中學(xué)生化學(xué)“定量化”能力的測(cè)評(píng)問(wèn)題和方式

1、.中學(xué)生化學(xué)“定量化才能的測(cè)評(píng)問(wèn)題和方式從“定性到“定量是化學(xué)學(xué)科開(kāi)展的里程碑,是人們對(duì)化學(xué)物質(zhì)及其變化的認(rèn)識(shí)向縱深開(kāi)展的結(jié)果。在化學(xué)學(xué)習(xí)中,隨著學(xué)習(xí)進(jìn)程的展開(kāi),必然要求學(xué)生從量的角度來(lái)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(jì)算作為一項(xiàng)根本技能,但從量的角度解決化學(xué)問(wèn)題并非單純的數(shù)學(xué)運(yùn)算,也并非簡(jiǎn)單的方法、技巧等技能的操練,而是“有意識(shí)、有意義、有目的、有方法的認(rèn)知和操作的共同體1。學(xué)生根據(jù)化學(xué)根底知識(shí),運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物質(zhì)組成、構(gòu)造、變化中“量的問(wèn)題的才能稱(chēng)為“定量化才能。具備“定量化才能,能使學(xué)生從量的方面認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的規(guī)律,體驗(yàn)定量研究方法在化學(xué)科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)消費(fèi)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(gè)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(shí)而展開(kāi)。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(jì)算再到綜合計(jì)算,遵循了從宏觀到微觀、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程,構(gòu)建了從核心概念到根底計(jì)算再到綜合計(jì)算的遞進(jìn)式體系。理解化學(xué)概念的含義及化學(xué)原理、符號(hào)中所蘊(yùn)含的量的關(guān)系是解決定量化學(xué)問(wèn)題的根底。Nakleh和Silberma1993的研究說(shuō)明假如學(xué)生想要恰當(dāng)?shù)靥幚矶炕瘜W(xué)問(wèn)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(shí)在尋找抽象化學(xué)符號(hào)和描繪化學(xué)過(guò)程之間的聯(lián)絡(luò)、分

3、子式所提供的定量信息比方計(jì)量關(guān)系方面會(huì)遇到困難。學(xué)生首先必須徹底掌握知識(shí)和方法,學(xué)會(huì)將化學(xué)符號(hào)轉(zhuǎn)換成有意義信息,才能解決定量化學(xué)問(wèn)題3。Dori2019認(rèn)為有關(guān)物質(zhì)的量的化學(xué)計(jì)算問(wèn)題可以從復(fù)雜性和轉(zhuǎn)換程度兩個(gè)維度來(lái)進(jìn)展分類(lèi)。轉(zhuǎn)換次數(shù)越多,復(fù)雜性越大,學(xué)生解決化學(xué)計(jì)算問(wèn)題時(shí)遇到的障礙就越多4?！八枷胧钦J(rèn)識(shí)的高級(jí)階段,是對(duì)事物本質(zhì)的、高級(jí)抽象和概括的認(rèn)識(shí)?；瘜W(xué)學(xué)科思想方法是對(duì)化學(xué)事實(shí)、化學(xué)理論以及化學(xué)方法的本質(zhì)認(rèn)識(shí),思想方法往往使得化學(xué)定量化問(wèn)題的解決事半功倍。因此,根據(jù)“由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由根底到綜合、由詳細(xì)到抽象的“定量化才能開(kāi)展的規(guī)律,構(gòu)建如下由低到高的4個(gè)程度:程度1:認(rèn)識(shí)概念或符號(hào)中所蘊(yùn)含的

4、數(shù)量關(guān)系。如,認(rèn)識(shí)化學(xué)方程式等符號(hào)中所蘊(yùn)含的質(zhì)量關(guān)系;知道溶解度等概念中蘊(yùn)含的數(shù)量關(guān)系;知道物質(zhì)的量等概念的計(jì)量含義等。程度2:直接運(yùn)用數(shù)量關(guān)系進(jìn)展簡(jiǎn)單運(yùn)算。如,根據(jù)化學(xué)式、化學(xué)方程式進(jìn)展簡(jiǎn)單的運(yùn)算;利用物質(zhì)的量等概念間的互相關(guān)系進(jìn)展換算等。程度3:整合或轉(zhuǎn)換數(shù)量關(guān)系進(jìn)展綜合運(yùn)算。如,分析和處理圖表數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展運(yùn)算;對(duì)溶液中發(fā)生的化學(xué)反響進(jìn)展運(yùn)算等。程度4:運(yùn)用化學(xué)思想方法進(jìn)展運(yùn)算。如,運(yùn)用守恒法、差量法、關(guān)系式法等思想方法進(jìn)展一些較為復(fù)雜的運(yùn)算。以上4個(gè)程度從認(rèn)識(shí)數(shù)量關(guān)系到直接運(yùn)用再到綜合運(yùn)用,最高程度為運(yùn)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(jìn)步,程度的劃分表

