基于德爾菲法的三重表征能力體系建構(gòu)研究

鄭雁方 楊赟 王蕾 楊水金

摘要： 依據(jù)化學(xué)三重表征理論設(shè)計(jì)問卷，運(yùn)用德爾菲法對來自高校和中學(xué)的專家進(jìn)行調(diào)查。基于專家對化學(xué)三重表征的整體性把握，構(gòu)建由19項(xiàng)能力構(gòu)成的化學(xué)三重表征能力體系，以期對我國化學(xué)三重表征的理論與實(shí)踐研究提供啟示。

關(guān)鍵詞： 德爾菲法； 化學(xué)三重表征； 能力體系建構(gòu)； 實(shí)證研究

文章編號： 1005-6629（2023）04-0008-05

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1? 問題提出

三重表征為化學(xué)學(xué)科建設(shè)提供了一條特色的教研思路，指導(dǎo)著全球范圍內(nèi)化學(xué)教師的教學(xué)工作、軟件開發(fā)以及教材編制等相關(guān)工作［1］。三重表征是化學(xué)學(xué)科特有的一種思維方式，整合了學(xué)生對學(xué)科知識的理解、對學(xué)科思維方式的掌握以及學(xué)習(xí)策略的應(yīng)用，使人們在面對不同情景的化學(xué)問題時(shí)，能夠從“宏觀-微觀-符號”表征的視角去審視和思考，并加以解決。

目前，對于學(xué)生三重表征能力培養(yǎng)的研究仍處于起步階段，學(xué)界對于三重表征能力的界定與構(gòu)成尚未達(dá)成共識。吳晗清［2］對北京市高二學(xué)生的三重表征能力進(jìn)行測查，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生并不能結(jié)合三重表征來看待化學(xué)問題，探尋宏觀化學(xué)現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，他提出學(xué)生三重表征能力建構(gòu)的教學(xué)建議。畢華林［3］等人通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，三重表征之間有著緊密聯(lián)系，一種表征水平的薄弱都會(huì)造成學(xué)生三重表征轉(zhuǎn)化能力的障礙，影響學(xué)生整體的三重表征能力。吳婭妮［4］等人基于眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了學(xué)生在初步形成三重表征能力的過程中，不同水平的學(xué)生在不同時(shí)期、在不同表征之間的轉(zhuǎn)換過程中有著明顯的差異。Teagust［5］等人的行動(dòng)研究同樣驗(yàn)證這一觀點(diǎn)。也有研究測評教師的三重表征水平及其發(fā)展?fàn)顩r，如姚晗［6］通過測評量表探查不同發(fā)展階段教師的化學(xué)三重表征教學(xué)水平的差異，探討不同階段教師在三重表征教學(xué)方面的不足之處與提升方向，進(jìn)行教師三重表征水平與課堂話語意義建構(gòu)的研究，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的三重表征能力。

從已有研究來看，多采用問卷調(diào)查、紙筆測驗(yàn)等形式探討三重表征形成過程中的認(rèn)知障礙和思維差異，較少在明晰三重表征能力內(nèi)涵和構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上，建構(gòu)精細(xì)的三重表征能力體系。因此，本研究聚焦于三重表征能力體系的構(gòu)建，應(yīng)用德爾菲調(diào)查分析方法，對從事化學(xué)教育研究的三十位專家進(jìn)行問卷調(diào)查研究，通過專家間的有效決策和權(quán)威共識來探討這一問題，進(jìn)一步豐富和擴(kuò)展化學(xué)三重表征能力體系建構(gòu)成果。

2? 研究設(shè)計(jì)

2.1? 研究方法

德爾菲法（Delphi Method）是一種匿名反饋?zhàn)稍兎ǎ饕轻槍λ稍兊膯栴}獲得專家的意見后，研究者對結(jié)果進(jìn)行整理、分析和統(tǒng)計(jì)，再將結(jié)果反饋給專家征求意見，經(jīng)過若干輪反饋（三到四輪），直至專家意見逐步趨于集中，從而獲得具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的專家集體判斷結(jié)果［7］。

2.2? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在德爾菲研究中，“共識度”和“穩(wěn)定性”通常作為研究完成的判斷指標(biāo)。本次課題研究中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)主要使用Excel軟件，選取由奧斯本等人確定的穩(wěn)定性和共識度標(biāo)準(zhǔn)，將“達(dá)成共識”的臨界分?jǐn)?shù)確認(rèn)為“至少有2/3的參與者對條目的打分等級是4分及4分以上”。即5點(diǎn)式量規(guī)中的臨界分?jǐn)?shù)是平均分超過3.66分或者眾數(shù)為4～5，就可以認(rèn)為達(dá)成了共識。奧斯本對穩(wěn)定性的定義是，在第二輪和第三輪之間得分變化的專家參與者的數(shù)量應(yīng)該小于或等于1/3，即可視為條目的穩(wěn)定性良好［8］。

