基于馬扎諾分類理論的化學(xué)教材中的習(xí)題研究

林舒婷 李佳 林燕蘭 何金萍 汪朝陽

摘要：用基于馬扎諾分類理論的層級編碼，對人教版教材“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”內(nèi)容的習(xí)題進(jìn)行了分析、編碼與統(tǒng)計。結(jié)果表明，相關(guān)內(nèi)容的習(xí)題在知識領(lǐng)域維度主要考查概括、原理類的知識，在思維水平方面注重考查理解、分析水平，習(xí)題難度適中；在思維水平方面，從必修第一冊到選擇性必修1存在進(jìn)階關(guān)系，從側(cè)重理解水平遞進(jìn)為分析水平?；诖?，提出合理設(shè)置多元化習(xí)題、優(yōu)化習(xí)題教學(xué)策略建議。

關(guān)鍵詞：教材習(xí)題；馬扎諾分類理論；氧化還原反應(yīng)：電化學(xué)

文章編號：1008-0546（ 2022）11x-0073-05

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

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

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（簡稱新課標(biāo)）指出：習(xí)題設(shè)計應(yīng)具有針對性與層次性，發(fā)揮習(xí)題在學(xué)生概念建構(gòu)、知識遷移和問題解決等多方面的作用。[1]化學(xué)習(xí)題是化學(xué)教材的重要組成部分，有利于促進(jìn)學(xué)生對知識的理解、遷移和運用，對于評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)有著重要的意義。[2]因此，分析習(xí)題能夠明確其考查內(nèi)涵和層次，從而有利于教師分析、選擇和利用教材習(xí)題，促進(jìn)學(xué)生思維水平向深層次發(fā)展。

目前，對化學(xué)教材習(xí)題的研究主要聚焦于新舊教材習(xí)題的核心素養(yǎng)體現(xiàn)、[2，3]基于分類理論的習(xí)題分析、[4，5]不同版本教材的比較[2]及習(xí)題情境創(chuàng)設(shè)分析[6，7]等方面，對習(xí)題的知識領(lǐng)域和思維加工水平的分析研究較少。本研究試圖基于馬扎諾分類理論探索習(xí)題研究的新視角，根據(jù)“知識領(lǐng)域”“思維加工水平”形成習(xí)題二維評價框架，對人教版教材的“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”主題內(nèi)容的習(xí)題進(jìn)行相應(yīng)的層級編碼，通過結(jié)果分析揭示習(xí)題的水平和內(nèi)涵，為教師習(xí)題教學(xué)及學(xué)生思維發(fā)展提供參考。

一、研究設(shè)計

1．教材習(xí)題主題的選定

教材習(xí)題以2019年人教版化學(xué)教材為研究內(nèi)容，主題包括：（1）必修第一冊（以下簡稱必修一）第一章第三節(jié)“氧化還原反應(yīng)”主題；（2）必修第二冊（以下簡稱必修二）第六章第一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”和選擇性必修1第四章“化學(xué)反應(yīng)與電能”的“電化學(xué)”主題。主要包含“氧化還原反應(yīng)”“原電池”“電解池”等基本概念。新課標(biāo)[1]提出掌握氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)等相關(guān)知識的要求，如學(xué)業(yè)要求強(qiáng)調(diào)學(xué)生“能利用氧化還原反應(yīng)對常見的反應(yīng)進(jìn)行分類和分析說明，能分析、解釋原電池和電解池的工作原理”等。可見，“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”相關(guān)知識是學(xué)科重點內(nèi)容，其習(xí)題在考查方向、內(nèi)容和層次等方面都具有一定的代表性。

2．基于馬扎諾分類理論的層級編碼

馬扎諾提出的二維模型包括知識領(lǐng)域與思維加工水平兩個維度。其中，知識領(lǐng)域涵蓋信息、心智程序和心理動作程序；思維加工水平是認(rèn)知心理活動的加工處理層次，從下至上依次為提取、理解、分析、知識應(yīng)用、元認(rèn)知系統(tǒng)和自我系統(tǒng)（其中，前四層屬于認(rèn)知系統(tǒng)），[8，9]見圖1。

（1）知識領(lǐng)域的層級編碼

知識是完成學(xué)習(xí)任務(wù)的必備基礎(chǔ)和教學(xué)活動的關(guān)鍵要素，根據(jù)馬扎諾分類理論，可將化學(xué)內(nèi)容的知識領(lǐng)域劃分為信息、心智程序和心理動作程序。

