尹求元+何亞璋

摘要：利用出聲思維技術對30名普通高中高一學生在經(jīng)過必修模塊“原電池原理”學習后的認知水平進行了測查。通過測查數(shù)據(jù)的分析，得到以下結論：（1）絕大多數(shù)學生達到了識記水平，多數(shù)學生能達到初步理解水平。（2）學生對原電池與氧化還原反應之間的關系還不能很好地領悟和理解。（3）學生對原電池原理只有達到了理解水平，才能快速準確地解決一些復雜原電池的問題。

關鍵詞：出聲思維；原電池原理；認知水平

文章編號：1005–6629（2014）9–0016–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

在浙江現(xiàn)行的新課程以及高一的學業(yè)水平考試的背景下，必修模塊中“原電池”的教學將重點放在引導學生觀察銅鋅原電池的現(xiàn)象，通過現(xiàn)象認識生產(chǎn)生活中一些有關電化學的實例。高二《化學反應原理》的教學則將重點放在引導學生分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，理解原電池的原理[1]。因此，為了更好地開展高二的教學活動，突破教學中的難點，有必要在高一必修模塊“原電池原理”學習結束后，了解學生對原電池原理的認知水平。

“出聲思維”技術是德國心理學家Duncher首先提出來的，隨后有研究者選擇了出聲思考作為認知研究的工具[2]。出聲思維法是目前心理學研究尤其是問題解決研究領域中的一種極為重要的研究方法。人的思維活動常是通過內部語言不出聲音地進行的，研究者并不能明確觀察到被試在解決問題時的內部操作。雖然通過問卷等方法可以得出結論，但是相對其給出的結果而言，其思維過程處于一個“黑箱”之中，如果僅憑行為結果去推測“黑箱”的內容則不一定準確、完整；而事后詢問所得到的回答追述其當時的思維情景，又常常會損失很多有用信息[3]。為了更真實、更完整地了解學生對原電池原理的認知水平，筆者采用出聲思維法進行研究。

2 研究方法與程序

出聲思維實施的一般步驟為：（1）對被試進行預訓練；（2）給被試一個思維作業(yè)（數(shù)學題或智力游戲），讓他們用出聲思維的方法完成，并錄音記錄全部口述；（3）當被試在進行出聲思維的過程中發(fā)生停頓，提醒或詢問；不干擾被試的出聲思維（有特殊的研究目的的）；（4）將錄音記錄整理成文字材料，分析（問題行為圖）、提煉，用以分析被試思維的過程及其特點。

2.1 被試

施測被試為某普通中學的高一學生。為反映不同類型學生學習情況的差異，區(qū)分出學優(yōu)組、中等組和發(fā)展組。按照化學考試成績，前10名學生作為學優(yōu)組（I組），從成績居中的學生中選取10名學生作為中等組（II組），后10名學生作為發(fā)展組（III組）。

2.2 測試材料

高中生對原電池原理的認知水平由低到高分為識記、理解、應用三種水平[4]。識記水平是指對所學原電池原理的理論知識有初步的認識，能夠正確地復述、再現(xiàn)。理解水平是指能夠運用雙線橋分析氧化還原反應過程中的電子轉移情況的方法，分析原電池的電極反應。應用水平是指能夠運用原電池原理的知識進行必要的分析、類推去設計原電池和完成對一些復雜、新穎電池的分析。依據(jù)上述分類，筆者編制了3種水平的原電池原理測試題。

測試題1 [識記水平]分析如圖1原電池，標出正負極，寫出電極方程式。

測試題2 [理解水平]分析如圖2原電池，標出正負極，寫出電極方程式。

測試題3 [應用水平]高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為：

這三道測試題形式相同，但對被試考察的層次不同。測試題1來自教材，筆者在課堂上作為原電池分析模型。被試只需對所學原電池原理的理論知識有初步認識，能夠正確的復述、再現(xiàn)，就能解決此問題，屬于識記水平測試題。測試題2選自浙江省普通高中作業(yè)本[4]，這需要學生能通過氧化還原反應來認識原電池原理，能夠找到得失電子與電極反應的關系，并能分析出溶液中微粒參與反應的情況，屬于理解水平測試題。測試題3是選自一道高考試題，高鐵電池是一種復雜、新穎的原電池，學生需要運用原電池原理知識去分析，要能從電極、電解質溶液多個角度來解決問題，這是一道應用水平測試題[5]。

