基于认知诊断理论对高一新生化学用语辅导的研究

苏玲

（浙江师范大学教师教育学院，浙江金华 321004）

基于认知诊断理论对高一新生化学用语辅导的研究

苏玲

（浙江师范大学教师教育学院，浙江金华 321004）

本研究是以认知诊断理论为指导，以化学用语内容为载体，在初－高中这一关键衔接期，以高一年级新生为研究对象开展的认知诊断研究。研究过程主要包含两个部分：第一，化学用语认知诊断的设计。编制两份平行的认知诊断测验，通过认知诊断测验一的诊断报告了解高一新生对化学用语的掌握情况。第二，化学用语补救教学的设计。根据认知诊断测验一的诊断报告设计并实施补救教学，并通过认知诊断测验二探讨补救教学方案的有效性。研究结果表明基于认知诊断理论的补救教学辅导可以有效提高化学用语能力。

高一新生；认知诊断；化学用语；补救教学

传统的教育测验只报告一个笼统的测试分数或能力分数，如某同学在本次测验中得分为80分，然而这名同学的心理内部加工过程、加工技能、认知结构、知识结构等详细信息却无从得知。认知诊断理论将认知心理学与测量心理学相互结合，强调个体宏观能力水平评估与微观心理加工过程并重，帮助我们更好地深入了解个体内在的心理活动规律、心理加工机制等认知发展实际情况，以促进个体健康全面发展。因此，认知诊断理论弥补了传统的教育测验的缺陷，逐渐成为教育改革中日益重要的研究课题。

化学用语是化学学习的基础，化学用语如果学不好，学生往往会产生分化并影响日后的学习。因此，本研究尝试将认知诊断理论应用于化学教学中，在高一新生刚刚入学的第一个月里，使用自编的化学用语认知诊断测验对高一新生的化学用语掌握情况进行诊断，然后根据诊断结果制定出补救教学方案，对存在认知属性缺陷的学生被试进行有针对性的教学辅导，并对辅导效果进行探讨。这样为学生的学习以及教师有重点地对高一新生进行衔接教学并开展因材施教提供参考。

一、研究一：化学用语认知诊断的设计

（一）认知诊断测验的编制

1.认知属性的确定

Tatasuoka等人在研究TIMSS－数学测试时，将认知属性划分为内容属性、过程属性和技能属性。［1］由于过程属性和技能属性不是截然分开的，因此本研究在借鉴Tatasuoka认知属性模型的基础上，将属性分为两个主要成分：知识内容属性和过程技能属性。

首先，根据义务教育课程标准、初中科学教材内容并结合学科专家意见，确定出初中阶段化学用语知识主要包括元素、化学式、化学方程式的识记与书写；元素、化学式、化学方程式的微观、宏观表征及其转换；元素、化学式、化学方程式的相关计算等。

分析国内外化学教育研究中有关化学问题解决的研究，Johnstone认为化学问题解决过程中包含宏观水平表征、微观水平表征以及符号水平表征。并认为学生不能实现这三个表征之间转换会导致化学学习困难［2］。Yehudit J.Dori和Mira Hameiri认为化学学习有四种水平的表征，即宏观水平表征、微观水平表征、符号水平表征以及过程表征 （过程－符号表征之间、符号－微观表征之间、符号－宏观表征之间）［3］。在国内，王磊等人提出模式识别在化学问题解决中发挥了极其重要的作用［4］。化学问题解决模式是由陈述性知识、程序性知识和策略知识组成。李广洲、任红艳得出，化学概念掌握得越好，化学问题解决的表现越好；化学概念掌握好的学生，主要采用原理统率策略［5］。

化学用语的认知属性，主要有两大成分：知识属性和技能属性，具体如表1所示。

表1 化学用语的认知属性

通过对以上7个化学用语认知属性具体含义的分析，并结合学科专家的指导意见，我们认为这些认知属性之间存在层级关系，见图1。

图1 化学用语认知属性层级关系图

2.认知诊断测验的编制

根据Q矩阵理论［6］，满足属性层级关系的属性组合模式一共有28种，除去“0000000”掌握模式，共计27种考核模式。根据学生的实际学习情况以及专家小组的意见，并结合认知诊断测验编制的基本原则［7］，研究者从27种考核模式中选取出13种，并根据这13种考核模式编制出化学用语认知诊断测验一和测验二。每份测验有13道题，每题考查一种考核模式，由易到难排序，两份测验题号相同，对应考查的考核模式也相同，项目考核模式见表2。

（二）化学用语认知诊断评估

1.评估工具

诊断评估工具为化学用语认知诊断测验一，本测验考察了7个认知属性，满分为37分，测试时间为30分钟。所包含的测试题型有选择题、填空题、计算题等，这些测试题都考查了一个或多个属性，以 （0，1）形式计分，答对一个属性计1分，答错或者没有作答该属性计0分，答对几个属性就该题得几分。