信息即陳述性知識，可劃分為細(xì)節(jié)與觀念，并進(jìn)一步劃分出子類別。心智程序即程序性知識，可劃分為技能與過程兩個類別。上述各層級相應(yīng)的編碼、含義和舉例見表1。其中，編碼是以信息、心智程序的英文首字母結(jié)合數(shù)字為依據(jù)，便于后續(xù)的習(xí)題統(tǒng)計，并融合馬扎諾分類理論與化學(xué)學(xué)科進(jìn)行定義與舉例。心理動作程序指個體所使用的各種身體運動過程，在化學(xué)學(xué)科中主要與實驗操作相關(guān)，在習(xí)題中較少呈現(xiàn)，故本研究中不展開討論。

（2）思維加工水平的層級編碼

在馬扎諾思維加工水平中，提取指知識的簡單回憶和執(zhí)行；理解指在所提取的信息基礎(chǔ)上，結(jié)合任務(wù)和問題進(jìn)行理解，明確任務(wù)和問題的基本要求；分析指對理解的進(jìn)一步信息處理，結(jié)合相關(guān)信息、任務(wù)和問題進(jìn)行相關(guān)知識的合理分析；知識應(yīng)用指聯(lián)系分析結(jié)果與實際內(nèi)容以解決實際問題；元認(rèn)知系統(tǒng)是對所有思維類型的功能進(jìn)行監(jiān)測、評價和調(diào)節(jié)；自我系統(tǒng)決定參與某項任務(wù)的意愿，即完成任務(wù)的動機(jī)。[10]上述相應(yīng)的編碼、涵義和舉例見表2。

二、習(xí)題分析原則及具體化

2019年修訂的人教版教材的習(xí)題以“思考與討論”“研究與實踐”“練習(xí)及應(yīng)用”和“復(fù)習(xí)及提高”等欄目形式呈現(xiàn)，能較好地體現(xiàn)并促進(jìn)學(xué)生的知識與思維水平的發(fā)展。本研究基于馬扎諾分類理論，對“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”主題的教材內(nèi)容中呈現(xiàn)出的各欄目習(xí)題進(jìn)行分析，具體的習(xí)題舉例分析見表3。對各欄目每道習(xí)題及其包含的小題均進(jìn)行分析；進(jìn)行習(xí)題題數(shù)統(tǒng)計時，由于“思考與討論”和“研究與實踐”的習(xí)題所包含的各小題體現(xiàn)的思維加工水平層次性明顯，將習(xí)題中的各小題分別歸屬為1道習(xí)題進(jìn)行統(tǒng)計，而“練習(xí)與應(yīng)用”和“復(fù)習(xí)與提高”的題目中的各小題之間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，因此單獨分析各小題后取其最高層次，習(xí)題整體統(tǒng)計為1道習(xí)題。同時，由于1道習(xí)題有時涉及多個認(rèn)知水平，按照習(xí)題所涉及的最高認(rèn)知水平進(jìn)行統(tǒng)計。

三、統(tǒng)計結(jié)果分析

1．習(xí)題統(tǒng)計

表4是基于馬扎諾分類理論對“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”相關(guān)習(xí)題的統(tǒng)計結(jié)果。

2．統(tǒng)計結(jié)果的一致性檢驗

本研究由3個獨立的研究者基于馬扎諾分類理論進(jìn)行教材習(xí)題分析與編碼，從知識領(lǐng)域和思維加工水平兩個維度分別對這3名研究者統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗。以歸屬于“流程MP2”且為“分析A”的習(xí)題為例，3名研究者（a、b和c）在統(tǒng)計人教版教材中的“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”的內(nèi)容時，a、b、c統(tǒng)計出歸屬于“流程MP2”且為“分析A”的習(xí)題數(shù)量分別為17、14、11，而其中相同的習(xí)題數(shù)量為11，則此時一致性系數(shù)為（11+11+11）/（17+14+11）= 0.78。通常，一致性系數(shù)大于0.80時，分析結(jié)果視為可靠的，大于0.70視為可參考的。[4]由于本研究的一致性系數(shù)均為0.70以上，即可認(rèn)為研究結(jié)果具有參考性。

3．習(xí)題分析結(jié)果

（1）知識領(lǐng)域

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果將“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”相關(guān)習(xí)題在知識領(lǐng)域進(jìn)行對比，見圖2。

