高中生官能团转化问题解决能力发展研究

◎ 阿力木江·麦合木提 符吉霞

一、问题的提出

有关官能团的内容贯穿于高中有机化学学习的全过程。《普通高中化学课程标准（2017年版）》要求学生在官能团相关内容学习中，认识官能团与有机化合物的关系，掌握主要官能团的结构及性质和官能团转化问题的解决。［1］官能团转化问题是一类在有机反应过程中，将有机化合物分子中的一种官能团转化为另一种官能团的一类问题，具体包括官能团的引入、转化和消除等过程。官能团转化问题解决过程涉及分析问题、设计方案、优化方案、实施方案和检核结果等思维活动，有利于培养学生问题表征、知识调用、信息整合和设计方案的能力，同时对学生的知识基础、逻辑思维等方面具有一定的挑战性。

近年来有机合成领域的问题解决研究，主要涉及过程模型［2］、能力发展与影响因素以及能力测评［3］等研究。官能团转化作为有机合成问题解决过程的基础，也是一类较为独立和全面的问题解决过程，对于培养学生思维的连贯性和考虑问题的全面性具有重要意义。［4］因此，高中生官能团转化问题解决的能力水平和思维过程特征等值得进行更加深入专门的探讨。

目前，在化学学科中虽然有关有机合成问题解决的相关研究越来越多，但是作为在有机合成问题解决过程中具备独立性、整体性的重要组成部分的官能团转化问题解决，对其研究还相对薄弱，特别是在探讨高中阶段学生官能团转化问题解决能力的现状及特征，并据此提供指导性建议的研究更在少数。

二、高中生官能团转化问题解决过程模型及能力框架建构

问题解决过程是一个复杂的心理过程。杜威认为问题解决过程有失调、诊断、假设、推断、验证等五个步骤。［5］波利亚从问题解决策略的角度提出四个基本步骤，即理解问题、制订计划、执行计划和回顾总结。［6］奥苏伯尔等以几何问题解决为原型，提出解决问题的一般过程：呈现问题情境命题；明确问题目标与已知条件；填补空隙过程；解答之后的检验。［7］金姆（Kim）等在综述大量有关问题解决步骤的文献基础上，提出问题解决的五个步骤：问题的识别与表征、证据勘探、协商重构、交流解释、调整与反思等。［8］

以上观点实质上都阐述了问题解决的一般过程，即分析问题、制订方案、执行方案、检验结果。结合问题解决过程的相关理论和官能团转化问题解决的本质特征，建构高中阶段官能团转化问题解决过程模型：①理解。学生理解具体的问题信息，明确官能团转化目标。②表征。依据理解形成的目标认识，调用问题解决过程所需要的相关知识内容，以及选择问题解决的策略和路径。③执行。在调用知识和选择策略路径之后进行分析、判断、数学计算、解释和设计等操作。④检核。针对形成的结果和解决问题的过程，从知识调用、路径选择、分析判断和书写设计等方面进行检查和核验，判断问题解决结果正确与否，进行适当的优化和改正。

基于以上官能团转化问题解决过程模型提炼四个官能团转化问题解决能力要素：①理解能力，即学生对问题信息的理解程度以及对转化目标的明确程度；②表征能力，即学生对转化相关知识的调用及方法、策略选择的准确性和全面性；③执行能力，即学生对官能团转化微观过程的分析、解释以及对转化路线的设计和书写的准确性；④检核能力，即学生在问题解决之后的检核意识以及对已有转化路线的评价与优化水平。对每个能力要素进行水平划分，具体如表1 所示。

三、研究设计

（一）研究问题

本研究主要探查以下问题：①高中生官能团转化问题解决能力的现状如何？②高中生官能团转化问题解决能力在年级、性别及问题难度等因素上是否存在差异？③如何有针对性地发展高中生官能团转化问题解决能力？

（二）研究对象

研究对象来自江西省某高中，其中高二年级学生118 名，高三年级学生58 名；女生71名，男生105 名。根据学生以往的化学学业水平表现，将研究对象划分为学困生、学中生和学优生。

