基于IMMEX-C学生化学问题解决能力的评价研究

1研究背景

1. 1问题提出的现实背景

1.1.1问题的提出
1. 1. 1. 1化学教学需要加强学生问题解决能力的培养
问题解决能力是化学学习重要的能力之一，培养和提高学生的问题解决能力是化学课程与教学的重要目标之一。化学学习不仅要让学生掌握化学学科的知识理论，更重要的是让学生感悟化学知识发生的过程，让学生在化学知识学习过程中能主动发现化学问题、提出化学问题，通过信息搜集分析与处理，进行推测和假设等科学思维，开展化学实验探究等，学习掌握解决化学问题的一般方法，更好地理解掌握化学知识。
化学教学也需要培养学生运用化学知识技能解决实际问题，而解决问题的过程又是学生理解基础知识、发展认知结构、形成化学思维的过程。问题解决能力作为化学第三类程序性知识，是化学教育的目标之一。《国务院关于基础教育改革与发展决定》中提出:“要充分利用各种课程资源，培养学生收集、处理和利用信息的能力，开展研究性学习，培养学生提出问题、研究问题、解决问题的能力……”。《上海市中学化学课程标准》(试行稿)在“课程定位”中就指出:“通过对化学问题的科学探究活动，帮助中学生了解科学、科学过程以及科学、技术和社会的联系，学习应用化学知识和方法解决实际问题。”重视学生问题解决能力的培养是课程改革的要求，随着课程改革的深入，化学教学不仅需要让学生掌握基本得化学概念、化学原理等化学知识，更需要培养学生运用化学知识、化学思想去分析、解决实际问题。
加强学生问题解决能力培养是化学教学改革的发展需要。当前，化学教学中普遍存在强化知识、技能的落实与考核，弱化学生问题解决能力培养和提高的现状。一方面，由于考试评价手段的单一和分数的压力，教师不得不把很多时间和精力集中在学生知识技能得训练掌握中;另一方面，由于教师教学观念问题，很多教师把问题解决能力简单理解为题目的解决，大量的“题海”和“标准答案”，埋没了学生问题解决的开放性、创造性。因此，在化学教学中关注学生的问题解决过程，发展学生的问题解决能力刻不容缓。问题解决过程中要培养和提高学生分析问题、解决问题和反思问题的能力。分析问题，需要培养学生正确理解问题表征、有效筛选问题信息、科学建构问题图式;解决问题，需要培养学生善于运用化学知识技能，通过科学思维过程，寻求可行的问题解决策略;反思问题，需要培养学生回顾、检测、修正问题解决的能力等。
提高学生问题解决能力是学生发展的需要。学生问题解决的过程是一个复杂的思维过程，学生思维能力的发展决定着学生知识掌握和问题解决能力的发展水平。在化学教学中，教师精心设计教学过程，创设学生思维发展的学习情境，给学生解决问题的思维过程，给学生提供修正和改进思维与理解的机会，让学生在解决实际问题的过程中创造性地运用他们己获得的知识和方法，促进学生思维品质的提高，帮助学生获得终生受益的科学思维方法。
1. 1. 1. 2对化学问题解决能力的评价需要有新视角和方法
评价是教育教学活动地基本环节，对课堂教学、学生发展起着积极导向和促进作用。长期以来，我们的教育往往过于注重学生成绩和学习结果地评价，而忽视对学生学习过程和学习能力的评价，缺乏对学生思维过程的发现和诊断，也缺乏对学生问题解决能力策略的有效评价。化学教育需要培养具有创新精神和实践能力的学生，提高学生化学问题解决能力，就需要我们转换评价的视角、改变评价的手段、丰富评价的功能，发挥评价对化学教学的重要作用。
目前，在化学学科领域，有必要对学生问题解决能力的评价进行深入研究，设计良好的问题解决学习环境，以评估学生问题解决能力的水平。准确评估学生的问题解决能力是发现学生解决问题中存在的问题、提供适当反馈、干预以增进学生问题解决能力，寻求学生问题解决能力评价方法，建立问题解决能力评价标准，转变评价手段和方式。
问题解决能力的评价不应只发生在学习的结果，而应贯穿于化学教学始终，其目的在于以诊断、指导、发展以及促进学生学习。问题解决的过程性评价在化学教学中有其重要的意义，过程性评价采取的评价目标和评价过程并重的价值取向，将评价过程与问题解决的学习过程融合，引导学生对学习过程进行评价，通过学生对学习过程的积极反思，找出学习过程和解决问题中的不足，不断改进、优化思维过程和问题解决策略，能动的去解决、反思问题，在解决问题的过程中深化化学知识的理解和应用，促进学生化学问题解决能力的提高。

1. 1. 2研究的意义
1. 1. 2. 1 IMMEX关注学生问题解决的思维过程
学生为解决问题而思维，思维也指向学生的问题解决。创设IMMEX的问题情境，激活学生思维，让学生运用所学化学知识来解决问题，并借助于先进的技术手段，真实记录学生解决问题的思维过程，把学生在解决化学问题的思维过程给予形象呈现，让教师能更清晰地了解在解决一个化学问题过程的思维过程，有效地分析评价学生的思维路径和思维策略。
发现、分析、研究学生化学问题解决的思维过程，可以让教师了解学生在解决化学问题时的思维特征，对学生的思维差异性予以更全面的认识，对学生在化学学习中存在的思维障碍和思维局限能更深入洞察，对学生在解决问题中存在的主要问题也能更有针对性的把握，对分析辨别学生的思维变化趋势也能给予一定判断，使教师就能根据学生的思维特点，及时调整教学方式方法，向学生提供个性化的教学干预，不断改进和优化学生的思维方式，促进学生思维向更优化、更科学方向而发展。
1. 1. 2. 2 IMMEX真实记录学生问题解决的思维过程
IMMEX通过学生对化学问题解决过程中选择信息的记录，利用图形化、可视化的形式描绘出学生在问题信息项之间“游走”的足迹，这些都基于对学生解决问题思维过程的真实一记录，学生每点击一次按钮、点击的先后顺序、花费的时间长短等，系统都将毫无偏差地加以记载，以真实反映学生脑海中不为人所知的解决问题的思维过程。

