中学生化学“定量化”能力的测评问题和方式

1、.中学生化学“定量化才能的测评问题和方式从“定性到“定量是化学学科开展的里程碑,是人们对化学物质及其变化的认识向纵深开展的结果。在化学学习中,随着学习进程的展开,必然要求学生从量的角度来描绘和探究物质的构造、组成和变化。传统化学课程将“化学计算作为一项根本技能,但从量的角度解决化学问题并非单纯的数学运算,也并非简单的方法、技巧等技能的操练,而是“有意识、有意义、有目的、有方法的认知和操作的共同体1。学生根据化学根底知识,运用数学方法解决物质组成、构造、变化中“量的问题的才能称为“定量化才能。具备“定量化才能,能使学生从量的方面认识物质及其变化的规律,体验定量研究方法在化学科学研究和工农业消费中

2、的重要作用。1 “定量化才能程度的构建中学化学的“定量化学习内容主要是以2个根本物理量物质的量和质量为核心,结合根本概念原理和元素化合物知识而展开。从初中阶段以质量为核心到高中阶段以物质的量为核心,从核心概念到根底计算再到综合计算,遵循了从宏观到微观、从简单到复杂的认知过程,构建了从核心概念到根底计算再到综合计算的递进式体系。理解化学概念的含义及化学原理、符号中所蕴含的量的关系是解决定量化学问题的根底。Nakleh和Silberma1993的研究说明假如学生想要恰当地处理定量化学问题,那么他们必须理解摩尔的含义2。Koch2019指出学生初学化学时在寻找抽象化学符号和描绘化学过程之间的联络、分

3、子式所提供的定量信息比方计量关系方面会遇到困难。学生首先必须彻底掌握知识和方法,学会将化学符号转换成有意义信息,才能解决定量化学问题3。Dori2019认为有关物质的量的化学计算问题可以从复杂性和转换程度两个维度来进展分类。转换次数越多,复杂性越大,学生解决化学计算问题时遇到的障碍就越多4。“思想是认识的高级阶段,是对事物本质的、高级抽象和概括的认识。化学学科思想方法是对化学事实、化学理论以及化学方法的本质认识,思想方法往往使得化学定量化问题的解决事半功倍。因此,根据“由简单到复杂、由根底到综合、由详细到抽象的“定量化才能开展的规律,构建如下由低到高的4个程度:程度1:认识概念或符号中所蕴含的

4、数量关系。如,认识化学方程式等符号中所蕴含的质量关系;知道溶解度等概念中蕴含的数量关系;知道物质的量等概念的计量含义等。程度2:直接运用数量关系进展简单运算。如,根据化学式、化学方程式进展简单的运算;利用物质的量等概念间的互相关系进展换算等。程度3:整合或转换数量关系进展综合运算。如,分析和处理图表数据或实验数据进展运算;对溶液中发生的化学反响进展运算等。程度4:运用化学思想方法进展运算。如,运用守恒法、差量法、关系式法等思想方法进展一些较为复杂的运算。以上4个程度从认识数量关系到直接运用再到综合运用,最高程度为运用化学思想方法,复杂性及转换程度逐渐增加,思维及定量化要求逐步进步,程度的划分表

5、达了化学学科学习的规律。2 “定量化才能测评研究依上述“定量化才能的4个程度编制测量工具,运用Rasch模型分析测验结果5,修订和优化测量工具,并根据大样本测试结果分析学高中生化学“定量化才能现状以及开展规律等。2.1 研究工具以“定量化才能的4个程度层次为理论根据,编制了相应的测量工具。第一轮试测结果经过Rasch模型检验之后,对某些工程进展了修改,工程总数未变,形成了第二轮试测的测验卷,其中Q1Q8是选择题,Q9Q13是建构反响题建构反响题要求被试组织或建构一份答案,在考察学生的高层次才能上具有优势,建构反响题的答案有封闭性答案和开放性答案两种。第二轮试测后再经Rasch模型检验修正后的测

