中學生物理學科問題分類表征層次的研究

張金寶　李曉曉　陰國恩

摘要：以三套分別含有按照解題方法可以分為二類、三類、四類的物理學科問題分類實驗材料，對濟南市6所中學3個年級766名中學生進行研究，結果表明：不同年級、不同學業水平學生分類表征層次的差異顯著，呈現隨年級升高而升高的趨勢，學優生的水平明顯高于學困生，學優生更多地傾向內在分類表征：隨著分類任務的類別數量增多，更多學生傾向外在分類表征；不同性別學生的分類表征層次沒有顯著差異：不同物理學科問題分類表征層次學生的物理成績之間存在顯著差異。

關鍵詞：物理學科問題，分類表征層次，中學生，學優生，學困生。

分類號 B849：G44

1引言

物理學科問題分類表征通常是指按照有利于問題解決的標準把物理學科問題分為不同的種類，并對同一類問題的特征進行概括，決定問題所屬范疇的過程。問題分類表征是問題表征過程的重要認知活動。從問題表征過程來看，傅小蘭（2006）將表征劃分為內在表征和外在表征，內在表征是問題解決的關鍵。問題解決實質上是問題表征從外在表征向內在表征的轉換。McDermott和Larkin（1978）認為物理問題解決通常要經歷四個表征步驟：文字表征、樸素表征、科學表征、數學表征。鄧鑄（2003）根據Larkin等的理論，在研究中區分出學生在物理問題解決過程中有六種表征狀態：無表征狀態、外部表征狀態、初級內部表征狀態、低層次范疇表征狀態、高層次范疇表征狀態和符號化表征狀態。

學科問題分類經常被用來評價被試對問題的表征是否正確以及被試運用學科知識解決不同類型問題的能力。羅奇、唐劍嵐（2013）認為，要提高學生數學解題能力需要加強其數學問題圖式建構能力和問題表征能力。路海東、董妍（2003）通過對40名小學五年級學生進行數學應用題表征策略的研究探討，發現個體表征方式對問題解決有著重要影響。程海龍、黃興豐（2003）通過調查發現。學生對數學問題的表征存在程序性表征、發展性表征、概念性表征三種不同的水平。馮虹、陰國恩、安蓉（2007）對算術應用題的分類結果研究發現。數學成績優生傾向于按照題目的深層特征進行分類，而數學成績差生傾向于按照題目的表層結構進行分類。

研究學生對學科問題的分類表征對提高學生解決問題的能力，改進教學具有重要的意義。基于問題表征過程的研究成果，本研究提出了文字分類表征、外在分類表征、內在分類表征三個對物理學科問題的分類表征層次，用來評測和分析學生分類表征水平。從有利于促進問題解決的角度，按內在分類表征的層次最高，其次外在分類表征，再次文字分類表征。本實驗的主要目的是運用認知作業法探查中學生物理學科問題分類表征層次及其與物理學業成績的關系，并在此基礎上提出相關教學建議。

2方法

2.1被試

按照分層隨機抽樣法在濟南市抽取好、較好、一般3所高中和3所初中學校。在每所初中學校抽取九年級學生108人。共324人，其中物理學優生54人、學困生54人，實獲有效被試273人。在每所高中學校抽取高一學生84人，共252人，其中物理學優生42人、學困生42人，實獲有效被試233人；抽取高二年級理科班學生96人，共288人，其中物理學優生48人、學困生48人，實獲有效被試260人。實際有效被試共計766人。被剔除的無效被試主要原因是信息缺乏真實性、信息不全等。

物理學優生、學困生的界定：主要以上學期期末物理考試成績為依據，學優生是在每所學校的年級排名前100名的學生，智力正常：學困生是在每所學校的年級排名后100名～200名學生，智力正常。

2.2實驗材料

由5名中學物理教學專家和教師共同編制的三套分類測驗題及答題紙。依據專家、教師對物理學科問題類別分類的一致性，選出了四類應用題：利用物理公式比值解決問題，通過控制變量進行物理實驗解決問題，利用圖示法解決問題，利用物理屬性概念解決問題。從大量的九年級物理學科問題中按專家的分類標準篩選出4類應用題，每類15道題，共60道題。經過難度測評，每類選取10道一般難度的題目作為正式實驗用題。最后，隨機從四類題中抽取相同數量的題目，按二類、三類、四類編成二三套含有12道物理應用題的分類測驗題，每套題中的題目隨機排列。

2.3實驗設計

采用3（年級：九年級、高一、高二）×2（學業水平：學優生、學困生）×2（性別：男、女）×3（類別數量：二類、三類、四類）的實驗設計。

2.4實驗程序

在每所學校里，把抽取的每個年級的物理學優生和學困生分別集合到兩個教室，將相同份數的含有二類、三類、四類的物理學科分類測驗題隨機分發給兩個教室的被試。教室環境保持安靜。

發放分類測驗題和答題紙后。主試宣讀指導語：“同學你好！我們在做題的時候常常要分析這個題目屬于哪一類，從而找到解題方法。每位同學都有一份含有12道題目的分類測驗題，根據測驗題中的指導語的要求，這12道物理題可以分為兩類、三類或者四類。請你對這些題目認真分析后進行分類（不用做題），并在答題紙上寫出類別及對應題號和分類理由。如果有多種分類方法，歡迎你把它們都寫出來。本測驗不記名。時間不超過20分鐘。”

要求學生在答題紙上填寫自己上學期期末物理學科考試成績。并要求學校提供參加測試學生的上學期期末的物理成績單，以便核對學生自己提供成績信息的真實性。測試于學年第二學期開學5周后進行，一周內完成。

2.5因變量的評測及統計

實驗的因變量為被試對物理學科問題的分類表征層次。

分類表征層次評價標準：如果被試的分類類別標簽和分類理由是基于題目文字描述中個別相似的字詞、符號、圖形而做出的分類和解釋，記為文字分類表征，例如把題目中有圖表分為一類，無圖表的分為另一類。如果被試的分類類別標簽和分類理由是基于題目的表面含義，以文字描述的問題情境的成分和結構進行的，沒有按照題目的解題思路的相似性進行分類，記為外在分類表征，例如把題目按電磁學、力學、光學、熱學等進行分類。如果被試的分類類別標簽和分類理由是基于題目的內在關系、深層結構、解決問題思路方法或數學模型進行分類，記為內在分類表征，例如按圖像法、控制變量法、公式法等解決問題方法進行的分類。有效被試進行的這3種以外的分類結果均記為其它分類。