基于學習進階的初中化學計算習題與內(nèi)蒙古中考計算題的比較分析

張靜 王娟 李玉珍

摘要：化學計算是以化學概念、原理為基礎，貫穿了各種化學知識的綜合應用，在化學知識體系中占有重要地位?；趯W習進階理論，將初中學生的化學計算能力分為識別、應用、建構三個水平，作為分析教科書課后計算習題和近五年內(nèi)蒙古不同地區(qū)中考化學計算題的依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，教科書課后習題主要考查學生識別和應用兩個水平的計算能力，而中考重在考查應用或建構水平的化學計算能力。由此，對初中化學計算的教學提出幾點建議，以期對初中化學一線教師提供幫助。

關鍵詞：學習進階;初中化學;化學計算能力

文章編號：1008-0546（2020）04-0063-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.016

化學計算是從量的方面來加深學生對化學概念和原理的理解，使他們進一步掌握物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律，培養(yǎng)他們的計算能力以及分析問題和解決問題的能力[1]，在化學知識體系中占有重要地位。但是，初中化學教學實踐表明，初中學生學習化學計算普遍感到較難，雖然師生平時花費了大量的時間講解和訓練，但效果并不明顯[2]。有研究者通過將初中化學計算題進行分類，從而提出教學策略，促進學生分析問題和解決問題能力的發(fā)展[3-4]，但這些研究都缺乏一定的理論基礎，不利于學生對化學計算的深入學習。基于學習進階理論，對化學計算進行逐層深入的意義建構，能有效促進學生對化學計算的深入學習。學習進階是學生關于某一知識及相關技能、能力、實踐活動在一段時間內(nèi)進步、發(fā)展的歷程，表現(xiàn)為特定知識、技能和能力的潛在發(fā)展序列[6]。將學習進階作為理論基礎應用于化學計算的學習，符合學生的認知發(fā)展規(guī)律，有利于學生對化學計算的本質(zhì)及意義有深入的理解。

一、初中化學計算能力的學習進階水平劃分

目前國內(nèi)外學者對學習進階的定義呈現(xiàn)多樣化，但均試圖刻畫學生認知和思維模式的變化[7]?，F(xiàn)階段，美國國家理事會（NRC）對學習進階的定義得到多數(shù)研究者的認同，它將學習進階定義為“對學生在一定時間跨度內(nèi)，學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的表述”[8]?！盎瘜W計算”作為一項基本技能，是以基本概念、基本理論、元素化合物知識為基礎，以化學式、化學方程式及溶液組成等蘊含的量的關系為依據(jù)進行分析判斷、推理、運算的過程[9]。基于NRC對學習進階的界定，針對“化學計算”能力的學習進階是“在中學化學學習過程中，基于化學核心概念、原理，結合物質(zhì)性質(zhì)進行計算的從簡單到復雜、從單一到綜合的思維路徑的描述”。

鑒于此，將初中生化學計算能力分為識別、應用和建構三個水平層次。水平I的計算僅依據(jù)化學概念進行簡單計算，內(nèi)容維度單一，計算難度低，屬于進階起點。水平Ⅱ的計算包括兩個及以上知識點，計算依據(jù)并不單一，屬進階中間水平。水平Ⅲ的計算則是在多維度內(nèi)容下靈活運用多個知識點，同時也是對題目的自我解析及構建過程，屬于進階終點。具體如表1所示。

二、基于學習進階水平的初中化學教科書課后計算習題的統(tǒng)計分析

全日制《義務教育化學課程標準（2011版）》（以下簡稱課程標準）在初中化學計算的內(nèi)容上，提出了初步學會簡單計算的目標要求，并在內(nèi)容標準中明確指出：能進行溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的簡單計算;利用相對原子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量進行物質(zhì)組成的簡單計算;能看懂某些商品標簽上標示的組成元素及其含量;認識質(zhì)量守恒定律，能說明化學反應中的質(zhì)量關系;能根據(jù)質(zhì)量守恒定律進行簡單的計算;認識定量研究對于化學科學發(fā)展的重大作用[10]。

根據(jù)課程標準對化學計算的要求，將初中化學計算題分為三類，即有關化學式的計算、有關化學方程式的計算和有關溶液的計算，具體如表2所示[11]。

本義選取科學教育出版社的化學教科書（九年級上、下冊）（以下簡稱科教版教科書）為研究對象，整理出所有關于化學計算的課后習題，歸納整理出各題目所考查的計算能力水平和對應的類別，如圖l所示。

