四段式多項(xiàng)選擇測試在中學(xué)化學(xué)相異構(gòu)想診斷中的應(yīng)用研究

嚴(yán)文法 孫杰英

摘要： 利用自編的四段式多項(xiàng)選擇測試題為研究工具，以初中化學(xué)“酸、堿、鹽”為例，對233名學(xué)生進(jìn)行測試。結(jié)果顯示，被試在“酸、堿、鹽”主題存在38個(gè)錯誤認(rèn)識，其中有23個(gè)是典型相異構(gòu)想，參考Caleon等人的標(biāo)準(zhǔn)，這23個(gè)典型相異構(gòu)想中有13個(gè)真性相異構(gòu)想和10個(gè)假性相異構(gòu)想。研究還發(fā)現(xiàn)被試存在“高信心指數(shù)錯解”和“低信心指數(shù)正解”的情況。

關(guān)鍵詞： 四段式多項(xiàng)選擇測試; 相異構(gòu)想; 酸堿鹽

文章編號： 10056629（2019）1002306 ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 問題提出

學(xué)生開始學(xué)習(xí)科學(xué)概念時(shí)，不是“腦子空空如也地進(jìn)入課堂”，而是將自己對自然現(xiàn)象的各種想法和經(jīng)驗(yàn)帶到課堂或?qū)嶒?yàn)室，這些想法或者經(jīng)驗(yàn)往往與科學(xué)概念不同，研究者把這些與科學(xué)上公認(rèn)的科學(xué)概念不一致的觀念或想法稱為相異構(gòu)想（Alternative Framework）[1]。初中化學(xué)酸堿鹽知識具有較強(qiáng)的綜合性和系統(tǒng)性，是教學(xué)的重難點(diǎn)，也是初中化學(xué)核心概念之一，深刻影響到化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)性質(zhì)、溶液等知識的學(xué)習(xí)[2]。由于該部分內(nèi)容涉及的概念較多，且學(xué)生在日常生活和先前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)形成了一些區(qū)別于科學(xué)概念的相異構(gòu)想，加之相異構(gòu)想具有隱蔽性、頑固性、形成的長期性等特點(diǎn)，往往造成學(xué)習(xí)困難，阻礙學(xué)生對科學(xué)概念的學(xué)習(xí)，因此診斷并轉(zhuǎn)變學(xué)生持有的相異構(gòu)想是非常有必要的[3]。

以有效可靠的方式診斷學(xué)生的相異構(gòu)想是處理學(xué)生頭腦中與科學(xué)概念不一致的想法的關(guān)鍵一步[4]。目前，國際上探查學(xué)生相異構(gòu)想最常用的工具之一是Treagust開發(fā)的二段式診斷試題，國內(nèi)外已有不少二段式測試題在相異構(gòu)想診斷中的運(yùn)用研究[5～8]，這些研究普遍以選擇題的錯選人數(shù)在總?cè)藬?shù)中的占比高低來確定學(xué)生是否具備相關(guān)內(nèi)容的相異構(gòu)想，缺乏對相異構(gòu)想性質(zhì)和強(qiáng)度的分析，將學(xué)生的錯選結(jié)果等同于學(xué)生持有的相異構(gòu)想，可能會高估學(xué)生的相異構(gòu)想。正如Tan等人指出，學(xué)生在測試中出現(xiàn)的所有錯誤并不都是因?yàn)橄喈悩?gòu)想，有的可能是缺乏知識或者對答案的錯誤猜測而導(dǎo)致錯誤，這種情況不應(yīng)被視為相異構(gòu)想[9]。Caleon等人也指出，二段式測試雖然能夠洞察學(xué)生的推理過程，但缺乏對相異構(gòu)想程度的探究，且無法區(qū)分被試是由于存在相異構(gòu)想還是缺乏知識導(dǎo)致錯選，也無法區(qū)分被試是通過猜測還是真正掌握了科學(xué)知識而得到正解[10]。為了克服二段式的缺陷，Caleon等人開發(fā)了四段式多項(xiàng)選擇測試，即在二段式測試中納入“信心指數(shù)（Confidence Rating）”，信心指數(shù)是指個(gè)體對自己表現(xiàn)水平的評估及判斷[11]。具體操作是在二段式的答案層和原因?qū)又蟾髟O(shè)置一個(gè)“信心指數(shù)段（Confidence Tier）”，即0%（完全猜測）～100%（完全肯定）的百分?jǐn)?shù)軸，學(xué)生可以在數(shù)軸的任意位置標(biāo)出自己的信心指數(shù)，由此形成四段式多項(xiàng)選擇測試。有關(guān)四段式的研究一致表明，在信心指數(shù)的輔助下，不僅可以有效診斷學(xué)生持有的相異構(gòu)想，還可以確定相異構(gòu)想的性質(zhì)和強(qiáng)度，在一定程度上提高了客觀題的評價(jià)能力[12～14]。

