高中生解答物理开放性问题的现状分析-硕士论文

学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。本论文中除引文外，所有实验、数据和有 关材料均是真实的。本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人 或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究所做的 贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 学位论文作者签名：卞日耳文 日 期：加f 夕 学位论文使用授权声明 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属南京师范 大学。学校有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网 公布本学位论文的部分或全部内容，可以采用影印、复印等手段保存、 汇编本学位论文。学校可以向国家有关机关或机构送交论文的电子和 纸质文档，允许论文被查阅和借阅。( 保密论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密论文，密级：保 密期限为年。 学位论文作者签名：卞听文 日 期：矽侈岁码 指导教师签名： 腑阚 日期： 沙I r r 、多 万方数据 摘要 摘要 开放性问题具有多种教育功能，支持建构主义理论提倡的学习方式。本研究 聚焦高中生解答物理开放性问题的现状，根据建构主义学习理论设计实验，借助 计算机环境对4 0 位高中生进行定量研究，并与物理封闭性问题进行对比。研究 主要关注高中生解答两类问题过程中的参与积极性、参与公平、互动类型、解答 过程趋向和解答结果，并尝试探究男女生的差别。实验调查发现，高中生更善于 解答物理封闭性问题，问题类型的不同引起了高中生解答结果的差异。对比两类 物理问题的解答过程，高中生解答开放性问题的参与积极性略低，参与公平性较 高，而这两种差异都不具有统计意义。研究结果启示我们应重视高中物理教育中 开放性问题的教学，关注与大学物理教育的衔接，循序渐进地培养学生解答物理 开放性问题的能力。 关键词：开放性问题，封闭性问题，高中物理 万方数据 A b s t r a c t A b s t r a c t T h i sp a p e rq u a n t i t a t i v e l ys t u d i e dt h ee f f e c to fo p e na n dc l o s e d e n d e dp r o b l e m s t y p e so fp h y s i c si ns e n i o rh i g hs c h o o lo n ：a ) t h e s t u d e n t s e n t h u s i a s mi np a r t i c i p a t i o n ， b ) t h eu n f a i rd e g r e eo fg r o u pm e m b e r s p a r t i c i p a t i o n ，C ) t h et y p e so fi n t e r a c t i o n a l a c t i v i t i e s 小t e n d e n c yo ft h es o l u t i o np r o c e s s ，e ) t h er e s u l t so ft e a m w o r k ，a n df ) d i f f e r e n c e so fp e r f o r m a n c eb e t w e e ng i r l sa n db o y si nc o m p u t e r - b a s e dc o l l a b o r a t i v e l e a r n i n ge n v i r o n m e n t ( C C L E ) a tt h es a m et i m e T h ep a r t i c i p a n t sw e r e4 0s e n i o rh i g h s c h o o ls t u d e n t sf r o mN a n j i n g ，w h i c hw e r er a n d o m l yd e s i g n a t e di n t ot e ng r o u p su n d e r t h ep r e m i s eo f2b o y sa n d2g i r l si ne a c hg r o u pt ow o r ko nt h ee a c hk i n do fp r o b l e m a b o u tN e w t o n i a nK i n e m a t i c s T h ed a t as h o w e dt h a tt h es t u d e n t s p e r f o r m a n c e sa r e b e t t e ra tp h y s i c