信息表征對專家型學生問題解決的影響研究

崔雪芹

摘要：以開放式問卷法調查專家型學生解決給定問題的思維過程，再采用內容分析法研究問題解決過程的信息表征。結果顯示：專家型學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在知識建構過程給予表象更多的重視。

關鍵詞：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節。問題表征的質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，并不會導致問題的正確解決。

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

已有研究表明：專家型學生問題表征的精確程度更高，重點更為突出；專家型學生在知識表征的深度上顯示出了與新手型學生相比的極大優勢，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的角度去表征知識；專家型學生與新手型學生在知識的組織化程度上，未表現出明顯的差異，且水平均比較低。

上述研究結論可以解釋知識倚重性問題的解決在專家型學生和新手型學生之問的差異，和能力倚重性問題對二者問題解決表現差異的“拉平效應”。依據上述研究結果，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鍵要素。為尋找能夠衡量問題表征質量的指標、揭示正確表征對問題解決的意義，并探查影響專家型學生解決能力倚重性問題的關鍵要素，以開放式問卷法調查學生解決給定問題的思維過程，隨后采用內容分析法展開研究。

2研究過程

2.1問卷設計

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、分離提純除雜原理有關知識的融會貫通，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果。

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

問卷設置的具體問題說明如表1所示。

2.2選取被試、問卷發放及回收

為避免因經過大量重復訓練，見過類似題目，對研究產生干擾，故在高二年級學生中選取被試。被試為東莞外國語學校及東莞實驗中學27位化學學優生（競賽培優生，S1～S27）。

問卷共發放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，會涉及較多有關表征的概念，為便于理解，對核心概念之間的關系做出如下闡釋：

問題表征：在問題解決的研究領域，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，是對非問題的陳述性內容的表征。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、信息表征區別在于是更宏觀還是更微觀地談表征。而在化學學科領域依據表征對象的不同，常談三重表征（宏觀、微觀、符號表征），在心理學領域關注表征方式的不同，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）。若結合心理學領域對表征方式的考量（尤其是表象表征），化學領域的三重表征可發展為四重表征，分別為命題表征次數、命題表征率、表象表征次數、表象表征率。

2.4資料處理與分析

采用內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、高爐統歸為對“火”的表征；金屬冶煉、催化劑統歸為對“冶金”的表征；除雜、沉淀產生、過濾統歸為對“雜質”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，從化學問題解決視角來看，有表征價值的信息（應表征信息數）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、沉淀產生、過濾對問題解決完全無效，故有效表征數為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。

依據對S2以及其他被試作答情況的分析結果，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位沒有作答學生的問卷）。endprint

3結果與分析

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生的問題解決能力低，得分率低很有可能源于問題的結構不良。

而得分者們在問題解決時顯現出的思維層次不高，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，更無邏輯嚴密的闡述，值得深思。

問卷中呈現的問題為“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用語完整闡釋問題的機會，在完成作業、試卷時幾乎沒有機會，課堂上本該有不少這樣的機會，可現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，問題回答即告結束，恰如學生在問卷中呈現的面貌。教師缺少追問，缺少對學生思維的深入探查，學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、領悟的機會。

3.2信息表征率分析

對S2及其他被試表征結果的分析過程顯示，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向問題解決，而只有導向問題解決的表征才是有效的。

由表2數據可見，專家型學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較高的有效信息表征率，當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）之間是正相關關系（見圖2），問題解決過程能表征出越多導向問題解決的信息，問題表征的質量肯定越高，故有效信息表征率可以成為衡量問題表征質量的重要指標之一。

3.3信息表征方式分析

分析表2數據，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，張新宇在進行專家型學生與新手型學生化學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生表征方式以命題表征占優的特征。

圖2中明顯可見，更高的命題表征率對應失敗的問題解決（不得分），更高的表象表征率對應成功的問題解決，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系（S2、S3、S6、S19），S4、S7兩位很可能也與表象表征有關（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，這些被試的表征風格比較穩定，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結論與啟示

上述分析可以得出的結論有：

有效信息表征率可作為衡量問題表征質量的指標。

正確表征并不必然導致問題解決，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。

表征風格是影響能力倚重性問題解決的關鍵要素，個體的表征風格較為穩定，表象表征更利于能力倚重性問題解決。

專家型學生解決能力倚重性問題整體表現不佳，思維層次不高。

以上結論帶給我們如下啟示：

應該針對信息表征率的提高進行專門訓練。學生為何會對“顯而易見”的應表征信息“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，心理學家認為觀察力是人類智力結構的重要基礎，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。高中已非訓練孩子視知覺能力的黃金期，但實施科學且有針對性的訓練也一定比只是重復性強調“要細心，要提高審題能力”有價值。

應以超越三重表征的表象結合命題的四重表征方式幫助學生建構結合表象與命題的圖示（見圖2）。表象對感知力、記憶力、想象力和創造力都能起到促進作用，是促進認知能力發展的重要因素。使命題表象化，即將命題與圖像化的生活、實際、生產……聯系起來，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、重塑學生的表征風格。

應在課堂教學中更關注對學生思維的訓練和培養，多采用“追問”策略引導學生思考，進行邏輯完備的表達、交流。語言是思維的外顯，針對性地訓練學生用化學語言闡釋問題的能力，也是對學生學科思維的訓練。

5結語

國內已進行的關于表象表征對問題解決的影響，針對不同學科、不同問題，結論并不一致，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，研究結論的代表性可能不強。人腦處理圖像信息有先天的優勢，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