、为促进学生有意义学习及提高教师课 堂教学效率提供参考。二、研究方法与过程1. 研究方法与对象(1) 问卷法为了调查学牛对于元素及其化合物知识的学习现状，本研究编制了相 应的问卷，以某校高一年级共102名学生为研究对象。发放问卷102份， 调查完成后，共回收有效问卷100份。在问卷的编制过程中，分别与三位 化学教师以及两位专家进行讨论，以保证问卷的内容效度。对30个学生 进行试测，选用克伦巴赫alpha系数计算一致性，信度系数达到0. 801, 说明问卷的信度较高。(2) 流程图法2, 3流程图法是指在研究人员向受试者提出可以自由发挥的问题，它是同 时捕获顺序和人思维间的相互关联，探索学习者认知

4、结构的冇效工具。为 了测查学生对于“铝及其化合物”知识领域的认知结构并分析其学习困难, 本研究采用流程图法，对该校高一年级某一班级中的30名学生进行访谈, 并绘制流程图以展现学生的认知结构：采用箭头将知识点依次列出，并对 出现重复或者相关的知识点进行回归连接。通过30名学生的流程图，对 其认知变量进行统计，并采用spss20. 0软件进行统计分析。关于认知结 构变量的内涵及计算如表1所示。2. 研究过程(1)高中生元素及其化合物知识学习现状调查通过问卷法调查学生对元素及其化合物知识的观念、学生学习元素及 其化合物所常用的学习方法、学生的课堂效率来了解学生对于元素及其化 合物知识的学习现状。（1

5、）问卷调查设计情况如下4：1 你认为元素及其化合物这部分内容的特点是（学生对于元素及其化 合物知识的看法）a. 内容有趣，有大量演示实验，贴近生活b. 内容简单，通过记忆就可以较快掌握c. 内容庞杂，需要记忆大量知识点与方程式d. 内容零散，很难找到内在规律2相较于氧化还原反应、离子反应等化学理论，你认为元素化合物知 识（学生对于元素及其化合物知识的兴趣）a. 更喜欢，因为元素化合物知识更简单、更有趣，演示实验丰富b. 更不喜欢，因为元素化合物知识缺乏规律性，内容太庞杂c. 没有更倾向于哪一部分知识d. 都不喜欢3相较于此部分知识的新授课与习题课，你更喜欢（学生对于课堂类 型的偏好）a. 新授

6、课b.习题课4你如何掌握大量的化学方程式及不同化合物的性质（学生学习元素 及其化合物知识所常用的方法）a罗列知识点并进行记忆和背诵b. 根据教师的讲解与实验现象去理解记忆c. 通过做练习题去记忆d. 总结规律，整理记忆5你认为课堂演示实验对元素及其化合物的?w习（实验对于学生学习 的帮助）a. 没有帮助，浪费时间、效率低下，或实验现象不明显b. 没有特定的帮助，更多的只是一种学习兴趣的激发c. 有一定的帮助，可以帮助记忆相关的现象与性质d. 有较大帮助，有助于相关知识的深入理解与思考6对于元素及其化合物知识，你在课堂上能够掌握的大概程度是（学 生课堂效率的调查）a. 能够掌握80%左右，课堂上

7、就能够基木消化教师的讲解b. 能够掌握50%左右，教师讲过后能够掌握大部分知识，存在部分疑 惑c. 能够掌握30%左右，需要课后做题才能进一步掌握d. 课堂存在较多疑惑，需要课下进行多次复习才能掌握（2）调查结果完成调查后，将收回的100份有效数据利用excel进行分析得到如下 统计数据，如图1所示：通过分析得出学生在元素及其化合物知识的学习现状：在学生对于元素及其化合物知识的看法方面，绝大多数学牛认为元素及其化合物知识内 容零散、庞杂、缺乏内在规律，且缺乏对于元素及其化合物知识的学习兴趣；在学习方法上，多数学生采取机械记忆或做练习题的方法进行学习， 且不善于结合实验现象进行相关知识的学习；在

8、课堂效率方面，学生课堂 效率较低，需要课下花费大量时间进行复习。而在教学方面，多数教师 忽略了实验在教学中的重要作用，在实验教学中不注重对学生思维的引 导；部分教师本末倒置，忽略新授课的教学，而将教学重点放置在习题课 的教学中。（2）认知结构定性分析根据访谈录音绘制流程图，经过对比，选择成绩优秀、中等、较差（参 考当月月考化学科目成绩）的三位学生的流程图进行分析，流程图分别如 图2、图3所示。 认知结构的整体性：学生1回忆起的知识点明显多于学生2与学生 3,并且知识点之间的网络关系联系较为紧密；而学牛2与学牛3在知识 点的数目上以及知识点之间的网络联系上都较学生1差，尤其学生3,其 认知结构整