1 .2课题研究的理论基础

1 .2. 1系统介绍
IMMEX系统由美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)医学教授罗纳德·史蒂文森博士(Dr. Ronald Stevens)始创。IMMEX建立了一种对人脑智力的开发和问题解决能力的思维过程评估和训练的有效方法，并开创性地与具有人工智能的多媒体计算机平台相结合，成功地研发了IMMEX C Interactive Multimedia Exercises )“多媒体互动测训平台”。
IMMEX系统在基于马尔科夫模型，神经网络算法，项目反应理论，采用以证据为中心，聚类、BP算法等现代科学手段，使系统生成的数据具有坚实科学基础，为分析和提高中小学乃至大学生解决实际问题能力的科学思维方式提供了有效的工具。
IMMEX提供了一个基于网络的学习环境和测训平台，论文网sblunwen.com是经典论文网站，提供初中英语教学反思范文，初中英语教师教学反思，初中英语课堂教学反思，初中英语阅读教学反思。联系方式：QQ 1847080343，电话13795489978。它将用传统的教学手段难以测试而对认知过程中两个最重要的标识—思维的效率和解题策略的成功率，通过数学模型进行有效的量化来进行评估，成功地提供了一种能科学地评估和提高学生解决问题能力的科学方法，训练学生改进思维方式的个性化方案，评判各类学生群体解决问题能力和策略的标准，评估指导学生提高解决问题能力的科学手段。该系统在美国各州的中小学乃至大学医学院上百万次的在线应用，近年来，IMMEX开始受到国内专家和学者的关注，也在北京、广东、云南、上海等部分学校开展合作实验。

1.2.2文献综述
IMMEX遵循了科学探究的假设演绎学习模式，学生需要通过描述情境界定问题、判断哪些是有用信息、制定搜索策略、收集信息、最终形成并展示其理解的决策(Stevens, Soller, Cooper & Sprang 2004)。
IMMEX系统重点以下五个问题(Stevens, 2008):问题解决得怎么样?简单或困难的问题被解决了吗?使用了什么样的解题策略?随着练习，问题解决策略改进了吗?下一次学生会使用什么解题策略?
　　作为一种问题解决能力学习、训练、评估系统，IMMEX由问题解决的学生任务模块、教师管理模块和评估报告模块等组成。在学生平台中，搭建学生问题解决环境，以问题解决的菜单方式呈现，让计算机系统通过记录学生的信息点击的行为记录学生问题解决的过程。在评估报告模块，IMMEX用图示的方式再现学生选择的信息，通过策略表现图(Strategic Performance Map)简称SPM等使学生的思维过程可视化。IMMEX把学生解决化学问题集中的信息选择情况作为人工神经网络的输入，并把学生问题解决的策略相似性聚类成多种类型，美国原题“有害物质”(Hazmat)的策略类型被聚为36类。IMMEX系统利用隐马尔可夫模型对学生完成多个案例时在策略类型中的变迁进行建模，用于反映学生的学习轨迹和评估学生问题解决的现状。

2 评价设计.......................................24-47
2.1 IMMEX-C评价内..........................24-25
2.2 IMMEX-C评价标............................25-32
2.2.1 问题解决的思维过..........................25-27
2.2.2 问题解决的策略表现...........................27-29
2.2.3 问题解决的绩效水...............................29-31
2.2.4 化学问题解决能....................................31-32
2.3 IMMEX-C问题编制................................32-47
2.3.1 问题设计的特点..............................33-34
2.3.2 问题设计的要素.......................34-47
3 评价分析....................................47-97
3.1 问题解决的思维过程.........................47-67
3.1.1 学生问题解决的思维.............................47-59
3.1.2 学生问题解决的思维过程.............................59-64
3.1.3 学生问题解决的思................64-67
3.1.4 结..............................67
3.2 问题解决的策略表现评....................67-84
3.2.1 学生问题解决的策略........................67-79
3.2.2 学生问题解决的策............................79-82
3.2.3 学生问题解决...............析82-84
3.2.4 结论...........................84
3.3 问题解决的绩效......................84-97
3.3.1 学生问题解决的绩效水平.........................85-92
3.3.2 学生问题解决的绩效水平..........................92-95
3.3.3 学生问题解决的绩效................95-96
3.3.4 结论.....................96-97
4 评价应用..........................................97-111
...........................................................................　　

结语
教育评价改革是课程改革的重要内容和新的生长点，作为学校、教师要研究和掌握科学的评价手段，需要从日常教学过程中的评价上进行改革，利用评价结果来改进课程设计、建设和实施，提高课程和教学的针对性和实效性，促进学生综合素质的发展。19本课题经历两年的研究探索，基于IMMEX-C平台全面构建学生化学问题解决能力的评价框架和评价标准，取得了一定研究成效，主要表现在: