郭胜文

摘要：学生对于科学概念的理解或者认识被称为学生的心智模型。研究采用半结构访谈法，通过统计分析探讨了城乡中学九年级学生关于分子、原子概念的心智模型，访谈的对象是城乡中学九年级学生。研究从学生关于原子模型的认识、学生对分子、原子的描述结果进行了分析，并对研究结果进行了讨论。

关键词：分子；原子；心智模型；半结构访谈法

文章编号：1008-0546（2017）07-0007-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.002

一、问题的提出

通过教学实践发现，城乡中学九年级学生学化学时，大部分学生都在“物质的构成奥秘”这一单元学习遇到困难后化学成绩开始逐渐出现分化，跨过分子、原子这一难点的学生，后面的化学学习都比较顺利，中考的化学成绩也相对较理想；相反，若跨不过这一难点的，此类学生有相当一部分会转化为化学学习的学困生。它们之间的具体对应关系请参见表1。

表1数据清晰地显示第三单元“物质的构成奥秘”测试成绩80以上的学生，中考成绩都可以考到80以上；而“物质的构成奥秘”测试59分以下的学生中考成绩都不理想，而且很多还成为九年级化学的学困生。

经查阅文献资料后发现，学生对于一些科学概念，如“力”、“光”、“热量”等都有自己的解释，其中有些解释存在显著的个体差异，且不一定符合科学的意义[1]。此类学生对科学概念的“解释”被称为学生的“心智模型”。由于化学是主要研究物质的分子转变规律的科学[2]，而Vosniadou又指出“心智模型指的是一种特殊的心理表达方式，即类比方式，由个体在认知过程中产生的[3]。化学教师如果充分了解学生对化学概念和原理的心智模式，将有助于选择有针对性的教学方法完善学生的已有认知，提高教学的有效性[4]。城乡中学九年级学生对于原子、分子概念的正确理解的程度，关系到他们能否深入并正确地认识到物质的变化本质，进而准确地认识到化学反应的本质。

二、研究方法

本课题采用个别访谈法进行研究，访谈问题的设计是半结构化的。通过查阅相关文献，筛选并确定了4组问题作为访谈的基本内容。这些问题均随具体情景呈现，以便能够引导学生说出自己的真实想法而不是简单重述课本中的定义。访谈的主要内容和程序如下：

（1）出示1块铜片和1颗锌粒。

“原子有生命吗？”

“这些物质是由什么构成的？”

“所有物质都含有原子吗？”

“原子能否看得到（如在高倍显微镜下）？”

（2）出示6种原子结构示意图（见图1）。

说明：

①太阳系模型 ②轨道模型 ③多重轨道模型

④轨函模型 ⑤电子云模型 ⑥球形

请被访者选出其心目中最符合、较符合、较不符合和不符合的示意图，并说出原因。

（3）出示2种水分子结构模型（见图2）。

“哪一个能更好地表示水分子的实际结构，为什么？”

（4）受访者120人，分别来自增城区石滩镇第一中学九年级7个班，从中各选60名男生，60名女生，其中优生40人、中层生40人、学困生40人。访谈按照统一格式记录，以便数据的汇总与分析。访谈在学生学完第三单元“物质构成的奥秘”并完成测试后开始进行。具体受访对象人数类别见表2。

三、结果分析

访谈结果可概括为城乡中学九年级学生对原子模型的认识与对原子、分子的描述。

1. 城乡中学九年级学生对原子模型的认识

从6种原子结构示意图中，各受访者分别选择了自己心目中最符合、较符合、较不符合的模型。此研究中将男生、女生、优生、中层生、后进生对6种原子模型做出的选择分别统计在表3、表4、表5、表6、表7中。此外也将这5个表中的“最适合”和“最不适合”那一列的数据整合在一起转换为折线图（图3、图4）。横坐标上的数字1到6分别与图1的标号相对应。

结合表3、表4、图3、图4，通过比较分析，可以看出城乡初中男生、女生对原子模型理解与认识都比较接近，各种模型选择的人数都相差不大，如对太阳系模型的看法，男生选择最符合的占8.3%，最不符合的56.7%；女生的选择最符合的也是8.3%，最不符合的选择是55%。相差不大，比较接近。而从图3、图4得知男生、女生最符合模型与最不符合模型的曲线都靠得很近，有部分曲线还重叠在一起。

另外，优生与中层生对原子模型的理解与认识差异不是很大，但与学困生差异较大，而且学困生几乎都是随意选的，就凭他们各自的理解与认识去看问题，对课本的分子、原子的模型，教师讲授的分子、原子的模型应该没有理解好，才出现如此大的差异。

