化学键是使分子中的原子、晶体中的原子或离子等微粒聚集在一起的静电力^[1]。化学键是一个抽象的概念，是研究物质微观结构的基础和前提，在高中化学知识体系中处于十分重要的位置。学习化学键要求学生具备相关的物理知识，即库仑力的相关概念；还需要学生具有一定的空间想象能力，例如感知、识别和使用化学键模型。然而，高一学生正处于从形象思维到抽象思维的过渡时期，抽象思维能力尚未发展成熟，很难从日常生活经验中直接体验微观世界，偏向于以宏观世界的角度类比微观世界，这使得学生在学习时可能记住了化学键的定义，但没有真正理解化学键的实质，存在着一些模糊甚至是错误的认识。把这种学生头脑中与科学概念不一致的认识称为“迷思概念(Misconception)”。 迷思概念的存在会影响学生对新概念的正确理解，从而造成学生学习的困难^[2]。

探查学生迷思概念最常用的工具之一是Treagust于1986年开发的二段式诊断试题，二段式分为“回答段(Answer Tier)”和“理由段(Reason Tier)”，回答段测试学生对现象的叙述性知识的理解，理由段则是在探查学生的解释性知识，二段结合能够有效地诊断出科学学习中产生的迷思概念。国内已有不少二段式测试题在迷思概念探查中的应用范例^[3-6]，普遍以选择题的错选人数在总人数中占比的高低来确定学生是否具备相关内容的迷思概念，缺乏对迷思概念程度的探究，若将学生的错选结果等同于学生持有的迷思概念，不免有些武断，且不利于教师对教学重心的把握。陈世峰^[7]使用二段式测试题调查了学生关于“声音”的迷思概念，结果显示学生具有“声音的高低和振动次数有关”的迷思概念，但是由访谈发现并非每个学生都是如此，有些学生选错的原因可能是通过猜测而答题。由此提出，二段式测试题无法完全避免学生因为猜测而错选的情况出现，而使教师错误地估计了学生的迷思概念，导致在此基础上提出的教学策略难免有失偏颇。正如Caleon和Hasan^[8-9]所指出的，二段式选择题仍存在缺陷，它无法区分被试是由于缺乏知识造成的错选，还是存在迷思概念造成的错选；无法区分学生是通过猜测得到的正解，还是在真正理解的基础上获得的正解，而区分以上这几种情况是相当重要的，尽管都是涉及对某一主题的理解和同化，但采用的教学措施却大有不同。

“信心指数”是指个体对自己具体表现水平的评估及判断^[8]。在二段式测试题的回答段和理由段后面各设置一个“信心指数段(Confidence Tier)”，即0%(完全靠猜测)～100%(完全有把握)的百分数轴，学生可以在数轴上的任意位置标出自己的信心指数(Confidence Rating)，由此形成“四段式测试题”。参考Caleon和Bretz等人的标准^{[8, 14]}，信心指数值以50%为分界，当学生对自己的选答进行相应的信心评级时，存在以下几种情况：(1) 当学生对试题中某一题目的信心指数高于50%，如果该生选答错误，则可以说明该生已产生相关知识的迷思概念；如果该生选答正确，可以说明该生对预测内容基本已达到掌握程度。(2) 当学生对试题中某一题目的信心指数低于50%，如果该生选答错误，则可以说明该生缺乏对相关知识的了解；如果该生选答正确，说明该生通过猜测完成了题目。信心指数在测试题中的应用举例如下：

下列变化是化学变化的是：( )

A. NaCl溶于水 B.石墨转化成炭粉

C.氯化铵受热分解 D.加热NaCl熔融

信心指数：

本次考查内容限定在：离子键的本质、特征和离子化合物；共价键的本质、特征和共价化合物。根据高中化学课程标准的要求，高一学生对化学键应达到理解(解释、说明)水平。见表 1。

本研究使用的测试题改编自《美国化学教育》(Journal of Chemical Education，简称JCE)的“化学键概念表征量表(Bonding Representation Inventory，简称BRI)^[10]”，原量表共有15题，为了符合我国化学课程标准的要求，删去了原量表中5道与化学键极性相关的题目，根据研究需要以及考虑到中英文表述方面的差异，部分题目依据当地学生的学情对题干或选项稍作改编。在此基础上，参考Caleon等人^{[8, 11]}提出的信心指数的使用方法，加设了信心指数段以备学生对自己的选择标注把握程度，改编为10道四段式题目的化学键测试题。试题通过2位中学化学教师和2位化学课程教学论专业教授的审查以确保内容效度。每题在回答段和理由段均答对的情况下得1分，满分10分。