9、体性较差，有待完善与优化。 认知结构的层次性：学生1在知识点上按照铝、氧化铝、氢氧化 铝、铝盐的顺序进行叙述，又基本按照每种物质的物理性质、化学性质、 制备方法的顺序进行描述，而但能够按照先总体再部分的逻辑顺序进行叙 述，说明其认知结构层次性较强。学生2在每个知识点内部的逻辑结构 不够完整，认知结构的层次性略显不足。而学生3在知识点的描述中缺 乏层次性，有关不同物质的性质知识交替岀现。 认知结构的深度与广度：学生1所描述的知识点最多，深度较明显。 相较于学牛1,学牛2描述的知识点较少，其次，在认知结构的深度上， 仅对物质的化学性质进行描述，未进行解释与举例说明。而学生3描述 岀的知识点数目较少

10、，主要涉及物质的物理及化学性质且错误较多，在认 知结构的深度上，其描述也只停留在简单性质的复述水平。由此可看出， 学生3对于铝及英化合物知识的认知水平较低，需要进一步完善和优化。（3）认知结构定量分析对上述三位学生的认知结构进行定量分析，结果见表2。表2屮学优 生、中等牛、学困牛的广度、丰富度、整合度、信息检索率均呈现明显的 阶梯性递减，这与其纸笔测验成绩表现出良好的一致性，更加精确的相关 性分析结果见表3o可见，学生的纸笔测验成绩与其认知结构的广度、丰 富度、整合度显著相关，即学优生在“铝及其化合物”的学习中建立的知 识点z间的联系更为丰富，对知识的整合程度更高。三、“铝及其化合物”认知结构

11、的内容分析“铝及其化合物”知识是高中化学“金属及其化合物”中具有代表性 和典型性的一节，主要学习内容包括：铝、氧化铝和氢氧化铝的物理性质、 化学性质、制备与应用；常见铝盐的化学性质。通过对流程图中学生所提 及的知识点进行分类统计，结果见表4。由表4可较为直观地看出学牛对于“铝及其化合物”知识的掌握情况、 错误概念等。铝：关于铝的物理性质，大多数学生基本能正确表述（93.33%）,但 少数学生错误地认为铝具有较高的硬度和较高的熔点（10%）。关于铝的化 学性质，较多学生提到了铝可以与非金属单质（氧气或氯气）、酸、碱溶 液以及盐溶液反应（70%、80%、83.33%、50%）,但只有较少学牛提到“

12、铝 具有较强的还原性”以及“铝与碱溶液反应的实质” （23. 33%. 6. 67%）o 说明对于铝的化学性质，只有少数学生能够从氧化还原反应等反应原理上 对其性质进行解释与说明。而仅有少数学生提到关于铝的制备方法以及实 际应用（6.67%、13.33%）,说明学生可能不够重视这些知识。氧化铝：关于氧化铝的物理性质，提及人数较少（16.66%）。而在化 学性质中，较多学生提到氧化铝是一层致密的氧化膜，氧化铝分别能够与 酸、碱反应，生成相应的盐和水（76.76%、83. 33%. 80%）。部分学生提到 两性氧化物这一概念（43.33%）,较少学生错误地认为氧化铝与碱反应生 成氢氧化铝沉淀和水（

13、30%）,说明学生对于物质性质的掌握停留在某一具 体反应样例层面，而不能够从物质分类理论角度对其做出解释说明。极少 学生提到氧化铝的实际应用（3.33%）。氢氧化铝：关于氢氧化铝的物理性质，、较少学生提到其溶解性、吸 附性（20%、6.67%）。而在其化学性质的描述中，较多学生提到氢氧化铝 分别可以与酸和碱反应生成相应的盐和水（86. 67%. 83.33%）；部分学生 能够描述出“两性氢氧化物”这一概念（46.67%）；部分学生提及氢氧化 铝的不稳定性（36.67%）,较少学生却错误地认为氢氧化铝加热分解的产 物是氧化铝与氧气（10%）；较少学牛错误地认为氢氧化铝与过量的碱反应 先生成偏铝酸

