因、表、思：以問題空間理論架構(gòu)初中物理易錯(cuò)問題體系

摘 要：初中物理易錯(cuò)問題往往缺乏系統(tǒng)性。本文基于信息加工的問題空間理論，結(jié)合試題編制技術(shù)、編碼理論、問題解決理論等認(rèn)知心理學(xué)研究成果，架構(gòu)“針對(duì)、典型”的初中物理易錯(cuò)問題歸因體系、“經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)”的初中物理易錯(cuò)問題表征體系、“上位、普適”的初中物理錯(cuò)誤思維體系，最終形成“因、表、思”三位一體的易錯(cuò)問題結(jié)構(gòu)體系。使教學(xué)內(nèi)容在學(xué)法上，形成易錯(cuò)問題整理路徑，提高學(xué)習(xí)有效性；在教法上，準(zhǔn)確分析教學(xué)薄弱環(huán)節(jié)，提升教學(xué)針對(duì)性；在課程上，開發(fā)易錯(cuò)問題教學(xué)資源，增強(qiáng)課程豐富性。

關(guān)鍵詞：問題空間；易錯(cuò)問題；歸因；表征；思維

目前，部分教師將初中物理易錯(cuò)問題錯(cuò)因歸納為學(xué)生審題不清、計(jì)算錯(cuò)誤、套用錯(cuò)誤、沒有思路等。因此，這部分教師讓學(xué)生“根據(jù)知識(shí)板塊”“零散”地謄抄或“重做錯(cuò)題”，即針對(duì)單個(gè)錯(cuò)題的“原題、錯(cuò)誤、錯(cuò)因、正解”加以表征。這種錯(cuò)題的表征加重了學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，并且該方法僅羅列錯(cuò)誤的內(nèi)容，未從錯(cuò)因、能力、思維等角度提煉這些內(nèi)容的共性，也未總結(jié)出易錯(cuò)問題精煉的表征方式。學(xué)生反復(fù)操練易錯(cuò)問題，但無法規(guī)避相似錯(cuò)誤的再次發(fā)生，無法有效提升自身解決問題的能力。

1 問題空間理論對(duì)易錯(cuò)問題教學(xué)的啟示

美國信息加工心理學(xué)創(chuàng)始人紐厄爾（A.Newell）和西蒙（H.A.Simon），在研究人類問題解決時(shí)提出了“問題空間”的概念，該理論指出了問題的構(gòu)成——問題的初始狀態(tài)，要求達(dá)到的最終狀態(tài)，在問題解決過程中各種可能的中間狀態(tài)（包括可以使用的算子操作、與問題情境有關(guān)的約束）。^［1］將問題空間理論應(yīng)用于初中物理問題的剖析中，“初始狀態(tài)”是指物理問題的條件和背景；“最終狀態(tài)”是指物理任務(wù)或問題的指向；“中間狀態(tài)”是指問題解決所用到的物理知識(shí)和操作的組合方式、方法、路徑（見圖1）。由此，可以從問題空間的三大構(gòu)成方面對(duì)物理問題出錯(cuò)的原因和表征的方式加以剖析和優(yōu)化，該理論能夠捕捉學(xué)生解決物理問題的思維特質(zhì)，規(guī)避思維誤區(qū)或定勢(shì)，從而提升他們解決問題的能力。

筆者基于信息加工的問題空間理論，針對(duì)目前初中物理易錯(cuò)問題的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合試題編制技術(shù)、編碼理論、問題解決理論等認(rèn)知心理學(xué)研究成果，從“歸因、表征、思維” （以下簡稱“因、表、思”）三個(gè)維度架構(gòu)初中物理易錯(cuò)問題的體系，分別指向初中物理問題解決出錯(cuò)的“產(chǎn)生原因、表征方式、思維誤區(qū)”。

首先，本文從初中物理問題的空間結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合試題編制技術(shù)，分析學(xué)生解決物理問題出錯(cuò)的原因，架構(gòu)“針對(duì)、典型”的初中物理易錯(cuò)問題歸因體系，從而暴露錯(cuò)誤形成的機(jī)理。其次，本文根據(jù)初中物理易錯(cuò)問題歸因體系，結(jié)合編碼理論和可視化技術(shù)，總結(jié)初中物理易錯(cuò)問題的表征方法，架構(gòu)“經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)”的初中物理易錯(cuò)問題表征體系，從而提升整理的有效性。最后，本文根據(jù)初中物理易錯(cuò)問題歸因和表征體系，結(jié)合認(rèn)知心理學(xué)、思維心理學(xué)中關(guān)于知識(shí)理解和問題解決的研究成果，對(duì)錯(cuò)誤背后的“能力缺失”或“思維誤區(qū)”加以分析，通過共性提煉，架構(gòu)“上位、普適”的初中物理錯(cuò)誤思維體系。進(jìn)而梳理得出“因、表、思”三位一體的初中物理易錯(cuò)問題結(jié)構(gòu)體系。

