高中化學(xué)復(fù)習(xí)中IMMEX—C系統(tǒng)應(yīng)用初探

馮晴

摘要：IMMEX-C不僅有評價功能，也有教學(xué)功能?；贗MMEX-C評價的復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)既是對日常教學(xué)的超越，同時也是對日常化學(xué)教學(xué)的補(bǔ)充，有助于發(fā)現(xiàn)、診斷學(xué)生在日?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)中的問題，促進(jìn)學(xué)生知識應(yīng)用和理解，提高學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識解決化學(xué)問題的能力。以“元素周期律”復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，就發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化、干預(yù)、穩(wěn)定、深化五個方面加以說明。

關(guān)鍵詞：IMMEX-C；化學(xué)復(fù)習(xí)；元素周期律；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號：1005–6629（2016）11–0037–06 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 IMMEX-C化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)特色

美國加州大學(xué)洛杉磯醫(yī)學(xué)院羅納德·史蒂文森教授以現(xiàn)代化的信息手段和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)對人類在認(rèn)知過程中大腦的生理行為的認(rèn)識，創(chuàng)立了IMMEX（Interactive Multimedia Exercises）即“多媒體互動測訓(xùn)平臺”，它通過創(chuàng)立一個激勵學(xué)習(xí)的環(huán)境，借助于先進(jìn)的教育技術(shù)手段將學(xué)生隱含在腦海中的解決問題的思維過程，通過直觀的手段展現(xiàn)出來，并通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)行有效的量化來進(jìn)行評估。本文在IMMEX理念和技術(shù)的支持下，基于IMMEX-C（Interactive Multimedia Exercises-China）國內(nèi)研發(fā)平臺（http：//www.immex.com.cn/），就高中學(xué)生在化學(xué)復(fù)習(xí)中，學(xué)科知識復(fù)習(xí)和問題解決能力的評價開展實(shí)踐研究，從學(xué)生的思維過程、策略表現(xiàn)、績效水平等三個維度進(jìn)行綜合評價，為學(xué)生化學(xué)復(fù)習(xí)提供新的視角和方法。

IMMEX-C包含問題解決任務(wù)環(huán)境和多層次評估模塊。首先是問題解決任務(wù)環(huán)境，IMMEX-C系統(tǒng)中的每一個問題被稱為問題集，有多個變式組成。這些變式具有相同的問題情境，但在具體內(nèi)容設(shè)計(jì)上有所不同，且難度不一。IMMEX-C把問題的已知條件，包括解題的關(guān)鍵信息、精心設(shè)計(jì)的干擾信息和情境信息，以及解決問題所需要的背景知識等拆分為菜單選項(xiàng)，以網(wǎng)頁鏈接的形式展現(xiàn)，只有點(diǎn)擊菜單項(xiàng)，才會顯示相應(yīng)的信息。這樣的設(shè)計(jì)使IMMEX-C中的問題解決遵循了科學(xué)探究的假設(shè)演繹學(xué)習(xí)模式，學(xué)生需要通過描述情境界定問題、判斷哪些是有用信息、制定搜索策略、收集信息、最終形成并展示其理解的決策。并且問題解決任務(wù)的設(shè)計(jì)和菜單方式的呈現(xiàn)，讓系統(tǒng)可以通過記錄學(xué)生的信息點(diǎn)擊行為，分析學(xué)生的問題解決過程。

其次是多層次評估模塊，IMMEX-C試圖回答以下五個問題：問題解決得怎么樣？簡單或困難的問題被解決了嗎？使用了什么樣的解題策略？隨著練習(xí)，問題解決策略改進(jìn)了嗎？下一次學(xué)生會使用什么解題策略？IMMEX-C收集學(xué)生化學(xué)問題解決過程中對信息項(xiàng)的選擇情況，真實(shí)記錄學(xué)生問題點(diǎn)擊與否、先后順序、次數(shù)多少等，洞察學(xué)生解決問題思維足跡，客觀評價學(xué)生解決問題的思維過程表現(xiàn)。

