基于德尔菲法的三重表征能力体系建构研究

郑雁方 杨赟 王蕾 杨水金

摘要： 依据化学三重表征理论设计问卷，运用德尔菲法对来自高校和中学的专家进行调查。基于专家对化学三重表征的整体性把握，构建由19项能力构成的化学三重表征能力体系，以期对我国化学三重表征的理论与实践研究提供启示。

关键词： 德尔菲法； 化学三重表征； 能力体系建构； 实证研究

文章编号： 1005-6629（2023）04-0008-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  问题提出

三重表征为化学学科建设提供了一条特色的教研思路，指导着全球范围内化学教师的教学工作、软件开发以及教材编制等相关工作［1］。三重表征是化学学科特有的一种思维方式，整合了学生对学科知识的理解、对学科思维方式的掌握以及学习策略的应用，使人们在面对不同情景的化学问题时，能够从“宏观-微观-符号”表征的视角去审视和思考，并加以解决。

目前，对于学生三重表征能力培养的研究仍处于起步阶段，学界对于三重表征能力的界定与构成尚未达成共识。吴晗清［2］对北京市高二学生的三重表征能力进行测查，发现大部分学生并不能结合三重表征来看待化学问题，探寻宏观化学现象背后的微观本质。在此基础上，他提出学生三重表征能力建构的教学建议。毕华林［3］等人通过问卷调查发现，三重表征之间有着紧密联系，一种表征水平的薄弱都会造成学生三重表征转化能力的障碍，影响学生整体的三重表征能力。吴娅妮［4］等人基于眼动实验，验证了学生在初步形成三重表征能力的过程中，不同水平的学生在不同时期、在不同表征之间的转换过程中有着明显的差异。Teagust［5］等人的行动研究同样验证这一观点。也有研究测评教师的三重表征水平及其发展状况，如姚晗［6］通过测评量表探查不同发展阶段教师的化学三重表征教学水平的差异，探讨不同阶段教师在三重表征教学方面的不足之处与提升方向，进行教师三重表征水平与课堂话语意义建构的研究，从而更好地培养学生的三重表征能力。

从已有研究来看，多采用问卷调查、纸笔测验等形式探讨三重表征形成过程中的认知障碍和思维差异，较少在明晰三重表征能力内涵和构成要素的基础上，建构精细的三重表征能力体系。因此，本研究聚焦于三重表征能力体系的构建，应用德尔菲调查分析方法，对从事化学教育研究的三十位专家进行问卷调查研究，通过专家间的有效决策和权威共识来探讨这一问题，进一步丰富和扩展化学三重表征能力体系建构成果。

2  研究设计

2.1  研究方法

德尔菲法（Delphi Method）是一种匿名反馈咨询法，主要是针对所要咨询的问题获得专家的意见后，研究者对结果进行整理、分析和统计，再将结果反馈给专家征求意见，经过若干轮反馈（三到四轮），直至专家意见逐步趋于集中，从而获得具有统计学意义上的专家集体判断结果［7］。

2.2  数据统计

在德尔菲研究中，“共识度”和“稳定性”通常作为研究完成的判断指标。本次课题研究中数据统计主要使用Excel软件，选取由奥斯本等人确定的稳定性和共识度标准，将“达成共识”的临界分数确认为“至少有2/3的参與者对条目的打分等级是4分及4分以上”。即5点式量规中的临界分数是平均分超过3.66分或者众数为4～5，就可以认为达成了共识。奥斯本对稳定性的定义是，在第二轮和第三轮之间得分变化的专家参与者的数量应该小于或等于1/3，即可视为条目的稳定性良好［8］。

