第1章  绪论

1.1 问题的提出

化学是研究物质微观层面的一门基础学科，其主要内容包括物质的组成，结构，性质及用途^[1]。学生在学习化学知识的过程中，化学概念是最基本的内容、同样也是教师教授化学知识的基础单元。化学基本概念贯穿于整个高中化学的教与学中，能否准确无误的掌握化学基本概念，是学生认识并掌握化学规律的必要条件^[2]。布鲁纳在《教学过程》一书中曾经指出：“一门课程在它的教学进展中，应反复地回到基本概念，以这些概念为基础，直至学生掌握了与这些概念相伴随的完全形式的体系为止^[3]。”不论是何种课程，教学的中心和立足点都应该是概念，在化学课程的教学中也应该将概念教学作为出发点，它是这个学科的基础。化学是以实验为基础的课程，大量的概念都是从实验事实中得出的。从分散的元素化合物的知识，到化学反应的深刻原理，再到物质的结构和基础，它们都属于化学的基本概念。只有学生掌握了准确清晰的化学概念，头脑中形成完备的化学知识体系，才能更深入地掌握化学的内在变化和规律，我们才能谈论利用化学去服务社会和服务生活。因此，概念是学习化学课程的基础之基础^[4]。

我国最新的普通高中化学课程标准中提出要培养发展学生的5个方面核心素养。相比较于其他学科，化学由于牵涉的知识内容多且杂，就要求学生对于基础知识的掌握更为准确；准确掌握了基本概念，是学生系统学习化学理论的基础，也是培养学生思维能力的重要途径，只有掌握了概念才能够进一步的培养其核心素养。刘知新^[5]认为，化学概念是人类智慧的结晶，是人们对整个化学反应的本质特征的总结，在化学教学中，对于基础概念的教学一直都占有十分重要的地位，没有良好的知识基础，就无法在后续的学习中使学生综合运用能力得到提升。

在化学概念的教学中，学生往往在课堂上只是表面的学会了所讲的化学概念的，却没有深入理解，不能用它来解决问题的现象相当普遍^[6]。在学习新知识之前，学生已经具有一定的知识储备，他们会通过自己已有的知识来对新知识做出判断，这些脑海中根深蒂固知识往往会影响新知识的学习。我们把这种在日常生活或者以前的学习中所得的知识概念称为前概念。当学生头脑中已有的知识概念的含义与科学概念相同时，它对于学生学习新知识是有利的，而当学生已有的前概念偏离科学概念时，我们称之为迷思概念，迷思概念的存在通常会对于学生学习理解科学概念会造成较大的困难^[7.8]。而在中学，很多高中化学教师并非师范专业，他们并不了解有关迷思概念转变的一些理论，在上课时，通常就是传统的讲授法，通过复习旧课、教授新课、最后再通过练习巩固的方法来巩固新知^[9]。这样的教学方法对于转化学生头脑中根深蒂固的迷思概念并不理想。学生头脑中迷思概念的存在对于学生正确掌握科学概念以及化学核心素养的形成与提高都是一道阻碍，因此，应高度重视学生存在的迷思概念，研究认识和转变高中化学的迷思概念是中学化学课程与教学研究的重要课题^[10]。

1.2 研究目的

氧化还原反应相关概念的教学是中学化学教学的重中之重，它一直都是研究的热点、难点，从初中的简单认识常见的氧化反应与还原反应到高中必修一阶段从本质内涵来学习氧化还原反应，及从化合价判断氧化还原反应，再到氧化还原反应的应用，氧化还原反应的身影遍布于整个中学化学学科知识之中，但是有关氧化还原反应的迷思概念的研究并不多见，因此，笔者准备从氧化还原反应的可能产生的迷思概念入手，通过对理论与实践的分析，进一步提出有效的教学策略，为一线教师，特别是新手教师提供一定的指导，提高教学的针对性和成效性，从而提高课堂效率。

1.3 研究意义

1.3.1 推进新课程改革，提升学生核心素养

新课改后大力提倡培养学生的核心素养^[1]。而科学概念是培养学生所有素养的基本单元，没有科学概念就无法培养学生的科学素养。只有科学概念的形成才意味着他们深刻理解自然现象的本质特征，因此科学概念的教学是科学教学的关键^[11,12]。化学概念是在一系列化学现象与史实的基础上精炼而来的，并不是完全抽象得出。所以化学概念的掌握不仅是学好化学基础，也是其思维能力、推理能力等素养发展的必经之路^[13]。但在实际学习中，学生往往对很多化学概念的理解存在偏差,所以我们在教学中不能只是要让学生记住了正确的概念，而是要让他们能真正理解科学概念。减少学生存在的迷思概念，使学生建立起正确的概念框架，这样他们才能有效的应用已有知识去分析问题、解决问题，进而全面提升自身的综合素养^[14,15,16]。

1.3.2 提高教师的学科素养，建设高效课堂

新课程改革后，强调在课堂上学生是学习的主体，教师在学生的学习活动中起主导的作用，若要建设高效的课堂，教师在准备教学内容之前，必须充分了解学生的发展水平，这就要求教师必须了解学生当前已经掌握的知识状况^[17]。尤其是对于缺乏经验年轻教师来说，课上鲜有有意识的进行迷思概念转变教学。通过对迷思概念转变的教学研究，一方面可以提升教师的学科素养^[18]；另一方面可以使其更了解学生存在的问题，在教学上更有针对性的解决学生可能存在的问题，建设更有高效的课堂^[19]。

1.3.3 建构完善的认知系统，提升学习效率

学习知识的最终目的就是应用，只有具备了良好的认知结构才有可能在学习后将所学的知识应用到实际情境中。迷思概念的存在会经常会对学生的学习造成困扰，影响其学习的效果，使学生的积极性受到打击，削弱其学习兴趣，进而造成成绩下滑。因此，教师如果能在教学过程中有效减少学生迷思概念的形成，则能使学生在学习过程在中目标更为明确，提高学习效率^[20,21]，有利于学生认知结构的完善。