思維回路圖，是利用圖形化形式描繪出學(xué)生在問題信息項(xiàng)之間“游走”的足跡，是真實(shí)、直觀反映學(xué)生問題解決的思維過程。其中并排的小圓圈代表了化學(xué)問題中的各信息選項(xiàng)，選項(xiàng)之間的連線則代表學(xué)生了對信息項(xiàng)選擇的路徑，連線的高度代表選項(xiàng)的先后順序。

“思維回路圖”猶如醫(yī)學(xué)上“腦電圖”、“心電圖”，從圖像上直觀感知學(xué)生腦海中解決問題所思、所想，檢測到學(xué)生解決化學(xué)問題的思維通路。為了更清晰、準(zhǔn)確評價學(xué)生的思維過程，我們以思維回路圖的“步長”和“回路”為變量具體計(jì)數(shù)，通過“步長”和“回路”的組合將學(xué)生思維過程分為四種狀態(tài)，即：“思維混沌狀態(tài)、思維謹(jǐn)慎狀態(tài)、思維跳躍狀態(tài)、思維敏捷狀態(tài)”，從學(xué)生解決問題所表現(xiàn)的思維狀態(tài)，就可以具體分析評價學(xué)生解決問題的思維過程的特點(diǎn)（見表1）。

IMMEX-C也通過四象限圖統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生完成問題解決的“效率-效果”。效率，描述的是速度與選項(xiàng)的關(guān)系；效果，描述的是信息査看情況與效率的關(guān)系。借用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的“效率-效果關(guān)系模型”，“四象限圖”橫坐標(biāo)軸為“效果”坐標(biāo)，從左到右依次增加；縱坐標(biāo)軸為“效率”坐標(biāo)，從下到上依次增大；坐標(biāo)軸反映所有學(xué)生解決此問題集的效率、效果的平均值，所設(shè)的四個象限分別為：“效率高效果好”、“效率高效果差”、“效率低效果差”、“效率低效果好”。

依據(jù)美國IMMEX四象限圖的統(tǒng)計(jì)圖表，將學(xué)生解決問題的績效水平分為四個狀態(tài)，即：高績效狀態(tài)、較高績效狀態(tài)、較低績效狀態(tài)、低績效狀態(tài)，分別對應(yīng)四個象限（見表2），以“績效水平狀態(tài)”分析評價學(xué)生解決化學(xué)問題結(jié)果的差異性、發(fā)展性和穩(wěn)定性。

IMMEX-C不僅有評價功能，也有教學(xué)功能?；贗MMEX-C評價的復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)既是對日常教學(xué)的超越，同時也是對日?；瘜W(xué)教學(xué)的一個補(bǔ)充，有助于發(fā)現(xiàn)、診斷學(xué)生在日常化學(xué)學(xué)習(xí)中的問題，促進(jìn)學(xué)生知識應(yīng)用和理解，提高學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識解決化學(xué)問題的能力。

2 基于IMMEX-C評價的教學(xué)范式設(shè)計(jì)

為了更體現(xiàn)IMMEX-C在化學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢，發(fā)揮IMMEX-C評價在教學(xué)過程中的診斷、優(yōu)化、促進(jìn)學(xué)生化學(xué)問題解決能力的功能。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐研究，設(shè)計(jì)的“基于IMMEX-C評價的教學(xué)范式”，具體如圖3所示[1]。

以下以“元素周期律”復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，就發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化、干預(yù)、穩(wěn)定、深化五個方面加以說明。

2.1 發(fā)現(xiàn)

IMMEX-C問題集具有情境性、開放性、挑戰(zhàn)性、綜合性的特點(diǎn)。基于IMMEX-C評價的學(xué)習(xí)能給學(xué)生創(chuàng)設(shè)激勵學(xué)習(xí)、激活思維的學(xué)習(xí)環(huán)境。一般在化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師可以先給學(xué)生一個相同變式，且難度較低為適宜，讓學(xué)生嘗試運(yùn)用所學(xué)習(xí)的化學(xué)知識進(jìn)行問題解決，教師此時不能給予任何提示和指導(dǎo)。教師可通過評價圖表，分析學(xué)生問題解決中存在的主要問題，也可以讓學(xué)生自己查看報告后進(jìn)行自我反思。