2.3 測試過程

分別用三組不同水平原電池原理測試題對學生進行測查。在學生解決問題時，要求學生一邊完成測試題，一邊盡可能地說出其解決問題時的細節(jié)。研究者一邊進行實時錄音，一邊記錄。最后，逐一分析被試解決問題的記錄，對被試解決問題的記錄進行整理、轉譯及編碼，并繪制出其問題解決的思維路徑圖。

下面筆者摘選了一位被試的測試過程。

被試：張某（發(fā)展組）

T（教師）：昨天學過“原電池”，你來看看這道題。

S（學生）：（看題，用筆在圖上畫了起來）活潑金屬為負極，鋅比銅活潑，鋅是負極，銅是正極。電極反應（遲疑一會），負極是鋅，鋅溶解，鋅失去兩個電子，成為鋅離子。正極是氫離子得到電子生成氫氣。不錯，我們做實驗，是這樣的（肯定的）。

T：你是怎么做出來的？你肯定嗎？

S：（背口訣）負失氧，正得還?？隙ㄊ堑摹＿@個老師上課講過的。我坐在前排，做實驗時現(xiàn)象我看得很清楚的，鋅溶解了。

T：你再做做第二道題試試。

S：（很快的）鎂是負極，鋁是正極。負極電極反應是鎂失兩個電子，正極反應是（停下來，陷入思考）。

S：不對，寫不出來。這不是原電池。（肯定的）這不是原電池，沒電流產(chǎn)生。

T：是嗎？

S：是的。我肯定。

T：你再看看第三題。

S：（在紙上畫出模型）

T：是這樣的嗎？你怎么做出來的？再想想。

S：應該標出正負極。（用筆標出，鋅為負極，銅為正極）

T：還有呢？

S：（開始思考）電解質溶液……

S：2K2FeO4。（看了一下我，不敢肯定）

S：應該是的。

T：是吧。請寫電極方程式。

S：鋅是負極，銅是正極（思考）……（無法作答，測試完成）

從上面資料來看，該被試在解決測試題1的思維路徑圖可表示為：

而在解決測試題2時，被試仍然是用此思維來解決，不能從氧化還原反應的角度來分析原電池，只記住活潑金屬作為負極這個結論，因而得到了錯誤的結論。在解決測試題3時，被試能類比老師上課所講的原電池模型，但無法進行結合氧化還原知識進一步拓展思考，不能考慮溶液中微粒的參與，所以無法解決測試題3。實際上仍然是運用解決測試題1的思維路徑圖，說明被試對原電池的認識只停留在識記水平，能將老師在上課所講的準確地復述、再現(xiàn)。

2.4 不同被試思維路徑圖介紹

筆者將不同類型被試的測試結果進行歸納整理，發(fā)現(xiàn)被試在解決不同水平的測試題所采用的思維路徑大致是相同的，也就是說被試往往是在同一認知水平上在解決不同水平測試題。如被試張某，在解決測試題2、測試題3時，所采用的思維路徑仍然是S1，這實際說明該被試對原電池的認識是停留在識記水平上。而有的被試是在理解水平上解決三個不同層次的測試題，這類被試在解決測試題1、測試題3也是在理解水平上。筆者將同一被試解決三道水平的測試題的思維路徑進行分析綜合，得到以下幾種不同的思維路徑圖。

S1思維路徑圖（見上圖3）顯然是在識記水平上解決問題，通過記口訣，首先去尋找正負極，回憶老師上課內容，提出相關信息，解決了測試題1。該被試沒有理解氧化還原反應與原電池原理之間的聯(lián)系，因此在解決測試題2、測試題3時無法得到正確結論。