1.4 研究方法

1.4.1 文献分析法

文献分析法主要是指通过分析中外学者对某一领域的理论学说、研究成果、发展前景等方面的内容，吸收其中对于自身研究有用的地方，再结合当前实际情况，通过对搜集而来的各种资料进行再加工并内化为自己的知识的方法。笔者主要以中国知网为检索工具，同时运用闽南师范大学图书馆查阅相关资料，了解目前国内外关于化学迷思概念成果有哪些，并通过分析前人的研究成果为本论文的撰写奠定理论基础^[22]。

1.4.2 调查问卷法

问卷调查方法是指通过制定具体的题目并将其分发到特定或未指定的样本群体，收集答案和分析数据的研究法。调查问卷一般有四个步骤：问卷设计，内容编写，数据录入和结果处理^[4]。设计有效的问卷是一个研究的关键，主要包括确定问卷的主题，选择受访者，建立问卷框架，编写内容，编写调查问卷前言，先行测试和修订问卷等步骤^[23]。本研究利用二段式测试，对学生的学前迷思概念进行探查。第一段测算考查了学生对概念理解的正确性，第二段探究了学生选择的原因，深入了解学生对于知识的理解情况。

1.4.3 访谈法

访谈法是教育调查的主要方法之一。调查员提前列好访谈提纲并通过面对面

的交流方式进行，能够更加深入他们的内心，收集到所需要的信息。本文在调查过程中将访谈法与问卷法相结合，根据对教师访谈再联系对学生的调查结果进行分析归纳，再总结学生可能存在的迷思概念。

1.5 设计思路

本研究的设计思路主要包括研究的准备阶段、前测实践阶段、数据处理与分析阶段以及后测总结阶段，如图1.1所示。研究前的准备阶段主要是利用已有研究成果分析当前迷思概念的研究状况，以及相关理论知识的学习，为后续实践做好准备工作。在研究开始后，首先进行学前迷思概念的探查，然后再根据文献分析得出的学后迷思概念分析梳理得出学生普遍存在的迷思概念点，再利用合理的策略进行教学设计，进行教学实践，最后对后测的数据进行分析得出相应的结论与建议。

第2章 文献综述

2.1 “迷思概念”研究综述

2.1.1 文献统计分析

大多数情况下，一个研究的热点及趋势可有其文献的数量反映出来。本文以知网数据库为基础，以“迷思概念”为主题在CNKI数据库中进行检索，共获得435项搜索结果，近年来发表的趋势如图2.1所示。通过图表我们可以看到2003年只有2篇关于迷思概念主题的文章，到了2018年它已经增长到55篇，到了2019年可能有多达68篇。十几年来有关迷思概念的研究一直在增加，且近年来一直保持着较高的水平。

图2.1 以“迷思概念”为主题的文献检索结果

通过图2.2迷思概念的研究层次分布我们可以看出，迷思概念的研究主要集中在教育领域，从基础教育到高等教育都有研究，尤其是基础教育和中等职业教育，包含了文献综述的50%以上。其次在社会科学领域也有部分研究，其中基础研究的文献过百，占比达到23.01%。综上所述，迷思概念的研究层次主要集中在教育和社会科学领域，并以教育领域为主。

图2.2 迷思概念相关文献研究层次分布

迷思概念的研究学科分布主要包括教育、新闻传播、化学和社会学等学科，分表详情见图2.3。其中涉及教育学的文献共有354篇，占据了绝大部分。这说明了对于迷思概念的研究主要集中在教育领域，而本文的选题也是属于这一领域。

图2.3 迷思概念相关文献研究学科分布

本文以“氧化还原反应”为主题在CNKI数据库中进行检索，总共搜索得到6802条结果，其发表年趋势如图2.4所示。我们可以看到关于“氧化还原反应”的研究逐年增加，尤其是2002年后呈大幅度上升趋势。2016年的文献数量最多，达到了451篇，近几年来看持续处于较高的发表量，且知网预测在2019年仍会有上升的趋势，由此可见氧化还原反应是当前研究的热点对象。

图2.4以“氧化还原反应”为主题的文献检索结果

观察图2.5氧化还原反应研究层次分布图，我们可以看出来，氧化还原反应的研究主要在自然科学方面，文献数量也占据了绝大部分，而基础教育与中等职业教育、高等教育占据了接近两成的分布，这说明了教育学也是研究氧化还原反应的主要领域。

图2.5 氧化还原反应相关研究层次分布

通过图2.6我们可以看出关于氧化还原反应的文献研究学科主要集中在化学、教育、环境、化学工程与电气工程几个方面。其中关于化学与教育两科的文献占比超过五成，教育学科的相关文献共1190篇，占文献总数的24.15%。

图2.6 氧化还原反应相关文献研究学科分布

综合分析以“迷思概念”与“氧化还原反应”为主题所搜索的文献研究分布，我们可以看出二者的研究具有一些共通的部分，本文的研究正好利用了这一些相似之处。

以“迷思概念”并含“氧化还原反应”为主题在CNKI数据库中进行检索搜索，共得到8篇文献，且全部为研究生论文，如图2.7所示。我们可以看到2014年才有人发表第一篇文章，这也说明了相关研究仍有很大的发展空间。

图2.7 以“迷思概念”与“氧化还原反应”为主题的文献检索结果

通过上述分析可以发现，不管是迷思概念还是氧化还原反应，它们的研究都有了一定的基础并且还在发展之中，但是将二者结合的研究仍有待发展，所以本人选择了氧化还原反应的迷思概念进行研究。

2.1.2 国外迷思概念的研究现状

国外首先开启了有关迷思概念的研究，这个概念最初被称为先入为主的概念。早在1903年，美国的斯坦利·霍尔就对儿童对于热、霜和火等自然现象的看法进行了调查^[24]。1929年，皮亚杰在《儿童对于世界的认识》一书中证实了在儿童的思维之中存在着一定数量的前概念。在20世纪50年代奥克斯综述了大量学生对自然现象的解释，这些解释涵盖了目前在研究的迷思概念的诸多部分。国外开始大规模研究迷思概念始于上个世纪70年代中期，到了二十世纪80年代迅速发展并达到一定规模^[25]。