基于上海高中化學(xué)教材高二第一學(xué)期已完成第九章“初識元素周期律”[2]，教師選取美國原題“Periodic Trends（元素周期律）”，以此考察學(xué)生是否知道元素周期表的結(jié)構(gòu)及周期、主族等概念；是否掌握同周期、同主族元素性質(zhì)及其化合物性質(zhì)的遞變規(guī)律。由于問題集為全英語原題，考慮到學(xué)生在適應(yīng)題目上需要一定的時間。課前，先分配“變式0”給學(xué)生作為回家作業(yè)，讓學(xué)生自行記錄查閱的單詞，并在完成該變式后，交流、匯總單詞表，以便完成后期變式時快速查閱。并且在課前，讓學(xué)生以小組為單位，交流完成變式后的心得。由于該變式中存在一些全新的化學(xué)概念，需要學(xué)生自行理解運(yùn)用，而這些名詞在完成該變式中也可忽略。通過生生交流后，既可以激發(fā)學(xué)生的思維，不同的完成變式的思維方式促使學(xué)生進(jìn)一步思考完成變式的途徑，還能讓學(xué)生通過未知的化學(xué)概念的理解和對變式的再思考，進(jìn)一步復(fù)習(xí)相關(guān)的化學(xué)知識。最后，在課程開始，由教師挑選個別學(xué)生完成變式的典型策略回路圖進(jìn)行展示，讓其他組學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評，期間教師不做任何干預(yù)。

學(xué)生A點(diǎn)評：該生花費(fèi)了大量的時間在單詞查閱上，但也能看出對于未知元素的信息處理較為繁復(fù)，多次查看，建議可以記錄重要信息，提高效率。

學(xué)生B點(diǎn)評：該生在獲取未知元素的所有信息后，對照已知元素的相關(guān)信息，但根據(jù)該題意，所獲取的信息還顯不足，可見他并未獲得正確的解題方式。

學(xué)生C點(diǎn)評：該生在獲取未知元素的所有信息后，參照部分已知元素的相關(guān)信息，并再次確認(rèn)未知元素對應(yīng)的信息后，即可答題。建議在第一次查閱未知元素相關(guān)信息后，加以記錄，就不用后期再次確認(rèn)，提高答題效率。

2.2 優(yōu)化

學(xué)生對自己的評價報告進(jìn)行查閱，絕大多數(shù)學(xué)生會回顧自己解決問題的得失所在，發(fā)現(xiàn)并提出解決問題過程的疑問，并嘗試給予修正。此教學(xué)環(huán)節(jié)教師可以分派1～2個變式，促進(jìn)學(xué)生思維的深刻性，以學(xué)生為主體，個體獨(dú)立反思為主，避免以教師和同學(xué)的思維影響、干擾學(xué)生自主的優(yōu)化過程。優(yōu)化的過程可以讓學(xué)生自由提出問題、自主分析解決問題的過程中可簡化的步驟、需要的關(guān)鍵信息，理清解決問題的思路，也可以是學(xué)生對問題集的“圖書館”等拓展的知識內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的過程。學(xué)生也可在同伴、教師等幫助下，對自我解決問題的思維策略進(jìn)行優(yōu)化，尋求科學(xué)的思維方法。

在學(xué)生相互點(diǎn)評后，教師隨即分配2個變式給學(xué)生，讓他們運(yùn)用自行總結(jié)的方法，進(jìn)行實(shí)踐。然后教師挑選個別完成效率高、效果好的學(xué)生的思維回路圖進(jìn)行全班交流。

學(xué)生D自評1：在第一次完成的變式中，我發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)解答選項(xiàng)中所提供的元素加以排除。從該未知元素的最高價氟化物和最高價氧化物的化學(xué)式，可以得知該元素的最高價為+6價，從解答選項(xiàng)中可找到硫元素和碲元素。再參照該物質(zhì)的顏色為銀色光澤的灰色，可以判斷不是硫單質(zhì)，那么就是碲元素。另外，由于各個信息的含義有所遺忘，所以在看信息的時候，還是點(diǎn)擊查閱了一下。

