漸省樣例對物理綜合問題解決的影響研究

摘 要：通過對比普通樣例，探討了漸省樣例如何逐步減少解題步驟，引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)知識，并提升問題解決能力。以初二學(xué)生為被試，采用密度和浮力綜合問題為學(xué)習(xí)材料和測試材料，結(jié)果顯示漸省樣例組學(xué)生的測試成績顯著高于普通樣例組。這表明漸省樣例有助于促進(jìn)物理綜合問題解決的學(xué)習(xí)效果，為教育者和學(xué)習(xí)者提供了新的教學(xué)策略和學(xué)習(xí)方法。

關(guān)鍵詞：漸省樣例；初中物理；物理綜合問題

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）11-0013-3

根據(jù)Ａｎｄｅｒｓｏｎ的認(rèn)知技能獲得的四階段模型，學(xué)習(xí)者的技能獲取確實(shí)是一個漸進(jìn)、動態(tài)的過程。這一模型為理解學(xué)習(xí)者如何從樣例學(xué)習(xí)中逐漸提升問題解決能力提供了有力的理論框架［１］。在第一階段，學(xué)習(xí)者通過接觸具體的樣例，嘗試將樣例與問題解決策略相聯(lián)系；到了第二階段，學(xué)習(xí)者開始形成抽象的規(guī)則，這些規(guī)則可以幫助他們運(yùn)用書面知識來解決問題；進(jìn)入第三階段，學(xué)習(xí)者的問題解決速度顯著提高，他們不再需要嚴(yán)格按照書面知識的步驟來解題，而是能夠自動、快速地解決問題，且不需要過多注意資源；到了第四階段，學(xué)習(xí)者通過大量的練習(xí)，積累了豐富的樣例解法，可以直接從記憶中提取正確的解法，并表現(xiàn)出靈活性，不再受順序的限制。此時，學(xué)習(xí)者已經(jīng)具備了高水平的問題解決能力。在這一過程中，樣例學(xué)習(xí)在初始階段起著關(guān)鍵作用，但隨著學(xué)習(xí)者技能的提升，樣例學(xué)習(xí)的重要性逐漸降低。然而，我們的目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)習(xí)者問題解決能力的獲得，因此，需要一種更為有效的樣例呈現(xiàn)思路來支持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。

漸省樣例正是一種符合Ａｎｄｅｒｓｏｎ認(rèn)知技能獲得過程的樣例設(shè)計思路。它通過從完整樣例到簡化步驟的逐漸過渡，幫助學(xué)習(xí)者逐步建構(gòu)新的知識圖式。這一呈現(xiàn)過程不僅符合建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀，即學(xué)習(xí)者通過主動建構(gòu)知識來理解和掌握知識，而且能夠有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者從依賴樣例到獨(dú)立解決問題的轉(zhuǎn)變［２］。

１ 研究目的

物理綜合問題是指那些涉及兩個或兩個以上來自不同章節(jié)的物理概念、規(guī)律的問題。這類問題要求學(xué)生不僅理解每個物理概念，還要能夠?qū)⑦@些概念綜合起來，深入分析物理情境，并通過一定量的數(shù)學(xué)運(yùn)算來得到答案［３］。相較單一物理問題，物理綜合問題更能檢驗(yàn)學(xué)生對物理知識的全面掌握程度和應(yīng)用能力，從而促使學(xué)生在學(xué)習(xí)中更深入地理解和運(yùn)用物理知識。因此，在中學(xué)物理教學(xué)過程中，講解物理綜合問題對提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力和分析問題能力具有重要意義。盡管學(xué)者們在問題解決領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛而深入的中學(xué)物理教育研究，但大部分的研究聚焦于單一概念物理問題上，對于物理綜合問題的學(xué)習(xí)方法的研究顯得相對匱乏［４］。

樣例學(xué)習(xí)作為一種提升問題解決效率的有效策略，其成效往往受到樣例呈現(xiàn)方式的影響［５］。自２００２年漸省樣例這種獨(dú)特的呈現(xiàn)形式被提出，受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。這種方法的核心思想是從完整的樣例出發(fā)，逐步減少其中的解題步驟，直至最后僅留下一個待解決的問題。學(xué)者經(jīng)過深入研究后發(fā)現(xiàn)，漸省樣例能夠幫助學(xué)生動態(tài)地將問題和樣例結(jié)合在一起，通過逐步減少樣例中的解題步驟，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考，從而加深對學(xué)習(xí)材料的理解［６］。漸省樣例作為一種創(chuàng)新的樣例呈現(xiàn)形式，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)他們的獨(dú)立思考和問題解決能力具有重要意義。由此，本文將研究使用漸省樣例是否有助于物理綜合問題解決。