由圖1可以看出，教科書注重學生基礎能力的培養(yǎng)，課后習題的安排基本是考查學生前兩個水平的計算能力。其中考查第1水平的題目最多，第Ⅱ水平的題目次之，而第Ⅲ水平的化學計算題在教科書課后習題中的分布微乎其微。這與義務教育階段化學課程應體現(xiàn)基礎性的課程性質(zhì)有關。義務教育階段，化學教育教學應該體現(xiàn)啟蒙性、基礎性[12]。為的是給學生提供未來發(fā)展所需的最基礎的化學知識和技能，所以教科書對于能力的要求偏向于基礎型。

從考查形式來看，課后習題中的計算題主要分為兩類。一類是每一問的設置著重落實一個基礎概念;另一類是層層遞進由簡至繁。前者多屬于考查學生水平I的能力，計算維度單一，無需反復思考可直接根據(jù)化學概念、原理進行的計算;后者多屬于第Ⅱ水平的計算，需要對題目進行一定的分析才能解答。分別選取一道考查學生水平I和水平Ⅱ計算能力的課后習題為例作簡要分析說明，具體如表3所示。

三、基于學習進階水平的中考化學計算題統(tǒng)計分析

中考是高中選拔性考試，也是初中教學的風向標，而化學計算是中考化學試題中的必考內(nèi)容。選擇內(nèi)蒙古自治區(qū)使用科教版教科書的地區(qū)（包括呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市、赤峰市、通遼市）為研究對象，將近五年來這些地區(qū)的中考化學試卷中有關化學計算的題目依據(jù)所考查計算能力的水平進行整理統(tǒng)計，得出不同水平的化學計算題分值占總分的百分比如圖2所示。

由圖2可以看出，近五年內(nèi)蒙古不同地區(qū)的中考化學試卷中，會穩(wěn)定出現(xiàn)一定分值的化學計算題目。每一年的中考化學計算題對學生化學計算能力水平的考查略有差異。但從中考不同水平化學計算題分值占比可以看出，呼和浩特市和包頭市（同烏蘭察布、錫盟、烏海）的中考化學計算題目，對學生能力的考查主要是水平Ⅱ和水平Ⅲ，即考查學生對于化學概念、原理的應用和對于一個知識點的舉一反三能力。在鄂爾多斯市、赤峰市和通遼市近五年的中考化學試卷中，計算題目對學生能力的考查分布于水平I和水平Ⅱ，但考查學生化學計算能力第Ⅱ水平的題目分值占比明顯高于考查學生化學計算能力第1水平的題目分值占比。由此可以看出這三個地區(qū)的中考化學計算題目主要考查學生掌握化學概念、原理，在分析、應用化學概念或原理的基礎上進行計算的能力，即對化學計算能力的要求主要是水平Ⅱ。對比呼和浩特市和包頭市中考化學試卷對計算題的考查能力，這些地區(qū)考查的化學計算能力偏低。

以上各地區(qū)的中考化學試卷除了在選擇題和填空題中考查化學計算知識外，還將計算類問題單獨出題（除2018、2019年赤峰市中考試題），它主要以文字敘述的形式出題，也會結合坐標曲線、實驗或標簽進行出題。內(nèi)容大多是將金屬冶煉、金屬與酸、酸與鹽、堿與鹽、鹽與鹽等知識整合化，考查含雜質(zhì)的混合物（雜質(zhì)不參加反應）和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的計算。題目一般設兩小問，呼和浩特市和包頭市（同烏蘭察布、錫盟、烏海）中考化學試卷中，第一問對學生化學計算能力的考查多屬于水平Ⅱ;第二問對學生能力的考查多屬于水平Ⅲ。鄂爾多斯市、赤峰市和通遼市的中考化學試卷中，第一問常以填空的形式出現(xiàn)，能力水平多屬于I;第二問多是考查溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的計算，能力水平多屬于Ⅱ。例如2016年赤峰市中考化學試卷的20題，如表4所示。

將近五年內(nèi)蒙古以上地區(qū)中考化學試卷中有關計算的題目以表2為依據(jù)，統(tǒng)計出中考化學試題中不同類別的計算題數(shù)目占總題目數(shù)的百分比，如表5所示。

