樣例與自解釋在問題解決中的設(shè)計(jì)策略及作用機(jī)制探究

陳 健，宋瑤瑤，顧佼佼

（海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264001）

為了對(duì)21 世紀(jì)的學(xué)習(xí)做出清晰的表述，標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)估與職業(yè)培訓(xùn)委員會(huì)制定了《21 世紀(jì)學(xué)習(xí)框架》，并提出了最亟需的技能是學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能、信息媒體與技術(shù)技能、生活與職業(yè)技能，其中學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能強(qiáng)調(diào)批判性思維和問題解決能力。2017 年，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于深化教育體制改革的意見》，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)機(jī)制[1]，創(chuàng)新人才培養(yǎng)即形成創(chuàng)新型思維與人格。

樣例作為教學(xué)資源庫(kù)的重要組成部分，對(duì)于復(fù)雜問題的學(xué)習(xí)具有重要的意義。Chen 等[2]認(rèn)為樣例學(xué)習(xí)可以縮短問題解決的復(fù)雜過程，學(xué)習(xí)者通過觀察、模仿問題解決的信息和過程，集中于問題的關(guān)鍵特征，從而理解、應(yīng)用抽象概念原理，節(jié)省有限的工作記憶容量。

一、樣例學(xué)習(xí)及自我解釋

（一）樣例學(xué)習(xí)

1.單個(gè)樣例的設(shè)計(jì)

樣例的內(nèi)容變異主要指樣例內(nèi)容的正誤、樣例內(nèi)容與問題的相似性等。研究認(rèn)為在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的過程中，錯(cuò)誤是不可避免的，附帶錯(cuò)誤可以引起反思，從而幫助學(xué)生更深層次地處理問題，從而幫助他們克服誤解，建立對(duì)概念的持久理解[3]。

樣例的呈現(xiàn)形式主要是指樣例解題步驟的呈現(xiàn)。將完整樣例呈現(xiàn)的解題步驟按照知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)以空格或標(biāo)記的形式分成幾塊[4]，或在某一步驟后附著標(biāo)簽，即分段樣例，其可以幫助學(xué)習(xí)者將一系列步驟以組塊的形式連接在一起。而對(duì)于先驗(yàn)知識(shí)水平高的學(xué)生會(huì)出現(xiàn)專業(yè)知識(shí)反轉(zhuǎn)效應(yīng)，可以逐漸省略提供解題步驟的數(shù)量，直至剩下問題[5]。

2.多個(gè)樣例的設(shè)計(jì)

變異性主要包括表面變異和結(jié)構(gòu)變異，對(duì)于多個(gè)樣例之間變異程度的影響效果尚未有明確的界定，可能會(huì)受到學(xué)習(xí)者先驗(yàn)知識(shí)水平的影響[6]。

Trafton 等針對(duì)樣例與問題的呈現(xiàn)方式，設(shè)計(jì)了交叉式和分塊式，發(fā)現(xiàn)交叉式條件下被試解題時(shí)間更短，問題遷移的正確率較高。Pooja 將多個(gè)工作示例進(jìn)行組織，分為對(duì)比案例和順序案例，發(fā)現(xiàn)對(duì)比案例并沒有促進(jìn)概念學(xué)習(xí)，但卻促進(jìn)了問題遷移的學(xué)習(xí)[7]。研究表明，樣例學(xué)習(xí)有助于學(xué)習(xí)者領(lǐng)會(huì)問題解決的新知識(shí)（新概念、新規(guī)則）并掌握其應(yīng)用的過程[8]。但在實(shí)際的教學(xué)應(yīng)用中，學(xué)習(xí)者解決問題成功與否關(guān)鍵在于學(xué)生對(duì)示例的理解程度[9]。Chi 在研究中發(fā)現(xiàn)良好的問題解決者在樣例學(xué)習(xí)的過程中會(huì)向自己解釋樣例的內(nèi)容，試圖對(duì)樣例的每一個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)的說明。

（二）自我解釋

自我解釋（Self-Explanation）的概念最初是由Chi 提出，將其定義為任何人向自己做出解釋，企圖理解新訊息的一種活動(dòng)。之后，Chi[10]進(jìn)一步補(bǔ)充“自我解釋是人們?cè)陂喿x文章時(shí)所做的推論，一般都是用來澄清或者補(bǔ)充文意，不論推論的多少、完整與否或者正確與否，都稱作自我解釋”。Chung 發(fā)現(xiàn)進(jìn)行自我解釋的學(xué)生有較多的知識(shí)建構(gòu)，能夠整合較多的概念及例子。之后，在其他知識(shí)領(lǐng)域的研究也證實(shí)了這一結(jié)果，即自我解釋與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績(jī)呈正相關(guān)[11]。

