初三學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思維趨同現(xiàn)象

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摘要:提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力是中考化學(xué)復(fù)習(xí)階段的重要任務(wù)。以物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)為例，研究學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)上的趨同現(xiàn)象。分析近10年廣州中考“物質(zhì)鑒別”實(shí)驗(yàn)試題的內(nèi)容與形式、解決思路及答題情況，并復(fù)習(xí)備考階段開(kāi)展物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)操作考查，要求88位學(xué)生獨(dú)立完成方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)操作。對(duì)學(xué)生所設(shè)計(jì)的流程圖進(jìn)行文本分析，將學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行編碼歸類(lèi)。研究表明學(xué)生在方案設(shè)計(jì)思路、鑒別物質(zhì)的先后順序、滴入鑒別試劑的種類(lèi)和順序上有明顯傾向性，為中考復(fù)習(xí)階段培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維的教學(xué)實(shí)踐提供建議。

關(guān)鍵詞:物質(zhì)的鑒別;實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì);發(fā)散性思維;中考化學(xué);趨同現(xiàn)象

一、問(wèn)題的提出

(一)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力的研究述評(píng)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑u(píng)價(jià)與測(cè)量，已成為近年來(lái)中考備考的研究熱點(diǎn)，相關(guān)研究集中在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試題分析［1］、方案設(shè)計(jì)課題的教學(xué)研究［2］、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Y(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)測(cè)量［3］等。其中實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母唠A認(rèn)知技能，是中考測(cè)查的重要內(nèi)容與備考難點(diǎn)，具體包括學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方案的理解，?duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)、決策、評(píng)價(jià)和優(yōu)化，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果的認(rèn)知、判斷、分析和處理的綜合能力。然而一些初中因班數(shù)較多或?qū)嶒?yàn)條件有限，無(wú)論在新課教學(xué)還是復(fù)習(xí)階段都無(wú)法讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作活動(dòng)。教師主要通過(guò)一定量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)訓(xùn)練題目來(lái)強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力，導(dǎo)致學(xué)生不能充分將所學(xué)知識(shí)理論與待解決的問(wèn)題融會(huì)貫通、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)合理，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的切入點(diǎn)無(wú)從下手。

(二)中考化學(xué)物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)的研究概況

“物質(zhì)的鑒別”的中考試題及操作考查是一類(lèi)測(cè)查學(xué)生的元素化合物知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思維和操作能力的綜合試題。評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)鑒別和檢驗(yàn)物質(zhì)方法的認(rèn)識(shí)，同時(shí)考查學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)思維的有序性和嚴(yán)密性以及具體的實(shí)踐能力。學(xué)生設(shè)計(jì)的物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)方案是一種根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理而推理論證得到的問(wèn)題解決方案，而面對(duì)開(kāi)放的物質(zhì)鑒別問(wèn)題，學(xué)生可通過(guò)不同思路設(shè)計(jì)出不同方案。毋庸置疑，學(xué)生是否具備系統(tǒng)縝密的方案設(shè)計(jì)思路，是否能夠規(guī)范操作并完整書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，是順利解決物質(zhì)鑒別試題及操作考試的關(guān)鍵。目前相關(guān)研究集中在試題分析及實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)和實(shí)驗(yàn)操作考查［4－5］等。

(三)研究問(wèn)題與任務(wù)

在開(kāi)放作答環(huán)境中，同一班級(jí)的學(xué)生分別設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是否會(huì)出現(xiàn)“趨同現(xiàn)象”，即在設(shè)計(jì)思路、具體方法上具有一定的傾向性?較少有報(bào)道對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行討論，值得開(kāi)展初步探究。在參考?xì)v年廣州中考物質(zhì)鑒別試題和咨詢有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師后，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)開(kāi)放的物質(zhì)鑒別問(wèn)題作為實(shí)驗(yàn)操作考查試題，要求學(xué)生使用限定試劑中的2種試劑鑒別3種白色粉末，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程圖，在實(shí)驗(yàn)考試現(xiàn)場(chǎng)時(shí)完成操作、形成結(jié)論、書(shū)寫(xiě)報(bào)告。本研究的主要任務(wù)是解答以下4個(gè)問(wèn)題:①學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)的物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)方案有哪些類(lèi)型(即在設(shè)計(jì)思路上是否有傾向性)?②在固體粉末鑒別的順序上是否有傾向性?③在鑒別試劑的使用種類(lèi)上是否有傾向性?④對(duì)中考備考研究與教學(xué)實(shí)踐有哪些啟示與建議?