S2思維路徑圖（見圖4）能理解氧化還原與原電池之間的聯(lián)系，首先運用雙線橋分析氧化還原反應過程中的電子轉移情況的方法，找到雙線橋中電子的得失情況與電極反應的關系，并能夠在記憶中尋找銅鋅原電池的模型，并與現(xiàn)有的原電池相對比，分析原電池的電極反應。該被試能順利完成測試題1，但是在寫電極反應時無法考慮到溶液中微粒參與反應的情況，所以無法順利地完成測試題2和測試題3。從該被試呈現(xiàn)出來的思維路徑圖可以看出，該被試是在初步理解水平上解決問題。

從S3思維路徑圖（見圖5）可以看出，被試能夠按照任務的指引，找到氧化還原反應中的雙線橋與電極反應之間存在的關聯(lián)，然后通過分析并與銅鋅原電池模型相類比，并能思考溶液中微粒參與的反應，順利地完成電極反應的書寫。這顯然是在理解水平上解決問題。被試能順利完成測試題1、測試題2，但無法完成測試題3。

S4思維路徑圖（見圖6）能類比銅鋅原電池模型的構造示意圖，首先畫出新電池的構造示意圖，通過思考氧化還原反應中得失電子情況與正負極的對應關系確定正負極，能從電解質溶液微粒參與反應的角度來考慮電極方程式。但被試在解決測試題3時未能反思產(chǎn)物存在的形式，未能指明這是個堿性環(huán)境，未能順利完成電極方程式的書寫，因此未能順利解決測試題。這說明被試對原電池的認識達到了理解水平，但未能熟練地將原電池原理應用于新的較復雜情景中，只是一種初步應用水平。

S5思維路徑圖（見圖7）首先分析氧化還原反應中得失電子情況畫出原電池的構造示意圖，通過思考氧化還原反應中得失電子情況與正負極的對應關系確定正負極，能從電解質溶液微粒參與反應的角度來考慮電極方程式。該被試能反思產(chǎn)物存在的形式，指明這是個堿性環(huán)境，因此能順利解決測試題。這說明被試對原電池的認識達到了應用水平。

3 統(tǒng)計結果及分析

3.1 三種認知水平測試題的完成情況統(tǒng)計分析

三組被試完成三種認知水平測試題的情況如表1所示。分析可知，在經(jīng)過高一必修課程學習后，絕大多數(shù)學生達到識記水平，能夠記住教師在課堂上所講過的典型原電池模型和口訣。有部分學生能理解氧化還原反應與原電池之間的關系，并能利用氧化還原反應來分析新穎的原電池模型。有少數(shù)學生能利用一個新的氧化還原方程式來設計原電池。

3.2 不同組別被試采用的思維路徑圖統(tǒng)計分析

三組被試完成三種認知水平測試題采用的思維路徑圖人數(shù)統(tǒng)計如表2所示。分析可知，不同層次被試在解決原電池原理問題所采用的思維路徑圖傾向是不同的。學優(yōu)組更多采用理解層次思維路徑圖，他們能理解氧化還原反應與原電池之間的關系。而發(fā)展組被試更多采用識記層次思維路徑圖，他們傾向于通過記憶的方式來學習原電池知識，因此對于較為新穎的原電池，他們無法進行分析。中等組被試一部分采用識記層次思維路徑圖，一部分采用理解層次思維路徑圖。

3.3 采用不同思維路徑圖測試題解題正誤統(tǒng)計分析

筆者發(fā)現(xiàn)，采用不同思維路徑圖的被試對三道不同測試水平問題的解決正誤是不同的。統(tǒng)計結果如表3所示，分析可知：

（1）達到應用水平的被試能順利完成理解層次、識記層次測試題，但達到識記水平的被試是不能完成理解層次、應用水平的測試題。采用S5思維路徑圖的6位被試可以順利完成測試題1、測試題2、測試題3，而采用S1思維路徑圖的8位被試不能正確解決測試題2、測試題3。這說明學生對原電池原理的認識僅僅達到識記水平，是無法解決一些復雜的原電池問題。只有將學生對原電池的認識提升到理解水平，才能解決一些復雜的原電池問題。而從這幾年高考對原電池的考查來看，多次出現(xiàn)一些復雜新穎的原電池，這就需要學生能從理解水平來解決原電池問題。