綜上分析，本研究旨在將信心指數(shù)與學(xué)生概念相結(jié)合，開發(fā)并利用自編的四段式多項(xiàng)選擇測試題為研究工具，調(diào)查初三學(xué)生在酸堿鹽概念理解方面持有的相異構(gòu)想，并借助信心指數(shù)相關(guān)參數(shù)確定相異構(gòu)想的性質(zhì)和強(qiáng)度，從而為有效地進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變教學(xué)提供可靠依據(jù)。

2 研究方法

2.1 被試

在研究工具試測與修正階段，抽取西安市一所普通初中作為樣本，整群抽取初三兩個(gè)平行自然班作為樣本班，總計(jì)89名被試。在正式測試階段，整群抽取西安市、克拉瑪依市和西寧市各兩所普通初中共計(jì)6個(gè)初三平行自然班的233名學(xué)生作為被試。

2.2 研究工具與施測

2.2.1 編制四段式多項(xiàng)選擇測試題

Sreenivasulu和Subramaniam（2014）指出，四段式多項(xiàng)選擇測試實(shí)際上是對二段式測試的改良，其開發(fā)步驟與Treagust提出的二段式診斷工具的編制流程基本一致[15]。因此本研究首先對《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》、義務(wù)教育教科書《化學(xué)》（人教版）和中考考試大綱中的酸堿鹽知識進(jìn)行文本分析并梳理出相關(guān)知識點(diǎn)，在此基礎(chǔ)之上，嚴(yán)格按照Treagust的“三階段十步驟”流程[16]，圍繞酸的概念理解、酸的性質(zhì)、堿的概念理解、堿的性質(zhì)、鹽的概念理解、鹽的性質(zhì)以及酸堿鹽之間的反應(yīng)這7個(gè)主題設(shè)計(jì)項(xiàng)目，編制了四段式多項(xiàng)選擇測試題——《初中化學(xué)“酸、堿、鹽”相異構(gòu)想診斷測驗(yàn)（初稿）》。

2.2.2 試測并修正診斷測驗(yàn)

為了進(jìn)一步修訂測試題，確保學(xué)生能夠讀懂題意、明確作答方式，并在規(guī)定的時(shí)間25分鐘內(nèi)完成作答，選取西安市某初級中學(xué)的89名初三學(xué)生進(jìn)行試測。規(guī)定每個(gè)項(xiàng)目同時(shí)回答正確計(jì)1分，否則0分，總分14分，對試測結(jié)果用SPSS 22.0軟件進(jìn)行可靠性分析，問卷的Cronbachs alpha值為0.710，稍微偏低。Adams和Wieman（2011）認(rèn)為，針對概念的診斷性測試因其具有一定的探索性，所以具有較低的Cronbachs alpha值是可以的[17]。通過試測與修訂，最終形成了《初中化學(xué)“酸、堿、鹽”相異構(gòu)想診斷測驗(yàn)》，測試題共14個(gè)題目，具體的研究內(nèi)容和測試內(nèi)容見表1。

