高中化学实验探究题问题解决困难成因及对策探讨
2019-11-13覃玉娴展军颜
覃玉娴,展军颜,徐 星
1.南宁师范大学,广西 南宁 530000
2.南宁市第三中学,广西 南宁 530000
高中化学;实验探究;问题解决;实证研究
一、问题的提出
实验探究题源于真实的化学,重视学科能力及科学素养的考查,具有信息的新颖性、结论的不确定性和知识的综合性等特点。学生必须从多角度多层次多种模式去解决问题,这类试题对学生的发散性思维能力、分析问题的能力提出较高的要求[1]。在教学实践中,实验探究题是化学学习的一个重点和难点,学生反映在解决实验探究题时困难较多。如大部分实验探究以一个陌生化学情境或一种陌生化学物质形式给出信息,一旦关键物质的性质没有正确把握,就会“满盘皆输”。而且实验探究题有较大的灵活性,学生若仅仅死记硬背书本上常见物质的性质和反应,不会迁移应用必然会无从下手。因此,研究学生在解答实验探究题时的困难并提出对策,十分必要。
现有文献对高中生解答实验探究题主要集中在以下几个方面:一是探讨实验探究题的解题模式,或者介绍某种解题技巧。如总结出“模型匹配法”突破实验探究题[2]。二是研究实验探究题复习策略。如对实验探究题考查内容的知识进行分类,对教材陈述性知识、程序性知识、策略性知识进行详细的总结梳理[3]。三是对高考实验探究题真题进行分析,如分析试题的情境、考查内容、特点等从而提出相应的对策,等等[4]。
从数量上来看,对高考实验探究题真题分析的文献占多数。在内容上,大部分文献缺乏对学生解题出现困难的原因深入分析。而一些知识总结性的文章,往往按照元素化合物及其性质、基本实验操作、实验设计思路、物质检验、推断、制备等列出详细的表格,例如总结出学过的元素化合物及其性质、化学反应方程式、除杂等,期待学生记住,而后直接运用在解题当中。本研究采用实证的方法,拟找出学生解答实验探究题出现的困难并分析其原因,从而提出切实可行的教学建议。
二、研究设计
(一)对象设计
本研究试图为高中化学教师提供教学参考和建议,因此以广西省普通高中的高二升高三学生为研究对象进行访谈、问卷调查、测试。发放问卷及试题各252份,回收有效试卷245份,有效率为97%。
(二)工具设计
本次调查采用的研究工具分为试题、访谈提纲和问卷调查三部分。
试题部分。高考题由专家编制,信度、效度及区分度都有一定的保证。全国卷和新课标卷的实验探究题中,选取三道全国卷高考题。选择2015年全国新课标Ⅱ卷的第28题、2017年全国新课标Ⅲ卷的第26题及2018年全国新课标Ⅱ卷的第28题,作为学生的测试题(以下分别简称2015年试题、2017年试题、2018年试题)。
访谈部分。首先对32名学生进行了访谈,其次对10名教师进行访谈。访谈提纲如下:
表1 学生访谈提纲Table1 Student interview outline
表2 教师访谈提纲Table2 Teacher interview outline
(三)分析方法
为了解学生解答实验探究题时存在的缺陷,笔者对选取的三道高考题从题目考查的内容、错误率以及错误原因3个方面进行分析和整理。主要关注错误率较高的题型以及重复出现的错误原因。
三、结果分析
试题统计结果如表所示。从解答情况看,错误率最高的内容为:陌生化学方程式或离子方程式的书写、计算及误差分析。实验现象或结论的描述、实验药品、除杂试剂的选择、实验操作顺序及实验装置的作用的错误率也较高。逻辑推理能力有待提高。
表3 学生试题作答分析Table3 Student test questions to answer analysis
(一)学生两极分化明显
从总体学生作答情况来看,两极分化较为明显。高分组(得分率三分之二以上)、低分组(得分率三分之一以下)的人数分别为80、117。即大部分学生处于两个极端,高分组是几乎每道题都有作答但是有些细小的错误;低分组是只能回答试题中的几个小题。结合访谈发现72%的学生认为,在解答这类题型时存在困难,但是如果给一个相对比较熟悉的情境或物质,学生觉得解题时难度会降低。说明除学优生外的大部分普通学生,在解答实验探究题时存在困难。
(二)学生害怕陌生化学方程式或离子方程式的书写
从学生的作答情况来看,陌生化学方程式或离子方程式的书写有些学生就直接放弃,没有写,或者有部分学生只写出反应物,生成物留空或者只能写出其中一种生成物。结合对学生的访谈发现,70%的学生认为在解答这题时存在困难,主要原因都集中在不能正确推测出反应的生成物。例如2015年的试题考查ClO2与碘化钾反应的离子方程式,根据题目可以得出其中一种产物有I2,碘化合价由负一价升到0价,根据氧化还原反应有化合价升高必有化合价降低,但是ClO2中的Cl为+4价,化合价降低可以生成负一价的氯离子、也可生成氯气单质零价,部分学生在书写这一离子方程式时生成物推测成氯气。