但隨著研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)并非每一個(gè)學(xué)習(xí)者都可以自發(fā)地產(chǎn)生自我解釋及使用自我解釋策略。Lin 提出在自我解釋題目中加入適當(dāng)?shù)奶崾?，可以增進(jìn)學(xué)生自我解釋的相關(guān)性及完整性[12]。Chi 將自我解釋提示分為一般和具體兩種，一般的自我解釋提示更類似于一種提醒；具體的自我解釋提示要求學(xué)生明確地提出該內(nèi)容的作用和原理。隨著教育信息化的發(fā)展，Wylie 和Chi[13]對(duì)此進(jìn)一步劃分：開放式自解釋、指導(dǎo)式自解釋、腳手架式自解釋、基于資源的自解釋、基于菜單的自解釋提示。Atkinson 等發(fā)現(xiàn)使用集中的、支架式的或基于資源的提示來提供更具特色的解釋，與開放式自我解釋相比，可以使學(xué)生獲得更深層次的學(xué)習(xí)。另外，基于提示的內(nèi)容類型對(duì)自我解釋提示進(jìn)行分類，Schworm 和Renkl[14]將自解釋提示劃分為學(xué)習(xí)域提示和示例域提示，其中學(xué)習(xí)域提示是指幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建基本概念，示例域提示是指幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)問題論證過程的知識(shí)，并且提出不同類型的提示會(huì)有不同的效應(yīng)。

研究中問題解決能力屬于復(fù)雜的高階思維，因此在本研究中選用多個(gè)樣例的呈現(xiàn)方式，并結(jié)合自解釋提示進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用2（樣例類型：正誤樣例）×2（自解釋提示類型：原理自解釋提示和步驟自解釋提示）×3（先驗(yàn)知識(shí)水平：高、中、低）三因素被試間實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探究基于樣例學(xué)習(xí)的教學(xué)對(duì)促進(jìn)學(xué)習(xí)者問題解決能力培養(yǎng)的有效性。

二、研究方法

（一）被試

本研究選取被試為高等教育層次學(xué)生，具有學(xué)習(xí)自主性強(qiáng)，可以通過多元化途徑獲取知識(shí)，對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和能力的訓(xùn)練已具有一定的研究意識(shí)和探索精神等優(yōu)點(diǎn)。但課堂參與度弱，學(xué)習(xí)狀態(tài)上缺乏自我認(rèn)識(shí)和反思意識(shí)。因此，在教學(xué)環(huán)節(jié)需要有針對(duì)性地進(jìn)行教育教學(xué)改革，設(shè)計(jì)問題情景，提供探究學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

（二）研究工具

本次實(shí)驗(yàn)使用的工具有樣例材料、學(xué)習(xí)效果測(cè)試題、學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷調(diào)查問卷。（1）樣例材料：依據(jù)授課內(nèi)容設(shè)計(jì)正誤樣例并結(jié)合自解釋提示內(nèi)容。（2）學(xué)習(xí)效果測(cè)試題：選自應(yīng)用類課程。主要考察知識(shí)的保持和遷移應(yīng)用，其中知識(shí)的保持即改變?cè)}題干提及的數(shù)據(jù)或情境，知識(shí)的遷移需在樣例問題基礎(chǔ)上增設(shè)情景，檢測(cè)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的進(jìn)一步應(yīng)用情況。（3）認(rèn)知負(fù)荷問卷：采用DeLeeum 和Mayer（2008）的研究結(jié)論，從努力程度評(píng)價(jià)和材料難度評(píng)價(jià)兩個(gè)方面測(cè)量認(rèn)知負(fù)荷。并且測(cè)試完成后，與被試訪談進(jìn)一步了解其認(rèn)知負(fù)荷情況。