正式施测选择宁波市第二中学和镇海龙赛中学，2所学校均为普通高级中学。施测前在2所学校随机抽选了83名高一学生进行预测，以保证试题有良好的信度和效度。正式施测时，分别在2校的高一年级随机抽取不在预测范围内的2个平行班，共计发放测试题260份，回收258份，回收率99.2%。删去未标注信心指数的样本，其中有效样本252份，有效率97.7%。

所有数据通过Excel和SPSS 17.0软件进行统计分析。全体被试的总分介于10分至0分之间，平均得分为4.5分，可以看出，该测试题对被试来说相对较难。关于该测试题的可靠性，不少研究证明^[12-14]，诊断性测试例如概念测试题，更适宜用重测信度值来评定其信度。因此在预测2周后使用同一份测试题对相同的学生进行第2次测试，通过前后2次测验的总分求积差相关系数，求得再测信度值为0.83，试题的再测信度佳。

Tan^[15]认为，选择题中每个选项都有随机被选中的概率，若某个选项的被选概率比该选项的随机被选概率高10%，那么涉及到的迷思概念则被认为是“典型的(Significant)”，需引起教师的注意并做进一步的原因分析，而过高的界限值，譬如25%，则有可能排除掉一些值得分析的迷思概念。Caleon将信心指数高于50%的归为“真性迷思概念(Genuine)”，将信心指数低于50%的归为“假性迷思概念(Spurious)”。她认为，假性迷思概念往往是由于学生对答案的错误猜测，可以通过教学及时补救^[8]；而真性迷思概念相对假性迷思概念来说显得更加顽固，存在时间持久且更难以转变，有研究结果证实，学生的真性迷思概念经过一段时间的教学之后并未完全转变^[14]。

依据以上标准，例如含有4个选项的单项选择题，每个选项被随机选中的概率为25%，那么被选率为35%以上的选项组合涉及到的迷思概念则是典型的迷思概念。本研究使用的四段式选择题每题有8个选项，16种选项组合方式，每种选项组合被选中的随机概率为6.25%。依据以上标准，被选率高于16.25%的选项组合所涉及的迷思概念才可被认为是典型的迷思概念。表 2列出了探查出的7个典型的迷思概念，其中4个信心指数大于50%，为真性迷思概念，另外3个信心指数小于50%，为假性迷思概念。

通过表 2可以看出，被试对化学键的本质是“静电力”没有形成清晰的认识。27.4%的被试认为共价键的本质是共用电子对；26.6%的被试认为模型或者图片中的小棍就是化学键本身，即化学键是以实物形式存在的“棍”或“棒”，如果图中没画出小棍，学生就会认为该模型不存在化学键；31.7%的被试将“得失或共享电子的过程”看成是化学键本质。由此看出，学生普遍认为先发生了电子转移或得失，然后再形成了化学键，存在本末倒置的情况。值得一提的是，被试的真性迷思概念基本都是关于对化学键的本质的描述，例如34.9%的被试认为Na⁺和Cl^-形成化学键是为了达到各自的稳定结构，且信心指数达到了66.0%。学生常常将八隅律作为化学键形成的原因，这种情况和当前教师的教学方法存在一定关系，调查了样本学校任课教师的化学键教学设计后发现，大部分教学设计的导入环节，都是从“原子通过得失或共用电子以达到稳定状态”的角度去介绍化学键，在这样的情形下，就削弱了对“静电力使得微粒之间相互吸引，从而形成化学键”的探讨。长此以往，学生逐渐就会形成“得失或共用电子才是化学键的形成原因”的错误思维方式。

此外，探查出关于模型认知方面的迷思概念，例如16.7%的被试认为原子之间相互镶嵌的模型才能表示共价键。通过判断模型中的微粒是否“镶嵌”或是“融合”来判断微粒之间的化学键类型，这种判断方式不够严谨，即使部分正确也只限于比例模型中，在不同类型的模型之间比较会形成更加复杂的情况，例如无法识别球棍模型，形成模型知识的负迁移。这也同时说明，学生识别和运用化学模型的能力仍显不足。

对各题的正确率和答对的平均信心指数值(Confidence Rating Index简称CRI)进行统计，结果如表 3所示。

从表 3发现，题目的正确率介于21.4%～63.9%，整体来看，该试题对被试来说稍稍偏难，且被试答对的信心指数介于55.2%～81.5%，以上结果说明：即使选择正解，被试仍对自己的选择心存疑虑，即并非完全有把握。可见学生对化学键这部分知识掌握程度不佳，尤其对化学键本质的理解偏差较大。

