中學(xué)生化學(xué)“定量化”能力的測評問題和方式

1、.中學(xué)生化學(xué)“定量化才能的測評問題和方式從“定性到“定量是化學(xué)學(xué)科開展的里程碑,是人們對化學(xué)物質(zhì)及其變化的認識向縱深開展的結(jié)果。在化學(xué)學(xué)習(xí)中,隨著學(xué)習(xí)進程的展開,必然要求學(xué)生從量的角度來描繪和探究物質(zhì)的構(gòu)造、組成和變化。傳統(tǒng)化學(xué)課程將“化學(xué)計算作為一項根本技能,但從量的角度解決化學(xué)問題并非單純的數(shù)學(xué)運算,也并非簡單的方法、技巧等技能的操練,而是“有意識、有意義、有目的、有方法的認知和操作的共同體1。學(xué)生根據(jù)化學(xué)根底知識,運用數(shù)學(xué)方法解決物質(zhì)組成、構(gòu)造、變化中“量的問題的才能稱為“定量化才能。具備“定量化才能,能使學(xué)生從量的方面認識物質(zhì)及其變化的規(guī)律,體驗定量研究方法在化學(xué)科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)消費中

2、的重要作用。1 “定量化才能程度的構(gòu)建中學(xué)化學(xué)的“定量化學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是以2個根本物理量物質(zhì)的量和質(zhì)量為核心,結(jié)合根本概念原理和元素化合物知識而展開。從初中階段以質(zhì)量為核心到高中階段以物質(zhì)的量為核心,從核心概念到根底計算再到綜合計算,遵循了從宏觀到微觀、從簡單到復(fù)雜的認知過程,構(gòu)建了從核心概念到根底計算再到綜合計算的遞進式體系。理解化學(xué)概念的含義及化學(xué)原理、符號中所蘊含的量的關(guān)系是解決定量化學(xué)問題的根底。Nakleh和Silberma1993的研究說明假如學(xué)生想要恰當(dāng)?shù)靥幚矶炕瘜W(xué)問題,那么他們必須理解摩爾的含義2。Koch2019指出學(xué)生初學(xué)化學(xué)時在尋找抽象化學(xué)符號和描繪化學(xué)過程之間的聯(lián)絡(luò)、分

3、子式所提供的定量信息比方計量關(guān)系方面會遇到困難。學(xué)生首先必須徹底掌握知識和方法,學(xué)會將化學(xué)符號轉(zhuǎn)換成有意義信息,才能解決定量化學(xué)問題3。Dori2019認為有關(guān)物質(zhì)的量的化學(xué)計算問題可以從復(fù)雜性和轉(zhuǎn)換程度兩個維度來進展分類。轉(zhuǎn)換次數(shù)越多,復(fù)雜性越大,學(xué)生解決化學(xué)計算問題時遇到的障礙就越多4?！八枷胧钦J識的高級階段,是對事物本質(zhì)的、高級抽象和概括的認識?；瘜W(xué)學(xué)科思想方法是對化學(xué)事實、化學(xué)理論以及化學(xué)方法的本質(zhì)認識,思想方法往往使得化學(xué)定量化問題的解決事半功倍。因此,根據(jù)“由簡單到復(fù)雜、由根底到綜合、由詳細到抽象的“定量化才能開展的規(guī)律,構(gòu)建如下由低到高的4個程度:程度1:認識概念或符號中所蘊含的

4、數(shù)量關(guān)系。如,認識化學(xué)方程式等符號中所蘊含的質(zhì)量關(guān)系;知道溶解度等概念中蘊含的數(shù)量關(guān)系;知道物質(zhì)的量等概念的計量含義等。程度2:直接運用數(shù)量關(guān)系進展簡單運算。如,根據(jù)化學(xué)式、化學(xué)方程式進展簡單的運算;利用物質(zhì)的量等概念間的互相關(guān)系進展換算等。程度3:整合或轉(zhuǎn)換數(shù)量關(guān)系進展綜合運算。如,分析和處理圖表數(shù)據(jù)或?qū)嶒灁?shù)據(jù)進展運算;對溶液中發(fā)生的化學(xué)反響進展運算等。程度4:運用化學(xué)思想方法進展運算。如,運用守恒法、差量法、關(guān)系式法等思想方法進展一些較為復(fù)雜的運算。以上4個程度從認識數(shù)量關(guān)系到直接運用再到綜合運用,最高程度為運用化學(xué)思想方法,復(fù)雜性及轉(zhuǎn)換程度逐漸增加,思維及定量化要求逐步進步,程度的劃分表

