（教育技术学专业论文）高中信息技术课程中“问题解决”教学的设计与试验.pdf

高中信息技术课程中“问用解决”教学的设计与试验 高中信息技术课程中“问题解决”教学的设计与试验 中文摘要 本研究的主要内容包括：分析高中信息技术课程中“问题”的选择 及其基本特征；探讨高中信息技术课程中问题解决教学设计过程；应用 “问题”选择模型和问题解决教学设计过程，以具体的图像加工、信息 获取和发布单元为例，发展教学方案；分析问题解决教学对学生成绩、 问题解决能力和态度的影响。 本研究采用“不等组分配实验组、对照组仅后测”准实验模式进行 教学实验，实验资料分析采用独立样本t 检验，从而探求两组高中学生 在单元测验、问题解决能力测验以及态度问卷上得分的差异情况。 本文的观点和所做的工作主要包括： 1 提出“内容一结果一问题”三维模型，依据该模型确定或验证 问题的类型，即根据学习内容、学习结果和学习者特征三个维度确定问 题的类型。并据此讨论了信息技术教学中经常碰到的几类子问题：逻辑 问题、算法问题、规则运用问题、故障排除问题、设计问题和两难问题。 2 信息技术课程中问题解决教学设计分良构问题解决和劣构问题 解决，前者以问题识别、技能选择、形成计划、执行选择的技能和方法 以及展示成果为主要教学步骤；后者分技术问题解决和信息问题解决， 技术问题解决的具体步骤是进入问题情境、初步形成计划、搜集相关资 料、设计作品和评价作品观点，信息问题解决的具体步骤为提出问题、 发现子问题、初步形成计划、获取信息处理问题、阐述个人观点以及评 浙江师范大学硕j h 学位论文 价。 3 信息技术课程中的问题解决教学方案主要结合图像加工、信息 获取与发布，以问题解决学习为主，以专题学习、合作学习为辅。图像 加工单元以让学生设计t 恤为中心，而后者则以是否禁止电脑游戏的两 难问题为主题，让学生根据自己所扮演的角色找出相关信息，在过程中 运用网络收集数据，形成小组意见，最后发展成问题解决的教学方案。 4 研究结果显示，问题解决教学组和普通班的学生在态度上有显 著差异，特别是在教学方法、学习过程和利用信息技术解决问题维度上； 但在单元测验、问题解决能力测验上却无显著成效。结果表明，在信息 技术教学中运用“问题”选择模型和问题解决教学设计是可行的，只是 可能需要更长时间和更多精力的投入才会有显著成效。 关键词：问题问题解决问题解决教学良构问题劣构问题信 息技术 高中信息技术课程中“问题解决”教学的设计，试验 d e s i g na n de x p e r i m e n to f “p r o b l e ms o l v i n g ” t e a c h i n gi ni n f o r m a l t i o nt e c h n o l o g yc o u r s e0 f h i g hs c h 0 0 l a b s t r a c t t h em a i nc o n t e n t so ft h i sr e s e a r c hf a l li n t of o u rp a r t s ：f i r s t ，a n a l y z i n g c h o i c eo f “p r o b l e m ”a n di t sb a s i cc h a r a c t e r i s t i c si ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y c o u r s eo fh i g hs c h o o l ；s e c o n d ，p r o b i n gi n t op r o b l e ms o l v i n gi n s t r u c t i o n a l d e s i g no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yc o u r s e ；t h i r d ，d e v e l o p i n gt e a c h i n gc a s eb y a p p l y i n g c h o i c e o f p r o b l e m ”m o d e l a n d p r o b l e ms o l v i n g i n s t r u c t i o n a l d e s i g ne x e m p l i f i e db ys p e c i a lp i c t u r ep r o c e s s i n g ，i n f o r m a t i o no b t a i n i n g a n d u n i ti s s u a n c e ；f o u r t h ，a n a l y z i n gt h ei n f l u e n c eo f p r o b l e ms o l v i n gt e a c h i n g o n s t u d e n t s a c h i e v e m