国外迷思概念的研究主要可分为两个阶段，迷思概念的探查和迷思概念的转变。

在20世纪70年代和80年代，研究人员研究的研究重点主要在于探查迷思概念的存在，他们多数利用问卷或者访谈的方法来进行诊断，探查出学生可能拥有哪些迷思概念。如探查学生对于物质性质、化学键、反应热、原子守恒和化学平衡等重要核心概念的理解和掌握情况^[16,26]，以及在学习前后的发展变化^[27]。并且有研究显示这些迷思概念的存在对于多数学习都存在着消极的影响，不利于培养学生的探究能力及解决实际问题的能力^[28]。

到了20世纪80年代后，人们逐渐开始讲研究的方面转向了迷思概念的转变。例如，波斯纳等人首次提出的概念转变模型，引起了教育界的巨大关注，对于概念转变的研究起到了强有力的推动作用^[29,30,31]。之后齐和罗斯克也对迷思概念转变的研究做出了贡献，他们将概念转变视为迷思概念的矫正过程^[32]。沃斯尼亚杜以朴素论为基础，将概念转变分为“丰富”和“修正”两种类型。“丰富”是指当学生已有知识与将要所学的知识结构一致时，只需要对其知识进行丰富，学习起来较为容易；而“修正”则是指当学生已有知识与将要学习的知识发生认知冲突时，则要进行修正，此时概念的转变则难以顺利进行^[33]。亨森则把概念分为三个层次，分别为可理解的、可相信的和可广泛应用的，当这些概念所处在的层次越高，则越容易进行概念转变^[34]。到了1997年泰森等人构建了一个更加整体化的模型，叫做概念转变的多维框架，尝试从多种角度来解释概念转变^[16,35]。之后还有多种策略出现，例如NN三步教学策略、DO五步教学策略、Krajcik四步教学策略等^[36]。

综上所述，在20世纪70年代和80年代，研究者的研究重点主要放在迷思概念的存在状况以及产生的原因，80年代以后学者们对于迷思概念转变进行了更多的研究。

2.1.3 国内迷思概念的研究现状

台湾是国内首先对化学学科中存在的迷思概念进行了研究的地区^[37]。研究范围包含多个方面，比如化学平衡、化学反应速率、氧化还原反应、有机化合物等。台湾学者对于迷思概念的研究重点主要在于迷思概念的探查，其一，是探查迷思概念的存在，其二，是对探查迷思概念的工具进行开发研究，例如二段式诊断工具^[38]。此外，邱美红学者在心理学方面和概念转变方面也做出了一定的研究，并取得了一定的成果。

在国内早期发表的关于概念转变的文章有范丰会学者发表的《中学生的相异构想与物理教学中的概念转变》^[39]以及张建伟发表的《概念转变模型及其发展》，此篇文章介绍了国外主流概念转变的方法，为后续国内的研究提供了良好的参考^[40]。到了二十一世纪我国对于迷思概念及概念转变的研究逐渐增多，成为研究的热点。部分成果如表2.1所示。

表2.1 国内部分迷思概念研究成果

这些研究提出了多种转变迷思概念的方法和策略，这对于本文的研究具有很好的参考意义。

2.1.4 现状分析

综上所述，目前关于迷思概念的研究重点主要在集中在探查迷思概念和迷思概念的转变策略两个方面。但是概念转变的研究并不系统，缺乏对可行性教学策略的探索，对教师教学并不能起到很好的指导作用^[19]。其次，很多研究并没有考虑到学习的连贯性。学生在初中已经学习了一定的化学知识，这些知识储备是他们学习高中化学的重要基础，倘若初中所学的知识就产生了大量的迷思概念，到了高中会对其学习造成巨大困扰，因此我们还应该对知识点的连贯性的研究，从根源解决学生可能存在的问题^[45]。

在探查迷思概念时，目前的研究大多采用问卷调查法，但尚有缺点存在，首先这些问卷题目有着固定的选项，这些选项未必就能把学生可能存在的迷思概念都包含在内，有的学生仍有自己的想法，因此对调查的结果的准确性会产生影响。其次有些学生比较调皮，没有认真作答，也会使结果产生一定的误差。最后，化学学科的基本概念众多，任何概念点都会有学生存在迷思概念，所以如果能够系统的将各个概念学生可能存在的迷思概念点都挖掘出来，这将对教师产生极大的助力^[46]。

综上所述，对于迷思概念的研究已经引起了越来越多的研究者的注意，大家已经意识到迷思概念的存在对于学生的学习产生了巨大的困扰。研究者们正积极的寻找迷思概念转变的方法并加以实践，从而提高教学有效性。

2.2 相关概念

2.2.1 迷思概念

迷思概念是来源于的英文单词misconception的翻译。是指个体在受到教育之前脑海中通过自己的观察和经验形成的对于事物或者现象的理解，但这一理解与科学界所公认的理解存在一定的偏差，甚至可能是完全错误的。^[47]在化学的迷思概念中，迷思概念并不是单纯的指一些基本的化学定义与原理，所有知识点都有可能成为迷思概念点，包括了由这些概念衍生而出的一些实际应用等^[48]。

2.2.2 迷思概念的特点

（1）普遍性

社会上的每个人头脑中都存在着一定数量的的迷思概念，而且不同文化背景、不同生活经历的人也有可能会产生相似的迷思概念，他普遍存在于人们的头脑之中。

（2）独特性

每个个体都有其独特性，不同的外部环境使他们的认知结构存在一定的差异。认知结构的不同影响着学生对于外界信息的获取与选择，也就造成了每个学生对同一个化学概念存在的迷思概念点也各有不同。

（3）顽固性

学生的存在迷思概念多数是由生活经验所得，这些迷思概念往往还能解释部分现象，这就造成了学生对其深信不疑，更影响了其接受科学概念。因此迷思概念存在着很强的顽固性。

（4）隐蔽性

很多迷思概念是可以解释日常生活中的一些现象，因此学生很难察觉到自己所掌握的概念有哪些是迷思概念，这些迷思概念在生活中逐渐潜移默化到学生的脑海中。

（5）发展性

随着年龄的增长，学生所学到的知识也会增长，在这个过程中，迷思概念也会随之发生改变，因此，迷思概念也同样具有发展性^[49]。

2.2.3 概念转变

概念转变是指个体原本脑海中存在的某种知识经验受到了新的知识经验的影响进而发生了改变^[50]。通常情况下，概念的转变可以分为两种，一种是同化丰富，另外一种则可以称之为修正^[5]。丰富就是在原有知识的基础上对其加工使之更为完整准确。修正则是指原有的认知与新知识产生了冲突，需要作出改变的转变方法^[51]。本研究中的概念转变主要是指学生已有的知识经验与新的知识经验产生了矛盾时，要经过一系列的修正进而建构正确的概念^[52]。

