学科知识、学科能力以及学科思想是学科体系的3个要素，而学科思想是一个学科的灵魂[1]。对于化学学科而言，学生需在化学学科思想的支配与指导下通过具体化学知识的学习、理解、掌握和运用，形成特有的化学学科能力。“化学守恒”是高中化学学科思想之一，学生“化学守恒”的思维水平影响着学生相关化学问题的解决。本研究旨在揭示不同学生群体“化学守恒”水平的具体差异以及初步探究形成差异的原因，以期能为今后的化学学科思想教学与研究作出有价值的参考。
1研究设计与实施
1.1研究设计“化学守恒”作为一种化学学科思想，具有概括性和层次性等鲜明特点。在中学化学知识体系中，“化学守恒”的内涵在不同领域具有相当丰富的表现，而且学生对“化学守恒”思想的认识水平也是由低到高逐步发展起来的。为保证研究结果的全面性和准确性，本研究采用文献调研和专家访谈的方法，将“化学守恒”的内涵具体化和层次化，建立如表1所示的考查指标体系。本研究针对高中生“化学守恒”思维水平考查指标体系，自行编制了“高中生‘化学守恒’思维水平测验题”。该测验题由单项选择题(1～8题)、填空题(9～11题)和计算题(12、13题)组成，试题满分100分，试题具体组成与分值见表2。
1.2研究实施本研究采取整群抽样的方法，选取了上海市某重点中学高二年级同一老师任教、教学进度相同的3个平行班的学生进行测试。测试于2011年4月进行，共发放测试卷93份，收回测试卷93份，其中有效测试卷89份，有效回收率为95.7%，有效测试卷的被试构成见表3。对学生答题情况进行分析与赋值后，所得数据采用SPSS16.0进行统计分析。2研究结果与分析
2.1测试问卷的结构分析
2.1.1试卷的效度与信度检验为保证本研究的操作性工具(高中生“化学守恒”思维水平测验题)的质量与可靠性，首先选择了5名高二学生进行小范围测试，根据测试结果和学生反馈进行修改，再请化学学科教学论专家和经验丰富的高中化学教师进行审查方进入正式测试阶段，较好地保证了测试卷的效度。本研究所用测试卷的内在一致性系数α值为0.711，表明了该测试卷基本达到作为本研究测量工具的要求，具有一定的可靠性。
2.1.2试卷的相关性分析本研究拟用学生上学期2次大型考试(期中考试与期末考试)的化学成绩的平均分作为高中生“化学守恒”问题解决的效标，分析了2者之间的关系，其结果列于表4。测试卷中涉及其他化学学习内容(如化学方程式、溶液酸碱性、化学计算)，而化学守恒及各二级指标中电量守恒、电子得失守恒等均与学生的化学学习成绩达到了显著相关水平，表明本测试卷具有一定的结构效度，可以通过测试成绩来判断学生化学守恒问题解决能力的强弱。
2.2高中生“化学守恒”思维水平状况分析
2.2.1测试成绩总体分布由统计结果可知，大部分被试的得分集中在70～79这一分数段，成绩分布符合正态分布;最高分96分，最低分27分，平均分67.0分，及格率为68.5%;被试在电荷守恒题目上的得分率最高(0.764)，元素守恒和电子得失守恒题目的得分率相当(分别为0.673、0.687)，而能量守恒题目得分率最低(0.541)。
2.2.2不同学生群体“化学守恒”问题解决表现差异将被试成绩进行统计后发现：(1)全部有效被试中有53.9%的学生得分在60～79分之间，表明高中生化学守恒问题解决能力处于中等水平;(2)学优生中没有学生化学守恒问题解决能力处于较差水平，学困生中没有学生化学守恒问题解决能力处于优秀水平;(3)中等生中有19人化学守恒问题解决能力处于较差水平，这在很大程度上影响了整体化学守恒问题解决能力水平的分布。
2.2.2.1不同学生群体电荷守恒问题解决表现差异本研究将文献中的“化合价守恒”与“电荷守恒”统称为“电荷守恒”。化合价守恒是让学生根据“在化合物或混合物中正负电荷总和的绝对值相等”这一原则来推断不常见元素的化合价或常见元素的不常见化合价。测验结果显示，高二学生已经完全理解“化合价守恒”的内涵。对于电荷守恒而言，92.1%的同学已经理解“离子方程式等号左右，反应物中各微粒所带电荷的总和等于生成物中各微粒所带电荷的总和”;但题目情景的复杂性增加，会使得学生很难找出解题依据，如62.8%的学生(主要为中等生和学困生)还需考虑弱电解质的电离情况而没有认识到“溶液中正负电荷代数和为零”。学优生在解决涉及电荷守恒的几道试题上正确率是比较高的，可推测学优生的知识结构完备，在解决问题时能够有效调动自己已有知识、顺利实现知识迁移从而正确解决问题[2]。