2.2.3 正式測試

正式施測的233名初三學(xué)生來自西安市、克拉瑪依市和西寧市，被試之前均未參與試測并且已經(jīng)學(xué)完了酸堿鹽的相關(guān)知識，對酸堿鹽及其相關(guān)內(nèi)容有了一定的了解。本次共發(fā)放233份測試題，收回233份，回收率為100%，剔除那些沒有作答完全和沒有標(biāo)記信心指數(shù)的樣本，有效樣本215份，有效回收率為92.3%。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理方法

參考Caleon和Bretz等人的標(biāo)準(zhǔn)[18～22]，信心指數(shù)以50%為界，當(dāng)學(xué)生對自己作答的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的信心評級時(shí)，會出現(xiàn)表2中的幾種情況。

基于研究目的，本研究采用兩條計(jì)分規(guī)則： （1）答案層和原因?qū)臃謩e計(jì)分，正確計(jì)1分，錯誤計(jì)0分;（2）若要獲得某個(gè)項(xiàng)目的得分，僅答案層和原因?qū)油瑫r(shí)正確時(shí)計(jì)1分，否則0分，總分14分。數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為了確定相異構(gòu)想的性質(zhì)和強(qiáng)度，還將借助信心指數(shù)的相關(guān)參數(shù)來幫助分析，分別是平均置信度（CF）、正確置信度（CFC）、錯誤置信度（CFW）。

3.2 數(shù)據(jù)分析

表3列出了四段式測試題各題的正確率、正確置信度（CFC）和錯誤置信度（CFW）。從表3發(fā)現(xiàn)，題目的正確率介于6.5%～77.7%，平均正確率為38.0%，被試答對的信心指數(shù)介于62.0%～83.8%，平均值為73.9%，表明即使選擇正確，被試仍然對自己的選擇不自信，出現(xiàn)“低信心指數(shù)正解”的情況;答錯的信心指數(shù)介于54.7%～76.8%，平均值為59.5%，出現(xiàn)“高信心指數(shù)錯解”的情況。以上結(jié)果表明，學(xué)生對酸堿鹽這部分知識掌握程度不佳，具體而言，學(xué)生在酸堿鹽主題存在高達(dá)38個(gè)錯誤認(rèn)識，這個(gè)數(shù)據(jù)一方面說明利用四段式多項(xiàng)選擇測試診斷學(xué)生的相異構(gòu)想是有效的，另一方面說明初三學(xué)生在酸堿鹽主題沒有建立良好的理解，存在較多的相異構(gòu)想。

然而，并不是所有的錯誤認(rèn)識都是由于相異構(gòu)想造成的。Tan等人指出，選擇題中每個(gè)選項(xiàng)或者選項(xiàng)組合都有被隨機(jī)選中的概率，若某個(gè)選項(xiàng)或選項(xiàng)組合的被選概率高于該選項(xiàng)或選項(xiàng)組合被隨機(jī)選中概率的10%，那么涉及到的相異構(gòu)想則被認(rèn)為是“典型的（Significant）”，典型相異構(gòu)想需要引起教師的注意并對原因做深度分析[23]。Caleon又對典型的相異構(gòu)想做了更細(xì)致的分類，將平均信心指數(shù)高于50%的歸為“真性（Genuine）相異構(gòu)想”，將平均信心指數(shù)小于50%的歸為“假性（Spurious）相異構(gòu)想”。