2.2.4 概念转变的基本程序

（1）设置情景诱发学生的原有认识

概念转变教学重在转变，转变就得有个靶子。所以要先了解学生已有的个人概念，这个是他区别于常规概念教学非常重要的一点，要先设置情景，诱发学生的原有认识。

（2）制造认知冲突促使学生怀疑原有认识

了解和诱发学生的偏差认识只是概念转变教学的第一步，我们如何才能让学生怀疑他的原有认识，或者是挑战他自己的原有认识？他得发现他自己的原有的认识是存在偏差的，是不合理的，是没有功用的，所以他才需要去否定自己，这个时候就成为我们概念转变教学的第二个基本程序，一般要制造认知冲突，促使学生怀疑原有认识。

（3）提供新的概念模型

这时候他需要老师的帮助，需要进行新概念的建构，所以我们就要第三个很重要的程序，叫提供新的概念模型。

（4）运用新的概念模型解释冲突性事件

（5）比较新旧概念接受新的概念

能够进行全面系统分析了，这个时候他就感觉到新的概念模型比他原来偏差认识确实有效的，比较新旧概念，他就更加心甘情愿地接受了新概念。

（6）内化巩固加深对新概念的理解

第3章  研究的理论基础

3.1 耗散结构理论

1969年，比利时科学家伊利亚·普利高津提出耗散结构理论，并于1977年获得诺贝尔化学奖。耗散结构理论的基本思想是：一个非常不平衡的非线性的开放系统（无论是物理、化学还是生物的，甚至是社会的、经济的系统）通过与外界环境不断的进行信息交换、物质交换以及能量交换等操作，当系统内参数的变化达到某个阈值时，系统可能会突然发生变化，由混乱无序状态转变成为一种有序的状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”（dissipative structure）。耗散结构形成的条件可概括为：①系统是一个开放的系统；②系统必须远离平衡状态；③系统内部存在着复杂的非线性的相互作用；④系统可以发生内部涨落。耗散结构的出现完全是自组织的，人们无法创造耗散结构，但可以创造出现耗散结构的条件^{[53,54,55,56]}。

根据耗散结构理论所述，一个充分开放的系统在与外界不断进行信息交换的情况下，才有机会提高其有序程度。学生的概念认知结构恰好具有这一特征，是一个充分开放的系统。在学习的过程中，学生的认知结构首先需要从外界环境获取大量信息，可以是文本资料，也可以是声音的输入。这些信息大量的进入学生的认知结构中，紧接着学生的认知结构会对外界得来的信息进行处理，吸收或者抛弃。其次，认知结构是一个远离平衡态的系统。耗散结构理论强调：非平衡的状态是变为有序的前提。只有系统处于一个非平衡的状态下，才会对于内外界的信息交换变得敏感^[57]。而在学生的学习过程中，常常就会遇到这样的情况，他们已有的知识储备并不能解决实际遇到的问题，两者之间存在着一定的矛盾，这就导致了学生的认知结构远离平衡状态，此时他们对于信息的交互变得极其敏感。第三，认知结构存在非线性的相互作用。在学生的学习过程中，认知结构的各组成部分之间存在极其复杂的相互作用，不单单是各部分功能的简单加和。最后，认知结构内部在学习的过程中随着新信息的录入会发生涨落。在概念学习过程中，教师往往会创设出多种情境，激发学生的学习兴趣，使其处于一个活跃的状态，并在概念引入的过程中通过各种方法刺激学生的认知结构，使其发生涨落，当刺激达到了一定的程度时，就完成了概念的建构或者转变。因此在教学中此理论具有实践意义，具有可操作性^[53,56,57]。

3.2 建构主义学习理论

建构主义学习理论认为，学习这一过程是学习者通过新旧知识的相互作用主动来发展建构自己的知识体系的过程^[58]，它即使学习者获取新知识的过程也是学习者改造已有知识的过程^[59,40]。其主要观点有：①学习者的脑海不是白板，在学习之前其头脑之中已经具有了一定的知识经验，忽视学生已有的经验知识进行空中楼阁式的教学是不科学的^[60]。②知识是学习者积极建构起来的，而不是被动地接受^[61]。在这个学习者主动构建的过程中，教师知识起到引导的作用，学习者才是这个过程的主体，单纯的知识灌输是不能够帮助学习者主动构建知识体系的。③学习活动是完善学习者认知结构的过程。学习者通过后天学习，将新的知识进行分析处理，再加工进而建构属于自己的知识体系，转变着自身对于世界的认知方式。学习者知识建构过程包含三个重要特征：有效的社会互动、积极主动的建构、合适的情境^[62]。建构主义学习理论强调学生的主动学习，迷思概念的转变是在学生头脑里进行的，教师的作用就是采取合理有效的教学策略引导并促进学生的迷思概念转变以及对知识的主动构建^[63]。

3.3 皮亚杰认知发展理论

皮亚杰的认知发展理论认为，人类的发展离不开与环境的相互作用。只有人主动去了解环境并与周围环境的获得了有效互动，才能获得良好的发展。人们主要是通过同化与顺应两种方式获得自身的发展^[64]。同化，指的是主体对新事物的认知是通过将外界信息归纳并整合到自身已有的认知结构当中来实现的，也就是令认知结构产生了量的改变，是对认知结构的一种丰富。所谓顺应，指的是当主体脑海中的已有的认知结构与外界环境产生矛盾时，通过改变自身内在的认知结构来适应外界环境的需求，进而建构新的认知结构。同化是主体对客体的改造过程，是丰富自身的认知结构，而顺应则是改变自身的认知结构，是对于主体的改造^[65,66]。

