化学概念教学中视觉表征的设计及教学研究——以氧化还原反应为例
作者单位：山东师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：冯玉;姜言霞
授予年度：2023年
摘 要：化学概念是化学学习的重要组成成分。在传统的化学教学中,教师往往重视讲解而轻视理解,常常要求学生背诵记忆,却不重视将抽象概念具体化,不能帮助学生实现化学概念的有意义学习和理解。视觉表征指的是被图解化的知识,即将抽象的概念具体化,通过图片等形式展现出来,成为知识可视化的工具。化学教学中的视觉表征包括分子原子结构图、实验现象、概念图等具体形式,在教学过程中使用视觉表征,能够将化学中难以理解的知识以图示的形式展示出来,能够将很多肉眼无法看见的化学过程具象化,帮助学生理解化学概念。本研究以氧化还原反应概念为载体,探讨化学概念教学中视觉表征的设计及应用,分析视觉表征对概念理解的效果。研究在综述视觉表征概念及在教学中的应用研究的基础上,明确视觉表征的内涵及其与可视化的关系。以双重编码理论、认知负荷理论、信息加工理论等为理论基础,结合化学学科特征,分析了视觉表征的类型包括:模拟类、隐喻类、模型类、现实类和实验类,构建了化学概念教学中视觉表征的设计策略,包括:表征形式简明直观,突出关键特征;呈现信息清晰准确,减少无效干扰;思维驱动顺畅,关注概念建构。基于以上理论分析和建构,研究选择氧化还原反应主题,在充分分析课标要求、教材内容以及表征设计以及学生学情的基础上,提出了氧化还原反应视觉表征设计的思路,并将视觉表征设计应用于具体教学过程中。应用该教学设计选择实验组共117名同学,进行教学实施,采用定量和定性相结合的研究方法,运用问卷、访谈等收集实验数据,并对实验数据进行统计和分析,探查学生对氧化还原反应概念的理解情况以及设计的视觉表征对概念理解的效果。数据显示,关于氧化还原反应概念理解情况,实验组能力均值1.67,对照组能力均值0.79,实验组学生能力值显著高于对照组(sig.=0.00);具体分析实验组和对照组在各概念理解水平的分布情况,可以看出,实验组高水平学生分布明显高于对照组,实验组低水平学生的分布明显低于对照组,说明视觉表征设计能有效促进学生氧化还原反应概念的理解。研究进一步结合问卷和学生访谈对教学中视觉表征应用的情况进行了分析,结果显示,不同水平的学生对视觉表征的偏爱不尽相同,但都认可本研究中视觉表征设计对氧化还原反应概念的理解是有帮助的。学生认为本节课使用的双箭头标注化合价升降、原子结构示意图、人脸韦恩图等视觉表征最能够帮助他们更好的理解氧化还原反应相关概念。研究最后进行了反思与展望,分析了本研究存在一些不足和需要改进的方面,比如样本数目有待扩大、使用的视觉表征有优化的空间、对氧化还原反应的教学设计不够完善,在今后的研究中可以进一步完善。
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