2.3? 專家選擇

專家的遴選對德爾菲法研究成果的質(zhì)量起著重要的作用，所遴選的專家需要對相關(guān)領(lǐng)域有深入的了解，同時(shí)具備參與調(diào)查研究的能力，并有一定的意愿、時(shí)間和興趣［9］。依據(jù)本次研究目的，綜合理論和實(shí)踐層面的考慮，共邀請30名專家參與本次研究，其中包括：來自高校的12名專家和來自中學(xué)的18名專家。所有專家均長期從事化學(xué)教育研究工作，能從化學(xué)學(xué)科視角和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方面給予專業(yè)的指導(dǎo)，針對三重表征能力體系的建構(gòu)提出針對性的意見。在德爾菲研究中，Mitchell認(rèn)為專家人數(shù)應(yīng)該大于13人，研究的誤差降幅才不明顯［10］。因此，本研究選取的30名專家符合要求。同時(shí)，研究所選取的專家覆蓋了當(dāng)前化學(xué)教育研究的大部分領(lǐng)域，這將為本次課題研究提供較為全面、系統(tǒng)以及獨(dú)特的見解，確保課題研究的有效性。

2.4? 研究過程

共開展四輪問卷調(diào)查，研究過程如圖1所示。問卷的發(fā)送與回收采用信息發(fā)送與電子郵件相結(jié)合的形式，研究過程全程保持匿名，專家僅與研究者聯(lián)系，從而排除外界因素對研究結(jié)果的影響，為此次研究提供有力的保障。

2.4.1? 初始調(diào)查指標(biāo)的確立

為盡可能全面展現(xiàn)多層次、多層面的三重表征能力，研究人員以“化學(xué)”為主題，以“三重表征/多重表征/宏微符/宏觀、微觀、符號”為關(guān)鍵詞對CNKI上相關(guān)學(xué)術(shù)期刊以及碩博論文進(jìn)行檢索，剔除研究內(nèi)容不符合的文獻(xiàn)后，運(yùn)用CiteSpace軟件對文獻(xiàn)資料進(jìn)行可視化分析，通過對該領(lǐng)域的關(guān)鍵詞以及研究熱點(diǎn)的分析，得到共包含12大聚類標(biāo)簽（見圖2），對聚類標(biāo)簽進(jìn)行篩選以及對關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻分析，得到不同聚類標(biāo)簽下所含的高頻關(guān)鍵詞。進(jìn)而對關(guān)鍵詞進(jìn)行深入研究和綜合分析，找到三重表征能力構(gòu)成要素節(jié)點(diǎn)之間的共性。此外，筆者認(rèn)為三重表征能力體系的構(gòu)建還應(yīng)結(jié)合學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律以及化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提出的課程目標(biāo)要求。

基于以上思考，經(jīng)過多次與高校專家以及部分中學(xué)化學(xué)高級教師的交流，初步擬定形成11項(xiàng)三重表征能力條目：物質(zhì)認(rèn)識觀、模型認(rèn)知能力、創(chuàng)新與創(chuàng)造力、學(xué)生對微觀結(jié)構(gòu)的空間想象力、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手操作能力、化學(xué)表達(dá)能力、化學(xué)符號的理解應(yīng)用能力、化學(xué)方程式的書寫與理解應(yīng)用、三重表征心智模型、分析和解決實(shí)際問題的能力、三重表征間的轉(zhuǎn)化能力。在此基礎(chǔ)上，編制德爾菲研究調(diào)查問卷。

2.4.2? 初始調(diào)查問卷的構(gòu)建

初始專家調(diào)查的目的在于征求專家對于研究者所擬定的三重表征能力條目的修改意見，并形成第一輪調(diào)查問卷。因此，根據(jù)研究目的以及專家的特點(diǎn)，初始問卷采用了半開放式的形式，問卷具體內(nèi)容如下：（1）引言。介紹了化學(xué)三重表征的內(nèi)涵以及對當(dāng)前化學(xué)教與學(xué)的影響，并提出了研究的核心問題。（2）客觀等級評分題。主要包括初步擬定的11項(xiàng)化學(xué)三重表征能力條目，問卷采用的是5點(diǎn)式李克特量表的形式，要求專家對上述條目進(jìn)行評分，用1～5分對條目的重要性進(jìn)行度量，分值越高則該條目評判標(biāo)準(zhǔn)越適宜。（3）主觀題。這一部分主要征詢專家對客觀題條目的修改意見以及補(bǔ)充闡述。