第4章 氧化还原反应迷思概念的探查与分析

4.1 “氧化还原反应”内容的分析

4.1.1 课程标准中有关氧化还原反应的分析

氧化还原反应的相关知识学习贯穿于整个中学化学之中，从初中到高中均为重要内容。其课程标准要求如表4.1所示。

表4.1 课程标准中与氧化还原反应相关内容标准

通过课程标准的要求我们可以看出，在初中阶段对于学生而言只需要能够判断简单的氧化反应，认识一些元素的化合价即可，为学生建立起一个表观认识，让其意识了有这个反应的存在。进入高中以后，氧化还原反应成为了重难点内容，也有更科学规范的内容要掌握，要求也越来越高，需要透过现象看本质，并且能够应用此概念点。

4.1.2 不同版本教科书必修一关于氧化还原反应知识的呈现与编排

目前普遍使用的教科书有人教版、鲁科版和苏教版，对于氧化还原反应这一知识的编排各有不同，具体呈现如表4.2所示

表4.2  不同版本教科书必修一关于氧化还原反应知识的呈现与编排

通过图表我们可以看出有关氧化还原反应内容在三个不同版本的高中化学教材中的编排也各有特色。鲁科版和人教版都是集中讲解氧化还原反应，给学生的脑海中留下一定的印象，再在后续元素化合物的学习之中不断重复强化，使这一知识逐步内化。苏教版则是采用概念进阶的策略，将氧化还原反应的知识分散到各个章节之中进行分散讲解，在学习各个元素化合物的同时，不断的进行概念进阶，潜移默化的掌握了氧化还原反应。总而言之，各个版本的编排都下足了功夫，这也显示出了氧化还原反应这一知识的重要程度^[67]。

4.1.3 氧化还原反应的概念图

氧化还原反应中涉及的概念较多较杂，容易混乱，这会对学生的学习带来困扰，理清概念之间的关系对于了解氧化还原反应的学习进阶至关重要，因此将氧化还原反应相关概念及它们之间的关系用概念图表示出来，如图4.1所示。

图4.1 氧化还原反应概念图

4.1.4 氧化还原反应概念理解水平发展

经过初中的学习，学生已经初步接触了氧化还原反应，能够从表观认识常见的氧化反应与还原反应，但是这些认识存在一定的缺陷，具有一定的狭隘性。到了高一必修一阶段，学生需要对于氧化还原反应建立起系统的认知。这就要求教师在教学前了解学生对于概念的理解程度，进而设计相应的教学程序，能否使学生的认知顺利的过渡，这对于教师的教学质量至关重要。因此笔者通过对文献进行分析，将氧化还原反应的概念理解水平划分出来，并分析其可能存在的迷思概念以及概念进阶目标，具体如表4.3所示^[68,69]。

表4.3 氧化还原反应概念进阶

4.2 迷思概念的探查研究

本研究采用二段式问卷法了解学生在学习氧化还原反应之前存在哪些迷思概念，并通过文献分析法了解传统教学下学生易产生哪些迷思概念，再结合对一线教师进行访谈，将其整合分析。

4.2.1 探查工具及内容

本研究利用二段式问卷与普通问卷相结合的方式进行诊断，内容维度如表4.4所示，具体问卷见附录1。本问卷的编制参考己有的氧化还原反应体系迷思概念的研究成果，并通过与有经验的教师交流访谈，总结学生可能出现的迷思概念点编写而成。二段式测验由切尔格斯特发展而来，被测试者除了要选出自己要选择的选项外，还需要选择适当的理由对自己的选择进行解释，此种问卷不仅可以探查学生可能存在的迷思概念点，也可以了解学生的认知情况，对于分析学生产生这些迷思概念的原因起到了重要的作用。

表4.4 氧化还原反应前测维度划分

4.2.2  探查对象及过程

本研究的测试对象是福建省某中学高一年级中四个平行班的学生。四个班的分班成绩相当，整体水平相近。

本测试进行的时间是2018年9月27号自习课，当测试题目的错误率超过10%则认为学生对于此知识存在迷思概念。本次测验共对四个平行班发放193份问卷，现场收回179份，回收率92.7%。有研究显示，当问卷有效回收率超过75%时，所获得的数据才能成为有效数据^[70]。所以本研究的前测问卷符合要求，可以用于分析。

4.2.3 探查结果统计分析

本次探查的结果用SPSS软件进行分析，对于每道题目都以百分率的形式表示学生对于各个选项的选择情况，从而进行分析，了解学生在氧化还原反应中可能存在的迷思概念点。

表4.5 二段式问卷第1题交叉表

通过对表4.5的分析，我们可以发现能够正确选择答案CD的同学有123人，占总数的六成以上，但是在这其中能够正确选择理由EF的仅有31人，只占总人数的17.3%。由此可见，并不是选择了正确的答案就代表了真正掌握了知识，绝大部分的学生是存在迷思的；有20.1%学生选择了C而没有选择D，说明了学生对于氧化还原反应与化合反应的关系尚不明确。在第二阶段理由选项中，选择B与F选项的学生分别有14%和16.8%，有20.7%的学生选择了BF选项，说明学生存在氧化还原反应一定是有氧气参加的化学反应这一迷思概念。

表4.6 二段式问卷第2题交叉表

通过观察表4.6可以发现绝大部分的学生都能够选择正确的答案，但是在这其中第二阶段选择正确理由C的学生仅有87人，不到总数的一半。有超过五成的学生是存在迷思点的。在第二阶段理由选项中，有22.3%的学生选择了F选项，其中有部分学生中指出有化合价变化的反应为氧化还原反应，说明部分学生懂得从化合价的角度判断氧化还原反应；有13.4%的学生选择了A或B，这说明了部分学生认为氧化反应和还原反应能够单独存在。

表4.7 二段式问卷第3题交叉表

观察表4.7，我们可以看到能够正确选择该题目的学生有143人，约占总人数的八成，但是能够给出正确理由的学生只有有58人，占总人数的32.4%。整体而言，有67.6%的学生是存在迷思概念的。在第二阶段理由选项中，选择A和B选项的学生分别占据总人数的13.4%和7.8%，有6.7%的学生选择了AB选项，说明部分学生对于电子转移这一部分知识还处于盲区。有20.1%学生选择了B而没有选择A，其中大部分学生选择了理由F,说明了学生对于氧化还原反应与置换反应的关系尚不明确。有18.4%的学生在第二阶段理由的选择中选择了G，通过分析发现，他们一部分人认为有单质参与或者生成的反应为氧化还原反应，另一部分认为该反应化合价不发生变化，说明学生对于化合价的判断还存在迷思概念，更多的是凭借着自己的经验来判断。

