高中化学复习中IMMEX—C系统应用初探

冯晴

摘要：IMMEX-C不仅有评价功能，也有教学功能。基于IMMEX-C评价的复习教学设计既是对日常教学的超越，同时也是对日常化学教学的补充，有助于发现、诊断学生在日常化学学习中的问题，促进学生知识应用和理解，提高学生运用化学知识解决化学问题的能力。以“元素周期律”复习课的教学设计为例，就发现、优化、干预、稳定、深化五个方面加以说明。

关键词：IMMEX-C；化学复习；元素周期律；教学设计

文章编号：1005–6629（2016）11–0037–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 IMMEX-C化学复习教学特色

美国加州大学洛杉矶医学院罗纳德·史蒂文森教授以现代化的信息手段和人工神经网络的方法，结合现代科学对人类在认知过程中大脑的生理行为的认识，创立了IMMEX（Interactive Multimedia Exercises）即“多媒体互动测训平台”，它通过创立一个激励学习的环境，借助于先进的教育技术手段将学生隐含在脑海中的解决问题的思维过程，通过直观的手段展现出来，并通过数学模型进行有效的量化来进行评估。本文在IMMEX理念和技术的支持下，基于IMMEX-C（Interactive Multimedia Exercises-China）国内研发平台（http：//www.immex.com.cn/），就高中学生在化学复习中，学科知识复习和问题解决能力的评价开展实践研究，从学生的思维过程、策略表现、绩效水平等三个维度进行综合评价，为学生化学复习提供新的视角和方法。

IMMEX-C包含问题解决任务环境和多层次评估模块。首先是问题解决任务环境，IMMEX-C系统中的每一个问题被称为问题集，有多个变式组成。这些变式具有相同的问题情境，但在具体内容设计上有所不同，且难度不一。IMMEX-C把问题的已知条件，包括解题的关键信息、精心设计的干扰信息和情境信息，以及解决问题所需要的背景知识等拆分为菜单选项，以网页链接的形式展现，只有点击菜单项，才会显示相应的信息。这样的设计使IMMEX-C中的问题解决遵循了科学探究的假设演绎学习模式，学生需要通过描述情境界定问题、判断哪些是有用信息、制定搜索策略、收集信息、最终形成并展示其理解的决策。并且问题解决任务的设计和菜单方式的呈现，让系统可以通过记录学生的信息点击行为，分析学生的问题解决过程。

其次是多层次评估模块，IMMEX-C试图回答以下五个问题：问题解决得怎么样？简单或困难的问题被解决了吗？使用了什么样的解题策略？随着练习，问题解决策略改进了吗？下一次学生会使用什么解题策略？IMMEX-C收集学生化学问题解决过程中对信息项的选择情况，真实记录学生问题点击与否、先后顺序、次数多少等，洞察学生解决问题思维足迹，客观评价学生解决问题的思维过程表现。

思维回路图，是利用图形化形式描绘出学生在问题信息项之间“游走”的足迹，是真实、直观反映学生问题解决的思维过程。其中并排的小圆圈代表了化学问题中的各信息选项，选项之间的连线则代表学生了对信息项选择的路径，连线的高度代表选项的先后顺序。

“思维回路图”犹如医学上“脑电图”、“心电图”，从图像上直观感知学生脑海中解决问题所思、所想，检测到学生解决化学问题的思维通路。为了更清晰、准确评价学生的思维过程，我们以思维回路图的“步长”和“回路”为变量具体计数，通过“步长”和“回路”的组合将学生思维过程分为四种状态，即：“思维混沌状态、思维谨慎状态、思维跳跃状态、思维敏捷状态”，从学生解决问题所表现的思维状态，就可以具体分析评价学生解决问题的思维过程的特点（见表1）。

IMMEX-C也通过四象限图统计分析学生完成问题解决的“效率-效果”。效率，描述的是速度与选项的关系；效果，描述的是信息査看情况与效率的关系。借用经济学中的“效率-效果关系模型”，“四象限图”横坐标轴为“效果”坐标，从左到右依次增加；纵坐标轴为“效率”坐标，从下到上依次增大；坐标轴反映所有学生解决此问题集的效率、效果的平均值，所设的四个象限分别为：“效率高效果好”、“效率高效果差”、“效率低效果差”、“效率低效果好”。

依据美国IMMEX四象限图的统计图表，将学生解决问题的绩效水平分为四个状态，即：高绩效状态、较高绩效状态、较低绩效状态、低绩效状态，分别对应四个象限（见表2），以“绩效水平状态”分析评价学生解决化学问题结果的差异性、发展性和稳定性。

IMMEX-C不仅有评价功能，也有教学功能。基于IMMEX-C评价的复习教学设计既是对日常教学的超越，同时也是对日常化学教学的一个补充，有助于发现、诊断学生在日常化学学习中的问题，促进学生知识应用和理解，提高学生运用化学知识解决化学问题的能力。