初始問卷生成后，向?qū)＜野l(fā)送初始調(diào)查問卷，并回收全部問卷。對客觀題進(jìn)行平均數(shù)、眾數(shù)以及方差的描述性統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新與創(chuàng)造力的平均分（3.15）低于3.66分，不符合共識標(biāo)準(zhǔn)，因此該條目將從第一輪問卷中刪除。主觀題部分，重點(diǎn)針對專家對客觀題條目表述的修改意見，以及主觀題的表述是否與課題研究目的相一致等多個(gè)方面進(jìn)行仔細(xì)推敲、修改和完善，同時(shí)將兩名以上專家提出的條目增至第一輪問卷的客觀評分題之中，最終確定了12項(xiàng)三重表征能力條目并生成第一輪德爾菲法調(diào)查問卷。

2.4.3? 第一輪專家問卷調(diào)查

向30位專家發(fā)送第一輪調(diào)查問卷及初始調(diào)查問卷反饋報(bào)告，第一輪調(diào)查問卷框架體系與初始問卷類似，共包括引言、客觀等級評分題以及主觀題三個(gè)部分。問卷的分析同初始問卷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有條目的平均分均超過4分，對主觀題分析得到兩位以上專家建議增加的條目有：利用微觀表征預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的能力、組合化學(xué)符號表達(dá)物質(zhì)微觀過程的能力、理解化學(xué)符號所代表的宏觀含義、構(gòu)建化學(xué)符號與微觀表征之間聯(lián)系的能力、結(jié)合三重表征解釋問題的能力。專家所提出的以上5項(xiàng)條目將增加到第二輪調(diào)查問卷中，同時(shí)生成第一輪問卷調(diào)查反饋報(bào)告。

2.4.4? 第二輪專家問卷調(diào)查

向30位專家發(fā)送第二輪調(diào)查問卷以及第一輪問卷調(diào)查反饋報(bào)告。第二輪調(diào)查問卷的構(gòu)成有：（1）引言。與前兩輪問卷相同。（2）客觀等級評分題。第一輪問卷調(diào)查后增加生成的17項(xiàng)三重表征能力條目。（3）主觀題。請專家對條目進(jìn)行排序，同時(shí)對條目的內(nèi)涵進(jìn)行闡述以及維度的劃分。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，17項(xiàng)條目的平均分都超過了4分，標(biāo)準(zhǔn)差皆小于1，說明專家對所有條目已經(jīng)形成了良好的共識。主觀題部分，有4名專家提出學(xué)生微觀層面的抽象思維、邏輯思維非常重要；此外，有2名專家提出參考“布魯姆教育目標(biāo)分類法”對條目進(jìn)行完善。因此，基于專家的意見，在第三輪問卷中增加“理性思維能力”和“判斷、評價(jià)和決策信息的能力”兩項(xiàng)條目?；趯＜覍l目內(nèi)涵的闡述，共整理出了19項(xiàng)三重表征能力條目及其內(nèi)涵。根據(jù)以上分析，修改形成第三輪調(diào)查問卷以及第二輪調(diào)查問卷反饋報(bào)告。

2.4.5? 第三輪專家問卷調(diào)查

向30名專家發(fā)送第三輪調(diào)查問卷和第二輪調(diào)查問卷反饋報(bào)告，第三輪調(diào)查問卷由以下三部分組成：（1）引言。（2）客觀等級評分題。（3）主觀題。主觀題部分要求專家仔細(xì)審查、糾正或補(bǔ)充條目的內(nèi)涵，并對條目維度劃分進(jìn)行評價(jià)。數(shù)據(jù)的處理與分析標(biāo)準(zhǔn)同以上三輪問卷。