表4.8 二段式问卷第4题交叉表

分析表4.8不难看出，有67人选择了正确的答案，占总人数的37.4%，这说明了氧化还原反应与分解反应的关系对于多数学生来说存在困难。而在选择正确答案的学生中又能选择正确理由CD的学生有51人，占总人数的28.5%，其主要因素是很多学生认为分解反应不是氧化还原反应。从表中可以看出，第一阶段有22.3%的学生只选择了分解反应，在第二阶段的选项中有28人选择E，表明他们存在分解反应不是氧化还原反应这一迷思概念。

表4.9 二段式问卷第5题交叉表

从表4.9可以看出，在第一阶段中能正确选择D的学生有90人，占总人数的50.3%，还有24.6%的学生选择了CD，而选择理由C的学生占比达到了18.4%，这说明了许多学生对于氧化还原反应反应的判断只是单纯的利用经验，而没有理论支撑，并且对氧化还原反应和复分解反应的关系尚不明确。在第二阶段选择正确理由D的学生有81人，占总人数的45.3%。这说明了学生对于整体而言，氧化还原反应与复分解反应的关系这一概念理解正确的只45.3%，选择E或CE选项的学生之和有16.2%，其中很多学生都认为复分解反应就是氧化还原反应。

第六题主要考察元素在不同物质中的化合价，共包括三道小题，包含三种元素的化合价的判断，分别为A.B.C.D，学生答对则赋值为1，答错则赋值为0。具体分析见表4.10。

表4.10 第6题得分率分析表

通过分析表我们可以看出，第1小题中可以对于常见物质的化合价，学生的正确率较高，很少有学生出错。但是对于离子中的化合价，学生的计算就会出现问题，例如在计算碳酸根中碳的化合价时，学生易忽略掉碳酸根带两个负电，计算出碳元素为+6价的错误答案。除此之外还有部分学生对于化合价的认知存在定式，他们认为化学式左边的原子都是正价的，右边的原子都是负价，因此在计算甲烷的化合价时出现了大量的问题。

在第2小题中氯气和盐酸的氯的化合价都有较高的正确率，但是计算二氧化氯和次氯酸这些不常见的物质的元素化合价时正确率并不理想，这说明了多数学生是凭借经验来计算化合价的，并没有准确的方法。

第3小题的情况与第1小题类似，对于硝酸和一氧化氮中氮元素的化合价，学生具有较高的水准完成，但是当其遇到离子时，部分学生就忘记了离子所带的电荷，因此而造成错误。相当数量的学生认为元素的化合价正负与其左右位置有关。

综合上述六道题目，我们可以发现学生在进行学习之前头脑中已经具备了一定的知识基础，且这些知识对于其学习具有重要影响，正确的知识对于学习有良好的促进作用，而错误的知识则会影响学生的学习效果。依据上述调查显示的结果，将高一学生“氧化还原反应”部分的学前迷思概念进行总结，如表4.11所示。

表4.11 氧化还原反应学前迷思概念点

4.3 教师访谈

4.3.1 访谈提纲结构

教师的访谈主要在于调查教师对于迷思概念的了解，以及处理迷思概念的方法。本次访谈一共由6道题目组成（附录2），访谈提纲内容的划分及题目分布如表4.12所示。

表4.12 高一学生“氧化还原反应”的迷思概念测查教师访谈提纲

4.3.2 访谈对象

本次访谈选取漳州市某重点高中高一年级3位具有不同教龄，不同学历的化学教师作为访谈对象，既有经验丰富的老教师，也有较为年轻的教师，既有研究生学历，也有本科学历。受访教师的基本情况如表4.13所示。

表4.13 受访教师基本情况

4.3.3 访谈时间

该访谈在2018年9月进行，访谈过程中根据访谈对象的特点以及回答内容进行整理。

4.3.4 教师访谈分析

表4.14 教师访谈情况统计

通过对教师的访谈的分析，可以得出：大多数教师对于迷思概念的了解知之甚少，甚至并未听说过，所以在他们的课堂教学中更多的是凭借自身的教学经验来进行教学，并没有去关注学生可能存在的迷思概念，更不要说去纠正学生的迷思概念；经验丰富的教师可以通过自身多年经验来进行教学，情况相对较好，而教学经验少的新手教师则较难处理这些迷思概念点，因而所带班级的成绩与老教师具有一定差距。在谈论到如何处理这些迷思概念时，各位老师各有特色。有老师认为可以进行对比教学，设置认知冲突，让学生自己发现矛盾点进而去解决问题，获得新知。也有老师通过讲述分析，并进行大量练习，让学生对于这些概念的理解最终发生质变。在探讨学生为何会产生这些迷思概念的时候，各位老师也都给出了自己理由，有内因也有外因，既有学生自身的状况，也有外界环境的影响。

4.4 “氧化还原反应”学后迷思概念分析

通过研究发现，经过传统教学后学生仍存在一定的迷思概念，本研究的目的就是要转变学生的迷思概念，因此有必有提前了解学生学后仍然可能存在的迷思概念点，进而设计具有针对性的方法进行转变。经文献分析与二段式问卷探查分析，可能存在的迷思点具体总结如下^{[71,72,73,74]}。

（1）认为化学式中位于左边的原子一定是正价，右边的原子一定是负价。

（2）见到有氧参加反应就认为是氧化还原反应。

（3）认为有单质参与或形成的反应一定是氧化还原反应。

（4）认为在同一个氧化还原反应中，氧化剂和还原剂不能是同一种物质。

（5）认为氧化剂发生氧化反应，生成氧化产物。

（6）认为电子是在物质层面进行转移的，而不是在原子层面。

（7）认为失电子越多的还原剂还原性越强。

（8）认为氧化还原反应的实质是电子的得失。

（9）认为电子可以在溶液中流动。

4.5 “氧化还原反应”迷思概念成因分析

4.5.1 日常生活的影响

在生活中，有些认知本身与科学概念是不相符的，但由于这些认识恰好可以解释一些现象，这就造成了人们会对一些概念的认识产生了偏差，这就造成了迷思概念的形成。比如在生活中我们见到的铁制品通常都是黑色的，这就造成了多数学生对于铁的认知就是黑色。