sc l o s e d e n d e dp r o b l e m s T h e r ew e r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nt w o t y p e so fp r o b l e m s r e s u l t so ft e a m w o r k a n ds o l u t i o nd e v e l o p m e n t I ti sf o u n dt h a tt h e s t u d e n t si ns e n i o rh i g hs c h o o ls h o w e dl o w e re n t h u s i a s ma n db e t t e rf a i r n e s sr e l a t i v e l y i np a r t i c i p a t i o no fs o N i n gp h y s i c so p e n - e n d e dp r o b l e m s ，b u tt h ed i f f e r e n c e sw e r en o t s t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n t T h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h ep h y s i c se d u c a t i o ns h o u l dp a y m o r ea t t e n t i o nt oo p e n e n d e dp r o b l e m si ns e n i o rh i - 曲s c h o o l ，w h i c hs h o u l dc o n n e c t w i t hc o l l e g ep h y s i c se d u c a t i o n K e yw o r d s ：o p e n - e n d e dp r o b l e m ，c l o s e d - e n d e dp r o b l e m ，h i g hs c h o o lp h y s i c s t e a c h i n g 万方数据 目录 目录 摘要I A b s t r a c t I I 第1 章绪言1 1 1 提出问题1 1 2 研究意义1 1 3 研究现状2 1 4 研究思路4 第2 章理论探析6 2 1 开放性问题6 2 2 建构主义理论7 第3 章研究内容1 0 3 1 问题情境1 0 3 2 样本分析1 0 3 3 数据采集1 0 3 4 评价标准1 1 3 。5 评分者信度1 4 第4 章研究结果1 5 4 1 学生参与积极性1 5 4 2 学生参与公平1 7 4 3 问题互动的类型2 0 4 4 问题解答过程趋向2 4 4 5 问题解答结果2 7 第5 章总结与反思2 8 5 1 结论2 8 5 2 对比总结2 8 5 3 启示2 9 5 4 反思3 0 附录3 l 参考文献3 9 在读期间发表的学术论文及研究成果4 1 致谢4 2 万方数据 第1 章绪言 1 1 提出问题 第1 章绪言 在传统的物理教学中，教师基本都采用了“封闭性问题”进行教学，但这些问 题脱离了实际生活。学生通过大量的习题练习，便能掌握或提高解题技能，这使 部分教师授课多采用讲授法、启发一引导的教学模式，而忽略了其他教学方法和 课堂教学模式。封闭性问题条件完善，答案固定，方法单一，其教育功能主要是 帮助学生掌握概念并巩固基础知识，培养思维逻辑能力和数学计算能力，但限制 了学生思维的发展与创新。与之相反的便是开放性问题，开放性问题的条件、答 案与解决方法都是多方面、不固定的，有利于学生思维发散、能力创新，可以弥 补封闭性问题教育功能的不足。 另外，物理是一门与生活、生产紧密相连的学科。生活中的问题往往处于真 实的情境，具有复杂的结构，结果和解决方法都具有不确定性，需要调动问题解 决者或多个问题解决者的多种知识和能力。相对封闭性问题，开放性问题与生活、 生产中的问题更接近。 高中生习惯解答封闭性问题，但尚不清楚他们解答开放性问题的过程中存在 哪些问题与特点。在本研究中，对高中生解答物理开放性问题的现状进行实验调 查和分析，希望能够通过调查测试观察，了解到高中生解答两类问题的详细表现。 根据建构主义理论，开放性问题的特点决定了其更适合通过合作学习的方式来解 决。在查阅国内外文献之后，确定了通过本研究调查需要解决的问题： 1 高中生解答两类问题时，参与积极性有何差异以及性别是否对其产生影 响? 2 高中生解答两类问题时，参与公平有何差异以及性别是否对其产生影响? 3 高中生解答两类问题时，互动情况有何差异? 4 高中生解答两类问题时，解答过程趋向有何差异? 5 高中生解答两类问题时，解答结果有何差异? 1 2 研究意义 1 开放性问题符合新课程的要求 普通高中物理课程标准在课程总目标中明确指出了“学习终身发展必备 的物理基础知识和技能，了解这些知识与技能在生活、生产中的应用，关注科学 万方数据 第1 章绪言 技术的现状及发展趋势”及“能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”。