3? 結(jié)果與分析

3.1? 共識度和穩(wěn)定性分析

第二輪和第三輪德爾菲研究的數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，19項(xiàng)條目的平均分都超過了4分，說明所有條目均達(dá)到了良好的共識度標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)該在化學(xué)課堂中給予充分的重視和關(guān)注；在穩(wěn)定性方面，除了“物質(zhì)認(rèn)識觀”（63.33%）、“化學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手操作能力”（56.67%）低于66.67%之外，其余條目均達(dá)到了研究的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。由第三輪德爾菲法研究的數(shù)據(jù)分析可知，第三輪問卷?xiàng)l目的平均分都在4分以上，即所有條目在專家間的共識度很高，從各項(xiàng)條目的平均分可以看出，“觀察和提取信息的能力”排在首位，平均分為4.89，該條目在第二輪研究中也是評分最高的條目；其次是“結(jié)合三重表征解釋問題的能力”，平均分為4.79；“化學(xué)符號的理解應(yīng)用能力”“理解化學(xué)符號所代表的宏觀含義”兩項(xiàng)條目稍遜于前兩項(xiàng)條目，平均分為4.75，這三項(xiàng)條目在第二輪德爾菲研究中也是僅次于“觀察和提取信息的能力”條目之后。通過第二輪和第三輪研究中能力條目的排名排序可以看出，專家對各項(xiàng)條目的重要性程度達(dá)到了相對穩(wěn)定一致的見解。

3.2? 三重表征能力體系

通過四輪的德爾菲研究，共收集到19項(xiàng)三重表征能力條目，專家在教育學(xué)和心理學(xué)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，綜合理論和實(shí)踐需求對條目的內(nèi)涵進(jìn)行了闡述，研究人員通過對專家所確定條目及其內(nèi)涵闡述的整理、分析和歸納，確定了如表1所示的三重表征能力體系框架。

4? 結(jié)論與討論

在化學(xué)三重表征的相關(guān)研究中，通常關(guān)注學(xué)生或教師在分析、解決化學(xué)問題的過程之中是否體現(xiàn)了宏觀、微觀、符號表征，或者能否建立三者之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)三重表征間的自由轉(zhuǎn)換等方面［11～14］。但是，化學(xué)三重表征的三角模型內(nèi)部傳遞著豐富的信息，這就需要對學(xué)生三重表征模型內(nèi)部認(rèn)知機(jī)制進(jìn)行深入研究。本研究所構(gòu)建的三重表征能力體系，對不同維度下學(xué)生的三重表征能力進(jìn)行完整、清晰的表述，相較而言更為具體，且借鑒作用更強(qiáng)，可以為學(xué)生三重表征能力轉(zhuǎn)化困難等問題解決提供參考，也能進(jìn)一步深化對化學(xué)三重表征的認(rèn)識。

（1） 指標(biāo)體系為認(rèn)識三重表征能力的內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)，提供了新的認(rèn)知視角和框架結(jié)構(gòu)

所構(gòu)建的能力體系從宏觀表征、微觀表征、符號表征、二重表征以及三重表征多個(gè)維度探討描述學(xué)生的三重表征能力構(gòu)成，明晰其構(gòu)成要素和內(nèi)涵闡述，反映出三重表征教學(xué)的本質(zhì)特征，為學(xué)界三重表征的研究提供了新的認(rèn)識視角。學(xué)生的三重表征能力由多項(xiàng)能力構(gòu)成，各項(xiàng)能力之間相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，發(fā)揮各自的功能和作用，相互交融共同構(gòu)成三重表征能力體系。

（2） 指標(biāo)體系刻畫的化學(xué)三重表征能力框架，為學(xué)生三重表征能力的培養(yǎng)提供借鑒

構(gòu)建的三重表征能力體系，在化學(xué)三重表征理論的基礎(chǔ)上，劃分出更為全面的要素分類，從而能夠全方位、多層次地展現(xiàn)三重表征能力的整體樣態(tài)，為中學(xué)化學(xué)教師在教學(xué)評價(jià)等環(huán)節(jié)提供科學(xué)依據(jù)和借鑒基礎(chǔ)。借助該能力體系，可以為教師對學(xué)生化學(xué)三重表征水平的精準(zhǔn)化測評以及學(xué)生三重表征能力的培養(yǎng)提供具體化、針對性的支持與借鑒，從而促進(jìn)學(xué)生三重表征這一關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

（3） 能力體系建構(gòu)符合學(xué)生角色定位，體現(xiàn)新時(shí)代培養(yǎng)高素質(zhì)人才隊(duì)伍的要求

所構(gòu)建的條目體系關(guān)注到人的因素，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，立足學(xué)生的角色定位建構(gòu)體系，聚焦教師與學(xué)生之間的協(xié)同作用，強(qiáng)調(diào)教學(xué)應(yīng)順應(yīng)時(shí)代變革，展現(xiàn)教學(xué)智慧。因此，通過德爾菲法，本能力體系凸顯出學(xué)生的重要作用，基于學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展建構(gòu)具有可操作性的三重表征能力體系及其內(nèi)涵闡述，在三重表征能力的培養(yǎng)與學(xué)習(xí)者之間建立有意義的關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)出新時(shí)代對學(xué)生能力發(fā)展的新要求。

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