农村化学教师对化学核心概念理解转变的实践研究

农村化学教师对化学核心概念理解转变的实践研究

摘要 对农村化学教师核心概念理解转变的有效方式进行了实践研究。实践研究以短期培训为基本方式,所建设的培训课程包括以“物质及其转化”为回归性问题的化学核心概念价值研讨、从科学本质观的视角考察化学微观认识、以WWHW为认识论模型反思化学核心概念的知识性质、以能量观为基本视角反思核外电子的运动特征等为基本研讨专题,以化学概念教学设计自我监控系统为指导的基于化学科学理解的教学设计实践活动等为基本内容。研究对象是来自分布于山西省各地市的农村初中化学教师52名。实践研究为期5天,共30课时。研究工具是围绕对原子存在的认同、原子概念的理解、电子层含义、原子结构示意图、化学键概念及化学键理论的理解设计的调查问卷。实践研究表明,实践前化学教师对化学核心概念的理解处于非常低的水平,实践后化学教师对核心概念的理解有了明显的转变。本实践研究所得的结论是:(1)设计合理的基于观念发展的教师教育课程,可以促进教师的专业化发展。短期专题课程培训是农村教师专业化发展的一种必要形式。(2)基于观念转变的研讨专题和以化学概念教学设计自我监控系统为指导的基于化学科学理解的教学设计实践活动等构成的课程可以有效地促进教师对化学核心概念理解的转变。

关键词 农村化学教师 化学核心概念 原子结构 科学本质观 化学键理论

使学生理解一些最基本的化学概念,初步认识物质的微观构成,了解化学变化的基本特征是化学学科的一个重要教学目标[1]。从微观水平上研究物质及其转化是化学学科的基本特征。分子概念、原子概念、原子结构认识以及化学键知识等微观知识对于学生深化认识物质及其转化具有重要作用。学生只有理解了原子及其原子结构的基本内容并能够进行相关的解释,才算形成了对化学的基本理解。要使学生达到对化学核心概念的深层次理解,教师必须对化学核心概念有深刻的理解并呈现相应的教学行为。

研究者于2008年7月调查了山西省52名专升本函授学习的农村初中化学教师有关原子、原子结构、化学键知识的理解情况[2]。调查表明,教师对这部分概念及理论的理解基本处于低水平:(1)教师对于原子存在的认同缺乏支持性理由,几乎没有形成以物质分解的事实为基础,推论出分子能够分解,进而推论出分子可以分解为原子,并能显性区别观察和推论的学科教学知识;(2)对于原子概念基本属于纯记忆水平,没有认识到原子重新组合模型的建构性特征,也没有评价原子重新组合模型合理性的意识;(3)对于原子结构的认识基本处于牛顿式轨道式思维水平,没有形成能量式思维;(4)教师将原子结构示意图与电子层含义结合起来进行理解的意识比较薄弱;(5)对于化学键概念和化学键理论不能加以区别,认识不到化学键理论的本质是在原子结构基础知识之上提出的解释原子间化学键作用的建构性认识,对于理论的产生方式及其合理性评价几乎没有了解。教师对于科学

理论缺乏认识论思考。

教师的理解与他所采取的教学方式之间存在着紧密的联系[3]。教师不可能教他们不理解的东西[4]。教师往往按照自己的理解方式进行教学设计。如果一个教师对所教内容没有形成较为理想的理解,就不可能呈现出较为理想的教学行为,也就不可能促进学生对于相应内容形成较好的理解。教师在化学核心概念理解上存在如此突出的问题,要让学生对这些核心概念达到理解水平是不可能的事情,也就无法使学生随着概念的学习,不断深化对于物质及其转化的认识。

为此,我们进行了农村化学教师化学核心概念理解转变的实践研究。

1 研究的设计与实施

1.1 研究的假设

(1)短期专题课程培训是农村教师专业化发展所必需的。教师的校本发展是教师专业化发展的基本形态,但是短期集中式的培训也是必需的。

(2)以学科的回归性问题为中心的概念价值研讨,有利于教师形成概念间的有意义联系。

(3)基于科学本质观的化学核心概念知识性质反思,可以使教师对概念的理解更加精细化。

(4)基于化学科学理解的化学概念教学设计,可以深化化学概念的理解。

1.2 农村化学教师化学核心概念转变的课程建设

1.2.1 研讨专题的建设

(1)以“物质及其转化”为化学认识的回归性问题,研讨化学核心概念的认识价值

物质及其转化是化学科学认识的基本对象,也是化学科学认识的回归性问题[5]。化学科学认识有2个基本的任务:一是将无序的物质世界及其转化进行有序化处理与认识,探索物质及其转化的基本规律,二是在一定的事实基础上提出相应的科学理论对物质及其转化的规律性认识进行科学的解释。化学核心概念是在人们对物质及其转化进行不断深化认识的过程中提出和建构的知识。分子概念的建立,可使人们认识到物质是由其相应微粒分子构成的,物质的转化是一个有新分子生成的过程。原子概念的建立,可使人们认识到物质的分子是由比其更小的微粒原子构成的,新分子生成的过程是原子之间进行重新组合的过程。原子结构认识的发展,可以使人们进一步理解原子间是如何形成物质的,理解物质转化的规律性认识。化学键概念的建立,可使人们认识到相邻原子之间存在着强烈的相互作用,分子或物质就是通过原子的这种化学键形成的,物质转化的本质是旧化学键断裂