1 物 理课程标准提出的课程目标体现了科学技术社会教育的课程理念，特别 注重学生创新意识和实践能力的培养。开放性问题情境相对真实，接近生活生产， 涉及社会、经济等方面，为实现课程目标奠定了基础，更符合新课程的要求。 2 开放性问题有利于学生主动建构知识 建构主义理论强调学习的主动性、社会性和情境性：以学生为主体，创设有 意义的学习环境，选择真实的目标任务。理想的学习环境应当还包括协作、交流， 学生在情境中通过交流、协作、意义建构获得新知识。开放性问题任务的真实性、 答案的多样性为学生交流讨论创造了天然的平台。采用开放性问题进行物理教学 更有助于学生完成对物理知识的主动建构。除此以外，协作交流能促使学生主动 思考，发散思维，激发学生的创新意识。 3 开放性问题有利于转变封闭的教学模式 正确地选择、恰当地运用教学模式、方法是设计实施物理教学的基础，对顺 利完成学习任务、促进学生科学素养的全面发展具有重要作用。在封闭性闯题的 情境下，教师大多采用启发一引导模式和讲授法。而开放性问题则更适用于开放 的教学模式，比如自学讨论模式、课题研究模式、合作学习模式等。在物理教 学中，增加开放性问题可以促使教学模式由封闭向开放转变。 1 3 研究现状 1 3 1 国外研究现状 国外首先研究开放性问题的是数学学科。1 9 7 1 年，日本一个学者小组的研 究项目中提出了数学“开放题”的概念，当时只是将其作为更高目标的一种评价手 段，后来才开始重视开放式教学的价值，主张通过开放题丰富课堂教学。这些研 究也引起了部分欧美国家对开放性问题的关注和研究。 国内的仲新元曾介绍过一种美国物理课的“广涉及”问题，涉及知识面广，提 供了与真实问题更相像的物理环境，与开放性问题有共同之处。“广涉及”问题语 言亲切，注重与社会流行文化、入文科学的联系，更加强调与教学内容相关专业 的有机结合，也更接近真实问题，提供的信息往往不全是正确的，常作为学习合 作小组的讨论题。 在心理学上，可以将问题分为良性结构问题和非良性结构问题。开放性问题 与非良性结构问题很接近，国外对于非良性结构问题的研究也值得借鉴。美国学 者乔纳森( 2 0 0 3 ) 在基于良构和劣构问题求解的教学设计模式一文中详细总 1 中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准( 实验) M 】北京：人民教育出版社，2 0 0 3 2 万方数据 第l 章绪言 结了良性结构问题与非良性结构问题的特点，关注了基于两类问题求解的教学设 计模式。其中非良性结构问题“界定不明确；目标界定含糊不清：没有公认的解 决方法；具有多种评价解决方法的标准；可操控的参数或变量很少，没有原型的 案例可供参考；不能确定哪些概念、规则和原理对形成解决方案来说是必须的， 又如何将它们组织起来；概念、规则和原理三者之间的关系在案例间的应用不一 致；对描述或预知大多数案例没有一般性的规则或原理：在确定恰当的行动方面， 没有明确的方法；需要学习者表达个人对问题的观点或信念，因而解决问题的过 程是一种独特的人际互动过程；需要学习者对问题做出判断，并说明理由。”1 对 于非良性结构问题的解决，沃斯( V o s s ，1 9 8 8 ) 提出有表征问题、陈述解决方案 以及评估方案三个阶段：辛诺特( S i n n o t t ，1 9 8 9 ) 创建的模型包括建构问题、生 成与选择解决方案以及监控；乔纳森( J o n a s s e n ，1 9 9 7 ) 则提出了解决非良性结 构问题的七个重要阶段。2 1 3 2 国内研究现状 在数学学科上，戴再平对开放题做了系统的研究。在其开放题数学教 学的新模式一书中，呈现了国内一些学者对开放题的的论述，例如“答案不固 定或者条件不完备的习题，我们称为开放题”3 “开放题是条件多余需选择，条件 不足需补充或答案不固定的题”4 “有多种正确答案结果是开放的问题，这类问题 给予学生以自己喜欢的方式解答问题的机会，在解题过程中。学生可以把自己的 知识、技能以各种方式结合，去发现新的思想方法5 具有多种不同的解法，或 有多种可能的解答笼统地称之为问题的开放性”6 “问题不必有解，答案不必 惟一，条件可以多余。”7 等很多说法。戴再平认为数学开放题是“那些答案不唯 一，并在设问上要求学生进行多方面、多角度、多层次探索的数学问题。”8 张远 增等在对数学开放性问题的几点认识一文中指出“对数学问题指向只有原则 性要求的一题多题式数学问题为开放性数学问题。对问题指向只有原则性要求 和一题多题是数学开放性问题的本质特征，前者为后者提供了可能，后者是前 者的体现。”9 在物理学科上，廖元锡在物理开放题的构建一文中对开放性问题进行了 分类，主要有条件开放型、结论开放型、策略开放题和综合性开放题，并论述了 物理开放题的具体构建方法。除此以外，廖元锡指出开放式问题具备“条件不完 备，方法不唯一，答案不确定，任务不明确”等特点。