學(xué)生D自評2：這個變式由氟化物可以推斷其最高價為+1價，氧化物的話因?yàn)榇嬖谶^氧化物和超氧化物，就不作參考了。再對照解答選項(xiàng)，可以判斷該元素為鋰元素或鉀元素或銫元素。再參照課本上的原子半徑的表格，發(fā)現(xiàn)這個元素的原子半徑介于鈉原子和銣原子之間，可以確定為鉀元素。另外，相比較前一個變式，我由于已經(jīng)記住了各個信息的含義，所以不用再去點(diǎn)擊查看了。

學(xué)生E自評1：我和D同學(xué)一樣，從該未知元素的最高價氟化物和最高價氧化物的化學(xué)式，可以得知該元素的最高價為+6價，然后找到給出的+6價的元素硒元素，對比第一電離能，發(fā)現(xiàn)該元素的第一電離能大于硒元素，可以判斷為碲元素。

學(xué)生E自評2：同樣由氟化物可以推斷其最高價為+1價，對照鈉的原子半徑，基本可以確定是鉀元素了。再對照鈣的原子半徑、第一電離能、電負(fù)性等數(shù)據(jù)，該元素相比略大，確定為鉀元素。通過這兩道題，我發(fā)現(xiàn)，可以繪制一張?jiān)刂芷诒?，將已知的元素繪制在里面，并且填寫好一個參數(shù)，如原子半徑或者第一電離能或者電負(fù)性等等，這樣每次做題，只需要獲取未知元素的最高價及對應(yīng)的一個信息，就可以直接解答了，效率更高。

2.3 干預(yù)

教師對IMMEX-C評價報告進(jìn)行深入分析解讀并進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)后，可以切實(shí)找出學(xué)生問題解決的主要問題所在，對產(chǎn)生問題的原因進(jìn)行分析、分類，尤其是針對思維混亂、知識缺失或方法偏差等不同學(xué)生或不同班級特點(diǎn)，制定集體教學(xué)計(jì)劃或個別干預(yù)計(jì)劃，開展針對性教學(xué)，實(shí)施個性化輔導(dǎo)。IMMEX-C復(fù)習(xí)教學(xué)中，同學(xué)之間合作學(xué)習(xí)是非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。在教學(xué)中，可以采取“異質(zhì)分組”和“自由組合”的方式，教師可以選取在前幾個變式中思維敏捷、策略可行、解答正確的學(xué)生為組長，分組讓學(xué)生進(jìn)行討論、交流，探討解決問題的可行方法，尋求解決最佳策略，優(yōu)化問題解決的過程。對于表現(xiàn)很好的學(xué)生，教師可以采取不干預(yù)的策略。對個別通過課堂教學(xué)仍無法解決問題的學(xué)生，教師需要課后進(jìn)行個別輔導(dǎo)和支持。

在交流了變式解答的方法后，教師再分配兩個變式給學(xué)生，由學(xué)生獨(dú)立完成。教師在后臺關(guān)注學(xué)生完成的情況，重點(diǎn)關(guān)注效率及效果。并私下與變式完成有困難的學(xué)生進(jìn)行交流。

學(xué)生F在完成了5個變式后，思維仍較為混亂，無固定的思維模式，并且信息點(diǎn)擊亦雜亂無章。教師與該生交流后發(fā)現(xiàn)，該生在這一章的化學(xué)學(xué)習(xí)中較為薄弱，教師立即針對原子半徑的遞變規(guī)律與該生做了復(fù)習(xí)，并且將該生安排在思維敏捷、策略可行、解答正確的學(xué)生較多的一組中，在這一階段小組交流的過程中，進(jìn)行再次學(xué)習(xí)。并且教師同時關(guān)注該生的思維發(fā)展動態(tài)，分配變式以簡單為宜。

由圖12可知，學(xué)生F在再次完成了4個變式后，思維已趨于穩(wěn)定。教師課后再與該生交流時，發(fā)現(xiàn)該生對于元素及其化合物的遞變規(guī)律的認(rèn)識有所加強(qiáng)。