（三）研究過程

本實(shí)驗(yàn)實(shí)施于日常的課程講授完成后，于微機(jī)教室中展開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)依據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度，共進(jìn)行三輪實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)施過程為：首先向四組被試詳細(xì)地介紹實(shí)驗(yàn)程序和實(shí)驗(yàn)要求，然后借助GeoGebra 呈現(xiàn)的樣例學(xué)習(xí)材料，發(fā)放自我解釋提示材料，被試者在進(jìn)行樣例學(xué)習(xí)的過程中完成作答，每組被試的自學(xué)時(shí)間為15 min。學(xué)習(xí)完樣例材料后，學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)材料的困難程度和自己的努力程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后為被試發(fā)放學(xué)習(xí)效果檢測(cè)題，引導(dǎo)被試獨(dú)立完成，收集被試的學(xué)習(xí)情況數(shù)據(jù)，每組被試平均每次后測(cè)的時(shí)間為15 min。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（一）樣例類型和自解釋提示類型對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響

在樣例中加入自解釋提示可以有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的深層次理解，因此，考慮樣例類型和自解釋提示類型兩個(gè)變量對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響，首先分析其對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷的作用效果，結(jié)果見表1。

表1 樣例類型和自解釋類型對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的影響

樣例和自解釋提示類型對(duì)學(xué)習(xí)材料理解程度的影響不顯著（F=1.549，p=0.214>0.05），這說明四組學(xué)習(xí)者對(duì)理解程度評(píng)價(jià)是趨于一致的，這是由于內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料本身的性質(zhì)決定的，與自解釋提示類型關(guān)系不大。對(duì)于努力程度，樣例類型和自解釋提示類型在努力程度上的交互效應(yīng)顯著（F=5.811，p=0.016<0.05）。對(duì)其交互作用進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：對(duì)于分段樣例，原理自解釋提示的學(xué)習(xí)資源能讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生較高的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷；對(duì)于正誤樣例，步驟自解釋提示的學(xué)習(xí)資源能讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生較高的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷。

由表2 可知，四種學(xué)習(xí)資源和先驗(yàn)知識(shí)水平的交互作用（F=3.027，p=0.007<0.05）顯著。對(duì)于高初始水平學(xué)習(xí)者和低初始水平學(xué)習(xí)者，正誤樣例+原理自解釋提示組學(xué)生成績(jī)顯著高于其他三組，而對(duì)于中初始水平學(xué)習(xí)者，分段樣例+原理自解釋提示組學(xué)生成績(jī)高于其他三組（圖1）。

圖1 四種學(xué)習(xí)資源和先驗(yàn)知識(shí)水平對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)的交互作用

表2 樣例類型和先驗(yàn)知識(shí)水平對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)的影響

（二）樣例類型和自我解釋提示類型對(duì)問題解決能力的影響

樣例學(xué)習(xí)中問題解決主要可以分為四個(gè)階段：類比階段、規(guī)則提取階段、產(chǎn)生式規(guī)則應(yīng)用階段、樣例儲(chǔ)存階段。由于研究中按照同一知識(shí)點(diǎn)對(duì)樣例和問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，樣例和問題的相似性較大，而類比階段是學(xué)習(xí)者通過類比解決問題，因此，在實(shí)驗(yàn)中主要從規(guī)則提取階段、產(chǎn)生式規(guī)則應(yīng)用階段、樣例儲(chǔ)存階段三個(gè)階段分析樣例類型和自解釋提示類型對(duì)學(xué)習(xí)者解題能力的影響（表3）。

表3 樣例類型和自解釋提示類型對(duì)問題解決能力的影響

1.規(guī)則提取階段

在規(guī)則提取階段，從問卷調(diào)查數(shù)據(jù)和訪談資料中可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)正誤樣例時(shí)，能夠意識(shí)到錯(cuò)誤解答步驟是錯(cuò)在哪里，為什么錯(cuò)誤，但在講述例題的解題步驟時(shí)，對(duì)于從樣例提取的陳述性規(guī)則是比較零散的，只能機(jī)械地應(yīng)用。而對(duì)于分段樣例的學(xué)習(xí)，由于標(biāo)注了每一步的已知條件和未知條件，學(xué)習(xí)者可以更清楚地了解每一步的含義，在講述解題步驟時(shí)，能夠?qū)⑻N(yùn)含的規(guī)則與樣例結(jié)合起來，已經(jīng)形成了較豐富的陳述性規(guī)則。