e n t s ，p r o b l e ms o l v i n g a b i l i t i e sa n da t t i t u d e s i nt h i sr e s e a r c h ，t h e q u a s i - e x p e r i m e n t r e s e a r c hm e t h o dc a l l e d “n o n e q u i v a l e n t c o n t r o l g r o u pp o s t t e s t - o n l y d e s i g n ”i sa d a p t e d b y a n a l y z i n gm a t e r i a lt h r o u g hi n d e p e n d e n ts a m p l et t e s t ，d i f f e r e n c e so ft w o g r o u p so fh i g hs c h o o ls t u d e n t s u n i ta c h i e v e m e n t ，p r o b l e ms o l v i n ga b i l i t y a n da t t i t u d ea r ed i s c u s s e d v i e w p o i n t so f t h i sp a p e r a n dm a i nw o r ka sf o l l o w i n g ： 1 t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lo f c o n t e n t r e s u l t p r o b l e mi sp u tf o r w a r d b yw h i c ht y p e so fp r o b l e m sc a nb ec o n f i r m e da n dv e r i f i e d t h i sp a p e ra l s o i l l u s t r a t e ss e v e r a lk i n d so fs u b p r o b l e m s t h a t f r e q u e n t l ya p p e a r i n i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yt e a c h i n g ：l o g i cp r o b l e m ，r u l e u s i n gp r o b l e m ， t r o u b l e s h o o t i n gp r o b l e m ，d e s i g np r o b l e ma n dd i l e m m ap r o b l e m 2 p r o b l e ms o l v i n gi n s t r u c t i o n a l d e s i g n i ni n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y c o u r s ec a nb ed i v i d e di n t ow e l l - - s t r u c t u r e dp r o b l e ms o l v i n ga n di l l - s t r u c t u r e d p r o b l e ms o l v i n g t h ef o r m e ru s ep r o b l e mr e p r e s e n t a t i o n ，t e c h n o l o g ya n d m e t h o ds e l e c t i o n ，p l a nf o r m a t i o na n dp l a ne x e c u t i o na si t sm a i nt e a c h i n g s t e p s t h e l a t t e re m b r a c e st e c h n o l o g y p r o b l e ms o l v i n g a n di n f o r m a t i o n p r o b l e ms o l v i n g c o n c r e t es t e p so ft e c h n o l o g yp r o b l e ms o l v i n ga l et oe n t e r 堂鋈堕堕奎堂婴圭兰垡堡苎 p r o b l e ms i t u a t i o n ，f o r mp l a n ，c o l l e c tc o n c e r n e dd a t a ，d e s i g nw o r k sa n d e v a l u a t ew o r k sa n dt h ev i e w p o i n t s lc o n c