信息表征對專家型學(xué)生問題解決的影響研究

崔雪芹

摘要：以開放式問卷法調(diào)查專家型學(xué)生解決給定問題的思維過程，再采用內(nèi)容分析法研究問題解決過程的信息表征。結(jié)果顯示：專家型學(xué)生在問題解決過程初期的信息表征率偏低，信息表征方式偏重命題表征，缺乏表象表征；信息以表象的方式表征更有利于問題解決，這意味著提升問題解決能力應(yīng)在知識建構(gòu)過程給予表象更多的重視。

關(guān)鍵詞：信息表征；表象表征；問題解決；問題表征；表象

文章編號：1005-6629（2018）1-0012-06 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

1問題的提出

問題解決理論認為，很多問題解決的失敗，始于問題的理解與表征階段。表征是問題解決的中心環(huán)節(jié)。問題表征的質(zhì)量影響著問題解決的難易程度，甚至是問題能否成功解決的關(guān)鍵，正確表征是解決問題的必要前提，在錯誤的或者不完整的問題空間中進行搜索，并不會導(dǎo)致問題的正確解決。

如何衡量問題表征的質(zhì)量？正確表征是解決問題的前提，但必然導(dǎo)致問題解決嗎？如果正確表征不必然導(dǎo)致問題解決，那正確表征對問題解決的意義何在？

已有研究表明：專家型學(xué)生問題表征的精確程度更高，重點更為突出；專家型學(xué)生在知識表征的深度上顯示出了與新手型學(xué)生相比的極大優(yōu)勢，他們更善于從理解水平上去表征知識，也更善于從微觀本質(zhì)的角度去表征知識；專家型學(xué)生與新手型學(xué)生在知識的組織化程度上，未表現(xiàn)出明顯的差異，且水平均比較低。

上述研究結(jié)論可以解釋知識倚重性問題的解決在專家型學(xué)生和新手型學(xué)生之問的差異，和能力倚重性問題對二者問題解決表現(xiàn)差異的“拉平效應(yīng)”。依據(jù)上述研究結(jié)果，似乎也可歸因于二者知識組織化程度的無差異和低水平。但在深入研究問題解決的過程中，很多證據(jù)卻表明，知識組織化程度很多時候并非是影響能力倚重性問題解決的關(guān)鍵要素。為尋找能夠衡量問題表征質(zhì)量的指標(biāo)、揭示正確表征對問題解決的意義，并探查影響專家型學(xué)生解決能力倚重性問題的關(guān)鍵要素，以開放式問卷法調(diào)查學(xué)生解決給定問題的思維過程，隨后采用內(nèi)容分析法展開研究。

2研究過程

2.1問卷設(shè)計

選擇“火法冶金過程加入石英（SiO₂）造浮渣，除雜原理的闡釋”作為核心問題，來探查專家型學(xué)生問題表征的特點，首先該問題背景熟悉而切入點陌生，屬于能力倚重性問題。該問題解決需依靠火法冶金、石英的性質(zhì)、分離提純除雜原理有關(guān)知識的融會貫通，且氣相、水溶液相及固相除雜問題較常見，但熔融液相除雜問題并不常見，陌生的切入點也決定該問題即使對專家型學(xué)生也是能力倚重性問題。

其次，該問題簡短卻含有豐富的可供表征的元素，有利于得到足夠的待分析結(jié)果。

再者，該問題能夠區(qū)分被試的思維層次。知道雜質(zhì)與目標(biāo)產(chǎn)物要處于兩相才能被除去，以及SiO₂是與雜質(zhì)反應(yīng)而將其除去，屬于表層（L1）；知道雜質(zhì)是固相，目標(biāo)產(chǎn)物是熔融液相，以及SiO₂是與雜質(zhì)的氧化物反應(yīng)而造渣是更深一層（T2）；知道雜質(zhì)與氧化物生成硅酸鹽，硅酸鹽熔點高，不熔，而金屬單質(zhì)熔點低于硅酸鹽，熔為液態(tài)且密度較大，故兩相分離，才說明完全領(lǐng)會了整個除雜的原理（L3）。

問卷設(shè)置的具體問題說明如表1所示。

2.2選取被試、問卷發(fā)放及回收

為避免因經(jīng)過大量重復(fù)訓(xùn)練，見過類似題目，對研究產(chǎn)生干擾，故在高二年級學(xué)生中選取被試。被試為東莞外國語學(xué)校及東莞實驗中學(xué)27位化學(xué)學(xué)優(yōu)生（競賽培優(yōu)生，S1～S27）。

