基于评价的化学教学

▶2.3　基于IMMEX评价的化学教学——“劫后余生”教学案例分析

国艳萍

IMMEX平台将认知过程中两个最重要，但传统评估方法中无法反映的方面——思维的效率和解题策略的成功率，通过数学模型进行归纳和比较，创立了一种全新的将人脑思维过程量化的评估方式。

该系统能科学地指出每一位参训学生在思维和行为能力方面的专长和不足，并通过有针对性的训练，扬长补短；使学生能填补和提高原有思维方式上的空白和不足，并使原有的思维方式强项得到强化。

2010年11月，笔者在高三（4）班做了IMMEX问题集“劫后余生”五个变式。

一、“劫后余生”问题描述与分析

问题描述：你被困在了一个废弃的鬼城里，这里曾经是一家化工厂。你找到了一台无线电呼叫机可用于向外界呼救，你已经没有食物和饮用水了。根据你的呼救，Good Ole BoYs搜救队回应你，他们要几天后才能赶到现场把你救出去。于是你在工厂里四处搜寻，结果找到了大量的水，可水罐上面写有“此水被污染”的字样。你意识到只有把这些水蒸馏后才能饮用。你开始查找工厂里的可利用物品，结果找到了一罐封口的酒精、一盏酒精灯和一只蒸馏仪器。你想起了学过的化学知识，知道可以用工厂里找到的一本旧教科书里列出的化学键能数据算出酒精燃烧产生的热量，以及其他一些相关信息。当你在寻找化学键能数据时，你还看到了燃烧效率，蒸馏水的回收率，以及水的汽化热等信息。这本教科书是供教师使用的带注释的版本，从中你还发现这样一个有趣的事实，那就是一个人每天需要多少水才能保证生存。但是你还在考虑万一救援队没能在四天之内到达该怎么办。因此，你要计算需要用多少量酒精才能蒸馏出你初次所需的饮用水的总量。

“劫后余生”问题集有六个变式。具有情景性、开放性、挑战性、综合性的特点。

“劫后余生”问题集，综合了物理、化学学科的知识，其中与化学相关的核心内容是：化学反应的实质是旧键断裂新键形成，及其中的能量变化的有关计算。还涉及水温每升高1摄氏度需要的热量、水的汽化热及热能的利用率等问题。

学生利用自己的登录号，进入IMMEX平台解决问题。问题集的资料和图书馆内提供了丰富的信息，有些资料对解决该问题是有效的和可行的，有些是与解决该问题无关的。学生每查看一个信息，要花费一定的代价，计算机会客观地记录学生的思维过程，如图5-11所示。

图5-11　“劫后余生”演示做题

二、“劫后余生”教学实施与评价

解决这个问题集可以发现学生思维过程，了解每名学生的思维特点，帮助学生解决思维中存在的问题，进而优化学生的思维，提高学生综合分析问题、解决问题的能力。并加深理解化学反应的实质：“旧键断裂和新键形成及其过程中的能量变化”的化学知识。

计划“劫后余生”问题集六个变式分三课时完成，第一课时完成一个变式，第二课时完成两个变式，第三课时完成三个变式。并分别设计了“高三化学基于IMMEX优化思维策略的学习报告”，设计了“调查问卷”、“个案分析报告及干预报告”。

希望教学中能达到对学生的思维过程的：“发现→优化→干预→稳定→深化”。

2010年11月23日，高三（4）班39名学生第一次上机完成了一个变式。

发现：（1）一次尝试成功有23人，占60.05%；

（2）两次尝试成功有6人，占15.78%；

（3）两次尝试没有成功有4人，占10.52%；（4）第一次没有完成有4人，占10.52%。

2010年11月25日，再次上机，根据学生思维策略，先分组讨论，每组中有一名到几名学生已有初步解决问题的策略。通过讨论，继续完成“劫后余生”问题集中的两个变式。

对比三个变式，发现学生在解决问题过程中存在思维障碍，需优化解决策略。首先通过测试的时间、结果、步长等发现学生的思维过程，如图5-12所示。

图5-12　测试的时间、结果、步长等（高同学为例）

高同学解决问题的过程是39名学生中剩余分数最少，步长最多的，回路数最多，时间也较长。分析其原因：变式1和变式2、3相比较，前面的探索阅读用了大量的时间，并且反复阅读同一信息的次数比较多。在第一个变式的解题过程中，仅阅读题目就发生了3次，蒸馏设备发生了9次，其他的相关信息和无关信息的重复次数也很多，说明高同学用大量时间进行探索，解题比较认真，但效率有待提高；在解变式2、3题时，阅读相关信息的次数已减少，基本上没有反复看同一信息，回路图也很清晰。分析回路图，解题策略并没有得到优化。

39名学生中，总体情况：第一个变式平均时间为23分，平均步长为20步，回路在10左右。第二变式平均时间为15分，平均步长为10步，回路在7左右。第三个变式需要的代价更少。