（2）對于學生認知水平的評價，不能簡單地依據(jù)題目的對與錯。從測試題1的完成情況來看，完成了題目，并不代表達到的是相應水平。一共有28位被試完成了測試題1，但從被試所采用的思維路徑圖來看，只有8人是在識記水平上解決問題，而有20位被試是在理解水平上解決問題。解決問題的思維過程，解決問題的角度和不同方法，才能真實地反映出學生的認知水平。結果評價與過程評價存在著差異，這也正是采用出

4 結論與啟示

通過高一必修二的學習，普通高中高一學生對原電池原理的認識，絕大多數(shù)達到了識記水平，多數(shù)學生能達到初步理解水平。因此在高二的教學中要在注重學生對這部分內容理解的基礎上，加強學生對復雜、新穎電池的分析，并能在理解的基礎上設計出原電池。

學生對原電池與氧化還原反應之間的關系還不能很好地領悟和理解。從測試題2所反映的情況來看，有更多的學生在看到題目后，第一步仍然是找正負極，而不是去分析這個過程中的氧化還原反應方程式。而通過尋找正負極恰恰導致這道測試題無法完成。因此在教學中要強化學生通過氧化還原知識來認識原電池。

不同層次被試在解決原電池原理問題所采用的思維路徑圖傾向是不同的。學優(yōu)組更多所采用的是理解層次思維路徑圖，他們能理解氧化還原反應與原電池之間的關系。而發(fā)展組被試更多采用識記層次思維路徑圖，他們傾向于通過記憶的方式來學習原電池知識，因此對于較為新穎的原電池，他們無法進行分析。中等組被試一部分采用識記層次思維路徑圖，一部分采用理解層次思維路徑圖。如何優(yōu)化發(fā)展組和中等組學生的思維路徑，值得作更為深入的研究。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理·教學參考書[M].南京：江蘇教育出版社，2009：54.

[2]郭秀艷，楊治良.基礎實驗心理學[M].北京：高等教育出版社，2011：89.

[3]張冰，劉繼和.用出聲思考法探查化學迷思概念[J].新課程研究，2010，（11）：113～115.

[4]張欣榮.化學課程標準中認知性目標水平層次的研究[D].西安：陜西師范大學碩士學位論文，2010.

[5]]李俊生，李強，張笑宇，張晶.對2012全國新課程高考幾個化學熱點問題的研究[J].化學教育，2013，（9）：72～76.

S：（開始思考）電解質溶液……

S：2K2FeO4。（看了一下我，不敢肯定）

S：應該是的。

T：是吧。請寫電極方程式。

S：鋅是負極，銅是正極（思考）……（無法作答，測試完成）

從上面資料來看，該被試在解決測試題1的思維路徑圖可表示為：

而在解決測試題2時，被試仍然是用此思維來解決，不能從氧化還原反應的角度來分析原電池，只記住活潑金屬作為負極這個結論，因而得到了錯誤的結論。在解決測試題3時，被試能類比老師上課所講的原電池模型，但無法進行結合氧化還原知識進一步拓展思考，不能考慮溶液中微粒的參與，所以無法解決測試題3。實際上仍然是運用解決測試題1的思維路徑圖，說明被試對原電池的認識只停留在識記水平，能將老師在上課所講的準確地復述、再現(xiàn)。

2.4 不同被試思維路徑圖介紹

筆者將不同類型被試的測試結果進行歸納整理，發(fā)現(xiàn)被試在解決不同水平的測試題所采用的思維路徑大致是相同的，也就是說被試往往是在同一認知水平上在解決不同水平測試題。如被試張某，在解決測試題2、測試題3時，所采用的思維路徑仍然是S1，這實際說明該被試對原電池的認識是停留在識記水平上。而有的被試是在理解水平上解決三個不同層次的測試題，這類被試在解決測試題1、測試題3也是在理解水平上。筆者將同一被試解決三道水平的測試題的思維路徑進行分析綜合，得到以下幾種不同的思維路徑圖。