2.测试对象

选取浙江省金华市某高一年级四个班级的学生167名，测试时间30分钟，共发放认知诊断试卷167份，收回有效试卷167份。

表2 认知诊断测验项目考核模式

（三）诊断报告

1.总得分的整体情况

全体学生的得分情况为：最高分37分，最低分8分，平均分29.66分，标准差3.635。具体分布情况见图2。

图2 全体学生的成绩分布情况

2.总得分的班级情况

表3反映了各班得分情况，从表中可知，高一 （3）班平均分偏低，高一 （2）班平均分最高，说明2班学生的整体水平相对其他各班是最高的，3班学生在四个班中整体水平最低。但是从测验得分的离散型来看，高一 （4）班学生成绩比较整齐，而高一 （5）班学生的差异性相对较大。

表3 各班得分情况

3.各认知属性掌握情况

从表4可以看出，在认知属性的掌握上，所有学生都已经掌握属性A1，90%以上的学生已经掌握属性A2，A4，A6及A7，76%的学生掌握属性A3，仅有8.4%的学生掌握了属性A5。

表4 各班学生对各认知属性的掌握情况

4.认知属性掌握模式

表5 各班属性掌握模式情况

根据每个学生在认知诊断测验一上各属性的掌握情况，我们将167名学生归类到11种认知属性掌握模式中，见表5。比如，某学生被归类到掌握模式“1000000”中，表示该学生只掌握了认知属性A1，其余6个属性均未掌握。从表中我们可以看出，很多学生归类到属性掌握模式“1111011”中，占到总人数的67.66%。有26人（15.57%）归类到属性掌握模式“1101011”中。属性掌握模式“1000000”、 “1001011”、 “1110000”、“1100000”、“1101111”、“1111000”、“1111111”、“1101100”、“0000000”中所占的人数均不足10人，甚至只有1人。

二、研究二：化学用语补救教学的设计

（一）补救教学设计与实施

1.选取被试

本研究采用等组前后测实验设计，从认知诊断测验一中有认知缺陷的属性掌握模式中选取48名学生被试作为研究对象，以针对性的补救教学辅导为自变量，以化学用语能力为因变量，采用认知诊断测验二为测量工具，探讨补救教学辅导对提高化学用语能力的有效性，见表6。

表6 等组前后测实验设计

为了保证每一个相同的缺陷属性掌握模式中有足够的实验组和控制组的人数，研究者从属性掌握模式“1001011”、“1110000”、“1111011”、“1100000”、“1101111”以及“1111000”中选取本次研究的实验被试，具体被试情况见表7。

表7 选取的被试情况

2.补救教学课程与被试安排

本研究总共7次课程辅导，辅导时间为每周一到周五的晚上18：00－19：00。每次课程分为知识回顾、教师讲解、随堂练习以及家庭作业。由于属性A5（表征转换）掌握情况最差，再加上人数太多，难以保证补救教学的质量，因此将被试分为两批进行小班化教学辅导。

现阶段，转基因食品已经成为多个国家环境和健康的中心议题。转基因食品指的是在实验室中，将动植物的基因采取相应的手段加以改变后制造出的食品。目前，市场上转基因食品不断增加，社会上对于转基因食品有着不同的看法，分为赞同和畏惧两派，食品安全问题是人们关注的重点，因此加大检测力度、做好对转基因食品的安全把关有着重要的意义。

表8 补救教学课程与被试安排

（二）补救教学效果的检验

在所有的补救教学课程结束之后，使用化学用语认知诊断测验二对实验组被试及控制组被试同时施测，测试时间为30分钟，所有被试均在规定时间内完成所有题目的作答。发放认知诊断测验48份，收回有效测验48份。

（三）研究结果

1.实验组、控制组学生前测分数差异分析

采用独立样本T检验对实验组、控制两组前测数据进行差异分析，发现实验组、控制组在认知诊断测验一中的得分无显著性差异 （表9），说明实验组、控制组在补救教学辅导开展之前不存在差异，符合组间同质性假设，可以进行实验处理。

表9 实验组、控制组学生在认知诊断测验一中得分比较

2.实验组、控制组学生后测分数差异分析

采用独立样本T检验对实验组、控制两组后测数据进行差异分析，发现实验组在认知诊断测验二上的得分在0.001水平上显著高于控制组（表10）。说明补救教学辅导结束后实验组、控制组在化学用语认知诊断测验二上的得分之间存在显著差异，补救教学辅导可以有效提高学生的化学用语能力。