其次分析学生的思维回路图、思维路径图（SPM图）及四象限图。对学生基本分类。有的学生思维较清晰，形成解决问题的基本策略；有的学生思维紊乱，没有解决问题的策略；有的学生虽然结果是正确的，但存在猜题的可能，SPM图中的有用信息，都没有用到就解决了问题。

大多数学生的思维策略与平时对他们的认识是一致的。但有些学生的思维与平时对他们的认识之间存在着差别。

发现学生思维过程中存在问题后，教师有针对性地进行化学知识讲解、同伴辅导、审题辅导、个别引领等干预手段。进行个性化辅导。

高同学化学成绩非常好，在班级中名列前茅，这次没有能够解决问题，不知从哪里入手，思维过程紊乱。干预方法：仔细审题，调整心态。

任同学平时化学成绩不理想，这次解决问题思维过程清晰，有用的信息全部用到，又快又准地解决了问题。这样的学生给了笔者很大的信心，笔者相信在今后的化学学习中只要给他适当的方法指导，化学成绩会有很大的提升。干预方法：任同学提出存在的困惑，使思维过程进一步优化。

图5-13　高同学的思维路径图（SPM图）

图5-14　高同学的思维回路图

图5-15　任同学的思维路径图（SPM图）

图5-16　任同学的思维回路图

周同学平时化学成绩不理想，大多数教师认为其原因是周同学学习不刻苦。这次解决问题时她一次即将正确选项选出，但明显存在猜题的可能。印证教师对她的认识是正确的。干预手段：端正态度，认真审题，找到解决问题的有效途径。

计同学：思维过程不清晰，基本没有理解题目的要求，不能把题中所给的信息综合在一起。同时还有知识上的障碍。对她的个性化辅导：要从水的比热容到水的汽化热，从酒精的燃烧热到酒精的燃烧效率，再到化学键能的计算，同时加强审题效率。

胡同学：完全没有理解题目要求，她认为“水，是由酒精燃烧产生的。”对她的辅导：仔细审题。当再次读题时，恍然大悟。

封同学：思维过程基本清晰，从第二个变式看对解决本问题集可行的信息基本都用到。不用进行辅导，可以继续做后两个变式。将思维过程优化、稳定。不需要干预。

五天时间完成个性化的干预。

2010年11月30日，学生第三次上机，完成两个变式。

五个变式全部完成，摆在笔者面前的不再是每个学生的卷子，也不再是分数，而是每名学生解决问题时的思维过程。关注没有经过辅导的学生，思维过程是否优化了，是否稳定了；关注经过辅导的学生是否有了可行的思维过程，思维过程是否优化了，是否稳定。

封同学：思维过程可行，优化，同时也稳定了，如图5-17所示。

计同学：通过个性化辅导效果还不错。思维过程可行，优化了，但还没有达到稳定。四象限图中：一次比一次好，如图5-18所示。

IMMEX教学平台客观地发现每一个学生的每一步思维过程。了解学生的思维特点。知道每一个学生解决问题所花费的代价，没有解决问题的症结所在，有针对性地对每名学生或有同样问题的群体实施帮助与指导，同时还能了解辅导的效果。通过变式训练达到“抛砖引玉”、“举一反三”的效果。使学生形成优化的、稳定的解决问题的策略。

图5-17　测试的时间、结果、步长等（封同学）

图5-18　计同学效率效果量化图（四象限图）

三、“劫后余生”教学反馈与体会

学生通过“劫后余生”问题集发现，解决问题时知识非常重要，但要有清晰的思维过程，学生在调查问卷中写道：“我找到了自己学习的不足与缺点，对于较为复杂的问题，不知如何下手，思维紊乱，它对我自身存在的问题起到了预警作用。通过‘劫后余生’学习，转变了高三复习方式。”

高三复习中，教师不再只重视学生学习结果，可以兼顾过程。发现学生学习中在哪个点存在思维障碍。了解学生学习所花费的代价，进行学习方法指导。

由“劫后余生”的教学，教师了解所教学生的思维特点，可以有针对性地从知识、审题、信息筛选、态度进行个性化辅导。提高教学的有效性。

“劫后余生”问题集教学最深刻的体会是：解决问题的目的不同，平时的解题目的是巩固所学的知识，为了考试中取得好成绩；问题的呈现方式不同，不再是陈述式的问题，而是情景再现，信息累积，问题综合。这种改变极大地调动了学生解决问题的兴趣。促进学生思维能力发展。

“劫后余生”问题集教学中存在几点遗憾。第一，题目存在学生不能理解的问题，题干中都是乙醇，但在解答中出现甲醇和其他醇类；环境温度没有标明。第二，只完成五个变式，其中一个变式没有正确解答。第三，对学生个性化辅导干预效果不理想。