2.3  专家选择

专家的遴选对德尔菲法研究成果的质量起着重要的作用，所遴选的专家需要对相关领域有深入的了解，同时具备参与调查研究的能力，并有一定的意愿、时间和兴趣［9］。依据本次研究目的，综合理论和实践层面的考虑，共邀请30名专家参与本次研究，其中包括：来自高校的12名专家和来自中学的18名专家。所有专家均长期从事化学教育研究工作，能从化学学科视角和实践经验等方面给予专业的指导，针对三重表征能力体系的建构提出针对性的意见。在德尔菲研究中，Mitchell认为专家人数应该大于13人，研究的误差降幅才不明显［10］。因此，本研究选取的30名专家符合要求。同时，研究所选取的专家覆盖了当前化学教育研究的大部分领域，这将为本次课题研究提供较为全面、系统以及独特的见解，确保课题研究的有效性。

2.4  研究过程

共开展四轮问卷调查，研究过程如图1所示。问卷的发送与回收采用信息发送与电子邮件相结合的形式，研究过程全程保持匿名，专家仅与研究者联系，从而排除外界因素对研究结果的影响，为此次研究提供有力的保障。

2.4.1  初始调查指标的确立

为尽可能全面展现多层次、多层面的三重表征能力，研究人员以“化学”为主题，以“三重表征/多重表征/宏微符/宏观、微观、符号”为关键词对CNKI上相关学术期刊以及硕博论文进行检索，剔除研究内容不符合的文献后，运用CiteSpace软件对文献资料进行可视化分析，通过对该领域的关键词以及研究热点的分析，得到共包含12大聚类标签（见图2），对聚类标签进行筛选以及对关键词进行词频分析，得到不同聚类标签下所含的高频关键词。进而对关键词进行深入研究和综合分析，找到三重表征能力构成要素节点之间的共性。此外，笔者认为三重表征能力体系的构建还应结合学生身心发展的规律以及化学课程标准提出的课程目标要求。

基于以上思考，经过多次与高校专家以及部分中学化学高级教师的交流，初步拟定形成11项三重表征能力条目：物质认识观、模型认知能力、创新与创造力、学生对微观结构的空间想象力、化学实验的动手操作能力、化学表达能力、化学符号的理解应用能力、化学方程式的书写与理解应用、三重表征心智模型、分析和解决实际问题的能力、三重表征间的转化能力。在此基础上，编制德尔菲研究调查问卷。

2.4.2  初始调查问卷的构建

初始专家调查的目的在于征求专家对于研究者所拟定的三重表征能力条目的修改意见，并形成第一轮调查问卷。因此，根据研究目的以及专家的特点，初始问卷采用了半开放式的形式，问卷具体内容如下：（1）引言。介绍了化学三重表征的内涵以及对当前化学教与学的影响，并提出了研究的核心问题。（2）客观等级评分题。主要包括初步拟定的11项化学三重表征能力条目，问卷采用的是5点式李克特量表的形式，要求专家对上述条目进行评分，用1～5分对条目的重要性进行度量，分值越高则该条目评判标准越适宜。（3）主观题。这一部分主要征询专家对客观题条目的修改意见以及补充阐述。

初始问卷生成后，向专家发送初始调查问卷，并回收全部问卷。对客观题进行平均数、众数以及方差的描述性统计分析发现，创新与创造力的平均分（3.15）低于3.66分，不符合共识标准，因此该条目将从第一轮问卷中删除。主观题部分，重点针对专家对客观题条目表述的修改意见，以及主观题的表述是否与课题研究目的相一致等多个方面进行仔细推敲、修改和完善，同时将两名以上专家提出的条目增至第一轮问卷的客观评分题之中，最终确定了12项三重表征能力条目并生成第一轮德尔菲法调查问卷。

2.4.3  第一轮专家问卷调查

向30位专家发送第一轮调查问卷及初始调查问卷反馈报告，第一轮调查问卷框架体系与初始问卷类似，共包括引言、客观等级评分题以及主观题三个部分。问卷的分析同初始问卷，结果发现，所有条目的平均分均超过4分，对主观题分析得到两位以上专家建议增加的条目有：利用微观表征预测实验现象和结果的能力、组合化学符号表达物质微观过程的能力、理解化学符号所代表的宏观含义、构建化学符号与微观表征之间联系的能力、结合三重表征解释问题的能力。专家所提出的以上5项条目将增加到第二轮调查问卷中，同时生成第一轮问卷调查反馈报告。

2.4.4  第二轮专家问卷调查

向30位专家发送第二轮调查问卷以及第一轮问卷调查反馈报告。第二轮调查问卷的构成有：（1）引言。与前两轮问卷相同。（2）客观等级评分题。第一轮问卷调查后增加生成的17项三重表征能力条目。（3）主观题。请专家对条目进行排序，同时对条目的内涵进行阐述以及维度的划分。

数据分析结果表明，17项条目的平均分都超过了4分，标准差皆小于1，说明专家对所有条目已经形成了良好的共识。主观题部分，有4名专家提出学生微观层面的抽象思维、逻辑思维非常重要；此外，有2名专家提出参考“布鲁姆教育目标分类法”对条目进行完善。因此，基于专家的意见，在第三轮问卷中增加“理性思维能力”和“判断、评价和决策信息的能力”两项条目。基于专家对条目内涵的阐述，共整理出了19项三重表征能力条目及其内涵。根据以上分析，修改形成第三轮调查问卷以及第二轮调查问卷反馈报告。

2.4.5  第三轮专家问卷调查

向30名专家发送第三轮调查问卷和第二轮调查问卷反馈报告，第三轮调查问卷由以下三部分组成：（1）引言。（2）客观等级评分题。（3）主观题。主观题部分要求专家仔细审查、纠正或补充条目的内涵，并对条目维度划分进行评价。数据的处理與分析标准同以上三轮问卷。

3  结果与分析

3.1  共识度和稳定性分析

第二轮和第三轮德尔菲研究的数据分析结果显示，19项条目的平均分都超过了4分，说明所有条目均达到了良好的共识度标准，并应该在化学课堂中给予充分的重视和关注；在稳定性方面，除了“物质认识观”（63.33%）、“化学实验的动手操作能力”（56.67%）低于66.67%之外，其余条目均达到了研究的稳定性标准。由第三轮德尔菲法研究的数据分析可知，第三轮问卷条目的平均分都在4分以上，即所有条目在专家间的共识度很高，从各项条目的平均分可以看出，“观察和提取信息的能力”排在首位，平均分为4.89，该条目在第二轮研究中也是评分最高的条目；其次是“结合三重表征解释问题的能力”，平均分为4.79；“化学符号的理解应用能力”“理解化学符号所代表的宏观含义”两项条目稍逊于前两项条目，平均分为4.75，这三项条目在第二轮德尔菲研究中也是仅次于“观察和提取信息的能力”条目之后。通过第二轮和第三轮研究中能力条目的排名排序可以看出，专家对各项条目的重要性程度达到了相对稳定一致的见解。

3.2  三重表征能力体系

通过四轮的德尔菲研究，共收集到19项三重表征能力条目，专家在教育学和心理学相关理论的基础上，综合理论和实践需求对条目的内涵进行了阐述，研究人员通过对专家所确定条目及其内涵阐述的整理、分析和归纳，确定了如表1所示的三重表征能力体系框架。

4  结论与讨论

在化学三重表征的相关研究中，通常关注学生或教师在分析、解决化学问题的过程之中是否体现了宏观、微观、符号表征，或者能否建立三者之间的联系，实现三重表征间的自由转换等方面［11～14］。但是，化学三重表征的三角模型内部传递着丰富的信息，这就需要对学生三重表征模型内部认知机制进行深入研究。本研究所构建的三重表征能力体系，对不同维度下学生的三重表征能力进行完整、清晰的表述，相较而言更为具体，且借鉴作用更强，可以为学生三重表征能力转化困难等问题解决提供参考，也能进一步深化对化学三重表征的认识。