2 “針對(duì)、典型”——初中物理易錯(cuò)問題歸因體系

基于問題空間理論，筆者將初中科學(xué)問題剖解成“初始狀態(tài)、最終狀態(tài)、中間狀態(tài)”三大成分，結(jié)合學(xué)生的錯(cuò)誤問題，分析針對(duì)性的錯(cuò)因，從而將問題加以分類，捕捉典型的錯(cuò)誤問題，架構(gòu)初中物理易錯(cuò)問題歸因體系。

2.1 初態(tài)：“問題條件和背景”

筆者通過對(duì)樣本區(qū)域?qū)W校中學(xué)生的易錯(cuò)問題的“問題條件和背景”維度的成分加以分類和論證，得出其具有“取材——問題的背景、素材”“對(duì)象——問題的研究對(duì)象”“狀態(tài)——問題的動(dòng)靜變化”“表征方式——問題的描述方法”四個(gè)維度。其中，“取材”和“對(duì)象”是按“空間”分類，“狀態(tài)”是按“時(shí)間”分類，“表征方式”是按“表征”分類，并可進(jìn)一步加以細(xì)化，具體如圖2所示。

由此，通過逆向分析推理錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，提高歸因的針對(duì)性和邏輯性，并將易錯(cuò)歸因與樣本區(qū)域?qū)W校的初中物理易錯(cuò)問題集匹配對(duì)應(yīng)，從而提高歸因的典型性。將上述方法實(shí)踐、提煉后，形成針對(duì)各個(gè)類別且富有典型意義的分析表，由于篇幅所限，摘取的部分內(nèi)容如表1所示。

上述研究可幫助師生迅速判斷“條件背景”成分的問題出錯(cuò)原因，為歸因體系的架構(gòu)奠定基礎(chǔ)。例如，對(duì)于“取材——理想模型類”，分析浮力秤問題的錯(cuò)誤原因，可能是學(xué)生對(duì)該模型本身不熟悉，包括浮力秤的結(jié)構(gòu)、運(yùn)作過程等。

2.2 終態(tài)：“任務(wù)和問題指向”

筆者通過對(duì)樣本區(qū)域?qū)W校中學(xué)生的易錯(cuò)問題的“任務(wù)問題指向”維度的成分加以分類和論證，發(fā)現(xiàn)其和物理知識(shí)的類型有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，因此得出該成分具有“事實(shí)、概念、規(guī)律、實(shí)驗(yàn)、思維”五個(gè)維度。根據(jù)教育心理學(xué)對(duì)知識(shí)的分類，“事實(shí)”和“概念”歸屬于陳述性知識(shí)，“規(guī)律”和“實(shí)驗(yàn)”歸屬于程序性知識(shí)，“思維”歸屬于策略性知識(shí)。對(duì)上述內(nèi)容可按“來源途徑、靜態(tài)動(dòng)態(tài)、抽象程度、精確程度、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹钡?，結(jié)合業(yè)界公認(rèn)的物理知識(shí)分類標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步加以細(xì)化，如圖3所示。

通過逆向分析，逐一推理錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，并對(duì)照錯(cuò)誤的維度和類別列表，可以提高歸因的針對(duì)性和邏輯性，并將易錯(cuò)歸因與樣本區(qū)域?qū)W校的初中物理易錯(cuò)問題集匹配對(duì)應(yīng)，從而發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯(cuò)誤原因類型。將上述方法實(shí)踐后，形成針對(duì)各個(gè)類別且富有典型意義的分析表，由于篇幅所限，摘取部分內(nèi)容，見表2。

上述研究可幫助師生迅速得出“問題指向”成分的問題出錯(cuò)原因，并為歸因體系的架構(gòu)奠定基礎(chǔ)。例如，分析密度影響因素問題的錯(cuò)誤原因，其為“概念——定義性概念類”的“對(duì)相關(guān)概念（質(zhì)量、體積）之間的關(guān)系認(rèn)識(shí)有偏差”。

