情境性问题的层级结构建构及在美、英、新高中化学教材中的应用

　　摘要：情境性问题是学生学习水平的评价载体，也是发展学生核心素养的现实要求。情境的构成和情境化的程度对问题的解决有着重要影响。文章基SOLO分类理论，按照情境构成和情境化程度对化学问题进行层级结构的划分和建构，分析美国、英国、新加坡普通高中化学教材电化学内容课后情境性问题的层级结构，探索问题情境对化学教材习题建设的价值，为深化情境性问题的理论和应用研究提供参考。

　　关键词：情境;问题;结构;教材习题

　　《化学教育》Journal of Chemical Education(半月刊)1980年创刊，是国家级化学教育类学术月刊。

　　《普通高中化学课程标准(2017年版)》在实施建议中明确提出“以真实情境为测试载体”的命题原则。情境的真实度越高越能反映学生的核心素养水平，情境设计应注重针对性、启发性、过程性和科学性，为学生解决真实情境下不同复杂程度化学问题提供素养表现的机会。国际大型测评项目(National Assess-ment of Educational Progress，NAEP)研究发现，学生回答具有特定情境的题目的不专注率和漏答率较回答不包含情境的题目时均明显降低。因此，题干中的真实情境能够提升学生的动机和参与作答水平。事实上，情境性试题增加了试题的信息量，使问题结构变得更加复杂，从而会影响学生对问题的解读过程，因此，问题腈境的结构对问题本身的影响是值得研究的。以往对情境性问题的研究均集中在情境性问题的分类、价值以及情境对问题难度的影响等宏观层面的叙述上，没有深入地探讨情境性问题的层级结构，情境的哪些维度对问题的难度和学生解决问题造成影响。因此，构建化学情境性问题的层级结构可以更加清晰地把握问题情境对问题本身的影响，研究问题情境的价值。

　　一、问题情境的结构组成及其关系

　　Gilbert依据建构主义理论、情境学习理论和活动理论分析研究化学教育中情境的本质，得出化学教育中构成情境的四项基本标准，体现了化学学习中情境的构成成分主要有实际背景和时间构架、行为环境、化学概念和背景知识。侯燕通过分析教学案例指出实际教学中的情境是一个由“需要一动机圈”“任务一案例圈”“条件—信息圈”和“认知一实践圈”有机结合而成的四重结构。张小菊、王祖浩研究化学优质教学情境时从情境的构成和功能两个维度建立评价标准。田润总结出的教科书中情境构成特征评价工具，分别以背景事件、主题知识、信息支持和活动过程组成四维度三水平的评价指标。PISA是由OECD(经济合作与发展组织)组织的“国际学生评估项目”。PISA认为在处理科学问题时，方法的选择以及表现通常与问题所置的情境相关，PISA2015中对基于真实情境展现的知识发展做出具体的解释。其中，知识包括内容性知识、程序性知识和认知性知识。依据以上对情境的本质、构成、特征、價值等因素的分析确定化学情境性问题的结构(如图1)，分别为事件、知识、过程和价值。事件、知识、过程和价值之间的关系如图2所示，情境事件是问题的前提，将知识融入到解决问题的过程中，最终发挥问题情境的价值和作用，从而掌握所学知识。

　　二、情境性问题的层级结构构建

　　情境性问题是指以社会、生活、科学、技术、环境、最新科技成果等作为知识的载体，是化学知识和真实情境问题的结合，置知识的考查于实际的问题解决之中，有助于学生发展和创造性地解决问题，使学生的创新意识和实践能力得到应用，学生的兴趣、态度、情感等得到潜移默化的培养。上文分析得到化学情境性问题的结构组成分别是事件、知识、过程和价值，在此基础上依据sOL0分类理论划分层级。情境与问题相脱离时属于前结构，即情境与问题无联系，此类问题不属于情境性问题，其余情境结构可分为四种层级：(1)单点结构：根据问题线索对单个素材或知识进行运用，即“点对点”解决问题。(2)多点结构：需根据问题线索，对多个相互独立的相关信息和知识进行应用。(3)关联结构：需根据问题线索，在经验范围内利用不同素材或知识的逻辑关联进行推导及应用。(4)抽象扩展：需根据问题线索，对未经历过的情景进行信息挖掘和拓展，并应用联想、预测、假设等方式实现“超越经验”的迁移。