6、验卷可用于大样本测试。详细工程与才能程度的对应如表1所示。对于选择题而言,每一道题中均包含4个选项,仅有一个正确选项。对于建构反响题而言,那么采用等级评分。以下几例是对“定量化才能测验卷中工程的简要分析说明:例1 在10时,KNO3 的溶解度是20 g,那么此温度下的饱和溶液中,以下关系正确的选项是 A.m溶液: m溶质=4:1B.m溶质: m溶剂=1:4C.m溶液: m溶剂=6:5D.m溶剂: m溶液=4:5说明:该题属于“程度1:认识化学概念或化学符号中所蕴含的数量关系的考察内容,旨在考察学生是否知道溶解度概念中所蕴含的溶质、溶剂以及饱和溶液三者之间的质量关系。例2 目前国际上通用“测氮法

7、标定牛奶中蛋白质含量,蛋白质中含氮量平均为16%,假设不法分子在 1袋某品牌奶粉中加了1 g三聚氰胺C3 H6N6 ,相当于增加蛋白质约 A.4.2 g B.3.2 g C.0.7 g D.1.6 g说明:该题属于“程度2:直接运用数量关系进展简单的计算才能的考察内容,旨在考察学生能否根据化学式进展化合物质量与其中所含元素质量的换算。例3 在标准状况下,取甲、乙、丙各30.0 mL一样浓度的盐酸,然后分别渐渐参加组成一样的镁铝合金粉末,得到下表中有关数据假设反响前后溶液体积不发生变化。请计算合金中Mg、Al的物质的量之比。说明:该题属于“程度3:整合或转换数量关系进展综合运算才能的考察内容,旨

8、在考察学生能否根据图表所提供的实验数据、正确选择实验数据并根据化学化学方程式进展运算。例4 硫代硫酸钠是一种用处广泛的化工产品,某厂技术人员设计了以下消费流程:假设由原料制S的转化率为75%,制SO2 的转化率为90%,SO2 制Na2 SO3 的转化率为95%,那么用于制S和Na2SO3的原料的质量比为多少时,才能制得最多Na2 S2 O3 其他消耗不计?说明:该题属于“程度4:运用化学思想方法进展复杂运算才能的考察内容。题给信息中从原料到产品经历了多步化学反响,假设分步计算,那么很烦琐。假设运用关系式思想方法,根据多步反响中最初反响物和最终生成物之间量的关系,列出关系式进展相关运算,那么将

9、大大简化运算过程。2.2 研究样本本研究共进展了三轮测验,被试组成如表2。第一轮测试用于初步考察测验工具的质量,经Rasch模型检验分析后,对测验工具进展修改,再进展第二轮试测,根据第二轮试测结果的数据分析决定修改后的测验卷可用于大样本测试第三轮。因第一轮、第二轮试测主要用于考察、优化测验工具的质量,所用样本较小,没有选择高三年级被试。第三轮测试样本较大,采取分层抽样形式,选取了某省三所不同层次的高级中学作为样本来源学校,分别在高一、高二、高三年级随机抽取被试。2.3 数据处理运用BondFoxsteps1.0.0分析测验工具的信、效度,将工程难度与学生才能转换成具有等距意义的logit分,再

10、运用SPSS18.0软件进展统计分析。因篇幅有限,结果分析部分只采用第三轮测试的数据。3 结果分析3.1 测量工具信、效度分析3.1.1 总体统计表3是定量化才能测验以下简称Q测验的总体统计结果。在Rasch模型中,一般将测验难度平均程度设置为0,被试才能平均程度那么随不同测试有所不同。由表3可知,被试才能平均分估计为1.34Rasch分;整份试卷的难度估计误差仅为0.11,相比较而言被试的估计误差较大,但在答应范围内;工程拟合指数皆在理想值左右即MNSQ接近1,ZSTD接近0,说明测验数据与理想模型具有较好的一致性;根据别离度数值一般认为大于2较好,说明测量工具可以区分不同才能程度的被试;被