2.3 融合：架構(gòu)易錯(cuò)問題歸因體系

對(duì)于同一成分的相似歸因共性，可采用上位概念組合的方法加以精煉，例如，對(duì)在物理信息、實(shí)驗(yàn)、生活常識(shí)、科技前沿等方面都存在的信息提取錯(cuò)誤，就可歸納為“物理事物的信息提取錯(cuò)誤”。對(duì)于不同成分的相似歸因，可采用定位法，根據(jù)問題解決的機(jī)理，重新調(diào)整歸因的類別，例如，關(guān)于“物理建模錯(cuò)誤”，可能是在分析模型時(shí)，捕捉關(guān)鍵信息出錯(cuò)，也可能是聯(lián)系模型和知識(shí)時(shí)，對(duì)知識(shí)適用條件的認(rèn)識(shí)有偏差而出錯(cuò)。由于篇幅所限，摘取部分內(nèi)容（見表3）。

3 “經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)”——初中物理易錯(cuò)問題表征體系架構(gòu)

在架構(gòu)出初中物理易錯(cuò)問題歸因體系之后，需將其合理地表征以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)中的知識(shí)編碼理論，人類通常采用抽象的語義編碼和形象的表象編碼兩種表征方式，將其應(yīng)用于初中物理教學(xué)，即表象編碼為圖示表征，語義編碼為文本表征。其中，文本表征較抽象，但能夠在短篇幅內(nèi)呈現(xiàn)大量的信息，顯得較為經(jīng)濟(jì)；圖示表征內(nèi)容豐富，且易于體現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的信息。

3.1 經(jīng)濟(jì)：易錯(cuò)問題的“問題變式序列”文本表征

針對(duì)學(xué)生的共性化錯(cuò)因，可采用“問題變式序列”文本表征——對(duì)易錯(cuò)問題的錯(cuò)因進(jìn)行連續(xù)提問，以此將易錯(cuò)問題表征為逐步遞進(jìn)的序列化問題。例如，學(xué)生由于缺乏對(duì)課桌尺度的常識(shí)性認(rèn)識(shí)，序列化問題可以是“常見課桌有多長？門框有多高？書本有多厚？”

問題變式序列的設(shè)計(jì)需要結(jié)合兩方面：一是易錯(cuò)問題的知識(shí)內(nèi)容，二是易錯(cuò)問題的歸因。其中，易錯(cuò)歸因需要知識(shí)內(nèi)容的補(bǔ)充細(xì)化，知識(shí)內(nèi)容需要易錯(cuò)歸因的分類提煉。依據(jù)上述原則，筆者整理出了學(xué)生的易錯(cuò)問題集，現(xiàn)篩選出的部分內(nèi)容（見表4）。

3.2 結(jié)構(gòu)：易錯(cuò)問題的“分區(qū)流程標(biāo)注”圖示表征

針對(duì)學(xué)生個(gè)性化的錯(cuò)因，可采用“分區(qū)流程標(biāo)注”圖示表征，并結(jié)合流程圖、概念圖等可視化技術(shù)，對(duì)易錯(cuò)問題加以結(jié)構(gòu)化的表征。

在“分區(qū)流程標(biāo)注”圖示表征中，采用虛線將問題空間的結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)區(qū)域。左側(cè)區(qū)由上至下、從左至右分別排列題干、選項(xiàng)、隱藏的條件背景；中間區(qū)列舉問題解決需要的物理知識(shí)和操作，知識(shí)按類別上下劃分，并按問題解決的順序排序；右側(cè)區(qū)為問題的指向。整個(gè)問題空間，用注釋說明錯(cuò)誤的原因，筆者針對(duì)“初中物理易錯(cuò)問題整理集”，設(shè)計(jì)了相應(yīng)圖示表征。

以飛機(jī)平行地面飛行后切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流這一典型的易錯(cuò)問題為例，學(xué)生常見的錯(cuò)誤是認(rèn)為東西飛行能切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而選D。對(duì)該易錯(cuò)問題，用問題空間進(jìn)行剖析并以“分區(qū)流程標(biāo)注”圖示表征，如圖4所示。