5、達了化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的規(guī)律。2 “定量化才能測評研究依上述“定量化才能的4個程度編制測量工具,運用Rasch模型分析測驗結(jié)果5,修訂和優(yōu)化測量工具,并根據(jù)大樣本測試結(jié)果分析學(xué)高中生化學(xué)“定量化才能現(xiàn)狀以及開展規(guī)律等。2.1 研究工具以“定量化才能的4個程度層次為理論根據(jù),編制了相應(yīng)的測量工具。第一輪試測結(jié)果經(jīng)過Rasch模型檢驗之后,對某些工程進展了修改,工程總數(shù)未變,形成了第二輪試測的測驗卷,其中Q1Q8是選擇題,Q9Q13是建構(gòu)反響題建構(gòu)反響題要求被試組織或建構(gòu)一份答案,在考察學(xué)生的高層次才能上具有優(yōu)勢,建構(gòu)反響題的答案有封閉性答案和開放性答案兩種。第二輪試測后再經(jīng)Rasch模型檢驗修正后的測

6、驗卷可用于大樣本測試。詳細工程與才能程度的對應(yīng)如表1所示。對于選擇題而言,每一道題中均包含4個選項,僅有一個正確選項。對于建構(gòu)反響題而言,那么采用等級評分。以下幾例是對“定量化才能測驗卷中工程的簡要分析說明:例1 在10時,KNO3 的溶解度是20 g,那么此溫度下的飽和溶液中,以下關(guān)系正確的選項是 A.m溶液: m溶質(zhì)=4:1B.m溶質(zhì): m溶劑=1:4C.m溶液: m溶劑=6:5D.m溶劑: m溶液=4:5說明:該題屬于“程度1:認識化學(xué)概念或化學(xué)符號中所蘊含的數(shù)量關(guān)系的考察內(nèi)容,旨在考察學(xué)生是否知道溶解度概念中所蘊含的溶質(zhì)、溶劑以及飽和溶液三者之間的質(zhì)量關(guān)系。例2 目前國際上通用“測氮法

7、標(biāo)定牛奶中蛋白質(zhì)含量,蛋白質(zhì)中含氮量平均為16%,假設(shè)不法分子在 1袋某品牌奶粉中加了1 g三聚氰胺C3 H6N6 ,相當(dāng)于增加蛋白質(zhì)約 A.4.2 g B.3.2 g C.0.7 g D.1.6 g說明:該題屬于“程度2:直接運用數(shù)量關(guān)系進展簡單的計算才能的考察內(nèi)容,旨在考察學(xué)生能否根據(jù)化學(xué)式進展化合物質(zhì)量與其中所含元素質(zhì)量的換算。例3 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,取甲、乙、丙各30.0 mL一樣濃度的鹽酸,然后分別漸漸參加組成一樣的鎂鋁合金粉末,得到下表中有關(guān)數(shù)據(jù)假設(shè)反響前后溶液體積不發(fā)生變化。請計算合金中Mg、Al的物質(zhì)的量之比。說明:該題屬于“程度3:整合或轉(zhuǎn)換數(shù)量關(guān)系進展綜合運算才能的考察內(nèi)容,旨