二、研究設(shè)計(jì)

(一)中考物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)試題的研究思路統(tǒng)計(jì)分析

2005年、2007年至2015年廣州市中考物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)的試題(因2006年為除雜試題不計(jì)入內(nèi))，筆者著重研究試題的內(nèi)容與形式、解決思路及答題情況，為本研究中設(shè)計(jì)物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)考查試題提供參考。本研究待鑒別的3種白色粉末分別是MgSO4、K2CO3和KCl，可供使用的限定試劑是NaOH溶液、稀HCl、BaCl2溶液、酚酞試液和蒸餾水。

(二)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案趨同現(xiàn)象的研究思路

筆者提前公布物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)操作考查的試題，88位學(xué)生都要獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，畫(huà)出簡(jiǎn)易流程圖。學(xué)生只要使用上述限定的2種鑒別試劑來(lái)進(jìn)行2次鑒別實(shí)驗(yàn)，即可鑒別出3包白色粉末的真實(shí)組成;若改變鑒別試劑的種類(lèi)和滴入的順序，該問(wèn)題有多種解決方案能夠滿足本研究的要求。為了研究學(xué)生在物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)上是否有趨同現(xiàn)象，筆者對(duì)學(xué)生所設(shè)計(jì)的流程圖進(jìn)行文本分析，將實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行編碼歸類(lèi)，主要研究學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案(即設(shè)計(jì)思路)、鑒別物質(zhì)的先后順序、滴入鑒別試劑的種類(lèi)和順序上等是否有一定的傾向性。

三、結(jié)果分析

(一)中考物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)的試題分析結(jié)果整理分析近

10年廣州中考物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)試題，筆者將圍繞試題結(jié)構(gòu)、考查內(nèi)容、考查形式、解決思路及學(xué)生答題情況5方面進(jìn)行論述。(1)試題結(jié)構(gòu)根據(jù)歷年廣州市化學(xué)中考年報(bào)提供的數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)，該類(lèi)試題屬于中等偏難，區(qū)分度良好，能夠較好考查學(xué)生的化學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用能力。(2)考查內(nèi)容學(xué)生綜合運(yùn)用元素化合物及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)知識(shí)鑒別物質(zhì)，書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。(3)考查形式該類(lèi)試題中待鑒別物質(zhì)主要有3種，可供選擇的試劑包括不提供也不限定任何鑒別試劑、不提供但限定不得使用其他試劑和限定提供鑒別試劑這3種形式(見(jiàn)表2)。(4)解決思路首先，根據(jù)不同待鑒別物質(zhì)在物理性質(zhì)(如狀態(tài)、顏色、溶解度等)或化學(xué)性質(zhì)的差異進(jìn)行分類(lèi)。其次，匹配相應(yīng)、適合的鑒別方法或鑒別試劑以設(shè)計(jì)鑒別方案、確定具體的鑒別流程及實(shí)驗(yàn)操作、形成物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。最后，完成物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)。(5)答題情況該類(lèi)試題的全市平均分較低，學(xué)生常見(jiàn)問(wèn)題主要有元素化合物知識(shí)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的缺漏、鑒別方案設(shè)計(jì)的思維障礙及不規(guī)范不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇痤}習(xí)慣，學(xué)生表現(xiàn)有待提升。

