西宁市高中化学教师认知结构的诊断及影响因素的研究

魏乃瑾 郭承育

【摘要】研究表明，西宁市高中化学教师对电子云、轨道、能级、量子数、基态中性原子核外电子排布规则这5个关键词的认识较为模糊。性别、学历、任教学校类型、是否毕业于教育部直属师范大学等因素对化学教师学科认知结构没有显著影响，而教龄因素有显著性差异，原因在于影响化学教师认知结构水平的因素是教学实践和理论结合的丰富度。

【关键词】高中化学教师;原子结构;认知结构;词语联想法

教育部发布的高中化学课标（2017版）明确提出化学是在微观水平上研究物质的一门学科。物质结构模块要求教师帮助学生基于“位”“构”“性”关系来掌握原子结构等内容[1]。由此，我们需要研究教师的学科认知结构。根据文献，大量研究集中在生物学科的认知结构方面，其他学科的研究相对薄弱;目前有概念图、词语联想法、树状图以及流程图等方法测查个体的认知结构，多数采用概念图，但该方法的评分带有很强的主觀性，并不能客观说明个体的认知结构。

正是出于这样的考虑，本研究基于教师专业发展，以“原子结构”的学科知识为载体，采用相似矩阵法和词语联想法测查西宁市高中化学教师学科内容“原子结构”的认知结构。选取教师的性别、学历、教龄、任教学校类型、毕业学校等可能会影响化学教师学科认知结构的因素进行研究，为促进教师的专业化发展提供理论上的支撑。

一、研究方法

（一）被试

本研究的被试为40名西宁市在职高中化学教师。

（二）调查材料

本研究问卷在参考陕师大周青课题组报告[2]的基础上根据实际情况所编制，选取的十个关键词是测查个体化学认知结构的重要代表性指标之一[3]。

（三）测查方法

本研究采用相似矩阵法和词语联想法[3]。

（四）测查过程

测查在主试的指导下，被试被要求在20min内首先对关键词进行构造树状图，其次进行联想。数据采用SPSS19.0软件进行处理。

二、结果与分析

（一）高中化学教师认知结构诊断

1.相似矩阵法。从表1中可以看出，“孤岛”中最大SM值为0.5，最小SM值为0.151。联系最紧密的两对概念为原子核和质子及原子核和原子结构，联系最弱的两个概念为质子和量子数。通过分界点图式法，被试关于“原子结构”的认知结构图由SM值表示出来，从图1可看出，有三个SM值大于0.45，是原子核与质子、原子核与原子结构、原子核与中子之间的联系，在第一个单元格中。当SM值降到0.40时，出现原子结构与电子的联系、电子与电子云的联系、量子数与能级的联系以及能级与轨道的联系。当所有的关键词间的相互联系出现在第四个单元格时，SM值已经降低到了0.35，即轨道与基态中性原子核外电子排布规则之间的联系是相当薄弱的。

2.词语联想法。结果显示，当高中化学教师对“质子”进行联想时，“质子数”联想的频数最大;对“轨道”进行联想时，联想频数最大的是“能级”;对“原子结构”进行联想时，“原子核”联想的频数最大;对“电子”进行联想时，“电子云”联想的频数最大;对“基态原子排布规则”进行联想时，“能级”联想的频数大;对“中子”进行联想时，“质子”联想的频数最大;对“能级”进行联想时，“轨道”联想的频数最大。

（二）影响高中化学教师学科认知结构的因素

以被试高中化学教师的性别、学历、教龄、任教学校类型、毕业院校等因素为自变量，以被试教师联想词语总个数为因变量，进行一元方差分析。

三、讨论

（一）高中化学教师学科认知结构的诊断分析

从绘制的高中化学教师“原子结构”树状图和词语联想辐射图可以看出，高中化学教师对于原子结构的基本组成关系是十分清晰的，而对于基态中性原子核外电子排布规则等关键词较为模糊。我们发现，超过45%的高中化学教师由“量子数”可以联想到主量子数、角量子数、磁量子数;超过65%的高中化学教师会通过“电子云”联想到概率密度;超过80%的教师由“基态中性原子核外电子排布规则”联想到能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理等等。这种对知识结构存在不同程度的缺陷现象值得我们深思。多数高中化学教师对于原子结构的教学局限在原子结构的基本知识上，加之高中课程进度紧张且繁忙，为了应对高考，多数教师复习时会省略“物质与结构”的相关内容，久而久之，教师的认知结构图会缩减，同时部分教师缺乏终身学习的自觉性，对于完善自己学科认知结构的重视不足。

（二）影响高中化学教师学科认知结构的因素分析

从性别看，女教师的联想总数略多于男教师，二者差异不大。从教龄看，总体趋势是词语联想总数随着教龄的增加呈现上升的趋势，随着教龄的增加，教师对于该专业领域的实践和理论结合的经验会更加丰富，从而使得这一领域的认知结构也在不断地优化和稳固。从学历看，研究生学历的教师比本科学历教师的认知结构略显丰富，其本质是不同学历的教师所接受的职业训练的专业化程度有所差异，对于教师专业化的成长影响不同。从任教学校类型看，示范高中的教师认知结构的丰富程度略高于普通高中的教师，这与所任教学校的教学要求和生源质量有密切的关系。从毕业学校看，在西宁市地区，从教育部直属的师范院校毕业的教师多为免费师范生，多数从非教育部直属师范院校毕业的教师来自国家一流大学，就“原子结构”专业知识领域的考察，二者旗鼓相当。

四、总结和展望

本研究结果表明，通过分析“原子结构”树状图和词语联想辐射图，西宁市高中化学教师对基态中性原子核外电子排布规律的相关知识结构存在不同程度的缺陷。从联想词语总数看，在教龄方面，高中化学教师联想总数存在显著性差异，在性别、学历、任教学校类型、毕业院校等方面均不存在显著性差异。本研究的测查内容具有代表性，但是不能完全反映高中化学教师的学科认知结构水平。另外，采用的测查方法虽容易控制和执行，但对于概念联系的顺序还不能准确测查。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]周青，岳辉吉，邢丽娟，等.初中化学教师原子结构认知结构的诊断及影响因素的研究[J].化学教育（中英文），2014，35（09）：50-56.

[3]Canan Nakiboglu.Using word associations for assessing non major science students knowledge structure before and after general chemistry instruction： the case of atomic structure[J].Chemistry Education Research and Practice， 2008（09）： 309-322.