8、在考察學(xué)生能否根據(jù)圖表所提供的實驗數(shù)據(jù)、正確選擇實驗數(shù)據(jù)并根據(jù)化學(xué)化學(xué)方程式進展運算。例4 硫代硫酸鈉是一種用處廣泛的化工產(chǎn)品,某廠技術(shù)人員設(shè)計了以下消費流程:假設(shè)由原料制S的轉(zhuǎn)化率為75%,制SO2 的轉(zhuǎn)化率為90%,SO2 制Na2 SO3 的轉(zhuǎn)化率為95%,那么用于制S和Na2SO3的原料的質(zhì)量比為多少時,才能制得最多Na2 S2 O3 其他消耗不計?說明:該題屬于“程度4:運用化學(xué)思想方法進展復(fù)雜運算才能的考察內(nèi)容。題給信息中從原料到產(chǎn)品經(jīng)歷了多步化學(xué)反響,假設(shè)分步計算,那么很煩瑣。假設(shè)運用關(guān)系式思想方法,根據(jù)多步反響中最初反響物和最終生成物之間量的關(guān)系,列出關(guān)系式進展相關(guān)運算,那么將

9、大大簡化運算過程。2.2 研究樣本本研究共進展了三輪測驗,被試組成如表2。第一輪測試用于初步考察測驗工具的質(zhì)量,經(jīng)Rasch模型檢驗分析后,對測驗工具進展修改,再進展第二輪試測,根據(jù)第二輪試測結(jié)果的數(shù)據(jù)分析決定修改后的測驗卷可用于大樣本測試第三輪。因第一輪、第二輪試測主要用于考察、優(yōu)化測驗工具的質(zhì)量,所用樣本較小,沒有選擇高三年級被試。第三輪測試樣本較大,采取分層抽樣形式,選取了某省三所不同層次的高級中學(xué)作為樣本來源學(xué)校,分別在高一、高二、高三年級隨機抽取被試。2.3 數(shù)據(jù)處理運用BondFoxsteps1.0.0分析測驗工具的信、效度,將工程難度與學(xué)生才能轉(zhuǎn)換成具有等距意義的logit分,再

10、運用SPSS18.0軟件進展統(tǒng)計分析。因篇幅有限,結(jié)果分析部分只采用第三輪測試的數(shù)據(jù)。3 結(jié)果分析3.1 測量工具信、效度分析3.1.1 總體統(tǒng)計表3是定量化才能測驗以下簡稱Q測驗的總體統(tǒng)計結(jié)果。在Rasch模型中,一般將測驗難度平均程度設(shè)置為0,被試才能平均程度那么隨不同測試有所不同。由表3可知,被試才能平均分估計為1.34Rasch分;整份試卷的難度估計誤差僅為0.11,相比較而言被試的估計誤差較大,但在答應(yīng)范圍內(nèi);工程擬合指數(shù)皆在理想值左右即MNSQ接近1,ZSTD接近0,說明測驗數(shù)據(jù)與理想模型具有較好的一致性;根據(jù)別離度數(shù)值一般認為大于2較好,說明測量工具可以區(qū)分不同才能程度的被試;被

11、試和工程都具有較高的信度。因此,總體而言,該測驗工具表達出良好的性能。3.1.2 其他指標(biāo)單維性是Rasch模型的根本假設(shè)之一,即測驗所測量到的是被試的單一主要才能或單一主要潛在特質(zhì)。根據(jù)BondFoxsteps1.0.0軟件的分析,本測驗卷的13個工程中,有2個工程A-Q7、A-Q13稍超出答應(yīng)范圍,但絕大部分工程符合要求,可以認為該卷所測量的主要是一種構(gòu)造“定量化才能,具有單維性;從工程-被試對應(yīng)情況上看,本測驗卷13個工程難度范圍較廣,且根本均勻分散,工程所對應(yīng)的程度層次與預(yù)設(shè)的程度層次根本一致,學(xué)生才能分布也較為理想,中間多,兩端少;詳細工程的擬合度除Q9,Q10的ZSTD值稍超出取值

12、范圍-2+2,其他工程的數(shù)據(jù)-模型擬合指數(shù)都在答應(yīng)值范圍之內(nèi),工程的誤差都較小,點測量相關(guān)都較高?？傊?根據(jù)“定量化才能程度所編制的測量工具經(jīng)Rasch模型檢驗,在工程和被試信度、誤差、別離度等信度指標(biāo)上,在單維性、工程-被試對應(yīng)、數(shù)據(jù)-模型擬合、點-測量相關(guān)等效度指標(biāo)上皆符合Rasch模型的根本要求,本研究測量工具可靠、可信。測驗結(jié)果可用于后續(xù)對學(xué)生定量化才能特征的分析。3.2 “定量化才能數(shù)據(jù)分析3.2.1 “定量化才能的年級差異分析1總體描繪表4是高中三個年級Q測驗的描繪性統(tǒng)計結(jié)果。高一、高二兩個年級的極大值都是4.48,高一年級的全距最大,高三年級的全距最小。三個年級的平均分隨年級的升