　　三、美、英、新三国教材电化学内容的情境性问题分析

　　本文选取美洲、欧洲、亚洲主流英文教材美国高中教材《化学概念与应用》(Chemistry：Conceptionsand Application)、英国高中教材《chemistry》(Pear-son education 2007年出版，2010年再版)、新加坡高中教材《cHEMISTRY INSIGHTS(O-Level)》中的电化学内容作为研究对象，研究者依据上述情境性问题的层级结构评价工具对三国教材习题中的情境性问题进行独立测评，对存在争议的问题讨论并统一意见，利用SPSS19.0软件分析评价标准各维度之间的相关性，进而探索情境构成对问题的影响。

　　1.美国高中教材电化学内容课后测试中情境性问题的情境结构水平分析

　　美国教材电化学内容课后测试题中的情境性问题共13题，占总数比为35.14%，情境结构水平分布如表2。情境全部选取学生日常生活中所熟知的事件，学生没有陌生感，其中61.54%的习题均只解决一个问题，突出问题解决的针对性;在知识维度考查较为全面，考查水平也集中在低水平阶段，考查学生需掌握的内容性知识，占整体的69.24%;在过程维度，习题的情境设置注重问题的理解、解决和探索，没有对记忆过程的考查，整体水平较高，充分体现了对真实问题的解决过程;价值维度水平二占比最高，达76.92%，原因主要在于事件维度主要集中在水平一，即只考查一个与学生日常生活有关或学生在学习过程中熟知的事件，考查较为简单，因此习题多数涉及单个化学知识，不存在多个要点，但值得一提的是，考查的化学知识均可迁移到情境上，学生能够有效地通过化学知识解决实际问题，实现化学知识和实际情境的结合，进而发展学生解决问题的能力。总体来看，美国教材中电化学部分课后情境性习题都是选自贴近生活的实际问题，知识考察全面，注重对问题的理解和解决，能将化学知识融入到情境之中，但是习题中一个情境对应一个问题，没有在情境中将化学知识连接起来，形成多个知识点的有机结合，从而更好地解决现实问题，习题难度较小。例如：以下用途选择电池考虑哪些因素：①手电筒;②起搏器;③助听器;④玩具汽车。题中情境事件选取4件日常生活熟知的事件，分别分析考查4个内容性知识，要求学生运用所学知识分析并应用到情境事件中，但是四个情境互相独立，没有形成一个整体。

　　2.英国高中教材电化学内容课后测试中情境性问题的情境结构水平分析

　　英国教材电化学内容课后测试题中的情境性问题共4题，占总数比为11.76%，情境结构水平分布如表3。情境事件的选择分为两类，一类是接近学生日常生活的事件，另一类是时间跨度大的远离日常生活的事件，这一点，同样也体现在知识维度和过程维度，统计过程也显示说明在考查高水平的事件时对应考查高水平的知识和认知过程，都是一一对应的。最后，在价值维度，英国教材中的情境性问题都达到了对考查的化学知识的联结和整合，形成一个有机体，能够将学生所学化学知识与解决实际问题紧密地结合在一起，问题具有较高的价值。因此，英国高中教材电化学内容的课后情境性习题的特点鲜明，主要分为两类，一类是与学生日常生活贴近的事件，考查简单的内容性知识和对知识的理解过程。例如：说出与汽油或柴油等传统燃料相比，使用氢氧燃料电池为汽车提供动力的两个优点。习题选用近期发生的贴近生活的情境事件，考查对内容性知识的理解。另一类是远离学生日常生活，综合性较高的事件背景下，考查认知性知识和对知识的探索过程。例如：已知深蓝色溶液中含有下列离子的组合之一，A.[cu(NH3)4(H2O)：]2+(aq)和sO42-(aq)，B.2H+(aq)和[COCl4]2-(aq)，描述如何使用电池、连接线和一张滤纸找出离子的组合。情境事件是学生相对较陌生的实验设计，且需要运用到认知性知识，即电解理论为依据，考查学生设计探究实验的能力。值得关注的是，包括上述两题在内的所有习题均有效地将知识与情境结合，解决综合性问题，是三国教材中情境与知识融合度最高的，全部处于水平四，习题难度较大。