2.2.2.2不同学生群体元素守恒问题解决表现差异元素守恒是“化学守恒”中最重要的部分，本研究在宏观和微观2层次上从定性和定量的角度来考查学生在元素守恒问题解决上的表现。在考查学生设计实验验证“质量守恒定律”时发现，有15.7%的学生没有意识到验证“质量守恒定律”需要保证体系的密闭性;甚至有两名学困生还无法复述出质量守恒定律的确切内容，想当然认为“该反应有气体生成，质量增加”。进一步考查学生对元素守恒的理解发现，有14.6%的学生不从元素守恒的角度来分析化学反应，而根据已有知识确定“石蜡中仅有碳氢元素”。随后，测试卷设计一道以“化学平衡”为背景、利用质量守恒定律计算的选择题，绝大多数学生(91.0%)没有受到“化学平衡”的干扰，这表明了学生有关质量守恒简单定量计算掌握得较好。测试卷中还设计3道综合题从宏观和微观2层次上考查学生对元素守恒的理解。以其中一道“工业上燃烧硫矿石生产硫酸”的计算题为例，89名被试中有74人在解题时候能够列出解题依据，其中48人直接根据硫元素守恒列出从FeS2到H2SO4的转化关系等式(一步守恒)，26人还需借助化学方程式或转化式才能列出从FeS2到H2SO4的转化关系等式(多步转化)。除15名被试无法列出解题依据(TM1)外，其余被试并不是均对该题作出正确解答，还有32人次在解题过程中出现其他错误致使无法正确解答，主要的错误有反应过程中的损耗关系没有厘清(TM2)、以“物质的量”为核心的计算体系与以“质量”为核心的计算体系没有统一(TM3)、单位换算出现错误(TM4)、多步转化中由FeS2到H2SO4之间量的关系错误(TM5)、计算错误(TM6)，各错误类型比例见图3。由图可见，“能否找出量的关系”、“能否厘清反应过程中量的关系”以及“能否正确使用‘物质的量’为核心的计算系统”是影响学生正确解答该题的关键因素。
2.2.2.3不同学生群体电子守恒问题解决表现差异本研究根据氧化还原反应中电子得失守恒规律设计了2道试题，一道是确定某氧化还原反应的还原产物中某元素的化合价(选择题);另一道是利用电子得失守恒来配平化学方程式(填空题)。从测验结果来看，氧化还原配平题的得分率(0.878)远高于另一道试题(0.528)。通过分析上海市教育委员会教学研究室编写的《化学学科教学基本要求》[3](简称“基本要求”)和试后访谈，不难理解这一结果：氧化还原反应配平是上海化学高考必考题目，甚至在历年的高考化学试卷中处于同一位置，这导致教师在平时教学中格外重视“氧化还原反应”配平的教学，高考复习时更是给予学生大量练习;而基本要求中对氧化还原反应的量化计算没有作出相关要求，教师在平时的教学中并不重视。
2.2.2.4不同学生群体能量守恒问题解决表现差异能量观是中学化学学习的核心观念，能量观的构建有利于学生形成从能量的角度研究物质及其转化的思维方法[4]。本研究设计了一道在饱和溶液中加入溶质来让学生判断能量变化的试题。大部分学生常常在从宏观向微观迁移时感到困难、倾向于用物质的宏观性质来解释微观性质[5]，因而有46.1%的学生没有认识到“‘溶解’与‘结晶’同时发生，而且在这一过程中能量是不发生变化的”。再从宏观角度来考查学生对“热化学方程式”相关知识的掌握情况发现，47.1%的被试能够从能量的角度判断反应是吸热还是放热，但只有23.5%的被试在书写热化学方程时将热量符号表示正确。由此可见，中学化学能量的教学还存在着很大问题：(1)教师在教学过程当中忽略从能量的角度来解释化学反应，而学生也无法正确理解化学反应中的能量变化，如有学生会将“吸热反应”与“加热反应”等同起来;(2)热化学方程式中的各符号均有特殊的含义，如能量数值前面的“+”或“-”表明该反应是放热或吸热，教师在教学过程中直接让学生强记符号的意思而不引导学生思考，以至学生不能正确认识化学符号的意义;(3)“热化学方程式书写”属于程序性知识，需要在整个高中化学教学过程中不断地去完善学习而不是在新课和复习时才予以重视，而新课程教学“突出学习的过程，注重探究性学习、自主学习”更需要在教学中将程序性知识教学作为首要目标。
3研究结论
本研究结果表明：(1)高中生“化学守恒”思维水平处于中等水平，学生对“守恒”思想的运用仍处于机械应用水平，并没有理解其实质而灵活迁移;(2)高中生对“物质守恒”的理解明显优于对“能量守恒”的理解，这与学生在平时学习中没有建立起“从能量角度来分析化学变化”有关;(3)与简单的数学运算不同，化学中的量化计算均是在定性理解的基础上进行的，因而学生在解题过程中表现出定量计算能力较定性分析能力弱;(4)高考内容在一定程度上制约着高中化学教学的内容，这不仅不利于学生的全面发展，也会对学生既有知识的学习产生一定的负面影响;(5)在测试过程中还发现很多学生解题较不规范，部分学生的解题过程显得“杂乱无章”，这不仅直接影响了学生的得分，而且在一定程度上制约了学生的思维进程。导致上述问题产生的原因是多种多样的，而如何解决这些问题则需要更多化学教育界的同行在今后的教学与研究中，用更多的时间和精力致力于化学学科思想的教学研究，以强化对学生的学科思想教育，不断丰富化学教育理论和实践成果。