2.4 穩(wěn)定

通過連續(xù)多個變式的深入，教師可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生解決問題的傾向，發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維、策略和結(jié)果的穩(wěn)定狀況。教學(xué)中，教師可根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)和練習(xí)現(xiàn)狀，分配更多、更難的變式加以觀察和評價學(xué)生在條件改變、難度改變、方法改變以后的思維過程、策略表現(xiàn)、績效水平的穩(wěn)定狀況，判斷學(xué)生對這類問題解決的掌握情況。經(jīng)過多次變式以后，教師也可從中檢測干預(yù)后的實(shí)效。隨著教學(xué)深入，我們也發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生逐漸克服了學(xué)習(xí)困難和問題，形成相似的思維回路圖，形成了相同的策略狀態(tài)，同時也基本能穩(wěn)定在四象限圖中的第一象限，尋求到較穩(wěn)定的解決問題的方法。

在兩個變式的檢測和小組重新分配后，教師對該難度的變式進(jìn)行了再次分配，根據(jù)不同程度的學(xué)生分配不同數(shù)量的變式，旨在讓學(xué)生解決變式的思維方式達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖13是學(xué)生G變式7的思維回路圖，可見學(xué)生G在完成6個變式后，思維已經(jīng)趨于穩(wěn)定，且效率很高，效果也好。并由圖14可知，學(xué)生G所有變式的完成情況，由前階段的較低績效狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹箅A段的高績效狀態(tài)。

2.5 深化

在形成穩(wěn)定思維策略的同時，我們也要避免學(xué)生形成思維定勢。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，分配不同難度的變式，讓學(xué)生在已掌握的解決方法的基礎(chǔ)上向更高難度的問題去挑戰(zhàn)。同時，教師也要引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思考角度、尋求多種方法，促進(jìn)學(xué)生思維的靈活性。IMMEX-C也可課內(nèi)課外、校內(nèi)校外聯(lián)動學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生拓展學(xué)習(xí)。

在課程最后，教師根據(jù)學(xué)生思維是否穩(wěn)定再次分組，針對穩(wěn)定思維的學(xué)生再次分配了一個較難的變式，該變式需要學(xué)生打破之前形成的定勢思維方法，通過不同的途徑加以解決。同時，針對部分還未形成穩(wěn)定思維的學(xué)生繼續(xù)分配與之前同一類型的變式。

學(xué)生H完成該變式時，不再是之前的高效率，在多次對照元素周期表后，仍舊無從下手。最后該生第一次解答錯誤后，在教師的指導(dǎo)下，參考該物質(zhì)的熔沸點(diǎn)，對照其他多種物質(zhì)的熔沸點(diǎn)，可確定該物質(zhì)為稀有氣體，再通過稀有氣體的熔沸點(diǎn)的遞變性（核電荷數(shù)越大，熔沸點(diǎn)越高），判斷該元素為氦元素。

最后，由教師展示班級學(xué)生所有變式完成情況（見圖16），大多數(shù)學(xué)生逐步達(dá)成或接近高績效狀態(tài)。教師肯定了學(xué)生在課上從思維的形成到思維的轉(zhuǎn)變，直至思維穩(wěn)定，到最后的思維打破的全過程。教師重點(diǎn)點(diǎn)出完成該問題集所需的化學(xué)知識儲備，并以板書形式呈現(xiàn)。

3 教學(xué)反思

基于IMMEX-C的教學(xué)與常規(guī)化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)有很大不同。教師在事先編制好IMMEX-C問題，根據(jù)IMMEX-C評價在充分掌握學(xué)生思維特點(diǎn)、科學(xué)了解學(xué)生的策略表現(xiàn)等基礎(chǔ)上可以及時進(jìn)行干預(yù)和指導(dǎo)，并定期跟蹤了解學(xué)生在經(jīng)過干預(yù)之后所發(fā)生的變化，為對不同學(xué)生進(jìn)行思維分析、定制不同的學(xué)習(xí)計(jì)劃，提供了可行的方法，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)行為，轉(zhuǎn)變教師教學(xué)方式，真正提高化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚曉紅.基于IMMEX-C學(xué)生化學(xué)問題解決能力的評價研究[D].上海：華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012：97.

[2]姚子鵬.高級中學(xué)課本化學(xué)（高中二年級第一學(xué)期）（試用本）[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2007：27～30.