（三）官能团转化问题解决能力测评方案设计

选取纸笔测验、工作单和个案访谈三种方法。纸笔测验结果作为学生在官能团转化问题解决活动中的理解、表征和执行能力的主要判断依据，测试内容主要由官能团的一步转化、官能团的多步转化及官能团转化的综合应用三种问题构成，问题形式以填空题为主。工作单主要用来了解学生在官能团转化问题解决活动中的结果检核意识和对转化路线的评价与优化水平，弥补纸笔测验在“检核意识”和“评价与优化”等方面测量的不足，主要涉及针对某一种类型的官能团转化问题的结果分析与优化。以个案访谈作为辅助评价工具，对学生在官能团转化问题解决过程中的思维过程等方面进行开放式提问，为说明学生官能团转化问题解决能力的发展提供佐证，测定结果不作定量分析。

试测前邀请5 位专家对测试卷、工作单和访谈提纲的结构与内容进行评价，并按照专家意见进行修改，以保证效度。抽取了35 名学生进行试测，科隆巴赫系数α=0.815，说明信度较高，可用于进行后续分析。

表1 高中生官能团转化问题解决能力水平框架

（四）编码及赋分说明

在收集到学生的官能团转化问题解决能力测试卷和工作单之后，依据评分标准，根据一级维度和二级维度水平描述进行赋分：水平1为0 分；水平2 为1 分；水平3 为2 分。每个一级维度得分为下属二级维度累计得分。学生官能团转化问题解决总得分为四个一级维度得分的总和，满分为16 分，将学生的官能团转化问题解决能力表现水平划分为低等水平（0—10］、中等水平（10—12］、良好水平（12—14］和优秀水平（14—16］。

（五）实施与数据采集

测试通过现场测验的方式进行，测验时间为45 分钟。先后发放测试卷和工作单各176 份，测试卷回收176 份，回收率为100%；工作单回收170 份，回收率为96.5%。分别对高二、高三学生进行过个案访谈，收集访谈转录文本8份。测试卷和工作单均采用无记名方式，通过编号对测试卷和工作单进行匹配。

四、结果与分析

（一）高中生官能团转化问题解决能力总体情况分析

表2 呈现了学生官能团转化问题解决能力和四个能力要素的统计结果。整体而言，学生官能团转化问题解决能力处于良好水平。其中理解能力得分较高，均分为3.52 分；检核能力得分偏低，仅为2.96 分。可见，学生各个能力要素发展不均衡。

表2 高中生官能团转化问题解决能力表现结果统计

（二）高中生官能团转化问题解决能力差异性分析

由图1 的统计结果可以发现，不同年级、不同学业水平表现的学生的官能团转化问题解决能力存在显著性差异。

图2 为不同年级三类学生在官能团转化问题解决能力各项子能力上的表现雷达图。分析可知，经历了一年官能团转化问题解决的实践和训练后，三类学生4 个子能力发展均比较明显。表征能力、执行能力和检核能力的发展都较为明显。在知识层面的理解能力上，因为高二学生已经达到较高水平，所以发展显得不明显。相对而言，学困生各项能力的发展幅度最大。

为进一步验证数据分析结果，对部分学生进行访谈，探寻现象背后的原因。结果表明：

（1）对学优生而言，从高二到高三，题目难度虽然大一些，但依然可以适应。如一位学生认为：“我高二时做官能团的题还做得出来，能够选择一定的转化路径和设计路线，那时候题简单些，也经常会做一些检查。”

（2）对学中生而言，经过逐步的训练，上手就会更快，也就会抽出一些时间进行检查。如一位学生认为：“我高二时对很多官能团的题都半知半解，高三学多了，就上手快很多，虽然也开始会注意去检查反应的过程、转化的方法路径等，但有时候还是不太熟练。”