（1） 指标体系为认识三重表征能力的内涵和结构，提供了新的认知视角和框架结构

所构建的能力体系从宏观表征、微观表征、符号表征、二重表征以及三重表征多个维度探讨描述学生的三重表征能力构成，明晰其构成要素和内涵阐述，反映出三重表征教学的本质特征，为学界三重表征的研究提供了新的认识视角。学生的三重表征能力由多项能力构成，各项能力之间相互独立又相互联系，发挥各自的功能和作用，相互交融共同构成三重表征能力体系。

（2） 指标体系刻画的化学三重表征能力框架，为学生三重表征能力的培养提供借鉴

构建的三重表征能力体系，在化学三重表征理论的基础上，划分出更为全面的要素分类，从而能够全方位、多层次地展现三重表征能力的整体样态，为中学化学教师在教学评价等环节提供科学依据和借鉴基础。借助该能力体系，可以为教师对学生化学三重表征水平的精准化测评以及学生三重表征能力的培养提供具体化、针对性的支持与借鉴，从而促进学生三重表征这一关键能力的培养。

（3） 能力体系建构符合学生角色定位，体现新时代培养高素质人才队伍的要求

所构建的条目体系关注到人的因素，强调学生的认知发展，立足学生的角色定位建构体系，聚焦教师与学生之间的协同作用，强调教学应顺应时代变革，展现教学智慧。因此，通过德尔菲法，本能力体系凸显出学生的重要作用，基于学生的认知发展建构具有可操作性的三重表征能力体系及其内涵阐述，在三重表征能力的培养与学习者之间建立有意义的关联，体现出新时代对学生能力发展的新要求。

参考文献：

［1］Gilbert J K， Treagust D. Multiple Representations in Chemical Education ［M］. New York： Springer， 2009： 1～8.

［2］吴晗清， 高慧. “三重表征”能力培养的瓶颈及其突破［J］. 中小学教师培训， 2018，（7）： 61～65.

［3］毕华林， 黄婕， 亓英丽. 化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究［J］. 化学教育， 2005，（5）： 51～54.

［4］吴娅妮， 李远蓉， 王强. 九年级学生三重表征转换能力的发展过程： 基于眼动的证据［J］. 化学教育（中英文）， 2021， 42（1）： 42～53.

［5］Chandrasegaran A L， Treagust D， Mocerino M. An evaluation of a teaching intervention to promote students ability to use multiple levels of representation when describing and explaining chemical reactions ［J］. Research in Science Education， 2008， 38（2）： 237～248.

［6］姚晗. 不同发展阶段教师化学三重表征教学水平及课堂话语意义建构一致性分析［D］. 武汉： 华中师范大学硕士学位论文， 2021.

［7］曾照云， 程安广. 德尔菲法在应用过程中的严谨性评估——基于信息管理视角［J］. 情报理论与实践， 2016， 39（2）： 64～68.

［8］Osbrne J， Collins S， Ratcliffe M， et al. What “ideas-about-science” should be taught in school science？ — A Delphi study of the expert community ［J］. Journal of Research in Science Teaching， 2003， 4（7）： 692～720.

［9］Skulmoski G J， Hartman F T， Krahn J. The Delphi Method for Graduate Research ［J］. Journal of Information Technology Education， 2007， （6）： 1～21.

［10］Mitchell， V. W. The Delphi technique： An exposition and application ［J］. Technology Analysis & Strategic Management， 1991， 3（4）： 333～358.

［11］畢华林， 卢姗姗. 化学三重表征的实质与三重表征能力的培养［J］. 课程·教材·教法， 2021， 41（3）： 110～116.

［12］张丙香， 毕华林. 中学生化学反应三重表征的困难及原因分析［J］. 教育科学研究， 2013， （6）： 67～71.

［13］王雨， 毕华林. 基于三重表征实施素养为本的化学教学——以“甲烷”教学为例［J］. 化学教学， 2021， （4）： 49～53+86.

［14］龚文慧. 国外化学三重表征的研究进展及其启示［J］. 化学教学， 2021， （6）： 16～21.