中學(xué)生物理學(xué)科問題分類表征層次的研究

張金寶　李曉曉　陰國恩

摘要：以三套分別含有按照解題方法可以分為二類、三類、四類的物理學(xué)科問題分類實驗材料，對濟南市6所中學(xué)3個年級766名中學(xué)生進行研究，結(jié)果表明：不同年級、不同學(xué)業(yè)水平學(xué)生分類表征層次的差異顯著，呈現(xiàn)隨年級升高而升高的趨勢，學(xué)優(yōu)生的水平明顯高于學(xué)困生，學(xué)優(yōu)生更多地傾向內(nèi)在分類表征：隨著分類任務(wù)的類別數(shù)量增多，更多學(xué)生傾向外在分類表征；不同性別學(xué)生的分類表征層次沒有顯著差異：不同物理學(xué)科問題分類表征層次學(xué)生的物理成績之間存在顯著差異。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)科問題，分類表征層次，中學(xué)生，學(xué)優(yōu)生，學(xué)困生。

分類號 B849：G44

1引言

物理學(xué)科問題分類表征通常是指按照有利于問題解決的標(biāo)準(zhǔn)把物理學(xué)科問題分為不同的種類，并對同一類問題的特征進行概括，決定問題所屬范疇的過程。問題分類表征是問題表征過程的重要認(rèn)知活動。從問題表征過程來看，傅小蘭（2006）將表征劃分為內(nèi)在表征和外在表征，內(nèi)在表征是問題解決的關(guān)鍵。問題解決實質(zhì)上是問題表征從外在表征向內(nèi)在表征的轉(zhuǎn)換。McDermott和Larkin（1978）認(rèn)為物理問題解決通常要經(jīng)歷四個表征步驟：文字表征、樸素表征、科學(xué)表征、數(shù)學(xué)表征。鄧鑄（2003）根據(jù)Larkin等的理論，在研究中區(qū)分出學(xué)生在物理問題解決過程中有六種表征狀態(tài)：無表征狀態(tài)、外部表征狀態(tài)、初級內(nèi)部表征狀態(tài)、低層次范疇表征狀態(tài)、高層次范疇表征狀態(tài)和符號化表征狀態(tài)。

學(xué)科問題分類經(jīng)常被用來評價被試對問題的表征是否正確以及被試運用學(xué)科知識解決不同類型問題的能力。羅奇、唐劍嵐（2013）認(rèn)為，要提高學(xué)生數(shù)學(xué)解題能力需要加強其數(shù)學(xué)問題圖式建構(gòu)能力和問題表征能力。路海東、董妍（2003）通過對40名小學(xué)五年級學(xué)生進行數(shù)學(xué)應(yīng)用題表征策略的研究探討，發(fā)現(xiàn)個體表征方式對問題解決有著重要影響。程海龍、黃興豐（2003）通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)。學(xué)生對數(shù)學(xué)問題的表征存在程序性表征、發(fā)展性表征、概念性表征三種不同的水平。馮虹、陰國恩、安蓉（2007）對算術(shù)應(yīng)用題的分類結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)。數(shù)學(xué)成績優(yōu)生傾向于按照題目的深層特征進行分類，而數(shù)學(xué)成績差生傾向于按照題目的表層結(jié)構(gòu)進行分類。

研究學(xué)生對學(xué)科問題的分類表征對提高學(xué)生解決問題的能力，改進教學(xué)具有重要的意義?；趩栴}表征過程的研究成果，本研究提出了文字分類表征、外在分類表征、內(nèi)在分類表征三個對物理學(xué)科問題的分類表征層次，用來評測和分析學(xué)生分類表征水平。從有利于促進問題解決的角度，按內(nèi)在分類表征的層次最高，其次外在分類表征，再次文字分類表征。本實驗的主要目的是運用認(rèn)知作業(yè)法探查中學(xué)生物理學(xué)科問題分類表征層次及其與物理學(xué)業(yè)成績的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)教學(xué)建議。