r e t es t e p so fi n f o r m a t i o np r o b l e m s o l v i n ga r et op u tf o r w a r dp r o b l e m s ，f i n ds u bp r o b l e m s ，f o r mp l a n ，o b t a i n i n f o r m a t i o na n dh a n d l e p r o b l e m s ，e x p l a i np e r s o n a lv i e wa n d e v a l u a t e 3 p r o b l e m s o l v i n gt e a c h i n g c a s ei ni n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y c o u r s ei sa u n i tt e a c h i n gc o m b i n i n gw i t hp i c t u r ep r o c e s s i n g i n f o r m a t i o no b t a i n i n ga n d i s s u e i ta d a p t sp r o b l e ms o l v i n gs t u d ya si t sa x i s ，a n de m p l o y s t o p i cs t u d y a n d c o o p e r a t i o ns t u d y a si t sa s s i s t a n t s i np i c t u r ep r o c e s s i n gu n i ts t u d e n t sa r e r e q u i r e d t od e s i g nt s h i r t ，a n dt h el a t t e re n a b l e ss t u d e n t st of i n do u tr e l e v a n t i n f o r m a t i o na c c o r d i n gt ot h e i ro w nr o l e s ，a n dc o l l e c td a t au s i n gn e t w o r k ， f o r mg r o u p si d e a s ，a n dt h e nd e v e l o p p r o b l e ms o l v i n gt e a c h i n g c a s e 4 r e s u l t ss h o wt h a tt h ee x p e r i m e n tg r o u po f p r o b l e ms o l v i n ga n dt h e c o m m o n g r o u p h a v er e m a r k a b l ed i f f e r e n c ei na t t i t u d e ，e s p e c i a l l yi nm e t h o d ， s t u d yp r o c e s sa n dp r o b l e ms o l v i n gu s i n gi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y w h i l e i n u n i ta c h i e v e m e n tt e s ta n dp r o b l e ms o l v i n ga b i l i t yt e s tt h e r ei s n od i s t i n c t d i f f e r e n c e r e s u l t si n d i c a t et h a ti ti sf e a s i b l et or i s ec h o i c eo f “p r o b l e m a n d p r o b l e ms o l v i n g i n s t r u c t i o n a ld e s i g ni ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt e a c h i n g ，b u t n o t a b l ee f f e c t sw i l lo n l yc o m e f o r t hw i t hl o n gt i m ea n dm o r es t a m i n a k e y w o r d s ：p r o b l e m ，p r o b l e m s o l v i n g ，p r o b l e ms o l v i n g t e a c h i n g ， w e l l s t r u c t u r e dp r o b l e m ，i l l = s t r u c t u r e dp r o b l e m ，i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y 4 商中信息技术课程串“阀题解决”教学豹敬汁j 试验 ( 一) 研究的任务与意义 绪论 信息技术的教与学与问题解决是息息相关的，离开了问题解决，信息技术将失 去意义；离开了信息技术，产生于信息时代的问题也将难以得到解决。