（3）对学困生而言，经过教学实践后，虽然整体得到较大程度的提升，但在执行和检查层面仍然与学优生、学中生存在差距。如一位学生认为：“高二时对官能团的概念都不是很清晰，题意有时候搞不明白，更不用说去检查了。虽然现在对官能团的题熟多了，但路线设计什么的就不太会了。”

图1 不同年级、不同学业水平表现的学生的官能团转化问题解决能力对比

图2 不同年级三类学生的官能团转化问题解决能力要素表现雷达图

（三）高中生官能团转化问题解决能力的性别差异分析

表3 呈现了性别差异分析结果。总的说来，男女生在官能团转化问题解决能力要素的表现方面并不存在显著差异。相对而言，女生在理解能力要素上的表现略优于男生，而男生在执行能力要素上的表现略优于女生。这说明男生和女生在官能团转化问题解决时各有优势，男生更擅长于逻辑思维和空间想象的运用，可以更为连贯和整体地去考虑性质及理由，更加注意在转化过程中的有机化合物的结构与书写规则；而女生比较认真细心，在问题信息理解和相关知识调用方面比起男生可能会有更好的表现。

表3 高中生官能团转化问题解决能力的性别差异分析

五、研究结论与启示

通过对高二、高三年级以及各年级三类学生测评数据的统计分析，发现高中生官能团转化问题解决能力处于良好水平，学生由高二到高三的过程中虽然官能团转化问题解决能力提升明显，但四个子能力发展不均衡，尤其是在检核能力上表现较弱，需要在学习中进一步加强。此外，虽然男女生整体差异不明显，但在具体的能力要素表现上有所差异。针对培养高中生官能团转化问题解决能力还需要进一步理清如下的重点和方向。

（一）理清官能团转化的问题机制，探索影响问题解决能力发展要素

化学学科教学正在从“知识内容”导向转变为“能力素养”导向的科学课程。掌握各官能团的性质以及相互转化的关系，清楚每一步反应的类型都是解决有机合成问题的关键。学生的年级、性别以及不同的学业水平之间的差异性特征对学生的官能团转化问题解决能力会产生一定的影响，而差异性可能是多方面因素综合影响的结果。教师可以参照表1 所示框架，通过一定的官能团转换测试，有针对性地分析不同学生在问题解决过程中的理解、表征、执行以及检核能力的整体情况。教师还可以针对学生在官能团转化中的问题对学生进行访谈，深入了解影响学生问题解决能力发展的原因以及相互间的联系，从而针对学生官能团转化问题解决能力的某项或者是某几项子能力，采取适切的教学措施。

（二）关注学生个体发展差异，均衡发展官能团转化问题解决能力

教师不仅要从学生整体去认识学生的官能团转化问题解决能力的发展变化，更要注重对学生个体发展差异的认识。不同学业水平、不同性别等的学生个体在年级的增长过程中对官能团转化问题解决能力提升的表现是不同的。如学困生对于官能团问题的概念理解提升相对缓慢，教师在教学中应当加强对学困生的概念理解训练，学优生和学中生则要注意进行提升自身的转化路径设计以及检核等能力的训练。女生的问题解决执行能力略微弱一些，需要注重对官能团问题解决的习题训练。

（三）强化教师官能团转化问题诊断意识，优化相应教学策略

教师作为教学活动的引导者、教学过程的调控者、课程资源的开发者和学生发展的促进者，在教学活动中具有举足轻重的地位。［9］教师应增强对学生官能团转化问题的关注，提升其对真实教学情境中学生官能团转化问题转化的诊断能力。首先，建立对于官能团转化问题的解决机制，了解学生对官能团转化问题解决的不同影响要素。其次，注意对教学活动的设计和调控。学生感知的官能团转化问题解决学习过程绝大部分取决于教师对于教学活动的设计。最后，在官能团转化问题解决活动的教学过程中应当关注学生的科学态度、活动参与度和成果获得感等方面的表现，以了解和归纳影响学生官能团转化问题解决能力的因素，做到针对性教学，均衡发展学生的官能团转化问题解决能力。