在每本教材側(cè)重考查的知識領(lǐng)域上，“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”相關(guān)習(xí)題在知識領(lǐng)域多集中在MP2（47.44%）和12（37.18%），而11（1.28%）極少。必修一的知識集中在12，表明必修一多考查氧化還原反應(yīng)的概念和原理；必修二在電化學(xué)部分的習(xí)題較少，主要集中在MP2與12，表明必修二多考查原電池模型的組成要素和應(yīng)用；選擇性必修1的知識集中在MP2，表明選擇性必修1多考查原電池模型和電解池模型的組成要素、應(yīng)用及其對比分析，涉及的要素多。

在不同層次的知識領(lǐng)域的習(xí)題比例上，II的占比極少，較少直接考查對化學(xué)術(shù)語和化學(xué)事實的表層理解；12的占比較多，強(qiáng)調(diào)對知識的概括和對原理的理解；必修一和選擇性必修1在MPI的占比相近，著重考查反應(yīng)方程式的配平和書寫，用原電池模型和電解池模型答題的技巧；選擇性必修1在MP2的占比最高，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于必修一和必修二，涉及較多對原電池和電解池的分析應(yīng)用。

（2）思維加工水平

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果將“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”相關(guān)習(xí)題在思維加工水平進(jìn)行對比，見圖3。

在每本教材側(cè)重考查的思維加工水平上，“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”相關(guān)習(xí)題在思維加工水平主要集中在C （39.74%）和A（33.33%），而RE（3.84%）和MS（6.41%）較少。必修一多集中于C，著重考查對氧化還原反應(yīng)概念、本質(zhì)和特征的理解；必修二各層次分布較為平均，多考查對原電池要素的分析以及原電池模型的整合、理解與應(yīng)用；選擇性必修1在A占比最高，著重考查原電池和電解池模型的分析和應(yīng)用。

在不同層次的思維加工水平的習(xí)題比例上，RE水平的習(xí)題較少，且由必修一、必修二至選擇性必修1逐漸減少，對學(xué)生思維水平的要求逐步提高；在C水平的習(xí)題中，必修一最多，這表明理解氧化還原反應(yīng)是學(xué)習(xí)電化學(xué)的基礎(chǔ)；在A和KU水平的習(xí)題中，選擇性必修1最多，注重考查原電池和電解池的分析和應(yīng)用價值；在MS水平的習(xí)題中，三個部分均有涉及，但數(shù)量偏少。

四、結(jié)論與建議

1．總結(jié)

“氧化還原反應(yīng)”及“電化學(xué)”相關(guān)習(xí)題總數(shù)為78題?；隈R扎諾分類理論的習(xí)題分析可知：

（1）從整體上，在知識領(lǐng)域，人教版教材習(xí)題重視“信息”“心智程序”的知識，主要涉及概括、原理類的知識和需監(jiān)控多元素的宏程序；在思維水平，習(xí)題注重考查理解、分析水平，對學(xué)生的思維能力要求適中。

（2）從內(nèi)容上，必修一考查的知識集中在氧化還原反應(yīng)的概念和原理，思維水平側(cè)重理解，考查學(xué)生對多個知識點的把握程度；必修二的知識考查較均衡，側(cè)重考查原電池模型的組成要素和應(yīng)用，思維水平側(cè)重理解；選擇性必修1主要考查原電池和電解池模型及其對比分析，思維水平側(cè)重分析，考查對多個知識點的關(guān)聯(lián)性的把握程度?！把趸€原反應(yīng)”及“電化學(xué)”主題的習(xí)題考查的思維水平從必修一到選擇性必修1有一定的進(jìn)階關(guān)系，其思維層次從側(cè)重理解遞進(jìn)為分析；同時，均涉及元認(rèn)知系統(tǒng)的考查，以提高學(xué)生的元認(rèn)知能力和水平。

2．習(xí)題教學(xué)建議

基于研究總結(jié)，本文提出習(xí)題教學(xué)的幾點建議，為教師提高習(xí)題分析能力并進(jìn)行習(xí)題教學(xué)提供一定的理論依據(jù)和實際參考。

（1）明確習(xí)題層次，合理設(shè)置多元化習(xí)題

教材習(xí)題蘊含不同的層次和內(nèi)涵，明確習(xí)題對知識和思維的考查層次，確定并深化習(xí)題教學(xué)目標(biāo)，有利于教師有選擇性地布置習(xí)題，避免題海戰(zhàn)術(shù)，及時診斷并促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展。