按照以上標(biāo)準(zhǔn)，本研究使用的四段式測試均以選擇題的形式呈現(xiàn)，有兩種格式： （1）每個(gè)項(xiàng)目共7個(gè)備選項(xiàng)，其中，答案層3個(gè)，原因?qū)?個(gè)，這7個(gè)備選項(xiàng)共12種組合方式，每種選項(xiàng)組合被隨機(jī)選中的概率是8.33%，根據(jù)Tan等人的標(biāo)準(zhǔn)，若某個(gè)選項(xiàng)組合被選中的概率大于18.33%的話，涉及的相異構(gòu)想就是典型的;（2）每個(gè)項(xiàng)目共8個(gè)備選項(xiàng)，其中，答案層和原因?qū)泳?個(gè)備選項(xiàng)，共16種組合方式，每種組合被隨機(jī)選中的概率為6.25%，按照Tan的標(biāo)準(zhǔn)，若某個(gè)選項(xiàng)組合被選中的概率大于16.25%，那么涉及到的相異構(gòu)想就是典型的。綜上分析，診斷出的38個(gè)錯誤認(rèn)識中有23個(gè)典型相異構(gòu)想，其中13個(gè)是真性相異構(gòu)想，另外10個(gè)是假性相異構(gòu)想（詳見表4）。真性相異構(gòu)想大多數(shù)都是頑固的，需要教師格外注意，假性相異構(gòu)想往往是由于猜測或者缺乏知識而導(dǎo)致，可以通過教學(xué)及時(shí)補(bǔ)救[24]。真性相異構(gòu)想相對假性相異構(gòu)想而言更加頑固，具有形成的長期性、持續(xù)性等特點(diǎn)，有研究結(jié)果證實(shí)，學(xué)生的真性相異構(gòu)想即使經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)也不一定發(fā)生轉(zhuǎn)變或者完全轉(zhuǎn)變[25]。

從表4我們可以看出，被試對酸堿鹽知識沒有建立很好的理解，在酸的概念理解、酸的性質(zhì)、堿的概念理解、堿的性質(zhì)、鹽的概念理解、鹽的性質(zhì)以及酸堿鹽之間的反應(yīng)這7個(gè)主題存在不同程度的相異構(gòu)想。

（1） 酸堿鹽概念理解的相異構(gòu)想

在酸的概念理解方面存在4個(gè)典型相異構(gòu)想，其中“能電離出H+的化合物就是酸”和“酸溶液中沒有OH-，堿溶液中沒有H+”這兩個(gè)是真性相異構(gòu)想，平均信心指數(shù)分別為66.4%和63.5%，表明被試對“酸”概念的內(nèi)涵和外延沒有恰當(dāng)把握;在堿的概念理解方面也同樣存在困難，3個(gè)典型相異構(gòu)想全部信心指數(shù)高于50%，均為真性相異構(gòu)想，誤以為“化學(xué)式中含有OH基團(tuán)就是堿”、“能電離出OH-的就是堿”，研究還發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行物質(zhì)判斷時(shí)，不是從概念內(nèi)涵出發(fā)而是利用物質(zhì)性質(zhì)去判斷，從而出現(xiàn)諸如“純堿溶液pH>7，所以純堿是堿”之類的錯誤理解;在鹽的概念理解方面，雖然診斷出4個(gè)典型相異構(gòu)想，但只有“鹽是只由金屬離子和酸根離子組成”這一相異構(gòu)想是真性的，該相異構(gòu)想的被選率高達(dá)46.0%，且信心指數(shù)為63.4%，這與教材的編寫和教師的教學(xué)不無關(guān)系，例如有的教材編寫和教師在教學(xué)中過分強(qiáng)調(diào)由金屬離子和酸根離子組成的化合物就是鹽，給學(xué)生造成鹽是只由金屬離子和酸根離子組成的心理暗示。