5、達(dá)了化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的規(guī)律。2 “定量化才能測(cè)評(píng)研究依上述“定量化才能的4個(gè)程度編制測(cè)量工具,運(yùn)用Rasch模型分析測(cè)驗(yàn)結(jié)果5,修訂和優(yōu)化測(cè)量工具,并根據(jù)大樣本測(cè)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(kāi)展規(guī)律等。2.1 研究工具以“定量化才能的4個(gè)程度層次為理論根據(jù),編制了相應(yīng)的測(cè)量工具。第一輪試測(cè)結(jié)果經(jīng)過(guò)Rasch模型檢驗(yàn)之后,對(duì)某些工程進(jìn)展了修改,工程總數(shù)未變,形成了第二輪試測(cè)的測(cè)驗(yàn)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(shì),建構(gòu)反響題的答案有封閉性答案和開(kāi)放性答案兩種。第二輪試測(cè)后再經(jīng)Rasch模型檢驗(yàn)修正后的測(cè)

6、驗(yàn)卷可用于大樣本測(cè)試。詳細(xì)工程與才能程度的對(duì)應(yīng)如表1所示。對(duì)于選擇題而言,每一道題中均包含4個(gè)選項(xiàng),僅有一個(gè)正確選項(xiàng)。對(duì)于建構(gòu)反響題而言,那么采用等級(jí)評(píng)分。以下幾例是對(duì)“定量化才能測(cè)驗(yàn)卷中工程的簡(jiǎn)要分析說(shuō)明:例1 在10時(shí),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(xiàng)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(shuō)明:該題屬于“程度1:認(rèn)識(shí)化學(xué)概念或化學(xué)符號(hào)中所蘊(yùn)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(yùn)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(guó)際上通用“測(cè)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(shuō)明:該題屬于“程度2:直接運(yùn)用數(shù)量關(guān)系進(jìn)展簡(jiǎn)單的計(jì)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(jìn)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(qǐng)計(jì)算合金中Mg、Al的物質(zhì)的量之比。說(shuō)明:該題屬于“程度3:整合或轉(zhuǎn)換數(shù)量關(guān)系進(jìn)展綜合運(yùn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、正確選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)化學(xué)化學(xué)方程式進(jìn)展運(yùn)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(jì)了以下消費(fèi)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(shí),才能制得最多Na2 S2 O3 其他消耗不計(jì)?說(shuō)明:該題屬于“程度4:運(yùn)用化學(xué)思想方法進(jìn)展復(fù)雜運(yùn)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(jì)算,那么很煩瑣。假設(shè)運(yùn)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(jìn)展相關(guān)運(yùn)算,那么將

9、大大簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程。2.2 研究樣本本研究共進(jìn)展了三輪測(cè)驗(yàn),被試組成如表2。第一輪測(cè)試用于初步考察測(cè)驗(yàn)工具的質(zhì)量,經(jīng)Rasch模型檢驗(yàn)分析后,對(duì)測(cè)驗(yàn)工具進(jìn)展修改,再進(jìn)展第二輪試測(cè),根據(jù)第二輪試測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析決定修改后的測(cè)驗(yàn)卷可用于大樣本測(cè)試第三輪。因第一輪、第二輪試測(cè)主要用于考察、優(yōu)化測(cè)驗(yàn)工具的質(zhì)量,所用樣本較小,沒(méi)有選擇高三年級(jí)被試。第三輪測(cè)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(jí)中學(xué)作為樣本來(lái)源學(xué)校,分別在高一、高二、高三年級(jí)隨機(jī)抽取被試。2.3 數(shù)據(jù)處理運(yùn)用BondFoxsteps1.0.0分析測(cè)驗(yàn)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(yùn)用SPSS18.0軟件進(jìn)展統(tǒng)計(jì)分析。因篇幅有限,結(jié)果分析部分只采用第三輪測(cè)試的數(shù)據(jù)。3 結(jié)果分析3.1 測(cè)量工具信、效度分析3.1.1 總體統(tǒng)計(jì)表3是定量化才能測(cè)驗(yàn)以下簡(jiǎn)稱(chēng)Q測(cè)驗(yàn)的總體統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在Rasch模型中,一般將測(cè)驗(yàn)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(cè)試有所不同。由表3可知,被試才能平均分估計(jì)為1.34Rasch分;整份試卷的難度估計(jì)誤差僅為0.11,相比較而言被試的估計(jì)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(shuō)明測(cè)驗(yàn)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(rèn)為大于2較好,說(shuō)明測(cè)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(cè)驗(yàn)工具表達(dá)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(cè)驗(yàn)所測(cè)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(cè)驗(yàn)卷的13個(gè)工程中,有2個(gè)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(rèn)為該卷所測(cè)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(duì)應(yīng)情況上看,本測(cè)驗(yàn)卷13個(gè)工程難度范圍較廣,且根本均勻分散,工程所對(duì)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(xì)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(diǎn)測(cè)量相關(guān)都較高?？傊?根據(jù)“定量化才能程度所編制的測(cè)量工具經(jīng)Rasch模型檢驗(yàn),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(duì)應(yīng)、數(shù)據(jù)-模型擬合、點(diǎn)-測(cè)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(cè)量工具可靠、可信。測(cè)驗(yàn)結(jié)果可用于后續(xù)對(duì)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(jí)差異分析1總體描繪表4是高中三個(gè)年級(jí)Q測(cè)驗(yàn)的描繪性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。高一、高二兩個(gè)年級(jí)的極大值都是4.48,高一年級(jí)的全距最大,高三年級(jí)的全距最小。三個(gè)年級(jí)的平均分隨年級(jí)的升