2 基于IMMEX-C评价的教学范式设计

为了更体现IMMEX-C在化学教学中的优势，发挥IMMEX-C评价在教学过程中的诊断、优化、促进学生化学问题解决能力的功能。经过教学实践研究，设计的“基于IMMEX-C评价的教学范式”，具体如图3所示[1]。

以下以“元素周期律”复习课的教学设计为例，就发现、优化、干预、稳定、深化五个方面加以说明。

2.1 发现

IMMEX-C问题集具有情境性、开放性、挑战性、综合性的特点。基于IMMEX-C评价的学习能给学生创设激励学习、激活思维的学习环境。一般在化学复习教学中，教师可以先给学生一个相同变式，且难度较低为适宜，让学生尝试运用所学习的化学知识进行问题解决，教师此时不能给予任何提示和指导。教师可通过评价图表，分析学生问题解决中存在的主要问题，也可以让学生自己查看报告后进行自我反思。

基于上海高中化学教材高二第一学期已完成第九章“初识元素周期律”[2]，教师选取美国原题“Periodic Trends（元素周期律）”，以此考察学生是否知道元素周期表的结构及周期、主族等概念；是否掌握同周期、同主族元素性质及其化合物性质的递变规律。由于问题集为全英语原题，考虑到学生在适应题目上需要一定的时间。课前，先分配“变式0”给学生作为回家作业，让学生自行记录查阅的单词，并在完成该变式后，交流、汇总单词表，以便完成后期变式时快速查阅。并且在课前，让学生以小组为单位，交流完成变式后的心得。由于该变式中存在一些全新的化学概念，需要学生自行理解运用，而这些名词在完成该变式中也可忽略。通过生生交流后，既可以激发学生的思维，不同的完成变式的思维方式促使学生进一步思考完成变式的途径，还能让学生通过未知的化学概念的理解和对变式的再思考，进一步复习相关的化学知识。最后，在课程开始，由教师挑选个别学生完成变式的典型策略回路图进行展示，让其他组学生进行点评，期间教师不做任何干预。

学生A点评：该生花费了大量的时间在单词查阅上，但也能看出对于未知元素的信息处理较为繁复，多次查看，建议可以记录重要信息，提高效率。

学生B点评：该生在获取未知元素的所有信息后，对照已知元素的相关信息，但根据该题意，所获取的信息还显不足，可见他并未获得正确的解题方式。

学生C点评：该生在获取未知元素的所有信息后，参照部分已知元素的相关信息，并再次确认未知元素对应的信息后，即可答题。建议在第一次查阅未知元素相关信息后，加以记录，就不用后期再次确认，提高答题效率。

2.2 优化

学生对自己的评价报告进行查阅，绝大多数学生会回顾自己解决问题的得失所在，发现并提出解决问题过程的疑问，并尝试给予修正。此教学环节教师可以分派1～2个变式，促进学生思维的深刻性，以学生为主体，个体独立反思为主，避免以教师和同学的思维影响、干扰学生自主的优化过程。优化的过程可以让学生自由提出问题、自主分析解决问题的过程中可简化的步骤、需要的关键信息，理清解决问题的思路，也可以是学生对问题集的“图书馆”等拓展的知识内容进行自主学习的过程。学生也可在同伴、教师等帮助下，对自我解决问题的思维策略进行优化，寻求科学的思维方法。

在学生相互点评后，教师随即分配2个变式给学生，让他们运用自行总结的方法，进行实践。然后教师挑选个别完成效率高、效果好的学生的思维回路图进行全班交流。

学生D自评1：在第一次完成的变式中，我发现可以根据解答选项中所提供的元素加以排除。从该未知元素的最高价氟化物和最高价氧化物的化学式，可以得知该元素的最高价为+6价，从解答选项中可找到硫元素和碲元素。再参照该物质的颜色为银色光泽的灰色，可以判断不是硫单质，那么就是碲元素。另外，由于各个信息的含义有所遗忘，所以在看信息的时候，还是点击查阅了一下。

学生D自评2：这个变式由氟化物可以推断其最高价为+1价，氧化物的话因为存在过氧化物和超氧化物，就不作参考了。再对照解答选项，可以判断该元素为锂元素或钾元素或铯元素。再参照课本上的原子半径的表格，发现这个元素的原子半径介于钠原子和铷原子之间，可以确定为钾元素。另外，相比较前一个变式，我由于已经记住了各个信息的含义，所以不用再去点击查看了。

学生E自评1：我和D同学一样，从该未知元素的最高价氟化物和最高价氧化物的化学式，可以得知该元素的最高价为+6价，然后找到给出的+6价的元素硒元素，对比第一电离能，发现该元素的第一电离能大于硒元素，可以判断为碲元素。

学生E自评2：同样由氟化物可以推断其最高价为+1价，对照钠的原子半径，基本可以确定是钾元素了。再对照钙的原子半径、第一电离能、电负性等数据，该元素相比略大，确定为钾元素。通过这两道题，我发现，可以绘制一张元素周期表，将已知的元素绘制在里面，并且填写好一个参数，如原子半径或者第一电离能或者电负性等等，这样每次做题，只需要获取未知元素的最高价及对应的一个信息，就可以直接解答了，效率更高。