运用信息技 术进行问题解决，也是基础教育课程改革培养创新人才的具体体现。高中信息技术 的教学需要结合高中学生的生活、学习实际提出问题，使学生在利用信息技术解决 问题的过程中，掌握信息技术解决问题的思想和方法。实际上，信息技术具体的问 题解决过程就是学生信息素养得到提高的过程。高中学生在各个方面都得到了全面 的发展，他们具有探究未知事物的强烈愿望，其分析能力、辩证思维和批判性思维 能力明显地增强，而且在学习策略方面都较为低年级的学生丰富；在学习方面能够 更加自律，具有社会责任感和与他人交往的意愿，沟通能力得到进步地加强。因 此，他们更有兴趣和能力在解决问题的过程中学习信息技术。 本研究旨在探讨在高中信息技术课程中如何开展“问题解决”教学，主要解决 以下几方面的内容： 1 分析“问题解决”教学中“问题”的选择及其基本特点 问题的提出是创设情境的关键，在高中信息技术课程中，问题的选择和设计需 要考虑哪些因素，这些因素存在着怎样的关系? 在对问题类型还不是非常熟悉的情 况下，运用模板化的“闺题”遴择或验证模型，有助于进一步提高效率。文章还给 出了信息技术课程中各种问题的特点及其过程剖析，以及支持和适用于闽题解决教 学的内容模块。 2 探讨高中信息技术课程中问题解决教学设计过程 问题解决独立于学科教学已被公认为是培养学生思维能力的重要项目之，而 在具体学科领域更实旌问题解决还需考虑具体学科的特点。信息技术课程中的问题 解决教学该如何实施，如何体现其学科特色? 文章基于一般的问题解决教学设计思 想，总结出信息技术课程中不同类型的问题解决过程，主要包括良构问题解决和劣 构问题解决。 3 应用“问题”选择模型和问题解决教学设计发展教学方案 信息技术课程中的问题解决教学设计在理论上将问题解决融入到信息技术教学 中，该过程是否可行还需实践的检验。根据“问题”选择模型和问题解决教学设计 过程，结合图像加工、信息获取和发布单元，本研究发展了具体的教学方案，在实 践中得以认同。 4 问题解决教学的效果分析 浙江师范大学颀l 学位论史 问题解决教学对学生的成绩、态度以及问题解决能力方面会产生什么影响，本 研究通过实验数据说明了信息技术课中问题解决的教学结果。 本研究的意义在于： 1 从一个较新的视角探讨信息技术教学 与传统的知识传授不同，问题解决注重的是思维能力的培养。文章从问题的类 型、问题解决教学设计等方面梳理信息技术教学，即从一个不同的侧面看待信息技 术，从而进一步丰盈信息技术教学的理论与实践。 2 培养学生利用信息技术解决问题的能力 问题解决能力是在不断地实践中养成的。在信息技术课程中实施问题解决活动， 可以促使学习者的思维能力、社交能力、合作能力、获取和评价信息的能力及信息 技术应用能力得到进一步地提高，这些都是问题解决能力不可或缺的因素。 3 促进教师和学生角色的转变 问题解决过程中，教师的角色由经验的传授者转变为教学的引导者，以指导学 生获取解决问题的策路为主，担任着学科专家、资源提供者等多种角色；面学生也 由被动地获取知识转变为主动地获取知识。同时，利用信息技术工具解决实际问题， 体现了其实用性价值。 ( 二) 论文的基本构思 从图1 中可以看出，本研究主要分以下几个阶段进行： 1 研究准备阶段 通过文献收集，形成研究问题；并在文献探讨的基础上，确定研究主题。 2 理论研究阶段 ( 1 ) 通过文献研究，分析问题分类维度和问题解决的一般过程，并总结信息技 术学科内有关问题解决的研究进展。 ( 2 ) 阐述信息技术课程中问题选择的依据以及各类问题的例子，在此基础上， 结合一般的问题解决教学设计总结信息技术课程中问题解决的教学设计过程。 3 试验阶段 ( 1 ) 根据“问题”的选择模型和问题解决教学设计发展具体的教学方案，并发 展单元测验、问题解决能力测验、学习态度测验等测量工具，对实验结果进行鉴定。 ( 2 ) 收集数据资料和访谈记录，撰写成文。 高中信息技术课程中“问题解决”教学的设计与试验 图1 论文的基本构思 9 浙江师范大学硕七学位论文 一、“问题解决”及其教学的研究进展 问题解决较早就引起心理学界的高度重视，从联想理论、格式塔理论到认知心 理学的兴起，问题解决的相关研究不断地推陈出新，并渗透到教育领域，成为教育 工作者的理论依据和教学手段。问题解决的研究不但为人们提供了有关科学学习及 教学的重要思路，同时可藉此帮助改进教学策略。然而，在信息技术教育领域，对 问题解决的研究与应用还相当有限，这里就对本文涉及的问题解决的相关概念进行 简要描述。 ( 一) “问题”的概念与分类 1 + “问题”的再认识 r 学起于思，思源于疑”，我国教育历来重视问题在学习中的作用，提出了质疑 是学习的源头。