4.5.2 类化概念的负迁移

化学概念种类繁多，其中有很多概念的描述在字面上具有相近之处，这就造成了学生在学习的过程中有可能产生混淆，进而产生迷思概念。比如学生容易将同位素、同素异形体与同分异构体混为一谈。

4.5.3 初高中教材对于概念的界定不同

相较于于高中的教材，在初中阶段由于学生的认知发展水平尚未成熟，所以一些概念的描述并不够科学严谨，从而对于学生的理解也造成了误区，这就导致了学生在高中的学习中出现困惑，进而造成迷思概念。例如对于氧化还原反应的判断，初中阶段是从得失氧的角度来判断，而到了高中此方法显然已不适用，应从化合价升降的角度来判断。

4.5.4 教师的影响

相较于老教师，新手教师在这一方面造成的影响可能更为明显，由于新手教师缺乏经验，在上课的过程中有时会有不够科学准确的语言来描述了某些概念，这些语言听到了学生的耳朵中去都有可能给学生带来一定的学习困扰，从而造成迷思概念。同时在教学时，由于教师大量的讲述，而未给学生进行思考的时间，也会造成学生机械记忆，而没有理解概念的本质。

第5章  概念转变的教学策略的应用实践

5.1 “氧化还原反应”中概念转变的教学策略

通过对于大量文献的分析，本研究发现设置认知冲突、多重类比、概念图等策略对于氧化还原反应的概念转变教学具有较好的效果。

5.1.1 设置认知冲突策略

在氧化还原反应这一概念点的学习中学生存在大量的迷思概念，其中很重要的一部分原因是因为学生的认知已经形成定式，针对这一情况，我们需要做的就激发学生的认知矛盾，使其发现自身已有知识并不足以解决目前遇到的问题，进而通过探究得出正确的概念。例如在初中阶段认为的有氧气参与的反应就是氧化还原反应，到了高中课堂就可通过列举反例，激发学生的认知冲突，帮助学生转变迷思概念，进行概念进阶。

5.1.2 多重类比策略

由于学生的思维想象能力尚待发展，在学习氧化还原反应的本质时，对于化合价的升降与电子的转移之间关系难以梳理清晰，这时就可以在设计教学时，通过举出现实情况中简单形象的实例进行类比分析。例如跷跷板，定滑轮等学生能够联想到，或者可以直观看到的变化来帮助其理解概念。

5.1.3 概念图策略

由于氧化还原反应中涉及到的概念数量较多且容易混淆，这对于学生的理解就更容易造成困扰，因此可以通过绘制概念图，帮助学生梳理各个知识点之间的关系，这对于学生掌握氧化还原反应的诸多概念具有重要作用。

5.1.4 角色扮演策略转变

在学习氧化还原反应中电子转移的内容时，多数学生难以想象到电子转移的情况，这就造成了学生对于这一概念点的认识存在很大的困难，尤其是电子在溶液中的转移需要由离子的携带，这一概念很难通过语言讲述让学生理解透彻，因此可以通过角色扮演来表示这一反应过程，从而让学生明白电子在溶液中的转移需要通过离子的携带。

5.1.5 对比策略转变

在学习氧化还原反应之前，学生已经学习了化合价，但是部分学生对于化合价与电荷的理解不够准确，甚至有人将两者混为一谈，在此处就可以通过对比的方法帮助学生理解化合价与电荷的区别。

5.2 “氧化还原反应”教学设计

5.2.1 教学背景分析

5.2.1.1  课标分析

氧化还原反应作为高中化学的重要内容，课程标准中也对其做出了具体的要求，要求学生能够从化合价改变与电子转移的角度认识氧化还原反应，并且知道常见的氧化剂与还原剂。这就决定了本节课的主要任务是教会学生准确判断氧化还原反应并理解其本质内涵。

5.2.1.2  教学内容分析

氧化还原反应的内容贯穿于整个中学化学之中，是中学化学概念知识的重中之重。不论是初中的第一次接触，还是本节内容所学习的基本概念，以及后续氧化还原反应的实际应用的学习，都是整本教科书的关键知识。本节内容在其中起到了穿针引线的作用，既呈接了初中所学的表观认知，又为后续应用做了重要的铺垫，其重要性不言而喻。

5.2.1.3  学生情况分析

在初中阶段，学生已经从得失氧的角度学习了氧化反应与还原反应，具有一定的知识基础，但是对于氧化还原反应的理解并不准确。高中生已具备一定的空间想象能力和逻辑思维能力，但是多数学生在应对复杂的想象仍存在一些困难。所以教师在教学过程中应该要激发学生的探究兴趣，设置认知冲突，引导学生主动的去探究氧化还原反应，从宏观到微观，教师做好引导者帮助学生理解氧化还原反应的实质。

5.2.2  教学目标

掌握通过化合价的变化来判断氧化还原反应的方法。

理解氧化还原反应的实质，利用电子转移的观点判断氧化还原反应。

通过体验探究从表观认知氧化还原反应到判断依据再到本质认识的过程，培养学生的证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的核心素养。

5.2.3  教学重难点

重点：学会用化合价升降和电子转移的观点判断氧化还原反应

难点：理解氧化还原反应的本质

5.2.4  教学过程与方法

5.3 教学实践研究

5.3.1 实验对象

漳州市某重点中学高一年段两个普通班，该校普通班都是入学时由计算机随机分配，各个班级的学生成绩相当，处于同一水平。为了保证研究结果的准确性，对选择的A班和B班的学生的入学成绩作为前测，用SPSS进行数据处理分析和方差性检验。

表5.1前测成绩结果分析

通过分析表5.1我们可以看出两班成绩的平均值、标准差都很接近，这说明两班学生的水平相当。为了进一步比较两班的情况，进行显著性分析，笔者对A、B班的前测成绩进行了独立样本T检验，统计结果见表5.2。