問卷共發(fā)放27份，回收27份，回收率100%，作答率81%。

2.3核心概念闡釋

后文資料處理分析的過程中，會涉及較多有關(guān)表征的概念，為便于理解，對核心概念之間的關(guān)系做出如下闡釋：

問題表征：在問題解決的研究領(lǐng)域，對問題的讀取、理解、分析等一系列心理活動我們稱為問題表征。知識表征與問題表征相對應(yīng)，是對非問題的陳述性內(nèi)容的表征。后文使用問題表征這一概念時，傾向于更宏觀、整體地看待問題。

信息表征：在信息加工領(lǐng)域，問題或知識又可拆分為若干個信息，本文在使用信息表征概念時，是從更小更細視角談表征。

問題表征、信息表征區(qū)別在于是更宏觀還是更微觀地談表征。而在化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域依據(jù)表征對象的不同，常談三重表征（宏觀、微觀、符號表征），在心理學(xué)領(lǐng)域關(guān)注表征方式的不同，表征又可分為命題表征（抽象的、概念化的表征）和表象表征（具象的、圖像化的表征）。若結(jié)合心理學(xué)領(lǐng)域?qū)Ρ碚鞣绞降目剂浚ㄓ绕涫潜硐蟊碚鳎?，化學(xué)領(lǐng)域的三重表征可發(fā)展為四重表征，分別為命題表征次數(shù)、命題表征率、表象表征次數(shù)、表象表征率。

2.4資料處理與分析

采用內(nèi)容分析法分析被試問題2的回答情況，以S2為例，見圖1。

被試表征的9個詞語可歸為對4個信息的表征：高溫、熔融、高爐統(tǒng)歸為對“火”的表征；金屬冶煉、催化劑統(tǒng)歸為對“冶金”的表征；除雜、沉淀產(chǎn)生、過濾統(tǒng)歸為對“雜質(zhì)”的表征；密度歸為對“浮”的表征。

問題題干由27個字組成，這27個字可看作27個信息，顯然以詞或短語為信息單元更合理，從化學(xué)問題解決視角來看，有表征價值的信息（應(yīng)表征信息數(shù)）為6。S2表征的信息中，對“火”“浮的表征是有效表征，金屬冶煉僅止于文字重述，催化劑、除雜、沉淀產(chǎn)生、過濾對問題解決完全無效，故有效表征數(shù)為2，有效信息表征率為33%。但所有表征的信息都是正確表征。

據(jù)回答情況還可推測出S2進行了5次命題表征（金屬冶煉、催化劑、除雜、沉淀產(chǎn)生、過濾）和4次表象表征（高溫、熔融、高爐、密度）。

S2對除雜原理的闡釋只有“相分離”能得1分。

依據(jù)對S2以及其他被試作答情況的分析結(jié)果，得出的信息表征率、表征方式及問題得分情況見表2（未分析6位沒有作答學(xué)生的問卷）。endprint

3結(jié)果與分析

3.1得分情況分析

21位被試中僅有約1/3（33%，7位）得分，7位得分者中僅有3位的思維層次達L2水平，其余都為L1水平，平均得分率也只有11%。這樣的得分情況固然十分不理想，但還不足以說明這些專家型學(xué)生的問題解決能力低，得分率低很有可能源于問題的結(jié)構(gòu)不良。

而得分者們在問題解決時顯現(xiàn)出的思維層次不高，以及得分者在回答問題時（見表3）大多采用的是填空式的名詞或短語，而非整句，更無邏輯嚴(yán)密的闡述，值得深思。

問卷中呈現(xiàn)的問題為“簡述除雜原理”且留有足夠的空白，被試的回答情況說明他們平時較少得到用化學(xué)用語完整闡釋問題的機會，在完成作業(yè)、試卷時幾乎沒有機會，課堂上本該有不少這樣的機會，可現(xiàn)實中更常見的情形為，簡短回答教師的問題后，教師作出正確與否的判斷，問題回答即告結(jié)束，恰如學(xué)生在問卷中呈現(xiàn)的面貌。教師缺少追問，缺少對學(xué)生思維的深入探查，學(xué)生則沒有用邏輯完備的語言闡釋看法、說明問題的機會，也即缺少深入思考、領(lǐng)悟的機會。

3.2信息表征率分析

對S2及其他被試表征結(jié)果的分析過程顯示，問題解決過程的問題表征，實際可細化分解為對信息的表征，并非所有的表征都導(dǎo)向問題解決，而只有導(dǎo)向問題解決的表征才是有效的。

由表2數(shù)據(jù)可見，專家型學(xué)生在能力倚重性問題解決時的信息表征率較低（37%），有效信息表征率更低（0.07%），是導(dǎo)致低得分率的重要原因。