(二)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案趨同現(xiàn)象的結(jié)果分析

除了4名學(xué)生的方案設(shè)計(jì)有誤之外，其余84名學(xué)生都能夠設(shè)計(jì)出正確實(shí)驗(yàn)方案。筆者對(duì)學(xué)生所設(shè)計(jì)的流程圖進(jìn)行文本分析，將實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行編碼歸類(lèi)，最后得到4大類(lèi)共10種可行方案。統(tǒng)計(jì)各類(lèi)型實(shí)驗(yàn)方案在學(xué)生的作答中出現(xiàn)的頻次，并且用不同編號(hào)表示筆者將從實(shí)驗(yàn)方案(即設(shè)計(jì)思路)、物質(zhì)被鑒別的先后順序、滴入鑒別試劑的種類(lèi)和順序等3方面的傾向性，對(duì)學(xué)生在物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)上的趨同現(xiàn)象進(jìn)行分析論述。(1)實(shí)驗(yàn)方案方案1－1、2－1－1和1－2是大多數(shù)學(xué)生選擇的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生人數(shù)占總?cè)藬?shù)的79.5%。這3種實(shí)驗(yàn)方案可代表大多數(shù)學(xué)生的方案設(shè)計(jì)思路，尤其是方案1－1，有52.3%學(xué)生使用該方案來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)思路上有明顯傾向性。其余方案由個(gè)別學(xué)生提出，展現(xiàn)出其思維具有一定發(fā)散性，能夠從不同角度思考解決問(wèn)題的方法。(2)鑒別固體粉末順序設(shè)計(jì)出第一大類(lèi)2種方案、約占63.6%的學(xué)生優(yōu)先鑒別出MgSO4，設(shè)計(jì)出第二大類(lèi)4種方案、約占22.7%的學(xué)生優(yōu)先鑒別出K2CO3，設(shè)計(jì)出第三、四大類(lèi)共3種方案、約占9.1%的學(xué)生利用KCl溶液與BaCl2溶液不反應(yīng)且無(wú)明顯現(xiàn)象的思路，用反證法優(yōu)先鑒別出KCl。這顯示學(xué)生在選擇第一種被鑒別的固體粉末時(shí)有明顯傾向性，傾向性從大到小順序是MgSO4＞K2CO3＞KCl。第二、三種被鑒別的固體粉末種類(lèi)與第一種被鑒別的粉末種類(lèi)有關(guān)，故固體粉末被鑒別的順序也體現(xiàn)出一定的傾向性。(3)在滴入鑒別試劑的種類(lèi)和順序除方案3、4－1、4－2的第一步外，結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟的目的，統(tǒng)計(jì)各方案中鑒別試劑出現(xiàn)的頻次(見(jiàn)表4)。在第一、三大類(lèi)方案，由于有K2CO3的干擾，學(xué)生只能使用NaOH溶液優(yōu)先鑒別出MgSO4。在第二大類(lèi)方案，即便在排除K2CO3的干擾后，學(xué)生在第二次實(shí)驗(yàn)中，選擇NaOH溶液鑒別MgSO4的次數(shù)(16次)仍然多于選擇BaCl2溶液的次數(shù)(4次)。在第二、四大類(lèi)方案，為避免MgSO4的干擾，學(xué)生傾向于使用稀HCl優(yōu)先鑒別出K2CO3，其次才用酚酞溶液進(jìn)行鑒別。相似的是，在第一大類(lèi)方案，在排除MgSO4的干擾后，學(xué)生在第二次實(shí)驗(yàn)中，選擇稀HCl鑒別Na2CO3的次數(shù)(46次)也遠(yuǎn)多于選擇BaCl2溶液的次數(shù)(10次)。換而言之，學(xué)生傾向于用NaOH溶液鑒別MgSO4，用稀HCl鑒別K2CO3，即用OH－鑒別Mg2+，用H+鑒別CO32－。沒(méi)有學(xué)生在第二次鑒別實(shí)驗(yàn)中選擇酚酞試液鑒別K2CO3，可見(jiàn)學(xué)生在選擇鑒別試劑的種類(lèi)上有明顯的傾向性。

四、研究建議

綜上，筆者以一次物質(zhì)鑒別實(shí)驗(yàn)操作考查為例進(jìn)行研究，結(jié)果表明學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案(即設(shè)計(jì)思路)、鑒別物質(zhì)的先后順序、滴入鑒別試劑的種類(lèi)和順序上都有明顯傾向性。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)上有明顯的細(xì)微趨同現(xiàn)象，這可能與教師在中考復(fù)習(xí)中曾多次強(qiáng)調(diào)Mg2+與OH－的反應(yīng)、CO2－3與H+的反應(yīng)且學(xué)生對(duì)這些反應(yīng)極其熟悉有關(guān)。學(xué)生可能更多地將MgSO4視作鎂鹽而僅關(guān)注Mg2+，較少視作硫酸鹽而忽視SO2－4。因初三學(xué)生只了解樹(shù)狀分類(lèi)法，未曾了解過(guò)交叉分類(lèi)法，進(jìn)而對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思路產(chǎn)生影響。教師應(yīng)當(dāng)通過(guò)典型練習(xí)和變式訓(xùn)練來(lái)引導(dǎo)學(xué)生從多角度對(duì)問(wèn)題進(jìn)行思考，即培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決思維的發(fā)散性，同時(shí)避免學(xué)生間的問(wèn)題解決思維具有嚴(yán)重的傾向性和過(guò)度同質(zhì)化。

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作者:林建芬 單位:廣東省深圳市龍崗區(qū)蘭陵學(xué)校