综合①至⑥的模型中，不论男生、女生、优生、中层生、学困生，大部分都选择①是最不符合原子模型的，从而可以推知这些学生已经认识到微观世界物质的运动与宏观物质的运动是不同，微粒观在他们的思想里已开始萌芽，并逐渐建立。

此外，九年级学生在最符合模型的认知上比较接近，从图3的曲线就可以清晰地看出。但在最不符合模型的选择上，就差异较大，可见九年级学生的认识还是相对比较分散。

在这些样本中，优生偏爱电子云模型（约55%），他们的看法是电子绕着原子核在高速地无规则运动，但他们因受已有知识与经验的局限，对轨函模型等的认识不足，他们都觉得④模型都不准确。

中层生也相对偏爱电子云模型，但很多无法准确描述出来，他们对原子模型的认识比较分散，他们表示还未完全理解与理清分子、原子的模型结构，这导致他们在对分子、原子模型的认知难免会出现一些混乱。

学困生选择最多模型是⑥球形，至于原因，很多都说不清，其中一些看法是說这个模型是6个模型中最小的，也是最圆的。他们对很多原子的模型的最不符合与最符号都是比较混乱的，很大一部分都是凭感觉，凭喜好去选，而不会考虑书本分子、原子的模型以及教师为同学讲授的相关知识。

2. 城乡中学九年级学生对分子、原子的描述

（1）能主动提出原子的，男生（36个，60%），女生（40个，66.7%），女生偏高，但差距不大。但优生、中层生与学困生差距就比较大，优生与中层生对概念的理解都应该比较到位，而学困生很多已经将这个概念忘记了，或者需要提示才可以回答出来。

（2）原子有无生命与大小的问题，有学生感到回答此问题比较困难，但因为受到课本硅原子图的影响，很多学生都选了可以看见。在回答看到的学生中，他们觉得显微镜可以看到电子在绕原子核高速运转。

（3）物质的构成与原子的形状男、女同学都基本可以将它们正确地描述出来，优生与中层生在这方面都描述得很清晰，但学困生在这方面，跟优生与中层生有较大的差距。

（4）电子层与电子云，调查发现，能提到电子层的男生、女生都相差不大，优生（40人，100%）与中层生（40人，100%），他们基本可以将电子层、电子准确地描述出来。

（5）对于分子模型，整个九年级的学生，都偏爱球棍模型，这可能受分子、原子间有间隔影响，觉得原子不可能如比例模型一样，球与球之间紧密连接在一起。

四、结论与建议

通过对城乡中学学生原子、分子心智模型的探查研究发现：

1. 对于分子、原子心智模型的认知，城乡中学九年级学生男生、女生差异性并不大，有很大一部分还相同或者相似。可见，性别并不影响知识的建构。

2. 城乡中学九年级学生偏爱分子的球棍模型，他们普遍认为球棍模型便于观察，而比例模型没有那么直观，不便于观察。

3. 大量学生对于“电子云”、“电子层”和“原子轨道”的理解不够清晰，甚至就此形成了错误观念。

4. 该年龄段的大部分学生偏爱简单、具体的原子、分子模型。此外，学生建构的心智模型具有不完整性、不准确性和不稳定性。

5. 接近80%的城乡中学九年级学生都能正确地理解原子构成，优生可以很清晰地将分子、原子的模型建构起来，中层生也勉强可以，但学困生就相对比较困难。对原子的形状、核外电子的运动形式的认知与理解都是比较多样性，所以提高这部分学生对原子结构的理解关键在于通过一些分子、原子反应的动画，或者分子、原子的結构模型去协助学困生们逐步建立起原子形状、核外电子运动形式的心智模型。

参考文献

[1] Driever，R.et a1.Making sense of Secondary Science[M].London：Routledge，1994

[2] 唐敖庆等主编.科学哲学基础[M].北京：科学出版社，1986：7-10

[3] Vosniadou，S.Capturing and modeling the process of conceptual change[J].Learning and Instruction，1988：4，45-69

[4] 麦裕华，杨健萍，何庆辉.高中生化学可逆反应心智模式的诊断和分析[J].化学教育，2012（5）：19

[5] Gentner，D.，&Stevens，A.L..Mental Moels[M].Hillsdale，NJ：Lawrence Erlbaum Associates，2002

[6] Kline，M..Mathematics and the search for knowledge[M].New York：Oxford University Press，1985

[7] 魏冰，贾玉江等.关于中学生的原子、分子心智模型的研究[J].化学教育，2001（3）：6