由表5可以看出，每一年內(nèi)蒙古不同地區(qū)的中考化學試卷會穩(wěn)定考查一定數(shù)目的計算題來測試學生的化學計算能力。從題目的考查類別來看，關于化學式的計算題目相對較少，計算題多數(shù)是圍繞化學方程式和溶液這兩類進行的。從計算題數(shù)目占試卷總題目數(shù)的百分比來看，每年化學計算題數(shù)目所占的比例基本呈穩(wěn)定趨勢。例如，自2015年到2019年間，呼和浩特市中考化學試卷中涉及到的計算類題目占試卷總題目數(shù)的百分比穩(wěn)定在22.2%至25.O%之間。

四、對初中化學計算的教學建議

針對比較分析化學教科書課后計算題和內(nèi)蒙古不同地區(qū)中考試卷中所考查學生的計算能力水平所得結論，對初中有關化學計算的教學提出以下幾點建議。

1.設置進階性練習題夯實基礎

研究結果表明，義務教育教科書對于計算題的能力要求以水平I為主，水平Ⅱ次之;而中考試題對學生的計算能力要求建立在教科書課后習題之上，主要考查學生第Ⅱ和第Ⅲ水平的化學計算能力，它們之間對于能力的要求呈階梯性上升。教科書通過夯實基礎，令學生掌握化學概念、原理從而進行相關計算，而中考化學試題大多是在學生理解化學基本概念、原理后，考查他們分析問題、綜合運用知識的能力。

因此，在進行有關化學計算的教學時，練習題的設置要有進階性。當完成某一知識的學習后，要選擇有進階性的習題進行練習，后面的習題是在學生熟練掌握前面習題涉及的化學知識、原理基礎上進行拓展的，考查的知識點更深層次、更全面。習題的進階性可以幫助學生在原有認知的基礎上對知識進行逐層深入的意義建構，同時可以探查學生計算能力所處的水平層次，從而有利于教師及時對教學進行調(diào)控。

2.多呈現(xiàn)策略性知識培養(yǎng)化學計算思維

中考計算類題目注重考查學生的化學計算思維（如表4的舉例）。教師在教學時除了夯實基礎外，還應注重學生化學計算思維的培養(yǎng)。化學計算思維的滲透與構建有利于學生理解化學計算的本質(zhì)是對化學問題的數(shù)學處理過程，即對物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)和變化規(guī)律的量化過程，從而培養(yǎng)學生運用化學知識、原理分析問題和解決問題的能力。

為更好地培養(yǎng)學生的化學計算思維，教學過程中要盡可能多地呈現(xiàn)策略性知識。學習進階概念的提出表明人們應該關注學生學習過程的路徑和方法，通過在整個做題過程中提供策略性知識，幫助學生逐步形成化學計算思維。在解答計算題的過程中，可以從審題、問題分析和計算角度呈現(xiàn)策略性知識，即審題時如何明確題干文字表述中的命題含義、制約條件、隱含條件等;問題分析時如何建立條件間的聯(lián)系，解答時的方法、思路等;計算時的注意事項等。策略性知識的呈現(xiàn)，是提供給學習者做化學計算問題時的一種解答路徑，學生在這個過程中逐步形成白己的化學計算思維，繼而向更高水平的化學計算能力發(fā)展。

3.拓展習題類型培養(yǎng)高水平化學計算能力

內(nèi)蒙古某些地區(qū)（如呼和浩特、包頭）在中考計算題命題時著重考查學生水平Ⅲ的化學計算能力。這就要求教師在教學時不能滿足于課程標準和教科書的要求，要在此基礎上再上一個臺階，以使學生能夠靈活運用各個知識點，培養(yǎng)他們的舉一反三能力，從而成功實現(xiàn)知識的遷移。

為幫助學生達成高水平的化學計算能力，教學過程中可增設變式練習。變式練習指所考查知識的本質(zhì)不變，概念和規(guī)則的例證發(fā)生變化。變式方法可以有改變設問角度、改變數(shù)量關系、改變因果關系等。變式練習的訓練方式除了一題多變外還可以有一題多解、題型變化等。變式訓練有利于培養(yǎng)學生化學知識和思維的遷移能力，避免進行大量機械死板的題海訓練，從而實現(xiàn)學生對知識的靈活運用。

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