基于马扎诺分类理论的化学教材中的习题研究

林舒婷 李佳 林燕兰 何金萍 汪朝阳

摘要：用基于马扎诺分类理论的层级编码，对人教版教材“氧化还原反应”及“电化学”内容的习题进行了分析、编码与统计。结果表明，相关内容的习题在知识领域维度主要考查概括、原理类的知识，在思维水平方面注重考查理解、分析水平，习题难度适中；在思维水平方面，从必修第一册到选择性必修1存在进阶关系，从侧重理解水平递进为分析水平。基于此，提出合理设置多元化习题、优化习题教学策略建议。

关键词：教材习题；马扎诺分类理论；氧化还原反应：电化学

文章编号：1008-0546（ 2022）11x-0073-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.019

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（简称新课标）指出：习题设计应具有针对性与层次性，发挥习题在学生概念建构、知识迁移和问题解决等多方面的作用。[1]化学习题是化学教材的重要组成部分，有利于促进学生对知识的理解、迁移和运用，对于评价学生的学习效果及发展学生的化学核心素养有着重要的意义。[2]因此，分析习题能够明确其考查内涵和层次，从而有利于教师分析、选择和利用教材习题，促进学生思维水平向深层次发展。

目前，对化学教材习题的研究主要聚焦于新旧教材习题的核心素养体现、[2，3]基于分类理论的习题分析、[4，5]不同版本教材的比较[2]及习题情境创设分析[6，7]等方面，对习题的知识领域和思维加工水平的分析研究较少。本研究试图基于马扎诺分类理论探索习题研究的新视角，根据“知识领域”“思维加工水平”形成习题二维评价框架，对人教版教材的“氧化还原反应”及“电化学”主题内容的习题进行相应的层级编码，通过结果分析揭示习题的水平和内涵，为教师习题教学及学生思维发展提供参考。

一、研究设计

1．教材习题主题的选定

教材习题以2019年人教版化学教材为研究内容，主题包括：（1）必修第一册（以下简称必修一）第一章第三节“氧化还原反应”主题；（2）必修第二册（以下简称必修二）第六章第一节“化学反应与能量变化”和选择性必修1第四章“化学反应与电能”的“电化学”主题。主要包含“氧化还原反应”“原电池”“电解池”等基本概念。新课标[1]提出掌握氧化还原反应、电化学等相关知识的要求，如学业要求强调学生“能利用氧化还原反应对常见的反应进行分类和分析说明，能分析、解释原电池和电解池的工作原理”等。可见，“氧化还原反应”及“电化学”相关知识是学科重点内容，其习题在考查方向、内容和层次等方面都具有一定的代表性。

2．基于马扎诺分类理论的层级编码

马扎诺提出的二维模型包括知识领域与思维加工水平两个维度。其中，知识领域涵盖信息、心智程序和心理动作程序；思维加工水平是认知心理活动的加工处理层次，从下至上依次为提取、理解、分析、知识应用、元认知系统和自我系统（其中，前四层属于认知系统），[8，9]见图1。

（1）知识领域的层级编码

知识是完成学习任务的必备基础和教学活动的关键要素，根据马扎诺分类理论，可将化学内容的知识领域划分为信息、心智程序和心理动作程序。

信息即陈述性知识，可划分为细节与观念，并进一步划分出子类别。心智程序即程序性知识，可划分为技能与过程两个类别。上述各层级相应的编码、含义和举例见表1。其中，编码是以信息、心智程序的英文首字母结合数字为依据，便于后续的习题统计，并融合马扎诺分类理论与化学学科进行定义与举例。心理动作程序指个体所使用的各种身体运动过程，在化学学科中主要与实验操作相关，在习题中较少呈现，故本研究中不展開讨论。

（2）思维加工水平的层级编码

在马扎诺思维加工水平中，提取指知识的简单回忆和执行；理解指在所提取的信息基础上，结合任务和问题进行理解，明确任务和问题的基本要求；分析指对理解的进一步信息处理，结合相关信息、任务和问题进行相关知识的合理分析；知识应用指联系分析结果与实际内容以解决实际问题；元认知系统是对所有思维类型的功能进行监测、评价和调节；自我系统决定参与某项任务的意愿，即完成任务的动机。[10]上述相应的编码、涵义和举例见表2。