例如：在“氧化還原反應(yīng)”的教學(xué)過程中，先明確教材中不同欄目習(xí)題的層次，如“練習(xí)與應(yīng)用”要求學(xué)生理解和分析氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識；“復(fù)習(xí)與提高”要求學(xué)生在陌生、復(fù)雜情境下應(yīng)用氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識解決問題，欄目的習(xí)題層次逐漸進(jìn)階。其次，從知識和思維兩個維度提煉教材習(xí)題層次，知識領(lǐng)域包括氧化還原反應(yīng)的特征和本質(zhì)、氧化劑和還原劑、氧化還原反應(yīng)方程式的書寫；思維層次主要包括理解、分析和應(yīng)用，得出“氧化還原反應(yīng)”習(xí)題教學(xué)目標(biāo)，并有選擇性地布置多層次的習(xí)題。

因此，在習(xí)題教學(xué)中，教師應(yīng)精準(zhǔn)把握教材習(xí)題層次，由淺至深、由易至難呈現(xiàn)習(xí)題。結(jié)合馬扎諾分類理論，根據(jù)學(xué)生的答題情況，分析學(xué)生的思維發(fā)展達(dá)到的水平與教材習(xí)題體現(xiàn)的思維水平是否一致，從而反饋教學(xué)成效與不足。

（2）針對思維障礙，優(yōu)化習(xí)題教學(xué)策略

習(xí)題教學(xué)有利于學(xué)生鞏固知識并提升思維，反饋學(xué)生現(xiàn)有的思維水平，促進(jìn)教師及時優(yōu)化習(xí)題教學(xué)策略。將馬扎諾分類理論的元認(rèn)知系統(tǒng)融入習(xí)題教學(xué)，能夠突破學(xué)生深層的思維障礙，促進(jìn)學(xué)生自主監(jiān)控和評價學(xué)習(xí)過程。

例如：在選擇性必修1“金屬的腐蝕與防護(hù)”的習(xí)題教學(xué)中，如果學(xué)生對金屬的電化學(xué)腐蝕和電化學(xué)保護(hù)法的原理不夠清晰，則教師需及時改變教學(xué)策略，適當(dāng)布置元認(rèn)知層次習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生以概念圖、思維導(dǎo)圖等形式歸納“電化學(xué)”的內(nèi)容框架，幫助學(xué)生明確知識結(jié)構(gòu)的清晰度和精確度。因此，在習(xí)題教學(xué)中，教師要針對學(xué)生存在的困難障礙，優(yōu)化習(xí)題教學(xué)策略，逐步提高習(xí)題教學(xué)效率，充分發(fā)揮習(xí)題教學(xué)的功能，促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部．普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S]．北京：人民教育出版社，2020．

[2]楊國賢，楊詩敏，李佳，汪朝陽．化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在高中教材習(xí)題中的表現(xiàn)——以人教版教材為例[J]．化學(xué)教育（中英文），2021，42（ 21）：17-21．

[3]王暢，楊季冬，王后雄．化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在習(xí)題中的表現(xiàn)研究——以高中新教材必修第一冊為例[J]．化學(xué)教學(xué)，2020（10）：14-18.

[4] 張婷，姜建文．基于加涅學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論的化學(xué)新教材習(xí)題比較研究——以“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”為例[J]．化學(xué)教育（中英文），2021．42（19）：16-22.

[5]趙景方，閆春更，馮仔霞，周青．布盧姆教育目標(biāo)分類視角下的中美化學(xué)教材習(xí)題比較——以“氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)”為例[J]．化學(xué)教育（中英文），2019，40（3）：29-35．

[6]黃泰榮．新舊人教版必修化學(xué)教材習(xí)題情境創(chuàng)設(shè)的比較研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（15）：57-60．

[7]殷婉云，閆春更，樊紅，張穎，周青．中美化學(xué)教材習(xí)題情境創(chuàng)設(shè)的比較研究——以“化學(xué)反應(yīng)原理”內(nèi)容為例[J]．化學(xué)教育（中英文），2020，41（1）：6-9.

[8]黎加厚，新教育目標(biāo)分類學(xué)概論[M].上海：上海教育出版社．2010：9-34.

[9] 高凌彪，吳有昌，蘇峻．教育目標(biāo)的新分類學(xué)[M]．北京：教育科學(xué)出版社，2020：14-61．

[10]盛群力．旨在培養(yǎng)解決問題的高層次能力——馬扎諾認(rèn)知目標(biāo)分類學(xué)詳解[J].開放教育研究，2008（2）：10-21.