表5.2 两班前测成绩独立样本T检验结果

由表5.2可知，两独立样本的前测方差齐性检验检验结果为F=0.008，Sig=0.929>0.05，说明实验组与对照组来自相同的整体。两独立样本的前测平均分差异显著性检验结果显示，p=0.688＞0.05，这说明两班的前测成绩没有显著的差异，可以选择这两个班级来进行实验探究。因此，笔者将在后续实验中将A班作为实验班进行迷思概念转变教学，B班作为对照班，进行传统常规教学。

5.3.2 实验变量

自变量：在本文中，自变量指的是两种不同的教学模式。在实验班中使用概念转变教学，在对照班进行传统教学。

因变量：本研究中的因变量是课后测试中实验班和对照班学生在后测中所得分数。

无关变量：学生的课后自己的学习时间，使用的辅导书等等。

5.3.3 任课教师培训

在教学的实践过程中，任课教师的教育理念及方法将会对实验产生最直接的影响，是能否将实验设计有效实施的最重要的人物。因此笔者在实验前两周向教师介绍了耗散结构理论、建构主义教学理论等理论基础，将学生存在的迷思概念点汇报给了授课教师，并概述了概念转变教学诸多方法。最后结合实际情况与教师建议修改教学设计。

5.3.4 实验的实施

实验周的星期二，任课教师先在对照班上课，上课时间是45分钟，教学方式与平时一样。星期三，教师按实验教案准备实验班的课，进行迷思概念转变教学。在两个班级都完成教学之后，利用下午自习课时间，将后测卷发放进行测试，两个班级同时进行，具体测试卷见附录4。测试期间严禁交流讨论，翻阅书籍资料，测完立即收交。

5.3.5 后测数据总体处理与分析

利用SPSS软件对两班后测成绩进行分析，结果见表5.3。

表5.3 后测成绩结果分析

表5.4 两班后测成绩独立样本T检验结果

通过对表5.3和表5.4的分析，我们可以看到实验班的平均成绩为6.4分，对照班平均成绩为5.6分，实验班成绩高于对照班。再来分析两独立样本后测T检验结果，可以发现F=0.065，Sig=0.8>0.05，表明实验组与对照组来自同一个总体。t=2.144，p=0.035<0.05，表明两个班级的后测平均分存在显著性差异。由此可见，原本水平相当的实验班与对照班在通过不同的教学方法进行教学后，对氧化还原反应掌握水平出现明显差异。

维度一：化合价升降角度认识氧化还原反应

表5.5 维度一后测得分情况

表5.6 维度一后测得分独立样本T检验结果

由表5.5和表5.6可以看出，在实验班级平均分较高，为2.333分，而对照班得分较低，为2.081分，综合比较后，进行独立样本T检验，检验结果p=0.026＜0.05，证明两班从化合价升降角度认识氧化还原反应的学习成绩在实证后出现显著性差异。

维度二：电子转移角度认识氧化还原反应

表5.7 维度二后测得分情况

表5.8 维度二后测得分独立样本T检验结果

由表5.7和表5.8可以看出，在实验班级平均分较高，为1.541分，而对照班得分较低，为1.161分，综合比较后，进行T检验，检验结果显示p=0.036＜0.05，说明了两班从电子转移角度对氧化还原反应的认识在实证后出现显著性差异。

维度三：氧化还原反应与四大基本反应的关系

表5.9 维度三后测得分情况

表5.10 维度三后测得分独立样本T检验结果

由表5.9和表5.10可以看出，在实验班级平均分较高，为2.729分，而对照班得分较低，为2.326分，综合比较后，进行T检验，检验结果p=0.036＜0.05，证明两班对氧化还原反应于四大基本反应类型的关系的认识在实证后出现显著性差异。

第6章  结论与展望

6.1 研究结论

6.1.1 耗散结构理论对迷思概念的转变有良好的指导作用

耗散结构理论对于学生迷思概念的转变起到良好的理论指导作用，利用耗散结构理论可以建构一个用于迷思概念转变的模型。在概念转变中通过创设一定的情境来刺激学生的认知结构，让其处于一个非常不平衡状态，再通过不断的信息输入，当学生的认知结构达到某个阈值时，认知可能会突然发生变化，达成概念的转变。

6.1.2 迷思概念转变有利于推进新课程改革，提升学生核心素养

研究结果表明，通过迷思概念转变教学，实验班后测的平均成绩为6.4分，而对照班平均成绩为5.6分，具有显著差异，可以看出迷思概念转变教学对于减少学生的迷思概念具有显著效果。且在不同维度的概念理解上，实验班学生在“氧化还原反应”的迷思概念的转变上也更为有效。由此可见，概念转变教学不仅能促进学生迷思概念的转变，也能提升学生的概念理解水平，完善学生的认知系统，提升学习效率，培养学生的核心素养，对于新课程的改革具有良好的推动作用。

6.1.3 迷思概念转变有利于提高教师的学科素养，建设高效课堂

通过迷思概念转变教学，教师对于学生的实际情况有了更深的了解，进而能够针对不同的迷思概念使用合适的教学策略，这样的教学对于课堂的效果具有明显的提升。例如，针对“氧化还原反应的判断标准”使用举反例策略，让学生自己发现问题，发现自身已有的知识并不足以解决遇到的问题，激发学习兴趣，进而去主动思考问题，解决问题。针对“氧化还原反应的实质”使用多重类比策略，并通过动画模拟，现实举例的方法，从多角度强化学生对于氧化还原反应实质的理解。

6.2 问题与展望

本研究中对高一学生在氧化还原反应这一节中存在的迷思概念的统计分析调查范围较窄，是根据四个班级的问卷调查及访谈结果得来，调查的基数尚有不足。希望未来的研究者可以扩大研究范围，并从不同层次的学生入手，对初高中生进行迷思概念的调查分析，做更系统的概念转变研究。笔者作为一名准教师，相比一线教师仍缺乏实际教学经验，在课堂的问题深度等方面的安排上仍存在一些问题，需要更多研究者的优化与改进。此外概念转变教学策略模式需不断进行探索和整合，取长补短，使其能够形成一个完整的系统，更加科学规范，更有力的推动化学教学的发展。