二、习题分析原则及具体化

2019年修订的人教版教材的习题以“思考与讨论”“研究与实践”“练习及应用”和“复习及提高”等栏目形式呈现，能较好地体现并促进学生的知识与思维水平的发展。本研究基于马扎诺分类理论，对“氧化还原反应”及“电化学”主题的教材内容中呈现出的各栏目习题进行分析，具体的习题举例分析见表3。对各栏目每道习题及其包含的小题均进行分析；进行习题题数统计时，由于“思考与讨论”和“研究与实践”的习题所包含的各小题体现的思维加工水平层次性明显，将习题中的各小题分别归属为1道习题进行统计，而“练习与应用”和“复习与提高”的题目中的各小题之间关联性较强，因此单独分析各小题后取其最高层次，习题整体统计为1道习题。同时，由于1道习题有时涉及多个认知水平，按照习题所涉及的最高认知水平进行统计。

三、统计结果分析

1．习题统计

表4是基于马扎诺分类理论对“氧化还原反应”及“电化学”相关习题的统计结果。

2．统计结果的一致性检验

本研究由3个独立的研究者基于马扎诺分类理论进行教材习题分析与编码，从知识领域和思维加工水平两个维度分别对这3名研究者统计结果进行一致性检验。以归属于“流程MP2”且为“分析A”的习题为例，3名研究者（a、b和c）在统计人教版教材中的“氧化还原反应”及“电化学”的内容时，a、b、c统计出归属于“流程MP2”且为“分析A”的习题数量分别为17、14、11，而其中相同的习题数量为11，则此时一致性系数为（11+11+11）/（17+14+11）= 0.78。通常，一致性系数大于0.80时，分析结果视为可靠的，大于0.70视为可参考的。[4]由于本研究的一致性系数均为0.70以上，即可认为研究结果具有参考性。

3．习题分析结果

（1）知识领域

根据统计结果将“氧化还原反应”及“电化学”相关习题在知识领域进行对比，见图2。

在每本教材侧重考查的知识领域上，“氧化还原反应”及“电化学”相关习题在知识领域多集中在MP2（47.44%）和12（37.18%），而11（1.28%）极少。必修一的知识集中在12，表明必修一多考查氧化还原反应的概念和原理；必修二在电化学部分的习题较少，主要集中在MP2与12，表明必修二多考查原电池模型的组成要素和应用；选择性必修1的知识集中在MP2，表明选择性必修1多考查原电池模型和电解池模型的组成要素、应用及其对比分析，涉及的要素多。

在不同层次的知识领域的习题比例上，II的占比极少，较少直接考查对化学术语和化学事实的表层理解；12的占比较多，强调对知识的概括和对原理的理解；必修一和选择性必修1在MPI的占比相近，着重考查反应方程式的配平和书写，用原电池模型和电解池模型答题的技巧；选择性必修1在MP2的占比最高，且远远高于必修一和必修二，涉及较多对原电池和电解池的分析应用。

（2）思维加工水平

根据统计结果将“氧化还原反应”及“电化学”相关习题在思维加工水平进行对比，见图3。

在每本教材侧重考查的思维加工水平上，“氧化还原反应”及“电化学”相关习题在思维加工水平主要集中在C （39.74%）和A（33.33%），而RE（3.84%）和MS（6.41%）较少。必修一多集中于C，着重考查对氧化还原反应概念、本质和特征的理解；必修二各层次分布较为平均，多考查对原电池要素的分析以及原电池模型的整合、理解与应用；选择性必修1在A占比最高，着重考查原电池和电解池模型的分析和应用。