（2） 酸堿鹽性質(zhì)理解的相異構(gòu)想

對酸的性質(zhì)來說，3個(gè)典型相異構(gòu)想中有2個(gè)真性相異構(gòu)想，由于數(shù)學(xué)知識的負(fù)遷移，誤以為“酸性溶液pH越小，酸性越弱”，還有部分學(xué)生混淆了酸濃度與酸性強(qiáng)弱的關(guān)系，認(rèn)為“濃酸即強(qiáng)酸”;對于堿的性質(zhì)而言，有26.5%的被試缺乏將宏觀、微觀、符號三者聯(lián)系起來的能力，誤以為“堿具有共性是因?yàn)閴A都含有H、O元素”，還有學(xué)生混淆了堿溶液與堿性溶液的關(guān)系，認(rèn)為堿性溶液就是堿溶液，所以出現(xiàn)“能使酚酞變紅的就是堿溶液”這種真性相異構(gòu)想;由于相異構(gòu)想自身具有負(fù)遷移性和關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致在酸和堿的性質(zhì)方面理解不好的學(xué)生，在鹽的性質(zhì)方面也存在困難，例如持有“酸性溶液就是酸溶液”、“堿性溶液就是堿溶液”這類相異構(gòu)想的學(xué)生錯誤地認(rèn)為“鹽溶液都是中性的”，有22.3%的被試對此堅(jiān)信不疑，并伴隨著55.4%的信心指數(shù)，是一個(gè)真性相異構(gòu)想，需要引起教師的注意。此外，教材中一些例證的誤導(dǎo)也可能導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生相異構(gòu)想，例如對中和反應(yīng)的介紹，教材中只做了HCl和NaOH反應(yīng)的定性實(shí)驗(yàn)，缺少定量分析，且該實(shí)驗(yàn)中生成的鹽恰好是中性鹽NaCl，這會導(dǎo)致學(xué)習(xí)者把這種特殊例證遷移到一般性事物中，致使學(xué)生誤以為中和反應(yīng)生成的鹽都是中性的，進(jìn)而產(chǎn)生“鹽溶液都是中性的”這一相異構(gòu)想。

（3） 酸堿鹽之間反應(yīng)的相異構(gòu)想

酸堿鹽三者還能相互發(fā)生反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生沒能對酸堿中和反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)建立科學(xué)認(rèn)識，探查出的5個(gè)典型相異構(gòu)想中有2個(gè)真性相異構(gòu)想，分別是“酸性物質(zhì)與堿性物質(zhì)的反應(yīng)就是中和反應(yīng)”、“復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件是有沉淀、氣體和水生成”，這都是典型的概念表化現(xiàn)象，且后者的被選概率高達(dá)47.0%且伴隨著70.3%的高信心指數(shù)，表明學(xué)生只是死記硬背地記住了復(fù)分解反應(yīng)的規(guī)律和發(fā)生條件，對事物的認(rèn)識處于表象、局部的狀態(tài)，沒有從根本上去理解概念內(nèi)涵，沒有區(qū)分關(guān)聯(lián)詞“和”、“或”的意義，從而導(dǎo)致學(xué)生對復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件具有較高水平的相異構(gòu)想。

除了上述提到的典型相異構(gòu)想以外，還有一些錯誤認(rèn)識盡管沒有達(dá)到典型相異構(gòu)想的標(biāo)準(zhǔn)，但也在一定范圍內(nèi)存在。比如研究發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生認(rèn)為指示劑的變色原理是酸堿指示劑使溶液變色而不是溶液使酸堿指示劑變色，這是以往研究中沒有診斷出的相異構(gòu)想。針對這種情況，為了幫助學(xué)生獲得科學(xué)認(rèn)識，加深對知識的理解，需要教師在實(shí)際教學(xué)中注意重點(diǎn)講解，注意區(qū)分這些容易產(chǎn)生混淆的知識點(diǎn)，避免學(xué)生產(chǎn)生錯誤認(rèn)識。

4 結(jié)論與討論

本研究采用四段式多項(xiàng)選擇測試診斷學(xué)生在某一主題的相異構(gòu)想是有效的，納入信心指數(shù)可以幫助研究者或教師更加精確、準(zhǔn)確地確定相異構(gòu)想的種類、性質(zhì)和強(qiáng)度。本研究共診斷出學(xué)生在酸堿鹽主題存在高達(dá)38個(gè)錯誤認(rèn)識，包括23個(gè)典型相異構(gòu)想。其中有13個(gè)真性相異構(gòu)想，10個(gè)假性相異構(gòu)想?？梢姡谛判闹笖?shù)的輔助下，四段式題目較敏銳、客觀、有效地呈現(xiàn)了被試的酸堿鹽知識水平，在一定程度上提高了客觀題的評價(jià)能力。

通過研究還發(fā)現(xiàn)，學(xué)生相異構(gòu)想的來源是多樣化的。對相異構(gòu)想的成因以及相應(yīng)的教學(xué)建議總結(jié)如下：

