信息冗余物理習(xí)題的實驗研究

劉鴻

摘 要： 信息冗余物理習(xí)題是指題目中所包括的信息超出習(xí)題解決的必要信息，存在部分信息是有效冗余或無效冗余，有確定答案的物理問題。本研究以信息加工建構(gòu)主義和信息加工理論為理論基礎(chǔ)，在物理教學(xué)中加入信息冗余物理習(xí)題進行實驗，為改進習(xí)題教學(xué)內(nèi)容提供理論和實踐參考。

關(guān)鍵詞： 信息冗余 物理習(xí)題 信息加工 實驗研究

一、“信息冗余物理習(xí)題”的定義

通過查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)并無學(xué)者明確提出“信息冗余習(xí)題”的概念，與“信息冗余習(xí)題”概念相近的是“條件多余習(xí)題”。由于筆者傾向于利用信息加工理論對該類習(xí)題進行研究，故仍從信息加工理論的角度對該類習(xí)題進行定義。

借鑒信息論中對于信息冗余的定義和分類，信息冗余物理習(xí)題是指題目中所包括的信息超出習(xí)題解決必需的信息，存在部分信息是有效冗余或無效冗余，有確定答案的物理問題。

二、“信息冗余物理習(xí)題”的特點

（一）信息冗余物理習(xí)題具有確定性。

“信息冗余”是相對于習(xí)題解決必需的信息條件而言的。如果習(xí)題中的問題解決，需要題干中所有的條件，缺一不可，則可以認(rèn)定該類習(xí)題是非信息冗余習(xí)題，因此很容易區(qū)分信息冗余物理習(xí)題與一般物理習(xí)題。

（二）信息冗余物理習(xí)題的解題方案具有多樣性。

由于信息冗余物理習(xí)題中除了包含必要解題信息條件外，還包含有效冗余信息的存在，因而使得問題的解決過程和方法具有多樣性。習(xí)題解答者具有的知識儲備不同，解答問題的思維方式不同，解題的習(xí)慣不同，信息條件的組合不同，會使習(xí)題的解決方案具有多種可能性，即方案具有多樣性。

（三）信息冗余物理習(xí)題的答案具有唯一性。

由于信息冗余物理習(xí)題在問題的設(shè)置上是具體的、準(zhǔn)確的，雖然信息冗余物理習(xí)題的信息條件過量，但所有的有效信息之間并不矛盾，它們指向同一個結(jié)果，因此信息冗余物理習(xí)題的答案具有唯一性。

（四）信息冗余物理習(xí)題具有復(fù)雜性。

信息冗余物理習(xí)題的復(fù)雜性表現(xiàn)在這類習(xí)題中，往往涉及大量的有效冗余和無效冗余信息，當(dāng)習(xí)題解答者運用所學(xué)知識解答信息冗余物理習(xí)題時，面對的第一個困難，并不是如何解答習(xí)題，而是如何針對問題從條件信息中提取自己需要的有效信息。

如下圖所示：在摩擦因數(shù)為0.1的水平面放一質(zhì)量為1kg的物塊，在一大小為5N的水平拉力的作用下，由靜止開始做勻加速直線運動，已知前5s的總位移為50m，試求出該物塊的加速度？

該例題給定了摩擦因數(shù)的大小，物塊的質(zhì)量，施加力的大小和方向，初速度，時間和位移共六個信息，要求出物體的加速度。由于題干中給出的條件信息超出了問題解決必需的信息，因此可以判定該習(xí)題為信息冗余物理習(xí)題。由于既可以利用摩擦因數(shù)的大小，物塊的質(zhì)量，施加力的大小和方向，從受力分析的角度解答，又可以利用初速度、時間和位移等運動學(xué)的知識解答，因此解題的方案具有多樣性。盡管解題的方案有多種，但正確結(jié)果只有一個，因此信息冗余物理習(xí)題的答案具有唯一性。由于習(xí)題中包含部分冗余信息，要求學(xué)生從大量條件信息中選取自己需要的條件信息，因此學(xué)生必須對本部分知識有較為深入的了解，以便排除冗余信息的負(fù)面影響，使問題得到解決，因此信息冗余物理習(xí)題具有復(fù)雜性。

綜上所述，信息冗余物理習(xí)題相對于一般物理習(xí)題，具有區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)確定性、解題方案多樣性、習(xí)題答案唯一性、解題過程復(fù)雜性的特點。

三、實驗步驟

本研究主要包括3次實驗習(xí)題訓(xùn)練，一次實驗習(xí)題檢測，共兩個階段。

階段一：在每個教學(xué)部分完成后，對實驗組的學(xué)生，發(fā)放筆者設(shè)計的信息冗余物理習(xí)題練習(xí)卷，及時收集學(xué)生完成的習(xí)題，積極與教師和學(xué)生溝通，仔細(xì)分析習(xí)題中出現(xiàn)的問題，以便在下次訓(xùn)練中加以改進。

階段二：三次實驗習(xí)題訓(xùn)練后，在實驗組和對照組同時發(fā)放信息冗余物理習(xí)題的檢測卷（第四次實驗），收集并分析學(xué)生的完成情況，結(jié)合學(xué)生的期末考試成績，得出實驗結(jié)論。

四、研究結(jié)論

本研究通過對實驗組和對照組共589名學(xué)生長達(dá)一個學(xué)期的跟蹤實驗研究，發(fā)放1480份習(xí)題和檢測試題，回收習(xí)題和檢測習(xí)題1398份及共589名學(xué)生的期末考試成績等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可以得出以下結(jié)論。

（一）當(dāng)信息冗余物理習(xí)題的難度處于學(xué)生的學(xué)習(xí)的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生在解決習(xí)題過程中存在一定困難，但經(jīng)過努力仍可以順利解決時，通過信息冗余物理習(xí)題的練習(xí)，學(xué)生解決信息冗余物理習(xí)題的能力確實得到明顯提高，課業(yè)成績也得到提高。如果信息冗余物理習(xí)題的難度與學(xué)生的知識能力和認(rèn)知水平不能達(dá)到基本適應(yīng)，即習(xí)題相對過難或習(xí)題相對過于簡單，就會使信息冗余物理習(xí)題失去功能，甚至可能產(chǎn)生負(fù)面影響。

（二）當(dāng)信息冗余物理習(xí)題中出現(xiàn)超出學(xué)生知識范圍的信息條件，即學(xué)生平時接觸較少或從為接觸過的新概念，即使在題干中進行了解釋，依然可能造成學(xué)生解題出現(xiàn)明顯障礙，造成大多數(shù)學(xué)生無法順利完成習(xí)題的解答。

（三）由于學(xué)生的水平層次較低，而信息冗余物理習(xí)題普遍較難，且都具有一定的迷惑性，因此在普通中學(xué)會造成相當(dāng)多的學(xué)生出現(xiàn)負(fù)面效果。

（四）通過實驗發(fā)現(xiàn)，盡管學(xué)生能通過正確計算完成對習(xí)題的解答，但是很多學(xué)生不能把物理學(xué)科中的信息與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，賦予所學(xué)物理知識以現(xiàn)實意義。

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