表10 实验组、控制组学生在认知诊断测验二中得分比较

3.实验组在认知诊断测验一、二上的得分差异分析

表11 实验组学生在认知诊断测验一、二上的得分比较

4.控制组在认知诊断测验一、二上的得分差异分析

采用配对样本T检验将控制组被试在化学用语认知诊断测验一、化学用语认知诊断测验二上的总分进行了差异分析，发现控制组学生在认知诊断测验一、认知诊断测验二上的得分之间不存在显著差异 （表12）。说明未参与补救教学辅导的控制组学生的化学用语能力水平在教学辅导进行期间并没有发生改变。

表12 控制组学生在认知诊断测验一、二上的得分比较

表13 实验组每个被试前后测情况

5.补救教学辅导前后每个实验组被试的掌握模式差异分析

将每个实验组被试在在认知诊断测验一、认知诊断测验二上的表现进行比较。发现有18位实验组学生的属性掌握模式发生了变化，掌握的属性个数增加，有的学生已经掌握全部属性。另外，答对的项目个数也提高，提高幅度最大的有11个。有6位实验组被试的掌握模式没有发生变化，究其原因，是属性A5（表征转换）的理解掌握有些困难，学生很难在短期内有很大的提高，但是这些学生答对的项目个数都有增加 （表13）。说明补救教学辅导对于提高实验组被试的化学用语能力水平是有效的。

6.补救教学辅导前后每个控制组被试的掌握模式差异分析

将每个控制组被试在在认知诊断测验一、认知诊断测验二上的表现进行比较，发现控制组学生的属性掌握模式基本没有发生改变，答对的项目数持平甚至减少 （表14）。说明未经过补救教学辅导的控制组被试的化学用语能力水平在实验期间并未发生变化。

表14 控制组前后测情况

7.辅导前后各认知属性掌握模式人数的差异分析

将补救教学前后各认知属性掌握人数的差异进行分析，发现实验组学生在补救教学后各认知属性掌握人数有明显增加，尤其是属性A3、A5，增加的人数超过10人。除属性A5以外，24名实验组被试均已经掌握了其余六个认知属性。相对而言，控制组在各认知属性掌握上的人数基本没有变化 （表15），说明本次补救教学辅导是有效的。

表15 各认知属性掌握人数前后测比较

三、结论

本研究可以得出以下结论：

（一）高一新生对化学式属性、化学方程式属性、基本知识图式属性、表征转换属性、原理统率策略属性、复杂知识图式属性的掌握上有着不同程度的缺陷，表征转换属性是补救教学中尤其需要引起重视的属性。

（二）相对于控制组学生，实验组学生在接受补救教学辅导后，在认知诊断测验二上的得分有显著提高，属性掌握模式朝着掌握更多属性的模式发展，其认知诊断测验答对题数和掌握属性个数均明显增加，本次基于认知诊断理论的补救教学辅导可以提高化学用语能力。

〔1〕Chen,YH.Cross－Cultural Validity of the TIMSS－1999 Mathematics Test：Verification of a Cognitive Model.International Journal of Testing,2008(3)：251－271.

〔2〕Johnstone A.H.Why is Science Difficult to Learn？Things Are Seldom What They Seem.Journal of Computer Assisted Learning,1991(7)：75－83.

〔3〕Yehudit J.Dori,Mira Hameir.Multidimensional Analysis System for Quantitative Chemistry Problems：Symbol, Macro,Micro,and Process Aspects.Journal of Research in Science Teaching,2003,40(3)：278－302.

〔4〕王磊.以基础教育课程改革和教育科研促进学科发展－北京师范大学化学教学论的学科建设工作 ［C］.全国高师化学教学论学科建设研讨会会议材料，2003.

〔5〕任红艳.中学生解决计算类化学问题的表征与策略的研究［D］.南京师范大学，2000.

〔6〕Tatsuoka,K.K.(1983).Rule space：An approach for dealing with misconceptions based on item response theory. Journal of Educational Measurement,20(4)：345－354.

〔7〕涂冬波，漆书青，戴海琦，蔡艳，丁树良.教育考试中的认知诊断［J］.考试研究，2008，（04）：4－15.

Study on Grade one Senior High School Students’Chem ical Terms Use Based on Cognitive Diagnostic Theory

Su Ling
（Zhejiang Normal University，Jinhua，Zhejiang，321004）

The study is based on the cognitive diagnostic theory and focuses on the chemical terms used by the grade one senior high school students.The study contains two parts：first，the design of the cognitive diagnosis of the chemical terms.Two typesof testswere designed to evaluate grade on senior high schoolstudents’know ledge of chemical terms.Second，the design of compensatory teaching of chemical terms.The compensatory teaching is designed in termswith the resultsof the first testand the effectivenessof the teaching can be reviewed through the second test.The results shows that the compensatory teaching based on the cognitive diagnostic theory can help improve students’capability of using chemical terms.

grade one senior high schoolstudents；cognitive diagnostics；chemical termsuse；make－up teaching

G633.8

A

1009－9522（2014）02－0086－06

2014－04－02

苏玲，女，浙江师范大学教师教育学院，研究生。