14、根，再生成铝离子（10%）。提到氢氧化铝制备方法、氢氧化 铝胶体可用于净水和可以治疗胃酸过多的学生较少（13.33%、6. 67%> 3. 33%）0两种盐：较多学生可准确描述出？x盐可以与碱反应以及偏铝酸盐可以 与酸发牛反应（76.67%、63.33%）。而能够说出铝盐与强碱反应以及偏铝 酸盐与强酸反应并根据其量值的差异生成不同产物的学生较少（20%、 13. 33%）o能够说出铝盐与弱碱反应以及偏铝酸盐与弱酸反应的学生也较 少（33. 33%. 36. 67%）o在此部分的错误概念中，部分学生认为铝盐、偏 铝酸盐既可以与酸发生反应又可以与碱反应（23. 33%、13.33%）；部分学

15、 生错误地认为偏铝酸盐可以与碱生成氢氧化铝（16.67%）。说明学生在两 种盐以及氧化铝、氢氧化铝等物质的性质中产生了混淆。四、研究结论与启示结合学生的认知结构定性定量分析、问卷调查结果及其内容分析中相 关的错误认知可以得出如下结论：1. 不同层次学生的认知结构存在显著的差异，学生的纸笔测试成绩与 认知结构变量z间显著相关。学习成绩较好的学生其认知结构的整体性、 层次性、深度和广度以及认知结构变量中的广度、丰富度、整合度都比学 习成绩较差的学生好。成绩较好的学生，其头脑中的知识点数目较多，且 知识之间的网络联系较为紧密，认知结构的整体性较好。2. 铝及其化合物知识的教与学存在一定误区。绝大多数

16、学生认为铝及其化合物内容零散、庞杂、缺乏内在规律，没有学习兴趣；采取机械记忆 或做练习题的方法进行学习；课堂效率较低，需要课下花费大量时间进行 复习。在教学方面，多数教师忽略了实验在教学中的重要作用，并且在实 验教学中不注重对学生思维的引导；部分教师本末倒置，忽略新授课的教 学，而将教学重点放置在习题课的教学中。3学生对于铝及其化合物知识的掌握存在不足与困难。存在的主耍问题：多数学生对于知识的 掌握处于识记水平，未能从原理上真正理解知识的内涵，而只是通过机械 记忆的方式记住了最终的结果；学生的错误概念多为不同知识之间的相 互混淆，未能建立起知识之间的相互联系以及在不同知识之间产生了负迁 移。本

17、研究得到如下启示：(1)针对学生元素及英化合物知识学习现状、 铝及其化合物内容分析中“多数学生对于知识的掌握处于识记水平”的问 题，教师应引导学生运用相关理论将复杂知识系统化、结构化5；在教 学过程中应注重知识形成的过程性；纠正学生不科学的学习方法，合理利 用化学实验，形成“结合实验学知识”的意识；使用精细加工策略中的类 比、联想以及图解等方式，以促进知识的有效内化。(2)针对学生“铝及 其化合物的应用”的学习困难，可以倡导学生用化学的视角去观察身边的 物质和发生的事情，体会科学技术在社会生活屮所起的重大作用，激发学 习的热情，培养社会责任感6；针对学生“反应物量不同，产物不同” 的学习困难，

18、可以设置相关实验(如图4),培养学生观察能力和描述记录 实验现象的能力，并学会运用“宏观一微观一符号”这一化学学科特有的 思维方式分析性质实验宏观现象背后的微观本质。此外，分别以添加试剂 物质的量为横坐标，以生成沉淀物的物质的量为纵坐标作出两者关系图, 可以加强学牛对反应产物的理解与判断，但有利于培养学牛的数形结合思维方式7(如图5)；针对学生“将不同知识相互混淆”的学习困难，可 以采用物质之间相互转化的反应图辅助教学，帮助学生从实验事实中整理 岀铝及其化合物变化的规律，更清楚地认识铝及其化合物之间的相互联系 。参考文献 1张国仁，杨金华认知结构的概念形成及其理论发展探索j吉 林省教育学院学报,2010, 2 (26)： 100-1012 tsai c c. probing students' cognitive structures in scienee： the use of a flow mapmethod coupled with a meta-listening techniquej studies in educational evaluation, 2001, 27 (3)： 257-2683 王骄阳，闫春更，周青.基于学生“元素周期表、周期律”学习