S1思維路徑圖（見上圖3）顯然是在識記水平上解決問題，通過記口訣，首先去尋找正負極，回憶老師上課內容，提出相關信息，解決了測試題1。該被試沒有理解氧化還原反應與原電池原理之間的聯(lián)系，因此在解決測試題2、測試題3時無法得到正確結論。

S2思維路徑圖（見圖4）能理解氧化還原與原電池之間的聯(lián)系，首先運用雙線橋分析氧化還原反應過程中的電子轉移情況的方法，找到雙線橋中電子的得失情況與電極反應的關系，并能夠在記憶中尋找銅鋅原電池的模型，并與現(xiàn)有的原電池相對比，分析原電池的電極反應。該被試能順利完成測試題1，但是在寫電極反應時無法考慮到溶液中微粒參與反應的情況，所以無法順利地完成測試題2和測試題3。從該被試呈現(xiàn)出來的思維路徑圖可以看出，該被試是在初步理解水平上解決問題。

從S3思維路徑圖（見圖5）可以看出，被試能夠按照任務的指引，找到氧化還原反應中的雙線橋與電極反應之間存在的關聯(lián)，然后通過分析并與銅鋅原電池模型相類比，并能思考溶液中微粒參與的反應，順利地完成電極反應的書寫。這顯然是在理解水平上解決問題。被試能順利完成測試題1、測試題2，但無法完成測試題3。

S4思維路徑圖（見圖6）能類比銅鋅原電池模型的構造示意圖，首先畫出新電池的構造示意圖，通過思考氧化還原反應中得失電子情況與正負極的對應關系確定正負極，能從電解質溶液微粒參與反應的角度來考慮電極方程式。但被試在解決測試題3時未能反思產(chǎn)物存在的形式，未能指明這是個堿性環(huán)境，未能順利完成電極方程式的書寫，因此未能順利解決測試題。這說明被試對原電池的認識達到了理解水平，但未能熟練地將原電池原理應用于新的較復雜情景中，只是一種初步應用水平。

S5思維路徑圖（見圖7）首先分析氧化還原反應中得失電子情況畫出原電池的構造示意圖，通過思考氧化還原反應中得失電子情況與正負極的對應關系確定正負極，能從電解質溶液微粒參與反應的角度來考慮電極方程式。該被試能反思產(chǎn)物存在的形式，指明這是個堿性環(huán)境，因此能順利解決測試題。這說明被試對原電池的認識達到了應用水平。

3 統(tǒng)計結果及分析

3.1 三種認知水平測試題的完成情況統(tǒng)計分析

三組被試完成三種認知水平測試題的情況如表1所示。分析可知，在經(jīng)過高一必修課程學習后，絕大多數(shù)學生達到識記水平，能夠記住教師在課堂上所講過的典型原電池模型和口訣。有部分學生能理解氧化還原反應與原電池之間的關系，并能利用氧化還原反應來分析新穎的原電池模型。有少數(shù)學生能利用一個新的氧化還原方程式來設計原電池。

3.2 不同組別被試采用的思維路徑圖統(tǒng)計分析

三組被試完成三種認知水平測試題采用的思維路徑圖人數(shù)統(tǒng)計如表2所示。分析可知，不同層次被試在解決原電池原理問題所采用的思維路徑圖傾向是不同的。學優(yōu)組更多采用理解層次思維路徑圖，他們能理解氧化還原反應與原電池之間的關系。而發(fā)展組被試更多采用識記層次思維路徑圖，他們傾向于通過記憶的方式來學習原電池知識，因此對于較為新穎的原電池，他們無法進行分析。中等組被試一部分采用識記層次思維路徑圖，一部分采用理解層次思維路徑圖。