　　3.新加坡高中教材电化学内容课后测试中情境性问题的情境结构水平分析

　　新加坡教材电化学内容课后测试题中的情境性问题共22题，占总数比为35.59%，情境结构水平分布如表4。情境的内容广泛，从学生能够接触到的日常生活事件到时间跨度较大的化学史，从日常实验到工厂生产，均有涉猎，全方位展示化学对生产生活发展的作用和意义;知识维度考查较为基础，集中在水平一和水平二，即内容性知识，对理论和科学依据推论的认知性知识的考查为0，说明教材中的情境性问题注重对学生基础知识的考查;过程维度四个水平均有分布，说明新加坡教材中对问题情境的剖析较为全面，原因主要是情境的内容广泛，可以实现对从基础的识记练习到高水平的问题探索活动的考查，培养学生对化学知识的掌握和应用，由于事件和过程维度的分布广泛，因此，新加坡教材的情境性问题在价值维度呈现较高水平，虽然大部分习题考查单个知识点，但是仍然有部分实现对多个知识点的考查，同时实现对化学知识的整体把握和迁移。综上所述，新加坡高中教材电化学内容的课后情境性习题的特点是情境广度大，有部分对学生陌生的事件的习题，注重内容型知识的考查，注重对问题的理解，化学知识均可以迁移到情境中，有部分习题实现了化学知识的有机结合并合理迁移到了情境当中，习题难度适中。例如：电池发明于1800年，由多个金属盘(锌、银或铜)组成，中间用浸泡在盐溶液中的布，如图3显示的一个连接有灯泡的电池，要求在图中标记出正极、负极和电子流动的方向。习题以化学史为情境事件，时间跨度较大，学生不熟知，但是考查的知识和解答过程都较简单，是学生对内容性知识的理解过程，重点是这道题同时考查正极、负极和电子流动的方向，将考查的内容联结起来，互相影响，形成对电解池的整体概念。

　　四、情境性问题的结构组成的相关性分析

　　对情境性问题的结构组成事件、知识、过程和价值进行相关性分析(如表5)，分析发现事件与价值、知识与过程、知识与价值、过程与价值之间存在不同程度的显著相关。结合对美、英、新三国高中教材电化学内容课后情境性习题的内容分析，得到以下四点：(1)情境陌生程度对知识考查和问题解答过程的影响。在对美、英、新三国教材的研究中发现，情境的陌生程度与各知识水平的相关度很小，说明情境的陌生与否与所要考查的知识的水平无太大关系，任何情境均可对应不同的知识水平，另一方面，情境陌生程度与习题解答过程呈负相关，说明三国教材对情境较陌生习题的解决过程都相对简单。(2)情境陌生程度与情境价值显著正相关。也就是说情境越陌生，情境与化学知识的融合度越高，陌生情境事件背景下的问题更能将化学知识体现到情境中，问题的综合性越强。(3)知识水平对问题解决过程和情境價值体现的影响。知识水平对问题解决过程和情境价值均呈显著正相关，考查的知识水平越高，就需要越复杂的解题过程，越容易将化学知识运用到背景事件中，体现情境的价值。(4)情境价值对问题解决过程有显著影响。习题解答过程的复杂程度受情境与知识的融合度的影响，情境价值越高则越需要高水平的认知过程。

　　五、结论和启发

　　研究美、英、新三国高中化学教材电化学内容的课后情境性习题发现：所有情境性问题中的情境均与知识紧密结合，不存在情境与知识相脱离的情况。美国习题贴近生活、针对性强，新加坡习题内容广泛、考查全面，英国习题层级分明、综合性强。问题情境的结构维度对问题的解决具有不同程度影响，知识、过程和价值三者联系紧密，不同知识水平对应不同的问题解决过程，同时体现相应的问题价值和功能。陌生的情境事件背景下对于知识的运用更加综合，知识和情境的关联更加紧密，突出情境的价值和功能。对问题情境进行结构组成和结构层级的划分可以进一步从细节上了解情境对问题解决过程的影响，发掘情境在问题中的价值，通过解答情境性问题培养学生问题解决能力。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 情境性问题的层级结构建构及在美、英、新高中化学教材中的应用

文章地址： http://www.qikanvip.com/jiaoyujishu/49468.html