２ 研究設(shè)計

２．１ 研究目的

以初二學(xué)生為被試，選取難度適宜的包含密度和浮力概念知識的物理綜合問題為學(xué)習(xí)材料，考察漸省樣例對物理綜合問題學(xué)習(xí)效果的影響，即學(xué)習(xí)漸省樣例的被試后測成績是否優(yōu)于學(xué)習(xí)普通樣例的被試。

２．２ 研究假設(shè)

本研究假設(shè)在物理綜合問題的學(xué)習(xí)中，漸省樣例組學(xué)生的測試成績顯著高于普通樣例組學(xué)生的測試成績。

２．３ 選擇被試

選取廣東省東莞市屬初級中學(xué)兩個班８４名學(xué)生作為被試，女生４１人，男生４３人。漸省樣例組被試人數(shù)４１人，普通樣例組被試人數(shù)４３人。被試的平均年齡在１３周歲左右。兩組的前測平均成績相當(dāng)，在此之前被試已經(jīng)學(xué)習(xí)了密度和浮力的相關(guān)知識。

２．４ 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

本實(shí)驗(yàn)為單因素被試間設(shè)計。自變量為樣例類型，包括兩個水平，普通樣例和漸省樣例。因變量是測試成績。

２．５ 實(shí)驗(yàn)材料

（１）漸省樣例學(xué)習(xí)材料

由４道關(guān)于密度和浮力的綜合樣例題組成，并且每道樣例的解題步驟都是３步。樣例的呈現(xiàn)方式是先呈現(xiàn)解題步驟完整的樣例，下一樣例的呈現(xiàn)步驟缺少倒數(shù)第一步，以此類推，直至呈現(xiàn)第四道樣例時完全無解題步驟。具體呈現(xiàn)形式如表 １所示。

下面是其中一道樣例題。

例１ 如圖 １所示，用細(xì)繩系住體積為3×10-4 m3的物體Ａ，使它豎直下垂且全部浸入水中靜止，此時繩子的拉力是1.5 N，容器和水的總質(zhì)量是0.7 kg，容器與水平桌面的接觸面積是100 m2。（ρ=1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）求：物體的密度。

解：

因?yàn)槲矬wＡ完全浸沒在水中，所以

V=V=3×10-4 m3

第一步（阿基米德原理）：

物體所受的浮力為

F=ρgV=1.0×103 kg/m3·10 N/kg·3×10-4 m3=3 N

第二步（受力分析）：

由于物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到豎直向上的浮力和繩子拉力及豎直向下的重力。

由力的平衡條件得

G=F+F=3 N+1.5 N=4.5 N

第三步：

物體質(zhì)量mA===0.45 kg

物體密度ρA===1.5×103 kg/m3

（２）普通樣例學(xué)習(xí)材料

與漸省樣例學(xué)習(xí)材料的例題相同且呈現(xiàn)順序相同，但是每道例題都呈現(xiàn)完整的解題步驟。

（３）測試材料

由３道關(guān)于密度和浮力的綜合題組成，滿分為９分。每道題的解題步驟分３步，每步１分，每題滿分３分。題型和解題思路與所學(xué)樣例一致。下面是其中一道測試題。

測試題 如圖 ２所示，用彈簧測力計吊起體積為300 cm3的物體，物體浸沒在圓柱形容器的酒精中，已知容器底面積200 cm2。求：物體的密度。（ρ=0.8×103 kg/m3，g取10 N/kg）

２．６ 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為被試平時上課的教室。主試由研究者擔(dān)任。

（１）樣例學(xué)習(xí)階段

①漸省樣例組的指導(dǎo)語為“下面有4道例題，請同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)例題１的解題步驟，并參照例題１完成例題２、３、４的解題步驟，每完成一道例題，可將答案與教室前希沃平板上的標(biāo)準(zhǔn)答案相對照?？偣驳膶W(xué)習(xí)時間為２０分鐘，學(xué)習(xí)結(jié)束后由老師統(tǒng)一收回學(xué)習(xí)材料（本次學(xué)習(xí)不會記錄你的成績，請認(rèn)真作答）?！?/p>