1 0 他采用教育实验法和教 1 D a v i dH J o n a s s e n 基于良构和劣构问题求解的教学设计模式电化教育研宄，2 0 0 3 ( 1 0 ) ：3 3 3 9 2N a m s o oS h i nH o n g 解决良构问题与非良构问题的研究综述田远程教育杂志，2 0 0 8 ( 6 ) ：2 3 - 3 1 3 戴再平数学习题理论第二版口岫上海：上海教育出版社，1 9 9 6 4 王万祥中学数学习题理论研究D 咽哈尔滨：黑龙江教育出版社，1 9 9 2 5 刘学质问题解决在美国和日本m 数学教学，1 9 9 3 ( 2 ) 6 郑毓信问题解决和数学教育咖南京：江苏教育出版社，1 9 9 4 7 陈昌平关于问题解决( p r o b l e m s o l v i n g ) 叨数学教学，1 9 9 5 ( 6 ) 8 戴再甲开放题数学教学的新模式嗍上海：上海教育出版社，2 0 0 2 ：3 2 9 张远增，倪明，任升录对数学开放性问题的几点认识阴数学教育学报，2 0 0 0 ，9 ( 4 ) ：2 2 - 2 7 ”廖元锡物理开放题的构建忉学科教育，2 0 0 2 ( 8 ) ：3 8 - 4 1 3 万方数据 第l 章绪言 育测验法对初中生解答开放式物理问题进行了实验研究，发现不同学习水平的学 生在解答开放式物理问题水平与学习成绩有较大的相关，男女生在解答开放式物 理问题上差异不显著，总体解答开放式物理问题的成绩偏低，不同的教学方法对 学生解答开放式物理问题有较大的问题，实验班与对照班成绩差异显著。戴玉雯 对开放性问题的设计及教学策略进行了尝试，收到了较好的效果。其中，在开放 性问题的设计上要以有趣、有用、易作为原则；在教学策略上，要掌握物理开放 性问题的设计策略，把握教学的时机，在问题解决过程中进行科学方法的训练， 全方位提高学生的素质等。戴玉雯认为“开放性物理问题可以是问题开放、条件 开放、过程开放、结果开放、形式开放等。”1 刘菊等人关注了物理实验教学中 开放题教学，指出了在物理实验教学中重视开放性问题的必要性，总结了开放性 问题思维训练的原则和教学建议。林新勇从结论、条件、策略出发设计物理开放 性问题，认为条件、依据、方法、结论是构成问题系统的四要素。在硕士论文中， 四川师范大学的屈燕川对高中物理开放性问题进行了分类和编订，分别按问题结 构中开放的要素、内容对解答者的开放、答案的结构、解题的目标进行了分类分 析；华东师范大学的张雨强研究了开放题编制的理论与技术，并讨论了开放题答 案的评价标准；首都师范大学的刘克在理论研究基础上，采用课后习题和专题讨 论课两种途径对中学物理教育中的开放性问题进行了实践研究。除此以外，邢红 军等人还关注了原始物理问题的教育价值2 ，并进行了一系列深入研究。原始物 理问题注重学生与物理现象的接触，可以看作是物理开放性问题中的一种。 通过阅读相关文献，可以发现已有关于开放性问题的理论研究主要集中在开 放性问题的定义、界定、特点、分类编订、编制设计和解决阶段。在实践层面， 廖元锡进行了对比的教育实验，发现实验班与对照班差异显著；戴玉雯、刘克进 行了教学实践，提出了教学策略。在这些研究中鲜有以小组合作解答的形式进行， 研究者大多关注解答结果，未重视对学生解答过程的深入了解，并与普通的封闭 性问题对比。 1 4 研究思路 1 4 1 研究对象 调查选取的研究对象为南京市一所四星级高中的4 0 名高一学生，其中男生 2 0 名，女生2 0 名。与大多数高中生一样，他们在高中物理学习中练习的都是封 闭性问题，几乎没有解决物理开放性问题的经历。 1 4 2 研究方法 本次研究是建立在文献法基础上的定量研究。通过查阅相关文献，梳理开放 性问题的相关理论，明确开放性问题的概念界定，讨论开放性问题的理论基础和 1 戴玉雯开放性物理问题的设计及教学策略川中国职业技术教育，2 0 0 1 ( 1 9 ) ：3 1 - 3 2 2 邢红军，陈清梅论原始物理问题的教育价值及其启示阴课程- 教材教法，2 0 0 5 ( 1 ) ：5 6 - 6 1 4 万方数据 第1 章绪言 教育功能，选择合适可行的测试方法。为了详细记录学生的解答过程，测试安排 在计算机实验室进行，组织学生分组在线讨论解答开放性问题，并以封闭性问题 的解答过程进行对比，根据具体的评分标准进行量化统计和分析。 1 4 3 研究目标 调查测试将通过S P S S l 8 与E x c e l 2 0 1 3 软件对数据进行分析，深入了解高中 生解答物理开放性问题的详细过程，与封闭性问题进行比较，揭示开放性问题的 教育功能。根据测试结论，对中学物理教学中是否适合采用开放性问题以及如何 使用开放性问题，提出合适的建议。 万方数据 第2 章理论探析 第2 章理论探析 2 1 开放性问题 2 1 1 概念 对于开放性问题的界定，不同的学者都提出了自己的标准。借鉴数学学科对 开放性问题概念的讨论以及物理学科上对开放性问题分类、设计等方面的探讨， 可以发现观点的讨论大多围绕问题的条件、解决方法、答案几方面。本文认为开 放性问题的界定从条件、答案和解决方法出发是比较合理的，只要三个维度中有 任何一方面不固定的问题都可以称为开放性问题。这同时也可以成为对开放性问 题和封闭性问题分类的标准。 通过阅读部分开放性问题，可以发现问题不仅类别不同，而且其开放性程度 也可以存在差别，对于开放性程度的界定相对困难。