錯(cuò)題 “衛(wèi)星懸繩發(fā)電”是人類為尋找衛(wèi)星的新型電力能源供應(yīng)系統(tǒng)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。假設(shè)在實(shí)驗(yàn)中，用飛機(jī)拖著一根很長的金屬線 （其下端懸掛一個(gè)金屬球，以保證金屬線總是呈豎直狀態(tài)），在我國上空平行地面飛行。如果用該系統(tǒng)為衛(wèi)星供電，則下列說法正確的是 （" ）。

A. 這是電磁感應(yīng)原理，金屬線相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的繞組線圈

B. 如果飛機(jī)自北向南飛行，金屬線上有感應(yīng)電流產(chǎn)生

C. 如果飛機(jī)自南向北飛行，金屬線上有感應(yīng)電流產(chǎn)生

D. 飛機(jī)只有由正西飛向正東方向，金屬線上才有感應(yīng)電流產(chǎn)生

可以發(fā)現(xiàn)，圖示表征更能體現(xiàn)問題空間的結(jié)構(gòu)，更能直觀地表征學(xué)生在問題解決過程中的錯(cuò)因，讓學(xué)生加深對(duì)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

4 “上位、普適”——初中物理易錯(cuò)問題思維體系架構(gòu)

認(rèn)知心理學(xué)提出，思維決定能力，能力作用于問題解決。由此可知，問題解決出錯(cuò)的根本原因，在于問題解決的能力缺失以及存在思維誤區(qū)。在得出易錯(cuò)問題的歸因和表征體系之后，進(jìn)一步結(jié)合初中學(xué)生重形象輕抽象的思維特質(zhì)，可將問題解決過程中的一些錯(cuò)誤聚焦至上位認(rèn)知能力的缺失上，并通過捕捉能力背后的思維誤區(qū)，歸納學(xué)生問題解決的普適性機(jī)理，架構(gòu)出學(xué)生的易錯(cuò)思維體系。

4.1 上位：基于物理能力

筆者將問題解決錯(cuò)誤的共性原因提煉為不同的學(xué)科認(rèn)知能力，通過教研討論，相互論證，共得出“信息處理能力”等8項(xiàng)主要學(xué)科認(rèn)知能力，如表5所示。

將物理易錯(cuò)問題歸因的共性提煉為不同學(xué)科的認(rèn)知能力，有助于師生更好地開展同質(zhì)化的教學(xué)，從而避免由于短期的機(jī)械性重復(fù)而形成偽糾錯(cuò)。

4.2 普適：基于認(rèn)知心理

為了進(jìn)一步提煉認(rèn)知能力，可以結(jié)合思維心理學(xué)中對(duì)思維品質(zhì)的研究成果，將認(rèn)知能力缺失轉(zhuǎn)化為普適的思維誤區(qū)，如學(xué)生建模能力缺失，可轉(zhuǎn)化為物理思維的靈活性不足。同時(shí)，通過對(duì)易錯(cuò)歸因的認(rèn)知能力進(jìn)行歸納，還容易發(fā)現(xiàn)其與學(xué)生在問題解決時(shí)的不良的思維習(xí)慣有關(guān)，如學(xué)生提取關(guān)鍵信息能力缺失，與思維的“就近性”有一定關(guān)系。

根據(jù)上述方式，筆者歸納總結(jié)出以下幾種物理思維類型：編碼（抽象、形象）思維、簡化思維、分解思維、重組思維、推理思維（下定義、順向、逆向）、記憶思維、運(yùn)算思維、邏輯思維（關(guān)聯(lián)、因果）、比較思維、類比思維、演繹思維，并結(jié)合物理能力，梳理得出表6。

在易錯(cuò)問題教學(xué)過程中，若能發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維誤區(qū)，就能選擇具有相同思維要求的問題，開展變式糾錯(cuò)，使學(xué)生獲得普適性提升。

通過分析易錯(cuò)問題的歸因方法，應(yīng)用易錯(cuò)問題的表征手段，解析易錯(cuò)問題的思維樣態(tài)，促使學(xué)生形成一套完整的初中物理易錯(cuò)問題整理的新路徑，從而讓學(xué)生形成探尋問題根源的意識(shí)，提升學(xué)生分析和解決問題的能力，使“易錯(cuò)題”不再“易錯(cuò)”，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。如何進(jìn)一步完善架構(gòu)出的易錯(cuò)問題體系，并加以有效實(shí)施，是筆者進(jìn)一步要研究的問題。

參考文獻(xiàn)

［1］艾森克，基恩.認(rèn)知心理學(xué) 第四版（上冊(cè)）［M］.高定國，肖曉云譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2004：127.