和新化学键形成的过程。

因此,发展教师化学核心概念的理解也要以“物质及其转化”这一基本问题作为回归性问题,进行化学核心概念认识价值研讨。研讨的基本主题是:在分子水平上如何认识物质及其转化?在原子水平上如何认识物质及其转化?原子结构学习对于物质及其转化理解有何价值?化学键概念及其理论学习对于物质及其转化理解有何价值?分子、原子、原子结构、化学键概念之间有何关系?

(2)从科学本质观的视角考察化学微观认识

化学学科的基本特征是从微观的角度认识物质及其转化。化学核心概念基本上是围绕微观认识不断建构和发展的。只有从科学本质观的视角考察化学微观认识,才能使人们对化学概念的理解更加精细化。当代科学本质观的基本内涵可以概括为[6]:科学认识的对象是客观的;科学认识活动的过程不是一个简单的“拷贝”或“反映”,而是一个认识主体对客体的作用过程。在这个作用过程中,认识主体的已有经验或背景起着重要的作用;科学认识活动是以事实为基础的,但事实本身并不是科学。换句话说,知道的并不都是看到的。在观察和推论之间存在着区别,从观察到推论的认识过程并不是一个连续的认识序列;科学定律和科学理论是科学认识的2种形式,它们各自的产生范式是不同的。科学定律的产生范式是归纳式,科学理论的产生范式是建构式;科学认识的结果,并不是纯粹客观的,包含有人的想象性和创造性。正因为在认识的成分中,不完全是客观的,其中含有人的主观性,所以科学认识是相对合理的,有时甚至是错误的,所以科学知识具有暂定性本质。从科学本质观的的角度考察,化学微观认识具有4个认识论方面的特征[7]:(1)化学微观认识是建立在事实基础之上发展起来的;(2)化学微观认识是建立在观察和推论基础之上的。宏观的事实观察和微观的推论认识是有区别的,我们所形成的微观认识并不都是观察到的。(3)化学微观认识属于科学理论类知识,是人类建构的说明物质微观世界的可能性认识;(4)在化学微观认识中,包含有人们的想象性和创造性。

因此,本专题的基本主题是:化学学科的基本特征,科学本质观的基本观点,基于科学本质观的化学微观认识考察等。

(3)以WWHW为认识论模型,反思化学核心概念的知识性质

化学键概念和化学键理论

水平1:不能区分化学键概念和化学键理论

水平2:能够说出化学键概念和化学键理论有区别,但不能说明理由

水平3:能够说出化学键理论是对化学键概念的解释

水平4:能够说出化学键理论是在原子结构基础知识之上提出的解释原子间作用的理论

水平5:能从化学键理论的产生方式和解释功能评价化学键理论的合理性

1.6 数据资料的收集和处理

教师对化学核心概念理解的数据资料是教师参与实践研究前和实践研究之后利用化学核心概念理解调查问卷进行调查来收集的。教师对调查问卷的作答都是在研究者的监控之下进行的,以保证作答的真实性。作答时间没有严格限制,最少的用了1个小时,最长的用了3个小时,以保证有较为足够的时间让教师写出对于这些项目的理解与认识。为每一项目的作答提供一张A4纸,以保证为作答者提供足够的空间。研究者对作答中的部分内容还进行了相应的访谈。

数据资料的处理分为4个步骤:(1)研究者对教师进行编码;(2)将每一位教师的每一项作答的关键性表述用红色笔标出;(3)对照评价参考标准,将标出部分按照其对应水平进行编码;(4)用SPSS软件进行数据统计分析。

2 研究的结果和分析

表3 实践前后教师对化学核心概念理解水平的差异

内容水平

前测后测

人数比例/%M±SD人数比例/%M±SD

t

原子概念

原子存在的认同

14790.38

259.62

300

1.10±0.298

00

1019.23

4280.77

2.81±0.39826.979***

原子概念的建立

13159.62

22140.38

300

1.40±0.495

23.85

1019.23

4076.92

2.73±0.52817.389***

原子结构

电子层含义

12140.38

23057.69

311.921.62±0.530

00

1834.62

3465.38

2.65±0.48018.999***

原子结构示意图