11、试和工程都具有较高的信度。因此,总体而言,该测验工具表达出良好的性能。3.1.2 其他指标单维性是Rasch模型的根本假设之一,即测验所测量到的是被试的单一主要才能或单一主要潜在特质。根据BondFoxsteps1.0.0软件的分析,本测验卷的13个工程中,有2个工程A-Q7、A-Q13稍超出答应范围,但绝大部分工程符合要求,可以认为该卷所测量的主要是一种构造“定量化才能,具有单维性;从工程-被试对应情况上看,本测验卷13个工程难度范围较广,且根本均匀分散,工程所对应的程度层次与预设的程度层次根本一致,学生才能分布也较为理想,中间多,两端少;详细工程的拟合度除Q9,Q10的ZSTD值稍超出取值

12、范围-2+2,其他工程的数据-模型拟合指数都在答应值范围之内,工程的误差都较小,点测量相关都较高。总之,根据“定量化才能程度所编制的测量工具经Rasch模型检验,在工程和被试信度、误差、别离度等信度指标上,在单维性、工程-被试对应、数据-模型拟合、点-测量相关等效度指标上皆符合Rasch模型的根本要求,本研究测量工具可靠、可信。测验结果可用于后续对学生定量化才能特征的分析。3.2 “定量化才能数据分析3.2.1 “定量化才能的年级差异分析1总体描绘表4是高中三个年级Q测验的描绘性统计结果。高一、高二两个年级的极大值都是4.48,高一年级的全距最大,高三年级的全距最小。三个年级的平均分随年级的升

13、高而上升。表5的方差齐性检验结果显示,三个年级的方差不齐性;F检验说明三个组中至少有一个组和其他两个组有明显的差异,也有可能3个组之间都存在显着的差异。因为各组方差不齐性,表6采用Tamhane检验三组均数差异的显着性,结果显示,三个年级之间的相伴概率皆小于显着性程度0.05,具有显着差异。由以上统计分析可知,对于“定量化才能而言,高一、高二、高三三个年级的程度依次升高,且有着显着性差异。2在各个程度层次上的比较将Q卷中每个程度所对应的各个工程的难度估计进展平均可得到每个程度的难度平均值,如表7所示,以此平均值作为判断学生“定量化才能程度的根据。当学生的才能值低于-1.41时,那么认为学生的“

14、定量化才能程度低于程度1;当学生的才能值为-1.41-0.05时,那么位于程度1;当学生的才能值为-0.050.82时,那么位于程度2;当学生的才能值为0.821.67时,那么位于程度3;当学生的才能值大于1.67时,那么位于程度4。本研究被试样本中高一、高二、高三三个年级学生Q卷的平均分分别为1.08、1.33、1.63见表4,结合表8,可以认为高一、高二、高三三个年级学生的“定量化才能的平均程度皆已到达层次3整合或转换数量关系进展综合运算。三个年级在不同才能程度层次上的人数及比例如表8所示。由表8可见,高一、高二年级中有极少数学生的“定量化才能程度低于程度1认识概念或符号中所蕴含的数量关系

15、,每个年级中皆有位于程度1的学生,但所占比例很小,分别为7.4%、1.2%、0.4%;高一、高二分别有31.9%、22.8%的学生位于程度2直接运用数量关系进展简单运算,高三学生中处于程度2的较少,为7.3%;在程度3和程度4上高一、高二、高三三个年级所占的人数比例随年级升高逐步增加。3.2.2 “定量化才能的性别差异分析表9是中学生化学“定量化才能性别差异的T检验结果。可知,在“定量化才能上,男生的成绩稍高于女生。T检验的结果说明,在4个测验上,男女两组的方差齐性,Q测验的相伴概率为0.069,略大于显着性程度0.05,也就是说,男女生在化学“定量化才能上略有差异,但差异性并不显着。4 研究结论本研究对化学“定量化才能进展了程度构建,基于 Rasch 模型开发和优化了测量工具,在三个年级施行了才能测量。结果说明,修订后的测量工具在多种数据指标上符合Rasch模型所规定的标准和构造,测量工具具有良好的信度和效度。根据大样本测试结果的数据分析,我们发现,测量样本中的高中生表现出了较高的“定量化才能,三个年级的学生都到达了程度3,特别是高三年级学生已接近程度4。随着年级的增加,学生的定量化才能逐步进步,且三个年级间存在显着性差异。每个年级在从低到高的4个程度上,都分布着一定的人数。男、女