在信心指数的辅助下，四段式题目较敏锐、客观、有效地呈现了被试的化学键知识水平，在一定程度上提高了客观题的评价能力。本研究若采用其他迷思概念的划分标准，例如“组合方式的选答人数高于总人数的20%以上则表示该题项是代表性的迷思概念”^[6]，则会漏掉被试具有的潜在的迷思概念，例如表 2中第4条。因此，通过评定信心指数，教师不仅可以更全面地把握学生学习化学键概念的全局性，为教师合理地分配教学时间提供了更充分的依据。而且，信心指数还能帮助教师发现少数甚至单个学生的真性迷思概念，为教师更加清晰地了解每一个学生的学习情况提供了更丰富的视角。限于篇幅，本文对被选率高于16.25%的典型迷思概念进行了讨论。

有学者认为，学生的迷思概念，特别是那些被很好地隐藏起来的概念，在被提及之前必须经过外化，这要求教师在教学中应努力营造“所有观点都是有讨论价值”的气氛^[16]，因此，教师可采用类似“Think-Pair-Share(思考-交流-讨论)”等注重讨论的合作学习策略，引导学生与同伴进行交流，暴露自己的不足，同时教师及时做出反馈，从而为发生概念转变提供了更多可能性。根据研究发现的问题，对高一化学键教学提出以下建议：

(1) 转变化学键切入点，揭露事物本质。从科学的角度来看，原子之间紧紧靠在一起的原因，必然是由于它们之间存在某种吸引力。高一学生已经知道原子核带正电，核外电子带负电，教师应据此因势利导，引导学生推出“原子之间必然会相互吸引”的结果，进而引出化学键的定义。因此，在学生最开始接触化学键的概念时，教师应以库仑力作为新知识的生长点去引导学生学习化学键，并且强调：“得失或共用电子”只是形成不同种化学键的过程，而八隅律规则，只是作为最后判断原子或离子是否达到稳定状态的判据，而非化学键形成的原因。这样也可以避免学生以电子共享或者电子转移的发生过程去划分化学键。表 2中第1、2、3、5、6、7条迷思概念都可尝试采用该策略。

(2) 权衡多种模型利弊，适时选用模型。教师应注意避免频繁、单一地使用一种化学键模型，诸如表 2中第4条迷思概念和球棒模型在学生头脑中先入为主有一定关系。例如，在讲授化学键的形成过程和描述化学键本质时更适合展示比例模型，能够体现出化学键的本质是看不见的“静电力”，以及原子之间是紧紧地靠在一起的等特征。如果此时选用球棒模型，容易给学生留下化学键是“棍”或“棒”的印象；球棒模型更合适在描述物质的空间构型时使用。例如当描述水分子是“V”型分子时，比例模型则不如球棒模型清晰和立体。

总之，化学键的学习应是建立在相关的物理原理的基础之上，在最初介绍化学键概念时，教师就应打破学科间的鸿沟，将潜在的物理原理渗透在教学过程中，这不仅能够使学生更深入地认识化学键，而且有利于搭建学科间知识的联系，形成概念间的统整，从而在学生头脑中构建完整庞大的、科学的知识体系。

近几年，关于信心指数在概念量表中的应用研究在美国逐渐丰富起来。在中国知网、万方数据等数据库以“四段式测试”或“信心指数”等关键字进行检索，几乎没有相关中文文献，可见，信心指数在我国教育评价中仍是一个新兴尚待挖掘的领域。经过反思，本研究存在以下局限：

(1) 信心指数涉及学生的自我评价能力，该能力有关学生的元认知水平，存在良莠不齐的情况。此外，“达克效应^[17](指能力欠缺的人常常高估自己的能力水平，做出错误的结论，但却无法正确认识到自身的不足)”也会影响被试信心指数的准确程度。

(2) 虽然信心指数的评定采用量化的方式，但是仍不可能存在一个统一的尺度来将每个个体所认为的“确定”或“不确定”程度精确地体现在百分数轴上。

(3) 本研究所抽取样本的化学学习整体水平居于当地学生的中等水平位置，取样的局限性，影响了研究结果的外在效度。

关于促进学生化学键概念学习，开发和应用各种多媒体可视化途径仍是化学教育工作者不懈努力的方向，这有助于建立宏、微、符三重表征间的联系，有学者认为，学生认为化学比较难学和他们在三重表征水平间的转换能力密切相关，例如对不可见、不可触摸到的物质的熟悉程度^[18]。邱美虹^[19]建议，将科学概念中具有动态性的概念视觉化、亚微观概念具体化，可减少学习者因空间想象能力的缺乏所造成的心智负荷和迷思概念的产生。因此，在高一学生的抽象思维能力较弱，易于接受感性认识的学情下，应重视加强三重表征之间的联系，而基于多媒体的教学恰恰可以通过可视化工具辅助学生在宏观现象和微观水平思维之间转换，为学生建构化学键抽象概念提供了更多机会。