【摘要】：在科學、技術、工程和數(shù)學(Science,Technology,Engineering and Mathematics,STEM)的學習中,學生會經(jīng)常面臨圖形、動畫、視頻等非語言信息。這些信息很多時候比語言能更清晰、直觀和準確地表達和傳遞復雜的概念。加工這些信息,需要學生有一定的空間能力。具有較高空間能力的學生更容易產(chǎn)生和處理復雜思想的心理表征,從而在STEM學科學習中表現(xiàn)出創(chuàng)新能力。為了突出空間能力在STEM學科中的重要作用,促進相關的教育和實踐,美國專門成立了空間智能與學習中心,促進相關實踐和研究的不斷進步。同時,化學教學的實踐也表明,學生在涉及空間信息的化學問題解決中存在著很大的困難,有必要深入研究化學空間能力及其相關測量與評價問題。緒論首先闡述了研究背景,并從理論和實踐兩方面對本研究的意義展開了詳細的論述。接著,為了明確研究的內(nèi)容和范圍,明確地界定了研究的核心概念“化學空間能力”;在查閱了大量英文文獻的基礎上,對心理學中關于空間能力的研究和化學學習中的空間能力的研究進行了全面的述評;最后,提出了本研究的研究思路、研究方法及研究的創(chuàng)新之處。第一章梳理了化學空間能力的理論基礎。首先回顧了在科學史上化學空間概念的發(fā)展和演變歷程,指明了化學空間能力的加工對象是微觀層面的物質(zhì)結(jié)構(gòu)問題。其次介紹了科學教育領域的視覺化理論和化學教育領域的三重表征理論。指出化學空間能力本質(zhì)上是微觀表征能力的一部分。第二章是建構(gòu)高中生化學空間能力的評價標準。首先分析了普通高中課程標準對化學空間問題的相關論述。然后,以布盧姆的教育目標分類學、SOLO分類理論、范希爾的幾何思維水平理論,以及皮亞杰和英海爾德的兒童空間發(fā)展理論為基礎,建構(gòu)了高中生化學空間能力的評價標準。評價標準分成4個水平,包括學生的行為表現(xiàn)、涉及的化學知識、幾何因素和心理因素等內(nèi)容。最后,為了檢驗建構(gòu)的評價標準的科學性、合理性和可行性,邀請大學的化學教育學者、高中化學教研員、高中化學教師和化學競賽教練等4類專家,進行了德爾菲法研究。結(jié)合專家的咨詢意見,修訂和優(yōu)化了評價標準。第三章是開發(fā)高中生化學空間能力的測評工具。首先介紹了經(jīng)典測量理論和Rasch模型等相關教育與心理測量理論,然后在測量理論的指導下,編制了高中生化學空間能力的測評工具,接下來對測評工具進行了兩輪的質(zhì)量檢驗,并分別在此基礎上進行了改進和優(yōu)化。最后,檢驗結(jié)果顯示測評工具的質(zhì)量達到了進行大樣本測試的要求。第四章是運用高中生化學空間能力測評工具實施大樣本測試,并對測試數(shù)據(jù)進行分析。測試的數(shù)據(jù)表明,首先,研究者所建構(gòu)的高中生化學空間能力評價標準是科學、合理的。其次,高中生的化學空間能力總體上呈正態(tài)分布。再次,經(jīng)過訓練以后,不同年齡和不同性別的高中生的化學空間能力沒有顯著性的差異,但是,不同學業(yè)水平和不同學校層次的高中生的化學空間能力有顯著性的差異。第五章是對整個研究進行總結(jié)。首先認為研究的理論創(chuàng)新是建構(gòu)了高中生化學空間能力的評價標準,其次是在評價標準的基礎上開發(fā)了較高質(zhì)量的化學空間能力的測評工具,并通過大樣本的測試發(fā)現(xiàn):高中生化學空間能力呈正態(tài)分布等實證研究的貢獻。在此基礎上,針對高中化學教學與命題,提出了策略方面的建議。最后,結(jié)過反思發(fā)現(xiàn),本研究存在著研究對象還不夠多元、研究方法過少和定量研究水平不高等不足,這也指明了未來深入研究的方向。
【圖文】：

圖0.3氯化鈉和抓化艷離子晶體的結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)在建筑、天文、數(shù)學、物理、化學和物等學科中。逡逑而己經(jīng)談到，空間思維涉及空間、表征和推理三個方而。（丨）在牛頓經(jīng)典力學背景逡逑間本質(zhì)上是一個絕對的“虛空”。牽涉到空間的思維？般會有下面的特點：－？是測量相互間的換算關系，，比如千米與英里；二是不同的汁算方式，如＇英里、旅行的時間和用等：三是坐標系的基礎，如笛卡爾坐標系與極坐標系；四是空間的特質(zhì)，如二維空空間等。（２）表征是指人們在長期的生產(chǎn)和生活過程中發(fā)展起來的、用來描述空間的逡逑統(tǒng)。例如，建筑學中各種視圖之間的關系：建筑物的平面圖與正視圖、正交投影圖與投影的效果：麥卡托投影與等積地圖投影。地圖設計的原理：易讀性的作用、視覺對逡逑圖的可讀性中的圖形－背景的組織等。（３）推理是指由己知的涉及空間信息的判斷推論的邏輯思維過程。例如，以下三種情況都是涉及空間信息的推理。思考最短距離的一個矩形的街區(qū)中，鳥的飛行線路與路徑距離。外推和內(nèi)推的能力：把某個函數(shù)關系像上和從地圖的等高線估計山坡和傾斜度。決策能力：出租車司機根據(jù)電臺的交通擁選擇替代繞行路線。逡逑、ＳＴＥＭ領域中的空間能力逡逑為人的一種基本認知能力，空間能力在人們的生活中有廣泛的應用。比如：木工、縫紉、逡逑修、出租車駕駛和運動等等。逡逑
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：G633.8

【參考文獻】

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本文編號：2663151