還可以看出，問題解決成功者與失敗者在信息表征率方面幾乎沒有差別（都較低），但較高的信息表征率對應(yīng)較高的有效信息表征率，當(dāng)然更多的表征命中有效表征的概率才大，由此可見，盡可能多地正確表征會提高問題解決的概率。

有效信息表征率與得分（即問題解決）之間是正相關(guān)關(guān)系（見圖2），問題解決過程能表征出越多導(dǎo)向問題解決的信息，問題表征的質(zhì)量肯定越高，故有效信息表征率可以成為衡量問題表征質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

3.3信息表征方式分析

分析表2數(shù)據(jù)，約52%的被試表征方式傾向于命題表征，僅19%的被試傾向于表象表征，整體上被試信息表征方式以命題表征占優(yōu)，張新宇在進行專家型學(xué)生與新手型學(xué)生化學(xué)知識表征差異研究時，給出的分析材料，也同樣表明專家型學(xué)生表征方式以命題表征占優(yōu)的特征。

圖2中明顯可見，更高的命題表征率對應(yīng)失敗的問題解決（不得分），更高的表象表征率對應(yīng)成功的問題解決，以此可知，表象表征更利于此問題解決。

進一步分析七位得分被試的得分原因，有四位明顯可見（表3）與表象表征有直接關(guān)系（S2、S3、S6、S19），S4、S7兩位很可能也與表象表征有關(guān)（因為回答涉及“固液分離”、“難熔固體”，很難說頭腦中沒有固液的表象，可能只是沒有書寫在問卷上），6/7的得分者受益于表象表征。

同時，七位被試的答案還表現(xiàn)出“相分離”思想的介入，對成功解答起重要支撐作用。

再分析七位被試回答問題1時的表征方式，并與問題2表征方式作對比，如表4所示。

表4中的平均值顯示出，這些被試的表征風(fēng)格比較穩(wěn)定，其中S4、S7尤為突出，表象表征十分明顯，S7命題表征特別明顯。

4結(jié)論與啟示

上述分析可以得出的結(jié)論有：

有效信息表征率可作為衡量問題表征質(zhì)量的指標(biāo)。

正確表征并不必然導(dǎo)致問題解決，但問題解決過程能做出更多的正確表征，則信息表征率越高，有效信息表征率則更可能高，順利完成問題解決的概率就更大。

表征風(fēng)格是影響能力倚重性問題解決的關(guān)鍵要素，個體的表征風(fēng)格較為穩(wěn)定，表象表征更利于能力倚重性問題解決。

專家型學(xué)生解決能力倚重性問題整體表現(xiàn)不佳，思維層次不高。

以上結(jié)論帶給我們?nèi)缦聠⑹荆?/p>

應(yīng)該針對信息表征率的提高進行專門訓(xùn)練。學(xué)生為何會對“顯而易見”的應(yīng)表征信息“視而不見”（信息表征率低）？教師常歸因于審題能力欠缺，審題能力又是什么能力？必定包含觀察力，心理學(xué)家認為觀察力是人類智力結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)，是思維的起點，是聰明大腦的“眼睛”，觀察力是智力之母，而視知覺能力又是觀察力的基石。高中已非訓(xùn)練孩子視知覺能力的黃金期，但實施科學(xué)且有針對性的訓(xùn)練也一定比只是重復(fù)性強調(diào)“要細心，要提高審題能力”有價值。

應(yīng)以超越三重表征的表象結(jié)合命題的四重表征方式幫助學(xué)生建構(gòu)結(jié)合表象與命題的圖示（見圖2）。表象對感知力、記憶力、想象力和創(chuàng)造力都能起到促進作用，是促進認知能力發(fā)展的重要因素。使命題表象化，即將命題與圖像化的生活、實際、生產(chǎn)……聯(lián)系起來，使命題被深度理解并形象化地儲存在頭腦中，使其在問題解決時更易被表征，以此來影響、重塑學(xué)生的表征風(fēng)格。

應(yīng)在課堂教學(xué)中更關(guān)注對學(xué)生思維的訓(xùn)練和培養(yǎng)，多采用“追問”策略引導(dǎo)學(xué)生思考，進行邏輯完備的表達、交流。語言是思維的外顯，針對性地訓(xùn)練學(xué)生用化學(xué)語言闡釋問題的能力，也是對學(xué)生學(xué)科思維的訓(xùn)練。

5結(jié)語

國內(nèi)已進行的關(guān)于表象表征對問題解決的影響，針對不同學(xué)科、不同問題，結(jié)論并不一致，而本研究樣本量偏低，研究依托的題量也偏少，且未采用口語報告法，研究結(jié)論的代表性可能不強。人腦處理圖像信息有先天的優(yōu)勢，進一步廣泛而深入地研究表象表征對問題解決的影響是有意義的。endprint