應(yīng)用Rasch模型構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)建模的中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)知測(cè)量的研究.pdf

1、科學(xué)素養(yǎng)是當(dāng)今國(guó)際科學(xué)教育共同追求的目標(biāo)?？茖W(xué)素養(yǎng)的核心與關(guān)鍵在于理解科學(xué)。近40年的科學(xué)教育研究顯示,幼兒到大學(xué)畢業(yè)生普遍持有大量的錯(cuò)誤科學(xué)概念,其中相當(dāng)一部分錯(cuò)誤概念十分頑固、曠日持久,它們嚴(yán)重制約著學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的充分理解與把握,造成大量學(xué)習(xí)困難、障礙。化學(xué)教育中,學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)瓶頸是難以在不同水平化學(xué)表征(即宏觀、微觀和符號(hào)表征)之間建立聯(lián)系和靈活轉(zhuǎn)換,從而催生大量的錯(cuò)誤概念,造成學(xué)習(xí)障礙。學(xué)生實(shí)現(xiàn)多水平化學(xué)表征之間的靈活轉(zhuǎn)

2、換,需要充分理解化學(xué)模型和建模。為幫助學(xué)生順利突破這一瓶頸,近年來(lái),計(jì)算機(jī)模型廣泛運(yùn)用于科學(xué)教學(xué)中,它們強(qiáng)化宏觀現(xiàn)象、微觀運(yùn)動(dòng)與符號(hào)之間的相互聯(lián)系,有效促進(jìn)學(xué)生模型建構(gòu)以及建立化學(xué)表征與轉(zhuǎn)換,增強(qiáng)學(xué)生的概念理解、推理思維、科學(xué)探究技能以及問(wèn)題解決能力。
　　 計(jì)算機(jī)模型作為學(xué)習(xí)工具運(yùn)用于科學(xué)教學(xué)與學(xué)習(xí)中,促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念、科學(xué)模型的理解,這已成為當(dāng)今科學(xué)教育中的一個(gè)重要趨勢(shì)。既然學(xué)生逐漸廣泛運(yùn)用計(jì)算機(jī)模型發(fā)展自己對(duì)科學(xué)的理解,

3、那么建立基于計(jì)算機(jī)模型的學(xué)生科學(xué)理解的測(cè)量與評(píng)價(jià)自然就顯得十分必要和重要,然而這方面研究目前仍十分滯后。本論文研究創(chuàng)造性地將Rasch模型、計(jì)算機(jī)建模、物質(zhì)結(jié)構(gòu)概念理解、測(cè)量與評(píng)價(jià)4種元素有機(jī)整合,以Rasch模型以及測(cè)量建構(gòu)“四基石”方法為指導(dǎo),以物質(zhì)結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn),以計(jì)算機(jī)建模為主要學(xué)習(xí)工具和評(píng)價(jià)內(nèi)容,以測(cè)量工具的開(kāi)發(fā)、檢驗(yàn)和運(yùn)用為主線(xiàn),從理論和實(shí)證研究相結(jié)合的層面上,深入、微觀探索了計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)理解測(cè)量與評(píng)價(jià)的建構(gòu)

4、。
　　 理論研究部分,主要對(duì)與本研究密切相關(guān)的概念、理論進(jìn)行綜合分析與討論,包括化學(xué)多水平表征、科學(xué)模型、計(jì)算機(jī)模型、學(xué)習(xí)進(jìn)程、物質(zhì)概念理解、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理解、Rasch模型、測(cè)量建構(gòu)“四基石”方法等。這些方面為本論文研究提供了重要的理論基礎(chǔ)和方法論指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建構(gòu)了中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)程,作為理論框架指導(dǎo)測(cè)量工具的開(kāi)發(fā)與修訂、數(shù)據(jù)的分析與解釋。
　　 實(shí)證研究部分,包括三個(gè)方面研究:3個(gè)測(cè)量工具(即化學(xué)反應(yīng)、溶

5、液、酸和堿)的開(kāi)發(fā)與質(zhì)量檢驗(yàn)、測(cè)量工具之間的等值化研究、學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)理解的初步研究。研究對(duì)象包括中國(guó)初三、高一以及美國(guó)10&11年級(jí)約1600名學(xué)生。每個(gè)測(cè)量工具均經(jīng)過(guò)兩輪試測(cè),第一輪測(cè)試結(jié)果通過(guò)Rasch模型的建模與分析,在此基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)量工具進(jìn)行修訂,并運(yùn)用于第二輪測(cè)試中；第二輪測(cè)試數(shù)據(jù)再次運(yùn)用Rasch模型進(jìn)行分析和質(zhì)量檢驗(yàn)。同時(shí),運(yùn)用“錨一測(cè)試”設(shè)計(jì),對(duì)3個(gè)測(cè)量工具進(jìn)行等值化研究,形成原始分→0-100Rasch刻度分的分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換表

6、,并提出物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)程的各水平難度。基于中國(guó)初三、高一學(xué)生在化學(xué)反應(yīng)、溶液、酸和堿3份測(cè)試中的測(cè)試結(jié)果,我們進(jìn)一步研究中國(guó)兩個(gè)年級(jí)學(xué)生基于計(jì)算機(jī)模型的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理解的特征、規(guī)律與發(fā)展趨勢(shì),在定量和定性分析基礎(chǔ)上提出了計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)及發(fā)展的“生態(tài)化”模型。
　　 研究發(fā)現(xiàn),所開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)概念理解的測(cè)量工具具有良好的信度、效度；“錨-測(cè)試”等值化設(shè)計(jì)合理、有效,充分將計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下中學(xué)生

7、物質(zhì)結(jié)構(gòu)概念理解的不同測(cè)量相互建立聯(lián)系,從而更好地描述學(xué)生的學(xué)習(xí)與進(jìn)步；所建構(gòu)的計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)程及其認(rèn)知水平與序列模型充分反映了學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展的特征；高一年級(jí)學(xué)生計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解明顯高于初三,高一約處于物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)程水平3,初三約處于水平2；學(xué)生的理解隨著年級(jí)增長(zhǎng)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性；學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解包含物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的理解以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的運(yùn)用,是以物質(zhì)結(jié)構(gòu)為中心、4種成分(物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、物理性

8、質(zhì)與變化、化學(xué)性質(zhì)與變化、守恒)相互聯(lián)系、相互作用的“生態(tài)”發(fā)展過(guò)程。
　　 本研究的突出貢獻(xiàn)在于,建構(gòu)了基于Rasch模型的計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下學(xué)生科學(xué)概念理解的測(cè)量與評(píng)價(jià)的范式,建構(gòu)中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)進(jìn)程,開(kāi)發(fā)并實(shí)證了3份計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)理解的測(cè)量工具,探索了測(cè)量工具之間的等值化方法,初步揭示了初三、高一學(xué)生計(jì)算機(jī)建模環(huán)境下中學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)理解的特征與規(guī)律,具有重要的方法論、理論與實(shí)踐意義。在本論文的最后,我們進(jìn)一