而在西方，关于问题的定义与特征的描述晟早可追溯到1 9 4 5 年卡尔 登克尔( k a r ld u n c k e l ) ，他指出问题产生于当某一事物具有一个目标，但不知 如何达到这一目标时”。美国著名哲学家杜威也作过相应的概括；问题存在于人们遇 到困难时。问题情境的创设是问题解决的中心环节，下面列出几种比较有代表性的 定义。 ( 1 ) 问题的习惯性定义 问题习惯上可以由问题领域、问题类型、问题解决过程和解答构成。问题领域 包括界定问题元素的内容( 概念、规则、原理) ；问题类型则是概念、规则以及解决 问题程序的结合体。例如，化学氧化反应是一类能以特定方式解决的问题。问题解 决过程要依赖于问题解决者对这类问题的理解与表征，包括对问题状态和目标状态 的理解。认知心理学从信息加工的角度出发，将问题解决过程看作是对问题空间的 搜索过程。而问题空间或称之为问题图式则是从初始状态到目标状态的一系列操作。 随着实践经验的积累，问题解决者就能构建丰富的问题表征或图式。使得他们能以 一种程序化或自动化的方式运用自如。由此，专家的图式能更好地识别出特定的问 题情境，而新手呈现出较弱的问题图式，他们不能很好地识别出问题状态，必须依 靠已有的问题解决策略。问题的解答即是问题解决者所需达到的目标。 ( 2 ) n e w e l l 、s i m o n 等的观点 n e w e li 和s i m o n 认为问题是一种情境，一个问题具有三个主要组成部分：当前 状态、目标状态、从当前状态向目标状态转化所需的一系列操作。例如，一台打印 机坏了，请你看看故障在哪里，这个问题的当前状念就是打印机不能用这个事实， 邵志芳思维心理学【m 1 华东师范大学m 版社2 0 0 1 年2 月版p s o 1 0 高中信息技术课程中“问题解决”教学的设计与试验 其目标状态就是对故障部位的获知，其操作就是系列的检查比较。可见，问题就 是一种情境，在这个情境中：某个人希望达到一定的目标；但是初次尝试；往往有 多种方案可供选择。如果只有一个明摆着的答案，单凭记忆就能解决，如此简单的 问题是不能算作心理学上的问题的。k a h e y 也持类似的观点，他认为一个问题必须 包括两个要素：目标：这目标是解题者所无法达到的，亦即此目标可能因各种理由， 如缺乏资源、缺乏信息等因素而被阻碍2 。a r l i n 也认为问题就是能激发人们寻求一 种消除歧义的解决途径的需要( a r l i n ，1 9 8 9 ) 3 。 ( 3 ) j o n a s s e n 的观点 j o n a s s e n 认为，问题主要包括两个关键特征：首先，问题是某种情境下的一个 未知实体( 目标状态与当前状态的差异) 。这里所谓的情境包括从规则系统的数学问 题到争论不休的复杂的社会问题，范围较为广泛。第二，所寻找或解决的那些未知 的东西要有一定的社会、文化或技术的价值，即寻找这些未知的东西是有价值的。 如果没有觉察到某种未知或没有确定未知需要，也就没有了问题4 。 ( 4 ) 一些专业辞典的看法 各专业辞典对“问题”的界定也不尽相同，例如： 教育大词典：问题( p r o b l e m ) 亦称“难题”，泛指机体不能利用现成反应 予阻应答的刺激情境。狭义上指人不能用现成的知识( 包括概念、规贝和方法) 达 到既定目标的刺激情境。难题不同于简单的问题( q u e s t i o n ) ，前者的解决需要依据 某种策略，对与有关的知识经验重新组合、转换；后者可依据已有的知识立即做出 应答。 新华词典：问题是需要解决的矛盾；要求回答或解释的题目；事故毛病、 团难。 语言大典：q u e s t i o n ：a 、疑问，b 、辩论、讨论或所探讨的题目或题目的某 一个方面；m a t t e r s ：a 、一个特殊的但通常未晚明其形势、发生或关系的事件或情 况，b 、一个引起人兴趣或有关系的主题；p r o b l e m ：t 、已经或将要提出的供咨询、 考虑、讨论、决定或解决的事，b 、指任何要求解决或答复之事，或指任何引起困惑 或令人关心之因素；i s s u e ：某些带有选择余地让人们挑选或做出决定的事物，包含 判断或做出决定的事物。 由上述可知，对于问题本质的看法主要有三个方面，即认为问题是情境，是议 题，是难题。而本文中所要论述的“问题解决”教学中的“问题”是一种情境。这 种情境使个人觉察到一种“有目的却又不知如何达到”的心理困境。