2方法

2.1被試

按照分層隨機抽樣法在濟南市抽取好、較好、一般3所高中和3所初中學(xué)校。在每所初中學(xué)校抽取九年級學(xué)生108人。共324人，其中物理學(xué)優(yōu)生54人、學(xué)困生54人，實獲有效被試273人。在每所高中學(xué)校抽取高一學(xué)生84人，共252人，其中物理學(xué)優(yōu)生42人、學(xué)困生42人，實獲有效被試233人；抽取高二年級理科班學(xué)生96人，共288人，其中物理學(xué)優(yōu)生48人、學(xué)困生48人，實獲有效被試260人。實際有效被試共計766人。被剔除的無效被試主要原因是信息缺乏真實性、信息不全等。

物理學(xué)優(yōu)生、學(xué)困生的界定：主要以上學(xué)期期末物理考試成績?yōu)橐罁?jù)，學(xué)優(yōu)生是在每所學(xué)校的年級排名前100名的學(xué)生，智力正常：學(xué)困生是在每所學(xué)校的年級排名后100名～200名學(xué)生，智力正常。

2.2實驗材料

由5名中學(xué)物理教學(xué)專家和教師共同編制的三套分類測驗題及答題紙。依據(jù)專家、教師對物理學(xué)科問題類別分類的一致性，選出了四類應(yīng)用題：利用物理公式比值解決問題，通過控制變量進行物理實驗解決問題，利用圖示法解決問題，利用物理屬性概念解決問題。從大量的九年級物理學(xué)科問題中按專家的分類標(biāo)準(zhǔn)篩選出4類應(yīng)用題，每類15道題，共60道題。經(jīng)過難度測評，每類選取10道一般難度的題目作為正式實驗用題。最后，隨機從四類題中抽取相同數(shù)量的題目，按二類、三類、四類編成二三套含有12道物理應(yīng)用題的分類測驗題，每套題中的題目隨機排列。

2.3實驗設(shè)計

采用3（年級：九年級、高一、高二）×2（學(xué)業(yè)水平：學(xué)優(yōu)生、學(xué)困生）×2（性別：男、女）×3（類別數(shù)量：二類、三類、四類）的實驗設(shè)計。

2.4實驗程序

在每所學(xué)校里，把抽取的每個年級的物理學(xué)優(yōu)生和學(xué)困生分別集合到兩個教室，將相同份數(shù)的含有二類、三類、四類的物理學(xué)科分類測驗題隨機分發(fā)給兩個教室的被試。教室環(huán)境保持安靜。

發(fā)放分類測驗題和答題紙后。主試宣讀指導(dǎo)語：“同學(xué)你好！我們在做題的時候常常要分析這個題目屬于哪一類，從而找到解題方法。每位同學(xué)都有一份含有12道題目的分類測驗題，根據(jù)測驗題中的指導(dǎo)語的要求，這12道物理題可以分為兩類、三類或者四類。請你對這些題目認(rèn)真分析后進行分類（不用做題），并在答題紙上寫出類別及對應(yīng)題號和分類理由。如果有多種分類方法，歡迎你把它們都寫出來。本測驗不記名。時間不超過20分鐘。”

要求學(xué)生在答題紙上填寫自己上學(xué)期期末物理學(xué)科考試成績。并要求學(xué)校提供參加測試學(xué)生的上學(xué)期期末的物理成績單，以便核對學(xué)生自己提供成績信息的真實性。測試于學(xué)年第二學(xué)期開學(xué)5周后進行，一周內(nèi)完成。

2.5因變量的評測及統(tǒng)計

實驗的因變量為被試對物理學(xué)科問題的分類表征層次。

分類表征層次評價標(biāo)準(zhǔn)：如果被試的分類類別標(biāo)簽和分類理由是基于題目文字描述中個別相似的字詞、符號、圖形而做出的分類和解釋，記為文字分類表征，例如把題目中有圖表分為一類，無圖表的分為另一類。如果被試的分類類別標(biāo)簽和分類理由是基于題目的表面含義，以文字描述的問題情境的成分和結(jié)構(gòu)進行的，沒有按照題目的解題思路的相似性進行分類，記為外在分類表征，例如把題目按電磁學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等進行分類。如果被試的分類類別標(biāo)簽和分類理由是基于題目的內(nèi)在關(guān)系、深層結(jié)構(gòu)、解決問題思路方法或數(shù)學(xué)模型進行分類，記為內(nèi)在分類表征，例如按圖像法、控制變量法、公式法等解決問題方法進行的分類。有效被試進行的這3種以外的分類結(jié)果均記為其它分類。