（1） 日常生活經(jīng)驗(yàn)?；瘜W(xué)與日常生活聯(lián)系的密切性決定了日常生活經(jīng)驗(yàn)是學(xué)生相異構(gòu)想的來源之一，如“酸嘗起來有點(diǎn)苦”、“堿都是有毒有害的”、“鹽即食鹽”、“鹽都可以食用”等。這些相異構(gòu)想不僅會阻礙當(dāng)下的概念學(xué)習(xí)，還會對后續(xù)知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響，因此教師在進(jìn)行概念教學(xué)時(shí)，首先要承認(rèn)學(xué)生頭腦中存在的相異構(gòu)想，然后通過訪談、概念圖、二段式測試以及四段式測試等具體有效的方法診斷出學(xué)生的相異構(gòu)想。

（2） 教師教學(xué)中使用的錯誤類比、知識的負(fù)遷移。在教學(xué)過程中適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用類比，將對教學(xué)起到事半功倍的效果，但是如果類比使用不恰當(dāng)或者使用錯誤的類比，就可能導(dǎo)致錯誤的理解，甚至造成相異構(gòu)想。知識的負(fù)遷移既可能發(fā)生在學(xué)科內(nèi)，也可能發(fā)生在學(xué)科間，例如受數(shù)學(xué)知識的影響，學(xué)生錯誤地認(rèn)為“酸性隨著溶液pH的減小而減弱”。除此之外，在教學(xué)中過分強(qiáng)調(diào)結(jié)果而不重視過程，過分強(qiáng)調(diào)結(jié)論和現(xiàn)象，忽略某些細(xì)節(jié)性的部分，也可能導(dǎo)致相異構(gòu)想。對此，教師在教學(xué)中應(yīng)該注意使用正確、規(guī)范的化學(xué)用語，應(yīng)重視正例和反例的辨別，強(qiáng)化對概念的理解。

（3） 教材中一些例證的誤導(dǎo)。教材中一些例證的誤導(dǎo)也可能導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生相異構(gòu)想，例如對中和反應(yīng)的介紹只利用HCl和NaOH做了定性實(shí)驗(yàn)，缺少定量分析，且該實(shí)驗(yàn)中生成的鹽恰好是中性鹽NaCl，致使學(xué)生產(chǎn)生“中和反應(yīng)生成的鹽都是中性的”、“鹽溶液都是中性的”、“中和反應(yīng)后溶液的pH為7”之類的相異構(gòu)想。此外，還有部分學(xué)生混淆了化學(xué)科學(xué)概念“中和反應(yīng)”與日常概念“中和”的意義，也會導(dǎo)致學(xué)生對中和反應(yīng)概念產(chǎn)生錯誤認(rèn)識。因此，教師教學(xué)時(shí)應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生厘清概念，對科學(xué)概念與日常概念進(jìn)行區(qū)分，還應(yīng)注意加強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，給學(xué)生提供豐富的感性認(rèn)識。

（4） 教學(xué)階段的分段影響。教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要參考工具，而考慮到化學(xué)教學(xué)的階段性和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的階段性，初中化學(xué)教材中對有的內(nèi)容進(jìn)行刪減和簡化，以減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。這會導(dǎo)致學(xué)生理解上出現(xiàn)偏差，同時(shí)，給教師的教學(xué)也帶來一定的困擾。比如考慮到學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，不能直接提出堿性鹽這個(gè)概念，只能讓學(xué)生死記硬背地記住“碳酸鈉是顯堿性的鹽”這一結(jié)論，國外有關(guān)酸堿化學(xué)心智模型的研究表明學(xué)生通常會采用記憶策略學(xué)習(xí)酸堿概念，一段時(shí)間后學(xué)生可能會遺忘先前學(xué)過的科學(xué)概念，這個(gè)時(shí)候就很容易回到相異構(gòu)想，又會認(rèn)為“純堿是堿”。鑒于此，教師在教學(xué)中既要考慮到概念發(fā)展的漸進(jìn)性，又要保證知識的正確性與科學(xué)性，否則后期的糾正會非常困難。

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