而在本研究中，不过分关注 开放性问题属于何种类别或是何种开放性程度，而更倾向于与现实生活中问题尽 可能接近的开放性问题，情境真实，结构复杂，大多数情况下与综合性开放性问 题更为接近，具有实际意义。另外，与非良性结构问题相比，开放性问题更注重 解决方法和答案的不确定性，但这种不确定性也是由于问题的非良性结构引起 的。 2 2 2 教育功能 开放性问题有利于培养学生搜集和处理信息的能力以及交流合作能力，符合 课程的目标。基础教育课程改革纲要( 试行) 中提出的改革目标之一是“倡导 学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生收集和处理信息的能力，获取新 知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力。”1 有的开放性问 题条件开放，需要学生与他人交流收集信息，在众多信息中筛选有用的部分，再 进行分析处理。在解答问题的过程中，鼓励学生与同伴合作交流，同时也促使学 生意识到独学无友，合作交流才能促进问题的解决。 开放性问题有利于激发学生的创造性能力。开放性问题允许解决方法和答案 的多样化，与封闭性问题不同，学生不受束缚，可以大胆提出自己的想法，这为 学生发挥创新思维提供了良好的平台。学生的答案不一定是一个确切的数字或公 式，可以是一份调查报告、一个原创的作品、一次陈述的录像等。开放性问题的 解答过程可以激发学生的发散思维，促进创造性能力的提高。 中华人民共和国教育部基础教育课程改革纲要( 试行) 【M I 教育部印发，2 0 0 1 6 万方数据 第2 章理论探析 开放性问题有利于提高学生综合实践能力，进而提高对社会的适应能力。采 用封闭性问题进行物理教学，学生对知识的掌握很容易停留在理论阶段，并不能 在生活中灵活应用。新课程标准提倡课程内容要与生活实际和时代发展相联系。 素质教育也提倡学生的全面发展，如果学习局限于书本，学生就不能真正得到全 面发展。在开放性问题中，有一种类型的问题可以为学生构造真实的生活情境， 例如在本测试研究中采用的开放性问题就是要求学生作为保险公司职员处理一 起车祸现场。学生在解答开放性问题的过程中，不仅仅巩固了所学的课本知识， 更重要的是了解并尝试处理真实的生活案例，为走出校园后的社会生活提高适应 能力。 2 2 建构主义理论 2 2 1 建构主义学习理论 建构主义属于认知心理学的一部分，最早由瑞士的皮亚杰提出。他认为在儿 童的认知发展过程中存在“同化”和“顺应”。儿童不断经历同化和顺应的过程，逐 渐发展认知结构。后来，科尔伯格、维果斯基等人的研究使建构主义理论得到了 进一步发展。建构主义学习理论是在建构主义基础上发展起来的、更好指导学习 的理论。建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环 境中的四大要素或四大属性。其中，协作发生在学习过程的始终，会话是协作过 程中的不可缺少环节，协作学习过程也是会话过程。而意义建构是整个学习过程 的最终目标，在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所 反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理 解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是“图式”。1 建构主义学习理论要求学习情境有利于学生对知识的建构。这就要求教师在 教学过程中，要为学生创造一个合理的情境。学生通过“协作”、“会话”的途径进 行意义建构，这就鼓励学生交流合作、相互学习。学生在学习过程中不再是被动 接受教师的灌输，而是在一个合理情境中主动建构知识。在此过程中，与他人的 交流和讨论是不可缺少的环节。根据对建构主义学习理论的分析解读，可以归纳 出建构主义学习具有情境性、社会性和主体性。 情境性是指学生的学习环境要有助于学生的意义建构。建构主义认为，学习 总是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的。2 经过抽象后的理想情境是不利 于学生主动建构知识的，而相对丰富生动的情境才更有助于学生主动建构知识， 例如从生活中提炼的真实情境。教师创造的情境最好能激发学生的学习兴趣，进 1 何克抗建构主义革新传统教学的理论基础( 上) 【刀电化教育研究，1 9 9 7 ( 3 ) ：4 2 何克抗建构主义的教学模式、教学方法与教学设计叨北京师范大学学报( 社会科学版) ，1 9 9 7 ( 5 ) ：7 9 7 万方数据 第2 章理论探析 而继续深入追问探索。学生面对情境中复杂多样的信息，需要提炼整合有用的信 息，融会贯通所学知识，联系已有的经验，制定问题的解决方案。 社会性是指学生在学习过程中与他人的交流合作。建构主义认为，学习者与 周围环境的交互作用，对于学习内容的理解( 即对知识意义的建构) 起着关键性 的作用。这是建构主义的核心概念之一。1 独学而无友，则孤陋而寡闻。在与他 人的交流或者辩驳的过程中，学生能发现自己观点的不足，再进行补充或改正。 