②普通樣例組的指導(dǎo)語為“下面有4道例題，請同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)例題解題步驟?？偣驳膶W(xué)習(xí)時間為２０分鐘，學(xué)習(xí)結(jié)束后，由老師統(tǒng)一收回學(xué)習(xí)材料?！?/p>

（２）測試階段

在收回學(xué)習(xí)材料后，給被試發(fā)放測試材料。指導(dǎo)語為“請同學(xué)們根據(jù)前面學(xué)習(xí)材料中的解題步驟，認(rèn)真完成下面3道練習(xí)題。本次作答需獨(dú)立完成，勿相互交流。作答時長為２０分鐘，練習(xí)結(jié)束后，由老師統(tǒng)一收回測試卷。”

３ 結(jié)果與分析

使用ＩＢＭ ＳＰＳＳ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ２７對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈非正態(tài)分布，所以本研究采用非參數(shù)檢驗(yàn)方法。以樣例類型為自變量，測試成績?yōu)橐蜃兞?，進(jìn)行Ｍａｎｎ－Ｗｈｉｔｎｅｙ Ｕ檢驗(yàn)，結(jié)果如表 ２所示。

表 ２結(jié)果顯示，兩組被試的測試成績差異顯著（Ｚ＝－２．４４９，ｐ＜０．０５）。并且漸省樣例組被試的測試成績中位數(shù)（２５％～７５％）為６．０（４．０～８．５），顯著高于普通樣例組被試的測試成績５．０（３．０～６．０），符合研究假設(shè)，說明相比于普通樣例，漸省樣例可以更有效地促進(jìn)學(xué)生對物理綜合問題的學(xué)習(xí)和掌握。

４ 討 論

上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在物理綜合問題的學(xué)習(xí)中，漸省樣例的學(xué)習(xí)效果要好于普通樣例。相比于普通樣例，漸省樣例對學(xué)生解決物理綜合問題具有更大的促進(jìn)作用，更有助于學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)遷移。本研究分析具體原因如下。

物理綜合問題解決學(xué)習(xí)的核心在于深入理解和把握其深層的結(jié)構(gòu)特征。這種深層結(jié)構(gòu)特征通常指的是物理概念、原理以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系。在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生往往過于關(guān)注問題的表面特征，如具體的數(shù)值、表述方式等，而忽視了更為重要的結(jié)構(gòu)信息。這種傾向在解決簡單的單概念問題時可能影響不大，因?yàn)檫@類問題通?？梢灾苯油ㄟ^表面特征找到答案。但是，當(dāng)面對復(fù)雜的綜合問題時，過于關(guān)注表面特征就會導(dǎo)致學(xué)生無法深入理解和解決問題，從而影響了學(xué)習(xí)效果。

漸省樣例作為一種有效的教學(xué)策略，通過提供從認(rèn)知模型到支架問題再到剩余問題的漸進(jìn)式引導(dǎo)，幫助學(xué)生逐步深入理解和掌握物理知識。在初始階段，通過提供完整的認(rèn)知模型，學(xué)生可以初步了解物理概念和原理；隨著學(xué)習(xí)的深入，逐漸減少提示信息，通過支架問題引導(dǎo)學(xué)生自主思考和探索；最后，在剩余問題階段，學(xué)生需要獨(dú)立解決問題，從而實(shí)現(xiàn)對所學(xué)知識的建構(gòu)和內(nèi)化。通過漸省樣例的引導(dǎo)，學(xué)生可以逐漸從依賴表面特征轉(zhuǎn)向關(guān)注深層結(jié)構(gòu)，不斷提升對物理問題的理解和解決能力。這種教學(xué)方法不僅有助于提高學(xué)生的認(rèn)知水平，還能夠培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力和問題解決能力，使他們能夠進(jìn)行更高水平的認(rèn)知活動。

因此，在物理綜合問題解決學(xué)習(xí)中，教育者應(yīng)充分利用漸省樣例等有效教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握問題解決技能，幫助學(xué)生深入理解和掌握物理知識的深層結(jié)構(gòu)特征，從而實(shí)現(xiàn)更好的學(xué)習(xí)效果。

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（欄目編輯 趙保鋼）