3.3 采用不同思維路徑圖測試題解題正誤統(tǒng)計分析

筆者發(fā)現(xiàn)，采用不同思維路徑圖的被試對三道不同測試水平問題的解決正誤是不同的。統(tǒng)計結果如表3所示，分析可知：

（1）達到應用水平的被試能順利完成理解層次、識記層次測試題，但達到識記水平的被試是不能完成理解層次、應用水平的測試題。采用S5思維路徑圖的6位被試可以順利完成測試題1、測試題2、測試題3，而采用S1思維路徑圖的8位被試不能正確解決測試題2、測試題3。這說明學生對原電池原理的認識僅僅達到識記水平，是無法解決一些復雜的原電池問題。只有將學生對原電池的認識提升到理解水平，才能解決一些復雜的原電池問題。而從這幾年高考對原電池的考查來看，多次出現(xiàn)一些復雜新穎的原電池，這就需要學生能從理解水平來解決原電池問題。

（2）對于學生認知水平的評價，不能簡單地依據(jù)題目的對與錯。從測試題1的完成情況來看，完成了題目，并不代表達到的是相應水平。一共有28位被試完成了測試題1，但從被試所采用的思維路徑圖來看，只有8人是在識記水平上解決問題，而有20位被試是在理解水平上解決問題。解決問題的思維過程，解決問題的角度和不同方法，才能真實地反映出學生的認知水平。結果評價與過程評價存在著差異，這也正是采用出

4 結論與啟示

通過高一必修二的學習，普通高中高一學生對原電池原理的認識，絕大多數(shù)達到了識記水平，多數(shù)學生能達到初步理解水平。因此在高二的教學中要在注重學生對這部分內容理解的基礎上，加強學生對復雜、新穎電池的分析，并能在理解的基礎上設計出原電池。

學生對原電池與氧化還原反應之間的關系還不能很好地領悟和理解。從測試題2所反映的情況來看，有更多的學生在看到題目后，第一步仍然是找正負極，而不是去分析這個過程中的氧化還原反應方程式。而通過尋找正負極恰恰導致這道測試題無法完成。因此在教學中要強化學生通過氧化還原知識來認識原電池。

不同層次被試在解決原電池原理問題所采用的思維路徑圖傾向是不同的。學優(yōu)組更多所采用的是理解層次思維路徑圖，他們能理解氧化還原反應與原電池之間的關系。而發(fā)展組被試更多采用識記層次思維路徑圖，他們傾向于通過記憶的方式來學習原電池知識，因此對于較為新穎的原電池，他們無法進行分析。中等組被試一部分采用識記層次思維路徑圖，一部分采用理解層次思維路徑圖。如何優(yōu)化發(fā)展組和中等組學生的思維路徑，值得作更為深入的研究。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理·教學參考書[M].南京：江蘇教育出版社，2009：54.

[2]郭秀艷，楊治良.基礎實驗心理學[M].北京：高等教育出版社，2011：89.

[3]張冰，劉繼和.用出聲思考法探查化學迷思概念[J].新課程研究，2010，（11）：113～115.

[4]張欣榮.化學課程標準中認知性目標水平層次的研究[D].西安：陜西師范大學碩士學位論文，2010.

[5]]李俊生，李強，張笑宇，張晶.對2012全國新課程高考幾個化學熱點問題的研究[J].化學教育，2013，（9）：72～76.

S：（開始思考）電解質溶液……

S：2K2FeO4。（看了一下我，不敢肯定）

S：應該是的。

T：是吧。請寫電極方程式。

S：鋅是負極，銅是正極（思考）……（無法作答，測試完成）

從上面資料來看，該被試在解決測試題1的思維路徑圖可表示為：

而在解決測試題2時，被試仍然是用此思維來解決，不能從氧化還原反應的角度來分析原電池，只記住活潑金屬作為負極這個結論，因而得到了錯誤的結論。在解決測試題3時，被試能類比老師上課所講的原電池模型，但無法進行結合氧化還原知識進一步拓展思考，不能考慮溶液中微粒的參與，所以無法解決測試題3。實際上仍然是運用解決測試題1的思維路徑圖，說明被試對原電池的認識只停留在識記水平，能將老師在上課所講的準確地復述、再現(xiàn)。