在不同层次的思维加工水平的习题比例上，RE水平的习题较少，且由必修一、必修二至选择性必修1逐渐减少，对学生思维水平的要求逐步提高；在C水平的习题中，必修一最多，这表明理解氧化还原反应是学习电化学的基础；在A和KU水平的习题中，选择性必修1最多，注重考查原电池和电解池的分析和应用价值；在MS水平的习题中，三个部分均有涉及，但数量偏少。

四、结论与建议

1．总结

“氧化还原反应”及“电化学”相关习题总数为78题。基于马扎诺分类理论的习题分析可知：

（1）从整体上，在知识领域，人教版教材习题重视“信息”“心智程序”的知识，主要涉及概括、原理类的知识和需监控多元素的宏程序；在思维水平，习题注重考查理解、分析水平，对学生的思维能力要求适中。

（2）从内容上，必修一考查的知识集中在氧化还原反应的概念和原理，思维水平侧重理解，考查学生对多个知识点的把握程度；必修二的知识考查较均衡，侧重考查原电池模型的组成要素和应用，思维水平侧重理解；选择性必修1主要考查原电池和电解池模型及其对比分析，思维水平侧重分析，考查对多个知识点的关联性的把握程度。“氧化还原反应”及“电化学”主题的习题考查的思维水平从必修一到选择性必修1有一定的进阶关系，其思维层次从侧重理解递进为分析；同时，均涉及元认知系统的考查，以提高学生的元认知能力和水平。

2．习题教学建议

基于研究总结，本文提出习题教学的几点建议，为教师提高习题分析能力并进行习题教学提供一定的理论依据和实际参考。

（1）明确习题层次，合理设置多元化习题

教材习题蕴含不同的层次和内涵，明确习题对知识和思维的考查层次，确定并深化习题教学目标，有利于教师有选择性地布置习题，避免题海战术，及时诊断并促进学生的思维发展。

例如：在“氧化还原反应”的教学过程中，先明确教材中不同栏目习题的层次，如“练习与应用”要求学生理解和分析氧化还原反应相关知识；“复习与提高”要求学生在陌生、复杂情境下应用氧化还原反应相关知识解决问题，栏目的习题层次逐渐进阶。其次，从知识和思维两个维度提炼教材习题层次，知识领域包括氧化还原反应的特征和本质、氧化剂和还原剂、氧化还原反应方程式的书写；思维层次主要包括理解、分析和应用，得出“氧化还原反应”习题教学目标，并有选择性地布置多层次的习题。

因此，在习题教学中，教师应精准把握教材习题层次，由浅至深、由易至难呈现习题。结合马扎諾分类理论，根据学生的答题情况，分析学生的思维发展达到的水平与教材习题体现的思维水平是否一致，从而反馈教学成效与不足。

（2）针对思维障碍，优化习题教学策略

习题教学有利于学生巩固知识并提升思维，反馈学生现有的思维水平，促进教师及时优化习题教学策略。将马扎诺分类理论的元认知系统融入习题教学，能够突破学生深层的思维障碍，促进学生自主监控和评价学习过程。

例如：在选择性必修1“金属的腐蚀与防护”的习题教学中，如果学生对金属的电化学腐蚀和电化学保护法的原理不够清晰，则教师需及时改变教学策略，适当布置元认知层次习题，引导学生以概念图、思维导图等形式归纳“电化学”的内容框架，帮助学生明确知识结构的清晰度和精确度。因此，在习题教学中，教师要针对学生存在的困难障碍，优化习题教学策略，逐步提高习题教学效率，充分发挥习题教学的功能，促进学生的思维发展。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S]．北京：人民教育出版社，2020．

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[3]王畅，杨季冬，王后雄．化学学科核心素养在习题中的表现研究——以高中新教材必修第一册为例[J]．化学教学，2020（10）：14-18.

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[5]赵景方，闫春更，冯仔霞，周青．布卢姆教育目标分类视角下的中美化学教材习题比较——以“氧化还原反应和电化学”为例[J]．化学教育（中英文），2019，40（3）：29-35．

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[10]盛群力．旨在培养解决问题的高层次能力——马扎诺认知目标分类学详解[J].开放教育研究，2008（2）：10-21.