2.產(chǎn)生式規(guī)則應(yīng)用階段

在這一階段，學(xué)習(xí)者對(duì)每一個(gè)步驟都有清晰的認(rèn)識(shí)，并通過反復(fù)練習(xí)熟悉規(guī)則，并達(dá)到熟練應(yīng)用的程度，以便在解決問題時(shí)更加精確地識(shí)別信息、反映更加適當(dāng)。通過學(xué)習(xí)者的自解釋可以充分了解其樣例學(xué)習(xí)過程中對(duì)規(guī)則的認(rèn)識(shí)和熟練情況。

不同的樣例資源類型，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)是不同的（F=6.118，p=0.002<0.05），分段樣例+原理自解釋提示組學(xué)習(xí)者的自我解釋得分情況較高，并且學(xué)習(xí)表現(xiàn)更穩(wěn)定。而對(duì)于先驗(yàn)知識(shí)水平不同的學(xué)習(xí)者，先驗(yàn)知識(shí)水平越高，自解釋得分就越高，研究者猜測(cè)導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能是實(shí)驗(yàn)時(shí)間相同，而不同先驗(yàn)知識(shí)水平學(xué)習(xí)者對(duì)規(guī)則的掌握速度是不同的，因此先驗(yàn)知識(shí)水平較低的學(xué)習(xí)者需要更多的時(shí)間完成自我解釋。

3.樣例儲(chǔ)存階段

處于樣例儲(chǔ)存階段的學(xué)習(xí)者已經(jīng)學(xué)習(xí)了大量的樣例，當(dāng)遇到問題時(shí)，可以直接地從記憶中提取相應(yīng)的解法。因此，為了檢測(cè)學(xué)習(xí)者在解決問題時(shí)，記憶中解法的提取和應(yīng)用情況，本研究中通過對(duì)學(xué)習(xí)者解題過程進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)分，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，判斷四種樣例資源對(duì)學(xué)習(xí)者實(shí)際問題解決情況的影響。

實(shí)驗(yàn)中將后測(cè)成績(jī)作為因變量，四種樣例資源作為自變量，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)于不同先驗(yàn)知識(shí)水平的學(xué)習(xí)者，適合不同類型的學(xué)習(xí)資源，其中正誤樣例+原理自解釋提示對(duì)于高初始水平學(xué)習(xí)者、低初始水平學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問題更有效的，分段樣例+原理自解釋提示對(duì)于中初始水平學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問題更有效。

四、討論與建議

（一）樣例設(shè)計(jì)的針對(duì)性

不同先驗(yàn)知識(shí)水平學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)不同樣例資源的學(xué)習(xí)效果是不同的，教師在設(shè)計(jì)樣例時(shí)要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)水平：通過對(duì)比正誤樣例，高初始知識(shí)水平的學(xué)習(xí)者可以快速提取相關(guān)信息，也幫助低初始知識(shí)水平的學(xué)習(xí)者再次回顧相關(guān)信息，有利于學(xué)習(xí)者的問題解決。而對(duì)于中初始水平學(xué)習(xí)者，分段樣例強(qiáng)調(diào)有語(yǔ)義的信息組塊，能夠幫助學(xué)習(xí)者整合解題步驟，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。

（二）不同階段資源的差異性

規(guī)則提取階段。分段樣例的學(xué)習(xí)資源比正誤樣例更容易被學(xué)習(xí)者提取陳述性規(guī)則，并且規(guī)則的完整程度會(huì)受到教師教學(xué)方式的影響，教師給予學(xué)習(xí)者自我表達(dá)的機(jī)會(huì)越多，學(xué)習(xí)者整合信息的能力越高。

產(chǎn)生式規(guī)則應(yīng)用階段。學(xué)習(xí)效果受到先驗(yàn)知識(shí)水平的影響，不同學(xué)習(xí)者對(duì)規(guī)則達(dá)到熟練應(yīng)用所需的時(shí)間是不同的。因此在這一階段，教師應(yīng)該注意觀察學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)給予更充足的時(shí)間練習(xí)。

樣例儲(chǔ)存階段。在這一階段，學(xué)習(xí)者需要學(xué)習(xí)大量的樣例，遇到問題可以從記憶中直接提取相應(yīng)的解法。不同先驗(yàn)知識(shí)水平學(xué)習(xí)者適合不同類型學(xué)習(xí)資源，教師需要因材施教，針對(duì)不同類型學(xué)習(xí)者準(zhǔn)備不同樣例材料，其中正誤樣例+原理自解釋提示對(duì)于高初始水平學(xué)習(xí)者、低初始水平學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問題更有效，分段樣例+原理自解釋提示對(duì)于中初始水平學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問題更有效。