城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生分子、原子心智模型的建構(gòu)研究

郭勝文

摘要：學(xué)生對于科學(xué)概念的理解或者認(rèn)識被稱為學(xué)生的心智模型。研究采用半結(jié)構(gòu)訪談法，通過統(tǒng)計(jì)分析探討了城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生關(guān)于分子、原子概念的心智模型，訪談的對象是城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生。研究從學(xué)生關(guān)于原子模型的認(rèn)識、學(xué)生對分子、原子的描述結(jié)果進(jìn)行了分析，并對研究結(jié)果進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：分子；原子；心智模型；半結(jié)構(gòu)訪談法

文章編號：1008-0546（2017）07-0007-04 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.002

一、問題的提出

通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生學(xué)化學(xué)時，大部分學(xué)生都在“物質(zhì)的構(gòu)成奧秘”這一單元學(xué)習(xí)遇到困難后化學(xué)成績開始逐漸出現(xiàn)分化，跨過分子、原子這一難點(diǎn)的學(xué)生，后面的化學(xué)學(xué)習(xí)都比較順利，中考的化學(xué)成績也相對較理想；相反，若跨不過這一難點(diǎn)的，此類學(xué)生有相當(dāng)一部分會轉(zhuǎn)化為化學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)困生。它們之間的具體對應(yīng)關(guān)系請參見表1。

表1數(shù)據(jù)清晰地顯示第三單元“物質(zhì)的構(gòu)成奧秘”測試成績80以上的學(xué)生，中考成績都可以考到80以上；而“物質(zhì)的構(gòu)成奧秘”測試59分以下的學(xué)生中考成績都不理想，而且很多還成為九年級化學(xué)的學(xué)困生。

經(jīng)查閱文獻(xiàn)資料后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于一些科學(xué)概念，如“力”、“光”、“熱量”等都有自己的解釋，其中有些解釋存在顯著的個體差異，且不一定符合科學(xué)的意義[1]。此類學(xué)生對科學(xué)概念的“解釋”被稱為學(xué)生的“心智模型”。由于化學(xué)是主要研究物質(zhì)的分子轉(zhuǎn)變規(guī)律的科學(xué)[2]，而Vosniadou又指出“心智模型指的是一種特殊的心理表達(dá)方式，即類比方式，由個體在認(rèn)知過程中產(chǎn)生的[3]?；瘜W(xué)教師如果充分了解學(xué)生對化學(xué)概念和原理的心智模式，將有助于選擇有針對性的教學(xué)方法完善學(xué)生的已有認(rèn)知，提高教學(xué)的有效性[4]。城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生對于原子、分子概念的正確理解的程度，關(guān)系到他們能否深入并正確地認(rèn)識到物質(zhì)的變化本質(zhì)，進(jìn)而準(zhǔn)確地認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

二、研究方法

本課題采用個別訪談法進(jìn)行研究，訪談問題的設(shè)計(jì)是半結(jié)構(gòu)化的。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，篩選并確定了4組問題作為訪談的基本內(nèi)容。這些問題均隨具體情景呈現(xiàn)，以便能夠引導(dǎo)學(xué)生說出自己的真實(shí)想法而不是簡單重述課本中的定義。訪談的主要內(nèi)容和程序如下：

（1）出示1塊銅片和1顆鋅粒。

“原子有生命嗎？”

“這些物質(zhì)是由什么構(gòu)成的？”

“所有物質(zhì)都含有原子嗎？”

“原子能否看得到（如在高倍顯微鏡下）？”

（2）出示6種原子結(jié)構(gòu)示意圖（見圖1）。

說明：

①太陽系模型 ②軌道模型 ③多重軌道模型

④軌函模型 ⑤電子云模型 ⑥球形

請被訪者選出其心目中最符合、較符合、較不符合和不符合的示意圖，并說出原因。

（3）出示2種水分子結(jié)構(gòu)模型（見圖2）。

“哪一個能更好地表示水分子的實(shí)際結(jié)構(gòu)，為什么？”

（4）受訪者120人，分別來自增城區(qū)石灘鎮(zhèn)第一中學(xué)九年級7個班，從中各選60名男生，60名女生，其中優(yōu)生40人、中層生40人、學(xué)困生40人。訪談按照統(tǒng)一格式記錄，以便數(shù)據(jù)的匯總與分析。訪談在學(xué)生學(xué)完第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”并完成測試后開始進(jìn)行。具體受訪對象人數(shù)類別見表2。

三、結(jié)果分析

訪談結(jié)果可概括為城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生對原子模型的認(rèn)識與對原子、分子的描述。

1. 城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生對原子模型的認(rèn)識

從6種原子結(jié)構(gòu)示意圖中，各受訪者分別選擇了自己心目中最符合、較符合、較不符合的模型。此研究中將男生、女生、優(yōu)生、中層生、后進(jìn)生對6種原子模型做出的選擇分別統(tǒng)計(jì)在表3、表4、表5、表6、表7中。此外也將這5個表中的“最適合”和“最不適合”那一列的數(shù)據(jù)整合在一起轉(zhuǎn)換為折線圖（圖3、圖4）。橫坐標(biāo)上的數(shù)字1到6分別與圖1的標(biāo)號相對應(yīng)。