13、高而上升。表5的方差齊性檢驗結(jié)果顯示,三個年級的方差不齊性;F檢驗說明三個組中至少有一個組和其他兩個組有明顯的差異,也有可能3個組之間都存在顯著的差異。因為各組方差不齊性,表6采用Tamhane檢驗三組均數(shù)差異的顯著性,結(jié)果顯示,三個年級之間的相伴概率皆小于顯著性程度0.05,具有顯著差異。由以上統(tǒng)計分析可知,對于“定量化才能而言,高一、高二、高三三個年級的程度依次升高,且有著顯著性差異。2在各個程度層次上的比較將Q卷中每個程度所對應(yīng)的各個工程的難度估計進展平均可得到每個程度的難度平均值,如表7所示,以此平均值作為判斷學(xué)生“定量化才能程度的根據(jù)。當(dāng)學(xué)生的才能值低于-1.41時,那么認為學(xué)生的“

14、定量化才能程度低于程度1;當(dāng)學(xué)生的才能值為-1.41-0.05時,那么位于程度1;當(dāng)學(xué)生的才能值為-0.050.82時,那么位于程度2;當(dāng)學(xué)生的才能值為0.821.67時,那么位于程度3;當(dāng)學(xué)生的才能值大于1.67時,那么位于程度4。本研究被試樣本中高一、高二、高三三個年級學(xué)生Q卷的平均分分別為1.08、1.33、1.63見表4,結(jié)合表8,可以認為高一、高二、高三三個年級學(xué)生的“定量化才能的平均程度皆已到達層次3整合或轉(zhuǎn)換數(shù)量關(guān)系進展綜合運算。三個年級在不同才能程度層次上的人數(shù)及比例如表8所示。由表8可見,高一、高二年級中有極少數(shù)學(xué)生的“定量化才能程度低于程度1認識概念或符號中所蘊含的數(shù)量關(guān)系

15、,每個年級中皆有位于程度1的學(xué)生,但所占比例很小,分別為7.4%、1.2%、0.4%;高一、高二分別有31.9%、22.8%的學(xué)生位于程度2直接運用數(shù)量關(guān)系進展簡單運算,高三學(xué)生中處于程度2的較少,為7.3%;在程度3和程度4上高一、高二、高三三個年級所占的人數(shù)比例隨年級升高逐步增加。3.2.2 “定量化才能的性別差異分析表9是中學(xué)生化學(xué)“定量化才能性別差異的T檢驗結(jié)果?？芍?在“定量化才能上,男生的成績稍高于女生。T檢驗的結(jié)果說明,在4個測驗上,男女兩組的方差齊性,Q測驗的相伴概率為0.069,略大于顯著性程度0.05,也就是說,男女生在化學(xué)“定量化才能上略有差異,但差異性并不顯著。4 研究結(jié)論本研究對化學(xué)“定量化才能進展了程度構(gòu)建,基于 Rasch 模型開發(fā)和優(yōu)化了測量工具,在三個年級施行了才能測量。結(jié)果說明,修訂后的測量工具在多種數(shù)據(jù)指標(biāo)上符合Rasch模型所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和構(gòu)造,測量工具具有良好的信度和效度。根據(jù)大樣本測試結(jié)果的數(shù)據(jù)分析,我們發(fā)現(xiàn),測量樣本中的高中生表現(xiàn)出了較高的“定量化才能,三個年級的學(xué)生都到達了程度3,特別是高三年級學(xué)生已接近程度4。隨著年級的增加,學(xué)生的定量化才能逐步進步,且三個年級間存在顯著性差異。每個年級在從低到高的4個程度上,都分布著一定的人數(shù)。男、女