2.4 不同被試思維路徑圖介紹

筆者將不同類型被試的測試結果進行歸納整理，發(fā)現(xiàn)被試在解決不同水平的測試題所采用的思維路徑大致是相同的，也就是說被試往往是在同一認知水平上在解決不同水平測試題。如被試張某，在解決測試題2、測試題3時，所采用的思維路徑仍然是S1，這實際說明該被試對原電池的認識是停留在識記水平上。而有的被試是在理解水平上解決三個不同層次的測試題，這類被試在解決測試題1、測試題3也是在理解水平上。筆者將同一被試解決三道水平的測試題的思維路徑進行分析綜合，得到以下幾種不同的思維路徑圖。

S1思維路徑圖（見上圖3）顯然是在識記水平上解決問題，通過記口訣，首先去尋找正負極，回憶老師上課內容，提出相關信息，解決了測試題1。該被試沒有理解氧化還原反應與原電池原理之間的聯(lián)系，因此在解決測試題2、測試題3時無法得到正確結論。

S2思維路徑圖（見圖4）能理解氧化還原與原電池之間的聯(lián)系，首先運用雙線橋分析氧化還原反應過程中的電子轉移情況的方法，找到雙線橋中電子的得失情況與電極反應的關系，并能夠在記憶中尋找銅鋅原電池的模型，并與現(xiàn)有的原電池相對比，分析原電池的電極反應。該被試能順利完成測試題1，但是在寫電極反應時無法考慮到溶液中微粒參與反應的情況，所以無法順利地完成測試題2和測試題3。從該被試呈現(xiàn)出來的思維路徑圖可以看出，該被試是在初步理解水平上解決問題。

從S3思維路徑圖（見圖5）可以看出，被試能夠按照任務的指引，找到氧化還原反應中的雙線橋與電極反應之間存在的關聯(lián)，然后通過分析并與銅鋅原電池模型相類比，并能思考溶液中微粒參與的反應，順利地完成電極反應的書寫。這顯然是在理解水平上解決問題。被試能順利完成測試題1、測試題2，但無法完成測試題3。

S4思維路徑圖（見圖6）能類比銅鋅原電池模型的構造示意圖，首先畫出新電池的構造示意圖，通過思考氧化還原反應中得失電子情況與正負極的對應關系確定正負極，能從電解質溶液微粒參與反應的角度來考慮電極方程式。但被試在解決測試題3時未能反思產(chǎn)物存在的形式，未能指明這是個堿性環(huán)境，未能順利完成電極方程式的書寫，因此未能順利解決測試題。這說明被試對原電池的認識達到了理解水平，但未能熟練地將原電池原理應用于新的較復雜情景中，只是一種初步應用水平。

S5思維路徑圖（見圖7）首先分析氧化還原反應中得失電子情況畫出原電池的構造示意圖，通過思考氧化還原反應中得失電子情況與正負極的對應關系確定正負極，能從電解質溶液微粒參與反應的角度來考慮電極方程式。該被試能反思產(chǎn)物存在的形式，指明這是個堿性環(huán)境，因此能順利解決測試題。這說明被試對原電池的認識達到了應用水平。

3 統(tǒng)計結果及分析

3.1 三種認知水平測試題的完成情況統(tǒng)計分析

三組被試完成三種認知水平測試題的情況如表1所示。分析可知，在經(jīng)過高一必修課程學習后，絕大多數(shù)學生達到識記水平，能夠記住教師在課堂上所講過的典型原電池模型和口訣。有部分學生能理解氧化還原反應與原電池之間的關系，并能利用氧化還原反應來分析新穎的原電池模型。有少數(shù)學生能利用一個新的氧化還原方程式來設計原電池。