結(jié)合表3、表4、圖3、圖4，通過比較分析，可以看出城鄉(xiāng)初中男生、女生對原子模型理解與認(rèn)識都比較接近，各種模型選擇的人數(shù)都相差不大，如對太陽系模型的看法，男生選擇最符合的占8.3%，最不符合的56.7%；女生的選擇最符合的也是8.3%，最不符合的選擇是55%。相差不大，比較接近。而從圖3、圖4得知男生、女生最符合模型與最不符合模型的曲線都靠得很近，有部分曲線還重疊在一起。

另外，優(yōu)生與中層生對原子模型的理解與認(rèn)識差異不是很大，但與學(xué)困生差異較大，而且學(xué)困生幾乎都是隨意選的，就憑他們各自的理解與認(rèn)識去看問題，對課本的分子、原子的模型，教師講授的分子、原子的模型應(yīng)該沒有理解好，才出現(xiàn)如此大的差異。

綜合①至⑥的模型中，不論男生、女生、優(yōu)生、中層生、學(xué)困生，大部分都選擇①是最不符合原子模型的，從而可以推知這些學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識到微觀世界物質(zhì)的運(yùn)動與宏觀物質(zhì)的運(yùn)動是不同，微粒觀在他們的思想里已開始萌芽，并逐漸建立。

此外，九年級學(xué)生在最符合模型的認(rèn)知上比較接近，從圖3的曲線就可以清晰地看出。但在最不符合模型的選擇上，就差異較大，可見九年級學(xué)生的認(rèn)識還是相對比較分散。

在這些樣本中，優(yōu)生偏愛電子云模型（約55%），他們的看法是電子繞著原子核在高速地?zé)o規(guī)則運(yùn)動，但他們因受已有知識與經(jīng)驗(yàn)的局限，對軌函模型等的認(rèn)識不足，他們都覺得④模型都不準(zhǔn)確。

中層生也相對偏愛電子云模型，但很多無法準(zhǔn)確描述出來，他們對原子模型的認(rèn)識比較分散，他們表示還未完全理解與理清分子、原子的模型結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致他們在對分子、原子模型的認(rèn)知難免會出現(xiàn)一些混亂。

學(xué)困生選擇最多模型是⑥球形，至于原因，很多都說不清，其中一些看法是說這個模型是6個模型中最小的，也是最圓的。他們對很多原子的模型的最不符合與最符號都是比較混亂的，很大一部分都是憑感覺，憑喜好去選，而不會考慮書本分子、原子的模型以及教師為同學(xué)講授的相關(guān)知識。

2. 城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生對分子、原子的描述

（1）能主動提出原子的，男生（36個，60%），女生（40個，66.7%），女生偏高，但差距不大。但優(yōu)生、中層生與學(xué)困生差距就比較大，優(yōu)生與中層生對概念的理解都應(yīng)該比較到位，而學(xué)困生很多已經(jīng)將這個概念忘記了，或者需要提示才可以回答出來。

（2）原子有無生命與大小的問題，有學(xué)生感到回答此問題比較困難，但因?yàn)槭艿秸n本硅原子圖的影響，很多學(xué)生都選了可以看見。在回答看到的學(xué)生中，他們覺得顯微鏡可以看到電子在繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）物質(zhì)的構(gòu)成與原子的形狀男、女同學(xué)都基本可以將它們正確地描述出來，優(yōu)生與中層生在這方面都描述得很清晰，但學(xué)困生在這方面，跟優(yōu)生與中層生有較大的差距。

（4）電子層與電子云，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，能提到電子層的男生、女生都相差不大，優(yōu)生（40人，100%）與中層生（40人，100%），他們基本可以將電子層、電子準(zhǔn)確地描述出來。

（5）對于分子模型，整個九年級的學(xué)生，都偏愛球棍模型，這可能受分子、原子間有間隔影響，覺得原子不可能如比例模型一樣，球與球之間緊密連接在一起。

四、結(jié)論與建議

通過對城鄉(xiāng)中學(xué)學(xué)生原子、分子心智模型的探查研究發(fā)現(xiàn)：

1. 對于分子、原子心智模型的認(rèn)知，城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生男生、女生差異性并不大，有很大一部分還相同或者相似。可見，性別并不影響知識的建構(gòu)。

2. 城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生偏愛分子的球棍模型，他們普遍認(rèn)為球棍模型便于觀察，而比例模型沒有那么直觀，不便于觀察。

3. 大量學(xué)生對于“電子云”、“電子層”和“原子軌道”的理解不夠清晰，甚至就此形成了錯誤觀念。

4. 該年齡段的大部分學(xué)生偏愛簡單、具體的原子、分子模型。此外，學(xué)生建構(gòu)的心智模型具有不完整性、不準(zhǔn)確性和不穩(wěn)定性。

5. 接近80%的城鄉(xiāng)中學(xué)九年級學(xué)生都能正確地理解原子構(gòu)成，優(yōu)生可以很清晰地將分子、原子的模型建構(gòu)起來，中層生也勉強(qiáng)可以，但學(xué)困生就相對比較困難。對原子的形狀、核外電子的運(yùn)動形式的認(rèn)知與理解都是比較多樣性，所以提高這部分學(xué)生對原子結(jié)構(gòu)的理解關(guān)鍵在于通過一些分子、原子反應(yīng)的動畫，或者分子、原子的結(jié)構(gòu)模型去協(xié)助學(xué)困生們逐步建立起原子形狀、核外電子運(yùn)動形式的心智模型。

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