13、高而上升。表5的方差齊性檢驗(yàn)結(jié)果顯示,三個(gè)年級(jí)的方差不齊性;F檢驗(yàn)說(shuō)明三個(gè)組中至少有一個(gè)組和其他兩個(gè)組有明顯的差異,也有可能3個(gè)組之間都存在顯著的差異。因?yàn)楦鹘M方差不齊性,表6采用Tamhane檢驗(yàn)三組均數(shù)差異的顯著性,結(jié)果顯示,三個(gè)年級(jí)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(jì)分析可知,對(duì)于“定量化才能而言,高一、高二、高三三個(gè)年級(jí)的程度依次升高,且有著顯著性差異。2在各個(gè)程度層次上的比較將Q卷中每個(gè)程度所對(duì)應(yīng)的各個(gè)工程的難度估計(jì)進(jìn)展平均可得到每個(gè)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(shí),那么認(rèn)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(shí),那么位于程度1;當(dāng)學(xué)生的才能值為-0.050.82時(shí),那么位于程度2;當(dāng)學(xué)生的才能值為0.821.67時(shí),那么位于程度3;當(dāng)學(xué)生的才能值大于1.67時(shí),那么位于程度4。本研究被試樣本中高一、高二、高三三個(gè)年級(jí)學(xué)生Q卷的平均分分別為1.08、1.33、1.63見(jiàn)表4,結(jié)合表8,可以認(rèn)為高一、高二、高三三個(gè)年級(jí)學(xué)生的“定量化才能的平均程度皆已到達(dá)層次3整合或轉(zhuǎn)換數(shù)量關(guān)系進(jìn)展綜合運(yùn)算。三個(gè)年級(jí)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(jiàn),高一、高二年級(jí)中有極少數(shù)學(xué)生的“定量化才能程度低于程度1認(rèn)識(shí)概念或符號(hào)中所蘊(yùn)含的數(shù)量關(guān)系

15、,每個(gè)年級(jí)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(yùn)用數(shù)量關(guān)系進(jìn)展簡(jiǎn)單運(yùn)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(gè)年級(jí)所占的人數(shù)比例隨年級(jí)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(yàn)結(jié)果?？芍?在“定量化才能上,男生的成績(jī)稍高于女生。T檢驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明,在4個(gè)測(cè)驗(yàn)上,男女兩組的方差齊性,Q測(cè)驗(yàn)的相伴概率為0.069,略大于顯著性程度0.05,也就是說(shuō),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(duì)化學(xué)“定量化才能進(jìn)展了程度構(gòu)建,基于 Rasch 模型開(kāi)發(fā)和優(yōu)化了測(cè)量工具,在三個(gè)年級(jí)施行了才能測(cè)量。結(jié)果說(shuō)明,修訂后的測(cè)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(cè)量工具具有良好的信度和效度。根據(jù)大樣本測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)分析,我們發(fā)現(xiàn),測(cè)量樣本中的高中生表現(xiàn)出了較高的“定量化才能,三個(gè)年級(jí)的學(xué)生都到達(dá)了程度3,特別是高三年級(jí)學(xué)生已接近程度4。隨著年級(jí)的增加,學(xué)生的定量化才能逐步進(jìn)步,且三個(gè)年級(jí)間存在顯著性差異。每個(gè)年級(jí)在從低到高的4個(gè)程度上,都分布著一定的人數(shù)。男、女