只有不断与外界进行交涉，将学习成果与学习群体进行分享，才能使主体不断修 正完善自己的认知结构，从而促进主体知识的建构。合作学习的教学模式能更方 便地为学生之间和师生之间的交流提供机会。 主动性是学生是知识建构的主体，而不是教师灌输的接受体。建构主义强调 以学生为中心，发挥首创精神、将知识外化和实现自我反馈可以说是体现以学生 为中心的三个要素。2 教师应当承担一个引导、辅助的角色，采用学生自主学习、 探究学习等新型教学模式，帮助学生实现知识建构。灌输的知识是强行加入学生 头脑中的，容易形成刻板的印象。学生并不是真正理解这些知识，不能灵活运用， 也更容易遗忘，只有通过自主建构的知识才真正属于学生自己的。 2 2 2 对本研究的指导 建构主义学习理论下的学习目的，并不是学生掌握课堂所学知识之后，能在 应试中表现出高超的解题能力，而是具备能灵活运用知识解决生活中结构不良问 题的能力。开放性问题实质上属于非良性结构的问题，符合建构主义提倡的理念。 开放性问题的类型多种多样。廖元锡在物理开放题的构建一文中列举了 开放式物理问题类型的实例。例如条件开放型的问题：在直线行驶的汽车里做一 个小实验。让手中的物体自由下落，判断物块落在何处，要求学生考虑汽车运动 状态的多种可能性；结论开放型的问题是通过输入输出信息判断电学黑盒的最简 结构；策略开放题是一道简单的运动学题目，但可以通过公式法、代数法、数字 法、图像法、相对速度法、比率法求解；综合性开放题是要求学生设计实验判断 电池的正负极。3 以上列举的开放题中有一部分仍然属于理想化模型。根据建构 主义学习理论的情境性，本测试研究选取的开放性问题是一道综合性开放问题4 ， 条件、方法、答案都具有开放性，创造了生活中车祸事故现场的真实情境，丰富 生动，具有一定的社会背景，更有助于学生主动建构知识。 建构主义学习理论提倡的社会性要求学生个体通过与他人的协作交流完成 1 何克抗建构主义的教学模式、教学方法与教学设计啊北京师范大学学报( 社会科学版) ，1 9 9 7 ( 5 ) ：7 9 2 何克抗建构主义的教学模式、教学方法与教学设计叨北京师范大学学报( 社会科学版) ，1 9 9 7 ( 5 ) ：7 9 3 廖元锡物理开放题的构建【J 】学科教育，2 0 0 2 ( 8 ) ：3 8 - 4 1 4M a n uK a p u t , C h a r l e s K K i l l z e r E x a m i n i n gt h ec E e c to f p r o b l e mt y p ei nas y n c h r o n o u sc o m p u t e r - s u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ( C S C L ) e n v i r o n m e n t 田E d u c a t i o nT e c hR e s e a r c h , D e v ( 2 0 0 7 】5 5 ：4 3 9 - 4 5 9 8 万方数据 第2 章理论探析 意义建构，学会在学习群体中学 - j 。所以在设计本研究的实验时，并不像以往考 试要求学生单独解题，而是安排学生以小组为单位，通过自由讨论，共同合作解 答问题。 根据建构主义学习理论提倡的主动性，在本测试研究中，教师不对学生的讨 论进行过分的干预，主要把空间留给学生，为学生创造一个自由讨论的平台。学 生作为学 - j 主体，不被动接受教师的灌输，有兴趣和渴望自主深入探究。 9 万方数据 第3 章研究内容 3 1 问题情境 第3 章研究内容 测试选取了一道封闭性问题和一道开放性问题进行对比。1 两种类型的题目 难度一般，涉及的知识范围主要为运动学和力学，学生在高一学习期间就已经掌 握了需要的物理知识，只需要能够将其灵活运用。 其中，封闭性问题的情境中没有多余条件，提供的信息必要且固定，要解决 的问题明确具体。学生根据已知条件，明确得知质量、受力大小范围、刹车距离， 运用牛顿第二定律和运动学的相关知识，可以计算得出车速的范围，进行比较判 断。而开放性问题的情境非常接近生活中的真实问题，要求学生以保险公司新职 员的身份到车祸现场处理事故。问题提供了大量开放性的条件，例如顾客档案、 证人阐述、事故现场分析、医疗表、治疗医师叙述等信息，需要学生进行整合提 炼，也可能需要学生猜测推理、进一步补充。在解答问题的过程中，学生可以根 据事故现场的分析数据和治疗医师的诊断，进行简单的受力分析，运用物理公式 定量计算车速，也可以综合顾客档案、证人阐述、医疗表等信息进行定性地合理 推测，最终形成的分析报告或得到的解决方案也不固定。 3 2 样本分析 此次调查的样本选定为4 0 名高中生，包括2 0 名男生和2 0 名女生。参与实 际测试的为南京市一所四星级高中的4 0 名高一学生和另一所四星级高中的8 名 高二学生。测试先后分两次进行，测试进行时，高一学生学习正处于下学期期末 时期，高二学生学习正处于上学期初始时期。所以这4 8 名学生的所学的物理知 识大致相同，而且具备解答问题的知识基础。在有经验的中学物理教师的帮助下， 在两所学校选取的学生层次也相近。 3 3 数据采集 鉴于开放性问题更适合通过合作交流共同解决，测试采取小组讨论的形式进 行。