(三)大部分学生缺乏系统的元素及其化合物知识结构
近年来高考全国卷重视结合新情境考查元素及其化合物知识,特别是变价元素的性质。例如2015年试题中:O2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐,下列物质最适宜的是_______选项有a.明矾b.碘化钾c.盐酸d.硫酸亚铁。这题考查的是亚氯酸盐具有氧化性,亚铁离子具有还原性,两者结合能发生氧化还原反应,氧化产物铁离子也具有净水作用。从学生的答题情况来看,大部分同学选择a明矾,但是高分组的学生做这一题时多数能够选择出d硫酸亚铁。结合答题的情况发现,高分组的学生元素及其化合物知识结构化程度较高,而低分组的学生没有将学过的元素及其化合物知识进行结构化,知识较为零散不成体系。
(四)大部分学生缺乏知识迁移应用的能力,未能对所学知识进行融会贯通
实验探究题考查的内容包括基础理论、化学实验、化学计算等。需要学生能够从题干中准确提取信息、将已学知识迁移应用到试题中,要求较高的迁移应用能力。如2018年试题中:样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法_______________。从学生的答题情况看,部分学生回答错误甚至留空,低分组的学生占大多数。为了寻找这题解答错误的原因,在课后给学生印发了如何鉴别溶液中含有Fe3+的试题,学生几乎都能回答出来。如2015年试题中书写ClO2与碘化钾反应的离子方程式,有学生推测产物是氯气,没有能够将氯气、碘单质和水会发生氧化还原反应迁移到这一题的推测中。从学生总体答题情况及访谈来看,学生知识迁移应用的能力较低,未能对所学知识进行融会贯通。
四、结论启示
(一)在化学课堂上实施深度学习
“深度学习”是基于理解的学习。化学学科的深度学习是指在教师引领下,学生围绕具有挑战性的学习主题,开展以化学实验为主的多种探究活动,从多角度、多视角,运用证据推理与模型认知的思维方式,解决综合复杂问题,获得结构化的化学核心知识,建立运用化学学科思想解决问题的思路方法。学习结果强调化学学科思想方法的理解与运用[5]。实验探究题考查的是学生在一个陌生情境中解决综合复杂问题的能力,在化学教学过程实施深度学习能培养学生解决复杂问题的能力。如在元素及其化合物知识的教学中,选择一个社会性议题或者热点问题,可以是日常生产生活需要解决的问题,也可以是化学学科问题为一个学习主题,设计具有挑战性的任务让学生解决,在这一过程中让学生充分实践体验、预设与生成,实现深度互动。实施深度学习需要教师充分发掘承载核心知识的实际问题或任务,在教师的指导下实现知识、方法、观念、能力等各维度紧密结合,建立解决问题的思路方法。
(二)重视“原型实验”,培养迁移能力和创新意识
高中实验探究题的情境虽是陌生的,但往往是在学生已有的实验认知上进行“改造”和“升级”。在教学过程中要启发学生对比、总结归纳常见的装置及实验原理,以典型的装置、实验为原型,回归实验的元认知并在此基础上对实验装置、操作步骤尽可能多地改进。通过对原型及思维模型建立近联系或远联系,以此来解决陌生情境的实验探究题[6]。
(三)构建解题模型
在解决实验探究题过程中,若学生已有类似的思考模型和解题策略,学生应用起来就更加得心应手,问题也得到快速解决。证据推理与模型认识是化学学科核心素养的重要维度。它要求学生能对不同信息进行分析推理,建立观点和证据之间的逻辑关系,构建模型,并能运用模型解释化学现象,揭示现象背后的本质与原理[7]。这种能力在综合性复杂的化学问题解决过程中显得非常重要。实验探究题往往结合情境设置成若干个问题进行解决,教学过程中教师需引导学生对这些问题进行归类,针对不同的类型建立不同的模型。如书写陌生化学方程式或离子方程式时,能够在平常教学中让学生建立“抄、补、平、查”的模型,学生在实验探究题中遇到这类问题便能快速套用模型。
(四)运用思维导图帮助学生构建完善的知识结构
思维导图,也称为心智图。在运用思维导图进行加工记忆时,能够调动大脑的功能,提高学生的分析力、判断力、记忆力、创造力等。每个学生的思维导图都是经过自己独立思考去完成的,除了帮助学生记忆外还具有个人特色及多面性,使学生学习更加轻松有趣。思维导图能帮助学生整理并记忆知识点,形成较完整的知识网络,经过绘制思维导图后,把原本比较杂乱零散的知识点变得清晰,解题时遇到相关知识点能较好地联想起来。特别是实验探究题考查的元素及其化合物知识,这类知识繁多、零碎,如能借助绘制思维导图来帮助学生记忆、理解能达到事半功倍的效果。还可以根据不同的元素及其化合物联系起来串成一个知识网络,在解决问题过程中能较快联系起来。