2.3 干预

教师对IMMEX-C评价报告进行深入分析解读并进行聚类统计后，可以切实找出学生问题解决的主要问题所在，对产生问题的原因进行分析、分类，尤其是针对思维混乱、知识缺失或方法偏差等不同学生或不同班级特点，制定集体教学计划或个别干预计划，开展针对性教学，实施个性化辅导。IMMEX-C复习教学中，同学之间合作学习是非常重要的教学环节。在教学中，可以采取“异质分组”和“自由组合”的方式，教师可以选取在前几个变式中思维敏捷、策略可行、解答正确的学生为组长，分组让学生进行讨论、交流，探讨解决问题的可行方法，寻求解决最佳策略，优化问题解决的过程。对于表现很好的学生，教师可以采取不干预的策略。对个别通过课堂教学仍无法解决问题的学生，教师需要课后进行个别辅导和支持。

在交流了变式解答的方法后，教师再分配两个变式给学生，由学生独立完成。教师在后台关注学生完成的情况，重点关注效率及效果。并私下与变式完成有困难的学生进行交流。

学生F在完成了5个变式后，思维仍较为混乱，无固定的思维模式，并且信息点击亦杂乱无章。教师与该生交流后发现，该生在这一章的化学学习中较为薄弱，教师立即针对原子半径的递变规律与该生做了复习，并且将该生安排在思维敏捷、策略可行、解答正确的学生较多的一组中，在这一阶段小组交流的过程中，进行再次学习。并且教师同时关注该生的思维发展动态，分配变式以简单为宜。

由图12可知，学生F在再次完成了4个变式后，思维已趋于稳定。教师课后再与该生交流时，发现该生对于元素及其化合物的递变规律的认识有所加强。

2.4 稳定

通过连续多个变式的深入，教师可以发现学生解决问题的倾向，发现学生思维、策略和结果的稳定状况。教学中，教师可根据学生学习和练习现状，分配更多、更难的变式加以观察和评价学生在条件改变、难度改变、方法改变以后的思维过程、策略表现、绩效水平的稳定状况，判断学生对这类问题解决的掌握情况。经过多次变式以后，教师也可从中检测干预后的实效。随着教学深入，我们也发现，不少学生逐渐克服了学习困难和问题，形成相似的思维回路图，形成了相同的策略状态，同时也基本能稳定在四象限图中的第一象限，寻求到较稳定的解决问题的方法。

在两个变式的检测和小组重新分配后，教师对该难度的变式进行了再次分配，根据不同程度的学生分配不同数量的变式，旨在让学生解决变式的思维方式达到稳定状态。

图13是学生G变式7的思维回路图，可见学生G在完成6个变式后，思维已经趋于稳定，且效率很高，效果也好。并由图14可知，学生G所有变式的完成情况，由前阶段的较低绩效状态转变为后阶段的高绩效状态。

2.5 深化

在形成稳定思维策略的同时，我们也要避免学生形成思维定势。教师可以根据学生的学习进程，分配不同难度的变式，让学生在已掌握的解决方法的基础上向更高难度的问题去挑战。同时，教师也要引导学生转换思考角度、寻求多种方法，促进学生思维的灵活性。IMMEX-C也可课内课外、校内校外联动学习，引导学生拓展学习。

在课程最后，教师根据学生思维是否稳定再次分组，针对稳定思维的学生再次分配了一个较难的变式，该变式需要学生打破之前形成的定势思维方法，通过不同的途径加以解决。同时，针对部分还未形成稳定思维的学生继续分配与之前同一类型的变式。

学生H完成该变式时，不再是之前的高效率，在多次对照元素周期表后，仍旧无从下手。最后该生第一次解答错误后，在教师的指导下，参考该物质的熔沸点，对照其他多种物质的熔沸点，可确定该物质为稀有气体，再通过稀有气体的熔沸点的递变性（核电荷数越大，熔沸点越高），判断该元素为氦元素。

最后，由教师展示班级学生所有变式完成情况（见图16），大多数学生逐步达成或接近高绩效状态。教师肯定了学生在课上从思维的形成到思维的转变，直至思维稳定，到最后的思维打破的全过程。教师重点点出完成该问题集所需的化学知识储备，并以板书形式呈现。

3 教学反思

基于IMMEX-C的教学与常规化学复习教学有很大不同。教师在事先编制好IMMEX-C问题，根据IMMEX-C评价在充分掌握学生思维特点、科学了解学生的策略表现等基础上可以及时进行干预和指导，并定期跟踪了解学生在经过干预之后所发生的变化，为对不同学生进行思维分析、定制不同的学习计划，提供了可行的方法，转变学生学习行为，转变教师教学方式，真正提高化学复习教学的有效性。

参考文献：

[1]姚晓红.基于IMMEX-C学生化学问题解决能力的评价研究[D].上海：华东师范大学硕士学位论文，2012：97.

[2]姚子鹏.高级中学课本化学（高中二年级第一学期）（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2007：27～30.