为了详细记录和分析解答问题的过程，测试使用电子教室软件让学生能够在 线交流。为了使同一个小组的学生能尽量公平地参与讨论，小组成员之间互相不 知道其他成员的身份。为了观察男生和女生在调查中的表现差异，安排每个小组 1M a n uK a p u r C h a r l c s K K i n z e r E x a m i n i n gt h ee f f e c to f p r o b l e mt y p ei nas y n c h r o n o u sc o m p u t e r - s u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ( C S C L ) e n v i r o n m e n t 田E d u c a t i o nT e c hR e s e a r c h , D e v ( 2 0 0 7 ) 5 5 ：4 3 9 - 4 5 9 1 0 万方数据 第3 章研究内容 男生和女生的人数相同。 测试在机房进行，在保证每组2 名男生和2 名女生的前提下，4 0 名学生被 随机分配成1 0 组，其中5 组讨论开放性问题，5 组讨论封闭性问题。每个小组 成员有相应的代号，从而能对其他成员隐藏自己的身份。在本测试中，讨论开放 性问题的小组为A 、B 、C 、D 、E 组，讨论封闭性问题的小组为F 、G 、H 、I 、J 组。每组的四名成员分别用l 、2 、3 、4 区分，其中1 、2 为男生，3 、4 为女生。 例如开放组A 组的四名成员分别为A 1 、A 2 、A 3 、A 4 ，其中A 1 、A 2 为男生， A 3 、A 4 为女生。 实际进行测试时，断开外网，通过机房的教师机电子教室软件设置将4 0 台 学生机分成1 0 组，并将每台电脑的名称进行相应修改，调出电子教室软件的聊 天界面。在分组时，注意将每组的四台电脑在地理位置上隔开，每组成员仅可以 使用相应的代号在小组内在线讨论。在测试前，将开放性问题和封闭性问题的测 试试卷分别纷发至每个座位，并在试卷上标注好性别，学生只需在试卷上写下自 己的身份代号。测试时，班主任带领4 0 名学生进入机房，学生按照性别随机坐 下。教师声明测试方法，学生有足够的时间解答问题，但只能与小组其他三位成 员在线讨论，不得透露自己的真实身份。学生阅读测试说明后可以进行在线讨论， 在小组成员都认为讨论已经全面、可终止时，该组学生才可以结束讨论。与此同 时，在测试过程中研究者邀请班主任和助手帮助维持纪律，保持机房安静，禁止 学生进行口头交流和解答问题以外的无关讨论，并观察学生的讨论进展，鼓励学 生积极参与，解决突发疑问，但不能干预学生的讨论内容。讨论全部结束后，研 究者将每个小组的聊天记录导出。 在第一次测试中，由于成员E l 掉线没能及时连接，只有其他三位成员正常 在线讨论，导致E 组的测试数据缺少。为了弥补这个缺憾，研究者在另一所四 星级高中，请有经验的中学物理教师选取了层次相近的学生补做解答开放性问题 的测试。为了减小误差，共有8 名学生，包括4 名男生和4 名女生，分成两个讨 论小组参加补做测试，测试同样在机房进行，收集的所有数据将取平均值进行处 理，弥补E 组测试数据。 3 4 评价标准 学生参与的积极性和解答结果无疑是要进行评估的。由于讨论在小组内进 行，就必然会存在一定的不公平性。有的成员可能会主导讨论过程，而导致其他 成员可能没有机会说出自己的想法，所以研究者还要观察小组参与公平。为了能 够更详尽直观地了解讨论过程，研究者也关注小组内部是如何互动的，整个讨论 进程是如何走向的。所以，在评价分析学生解答问题的表现时，学生参与的积极 万方数据 第3 章研宄内容 性、参与公平、问题互动的类型、解答过程的趋向和解答结果都是研究的评价标 准。 3 4 1 参与积极性 学生参与的积极性通过发言次数进行衡量，研究将统计每个成员的发言次数 和每个小组总的发言次数。一次发言以聊天记录里的一次回车符为标志，发言次 数越多表示参与积极性越高。 3 4 2 参与公平 在同一个小组的讨论中，有些成员发言次数较多，有的成员发言次数少，就 导致了每位成员的参与存在不公平性。由于每个小组总的发言次数不同，所以学 生参与公平通过发言次数比例的标准差进行衡量。标准差反映了数据问彼此的离 散程度，可以表现小组成员发言次数的差异程度，即该小组的参与公平。例如， A 组总的发言次数为7 4 ，将A 组每位成员的发言次数除以7 4 ，得到各自的发言 比例分别为3 3 7 8 、1 8 9 2 、3 1 0 8 、1 6 2 2 ，计算这四个数据的标准差为 0 0 8 7 2 。标准差越大，说明小组成员之间的发言次数差别越大，参与公平越低。 3 4 3 互动类型 在观察小组成员互动时，将小组讨论的每一次发言内容形成一个语意单元。 语意单元的定义建立在理解语意单元的基础上，在理解语意单元时不能将其单独 隔离，而应该结合讨论过程的进展情况及其起到的具体作用( 布兰斯福德和尼奇， 1 9 7 8 年1 ) 。在本测试理解语意单元时，研究者和助手按照互动类型的标准( 普尔 和霍姆斯，1 9 9 5 年2 ) 对所有语意单元进行评分。 