3.2 不同組別被試采用的思維路徑圖統(tǒng)計分析

三組被試完成三種認知水平測試題采用的思維路徑圖人數(shù)統(tǒng)計如表2所示。分析可知，不同層次被試在解決原電池原理問題所采用的思維路徑圖傾向是不同的。學優(yōu)組更多采用理解層次思維路徑圖，他們能理解氧化還原反應與原電池之間的關系。而發(fā)展組被試更多采用識記層次思維路徑圖，他們傾向于通過記憶的方式來學習原電池知識，因此對于較為新穎的原電池，他們無法進行分析。中等組被試一部分采用識記層次思維路徑圖，一部分采用理解層次思維路徑圖。

3.3 采用不同思維路徑圖測試題解題正誤統(tǒng)計分析

筆者發(fā)現(xiàn)，采用不同思維路徑圖的被試對三道不同測試水平問題的解決正誤是不同的。統(tǒng)計結果如表3所示，分析可知：

（1）達到應用水平的被試能順利完成理解層次、識記層次測試題，但達到識記水平的被試是不能完成理解層次、應用水平的測試題。采用S5思維路徑圖的6位被試可以順利完成測試題1、測試題2、測試題3，而采用S1思維路徑圖的8位被試不能正確解決測試題2、測試題3。這說明學生對原電池原理的認識僅僅達到識記水平，是無法解決一些復雜的原電池問題。只有將學生對原電池的認識提升到理解水平，才能解決一些復雜的原電池問題。而從這幾年高考對原電池的考查來看，多次出現(xiàn)一些復雜新穎的原電池，這就需要學生能從理解水平來解決原電池問題。

（2）對于學生認知水平的評價，不能簡單地依據(jù)題目的對與錯。從測試題1的完成情況來看，完成了題目，并不代表達到的是相應水平。一共有28位被試完成了測試題1，但從被試所采用的思維路徑圖來看，只有8人是在識記水平上解決問題，而有20位被試是在理解水平上解決問題。解決問題的思維過程，解決問題的角度和不同方法，才能真實地反映出學生的認知水平。結果評價與過程評價存在著差異，這也正是采用出

4 結論與啟示

通過高一必修二的學習，普通高中高一學生對原電池原理的認識，絕大多數(shù)達到了識記水平，多數(shù)學生能達到初步理解水平。因此在高二的教學中要在注重學生對這部分內容理解的基礎上，加強學生對復雜、新穎電池的分析，并能在理解的基礎上設計出原電池。

學生對原電池與氧化還原反應之間的關系還不能很好地領悟和理解。從測試題2所反映的情況來看，有更多的學生在看到題目后，第一步仍然是找正負極，而不是去分析這個過程中的氧化還原反應方程式。而通過尋找正負極恰恰導致這道測試題無法完成。因此在教學中要強化學生通過氧化還原知識來認識原電池。

不同層次被試在解決原電池原理問題所采用的思維路徑圖傾向是不同的。學優(yōu)組更多所采用的是理解層次思維路徑圖，他們能理解氧化還原反應與原電池之間的關系。而發(fā)展組被試更多采用識記層次思維路徑圖，他們傾向于通過記憶的方式來學習原電池知識，因此對于較為新穎的原電池，他們無法進行分析。中等組被試一部分采用識記層次思維路徑圖，一部分采用理解層次思維路徑圖。如何優(yōu)化發(fā)展組和中等組學生的思維路徑，值得作更為深入的研究。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理·教學參考書[M].南京：江蘇教育出版社，2009：54.

[2]郭秀艷，楊治良.基礎實驗心理學[M].北京：高等教育出版社，2011：89.

[3]張冰，劉繼和.用出聲思考法探查化學迷思概念[J].新課程研究，2010，（11）：113～115.

[4]張欣榮.化學課程標準中認知性目標水平層次的研究[D].西安：陜西師范大學碩士學位論文，2010.

[5]]李俊生，李強，張笑宇，張晶.對2012全國新課程高考幾個化學熱點問題的研究[J].化學教育，2013，（9）：72～76.