被试者元认知策略对无机物性质实验问题解决的影响及讨论

实验结果表明,被试者在解决化学实验问题中的确经历5个环节:问题表征,问题解析,设计实验方案,实施实验方案,检验、反思与调整。但被试者在各个环节中表现的水平不同,影响各个环节的因素不同。

(1)关于问题表征与问题解析

对于问题表征,被试者都能快速而正确地确定实验问题类型与任务实质,可见被试者具备较清晰的实验问题的类型知识。

问题解析测查结果反映,40名被试者都对实验问题进行了解析。对于题目一,平均正确解析级数为三级,被试者基本实现了顺利和正确的解析。反映出被试者对于物质鉴别、分离及其转化类实验问题的解析,具有较自动化的程序性知识及相应的各种子任务的问题解决活动心智原型。对于题目二,平均正确解析级数为二级,被试者在解析此题目时明显受到偏铝酸钠具有两性及其研究思路的原型类比正迁移的影响。

对于题目三,平均正确解析级数为二级,被试者对于该实验中的问题一般只解析到物质制备,而对物质性质探究不能进行继续解析,而且被试者在实验实施中普遍只完成了氧气的制备而没有顺利完成氧气性质的探究任务。此结果表明被试者对于无机物性质研究类实验问题缺少问题解决的高级程序性知识。对于题目四,被试者大都实现了顺利解析,平均正确解析级数为二级,解析过程中他们显然受到有机物结构推断类习题原型的正迁移影响,具备了解答有机物信息给予题的程序性知识,因而能较顺利完成问题解析。

综上结果,不难看出:①问题解析是实验问题解决活动特别是综合实验问题解决的前提。②问题解析活动中采用的思维策略为2种,算法式(系统分析)和启发式。算法式是逐个尝试问题解决的各种可能性,主要依据一般的逻辑推理。启发式是以选择式搜索解决问题,它受典型物质、典型问题情景及具体问题解决原型的影响。实验结果表明2种策略综合使用效果最佳。③制约和影响解析活动结果的主要因素为:解析活动的程序性知识、各类实验任务的问题解决原型及具体的化学知识。

(2)关于设计实验活动方案

根据对实验记录的分析,被试者在设计实验活动方案环节出现的问题较多。有的被试者在此思考很久,不知如何着手,有的被试者边实验边设计。从设计结果看,大部分被试者对设计实验方案没有基本的程序性知识,他们把操作步骤或思考过程就认为是实验方案。对于其中的实验路径分析,没有思考意识,只是理所当然地先进行什么,后进行什么,或者先进行对他们来说较容易或较熟悉的任务,不能选择和确定良好的完成各项子任务的顺序,更不能有机组合地完成各项子任务。如题目一中在检验钠离子时应先除去干扰的钡离子,而除去过程正好可作为合成新物质的过程,几乎没有被试者采取此捷径。另外,对于各级子任务缺乏工作设计,例如:溶解固体样品应用什么溶剂;检验铵根离子是否存在,是向固体样品中加入氢氧化钠,还是向样品溶液中加入氢氧化钠;收集气体,应用什么装置,什么方法等等。被试者在实验操作中表现出来的问题反映出他们没有作出良好的子任务设计。测查结果表明,被试者普遍缺少进行实验设计的主动意识,而且缺乏实验设计的程序性知识和策略性知识,而这些正是此活动环节的主要影响因素。

(3)关于实施实验方案(www.xing528.com)

整体来说,被试者此环节的活动情况不能令人满意,主要表现在基本实验操作掌握程度较差,缺乏基本的化学实验常识及具体实验经验。

关于基本实验操作,被试者的表现情况为:16人进行过滤操作,没有人能够比较规范地完成;2/3被试者的过滤器不会制作,而此操作是从溶液中提纯固态物质的关键操作。16个被试者进行焰色反应鉴定金属离子,仅仅有一两个人知道确切的操作步骤,这是被试者目前为止知道的鉴定钠离子的唯一方法。有些被试者犯了荒谬的操作错误,如排水法集气不用水槽,选用大烧杯或水槽中不装水;使用天平称量一定量的药品,先放药品,后放硅码;相同材质的称量纸大小不一样等等。制备氧气的实验操作情况如下:

气密性检查与排水法集气是氧气制备中的关键操作,错误率高达45.5%和72.7%,可见制备氧气的操作完成得很不理想。

被试者缺乏基本化学实验常识。例如:溶解固体,配制溶液应用蒸馏水,16人中只有2人想到用蒸馏水,其他人想当然地用了自来水;溶解固体有机物,被试者都用水,当发现在常温下不溶时,他们也没有想到溶解有机物应当用有机试剂;对于固体与固体反应,几乎全部被试者没有把反应物混匀意识等等。这些都阻碍了实验的顺利进行,严重者则导致实验失败或者出现“异常”现象。

综上结果,可得出如下结论:①被试者缺乏化学基本实验技能,这是他们缺少实验训练的必然结果。②被试者虽然掌握了化学知识,但不会在实验室中去应用,不会用化学知识去指导他们的实验行为。③影响实施实验方案环节的主要因素为:实验操作技能、实验常识与具体的实验经验、实验策略。

(4)关于检验、反思与调整

在此环节被试者的表现更是不尽人意。他们往往不能利用元认知策略逐级反思自己的问题解决过程,从而调整思路,改变策略,优化操作。对于所谓的“异常”实验现象(与被试者的预期结果不同),不具备思考程序,不知从何处着手,有的被试者甚至呆在原地钻牛角尖,一股非要做出自己预料结果的架势,而最终结果是不能独立完成实验任务。

由此情况,不难看出:①检验、反思与调整是实验问题解决的关键环节。②被试者长期接受“食谱式”实验训练,当他们面对真实的实验任务时便不知所措,不会思考,不能调整自己的思路。③影响此环节的主要因素为元认知策略。