互动类型共分为七种：问题分析、问题的批判、定位、标准发展、解决方案 开发、解决方案评估和非任务，具体的评分标准及具体示例见表1 。如果某位成 员的某次发言被归为“问题分析”，则将其评为1 分。 表l 互动类型的评分标准及其示例 互动类型标准描述 l 问题分析定义或陈述问题背后的原因( “我觉得犯了鲁莽驾驶”) 2 问题的批判评价问题的分析报告( “谁说轿车小就一定会陷的多”) 3 定位 企图指导小组的进程，包括对他人的陈述或澄清进行简单重复 1 B r a n t f o r d , J D ，N i t s e h , E C o m i n gt ou n d e r s t a n dt h i n g sw ec o u l dn o tp r e v i o u s l yu n d e r s t a n d I nJ E K a v a n a u g h & wS t r a n g ef f A s ) ，S p e e c ha n dl a n g u a g ei nt h el a b o r a t o r y , s c h o o l ，a n dc l i n i c I - I a r v a r d , M A ：M I T P r e s s , 1 9 7 8 2P o o l e ，M ，S & H o l m e s ，M E D e c i s i o nd e v e l o p m e n t i nc o m p u t e r - a s s i s t e dg r o u pd e c i s i o nm 曲g 叨H u m a n C o m m u n i c a t i o n sR e s e a r c h ，1 9 9 5 ，2 2 ( 1 ) ，9 0 - 1 2 7 1 2 万方数据 第3 章研究内容 4 标准发展 5 解决方案开发 6 解决方案评估 7 非任务 或评估小组的进程和进展。( “你们快算啊”) 决策或解决方案大体参数的标准。( “我们先算出他到底用了多 长的距离停了下来”) 解决问题的候选方案，想法，建议；对先前的选择提供详细的 说明。他们是中立性的，关于候选方案，提供意见或迸一步 资料。( “再用x - - v l 方v 2 方除以2 a ) 评估的办法和为评价说明理由，明示和暗示都可以；这一类评 价还包括对标准的制定或解决办法建议的同意或是不同意。 ( “可是你怎么考虑呢，牵引力和摩擦力没给你摩擦系数啊”) 与任务不具有任何关系的言论。它们包括偏离主题的笑话和相 关事情。( “吃饭吃饭”) 3 4 4 解答过程趋向 学生在解答问题的过程中，每次发言对小组整个讨论进程走向的影响是不同 的。根据卡普尔、沃克里斯、金与布莱克于2 0 0 6 年制定的标准1 ，如果发言对整 个解答过程起到积极促进的作用，则将该次发言的解答过程趋向评为1 分。例如 某位成员的发言“你们快算啊”，实际促进了该组其他成员接下来的讨论，那么这 次发言的解答过程趋向就被评为1 分。如果发言阻碍了整个解答过程，产生消极 影响，则其解答过程趋向评分为1 分。如果发言对整个解答过程既没有起到促进 作用，也没有阻碍作用，则其解答过程趋向评分为0 分。 表2 解答过程趋向的评分标准 分值评分标准描述 l 0 1 发言对整个解答过程有积极影响、促进作用 发言对整个解答过程没有作用、维持现状 发言对整个解答过程有消极影响、阻碍作用 3 5 5 解答结果 由于开放性问题和封闭性问题的答案存在较大区别，所以对学生的解答结果 不能只看是否得出答案。在测试中，研究者从多方面对解答结果进行评估，如解 决方案是否有理有据，综合了定性和定量的考虑等。解答结果的具体评分标准见 1 K a p u t , M ，V a i k l i s ，J ，K i n z e r , C ，B l a c k , J I n s i g h t si n t ot h ee m e r g e n c eo f c o n v e r g e n c ei ng r o u pd i s c u s s i o n s A I I nS B a r a b , kH a y , & D H i e k e y 田d s ) ，P m c e e d m g so f t h eI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eO nt h eL e a r n i n g S c i e n c e s 【C 】M a h w a h ，N J ：E r l b a u m , 2 0 0 6 ，Q p 3 0 0 - 3 0 6 ) 1 3 万方数据 第3 章研究内容 表3 1 表3 解答结果的评分标准 分值评分标准描述 解决方案几乎没有支持的理据。 解决方案仅得到了有限的理据支持，仅有一个单纯的定量或定 性的讨论，几乎没有由于假设方案而引发的讨论或辩解。 解决方案仅得到了定性和定量讨论的片面支持。假想没有被提 到，没有被充分讨论，也没有合理理据来支持讨论结果。 解决方案综合了定性和定量的讨论。假想没有被充分讨论，也 没有合理理据来支持讨论结果。 解决方案综