问题解决是以 2 张俊彦，翁玉华我国高一学生的问题解决能力与其科学过程技能之相关性研究【j 】科学教育学刊，2 0 0 0 ， 第八卷第一期：p 3 5 - 5 5 3 d a v i dh ，j o _ l t s $ c nt n s t r u c f i o n a ld e s i g nm o d e l sf o r 旗，e j i s t r u c t u r e da n di l l - s l t l j c m r e dp r o b l e m s o l v i n gl e a r n i n g j e t r dv 0 1 4 5 n o i ，1 9 7 7 ，p 6 5 - 9 4 1 d a v i dhj o n a s s e n t o w a r di td e s i g nt h e o r yo f p r o b l e r as o t v i n g j ，e t r & d v o l4 8 n 0 42 0 0 0p 6 3 8 5 l l 浙江师范大学硕l 学位论立 问题为主线开展活动的，问题是整个活动的开端，是贯穿学习过程的主线，也是整 个活动的归宿。因此，在基于阊题解决的教学活动中，问题的选择和设计至关重要。 2 问题的分类维度 现实生活中的问题是多种多样的，各学者从不同的角度对问题进行了分类，以 此来界定问题的各属性及解决策略。 ( 1 ) g r e e n o 将问题分为归纳结构问题、转换问题、排列问题5 。m a y e r a n dw i t t r i c k 则将问题分为定义完善、定义不完善和常规、非常规问题。定义完善问题对起始状 态和目标状态作了明确规定，同时对要解决问题所必须具备的信息也作了详细说明， 这类问题总存在着一个难确的答案，如常见的数学问题：定义不完善问题有几种解 决办法，甚至不能保证有答案，如社会问题。而n e w e l la n ds i m o n 的观点是：问题 通常可以表示成从结构良好问题经适中结构问题到结构不良问题的一个连续体。 v i n o dg o e l 也指出良构问题和劣构问题在任务情境方面存在众多不同，并以具体数 据呈现了问题空间结构的不同6 。以逻辑问题和设计问题为例，两者任务情境的区别 主要在于约束性、大小和复杂性、分解线索和内部的相互联系及反馈等7 。g o e l 的 研究摆脱了低层次的细节，看到了阊题本质的区别，但如需使问题更具有操作性， 那么就需要冠以问题的其他细节。表卜l 显示了良构问题、适中结构问题和劣构问 题的定义、特征、例子及其在教学中的应用。 ( 2 ) j o n a s s e n 在前人的基础上，依据结构、复杂性以及抽象程度( 领域特征) 的不同对问题进行了分类。在结构维度上，给出了谜问题、结构良好问题、结构不 良问题三种类型。在教学中谜问题比较少见，而后两者均具有较强的教育意义。结 构良好问题的主要特征表现为：给学习者呈现问题的所有因素；要求运用有限的有 秩序的、结构良好的规则和原理；策略和闽题状态的关系明确或可能的情况下得出 可知的、可理解的结论。在日常生活中经常碰到的则是结构不良问题，其主要特征 表现为：拥有未知的或并不确定的各成分；拥有多个结论、解决办法或根本就没有 结论；有多种评价标准，得出结论所必需的概念、规则和原理以及它们是如何组织 的也是不确定的；经常要求学生做出判断和表达与问题有关的个人观点或者信念， 因此结构不良问题是种独特的人际活动。 5 e 跫，汪安圣。认知心理学 m i 北京大学出版社，1 9 9 t p 2 7 7 - 2 7 9 。o o e t v ( 1 9 9 2 ) c o m p a r i s o no fw e l l s t c t t e t u r e da n d 卟s t r u c t u r e d t a s ke n v i r o n m e n e sa n dp r o b l e m s p a c e s p r o c e e d i n g s o f t h ef o u r t e e n t h a n n u a l c o n f e r e n c eo f t h e c o g n i t i v es c i e n c es o c i e t y h i l l s d a l e ，n j ：e r l b a u m 7 逻辑问题的约束是任务的逻辑或结构，例存游戏中如果违反，约束或规则就小能继续玩下去，设计类问题的 约束则会少些；逻辑问题可能只需几分钟或几小时就能完成，而设计类问题剿司能需要几天甚至是几个月， 这就说明蕊类问题在大小、复杂胜j ：一；同造成解决问题所蔫的时间币同；分解成子问题的时候，逻辑问题是根 据逻辑结构柬分的，两设计共问题则是根据世界的自然结构、社鹾中的实践和个人爱好璇定，在内部结构相互 联系方面，前者是固定的逻辑关系，后者则可能随时发_ 生变化；逻辑问题往往能得到段时的反馈，设计类问题 则不然。 1 2 。 蔓! 堕：垦垫查堡矍! ! ：塑塑塑达：塾堂塑堡生兰堕鳖 袁l 一1各种问题的特征及其实例 问题 类型 良构问题 适中结构问题 劣构问题 定义通常能使用相同步骤解决 需要改变策略来适应 目标含糊或不清楚的问题， 的问题特定情境的问题 没有固定的解决策略 解决策略通常是可预 经常有不止一个 解决途径是没有明确定 测的可接受的解决策义的或可预测的，有多 只有一个正确答案略种观点、目标、和鳃决 特征 问题陈述中就已包含 只有一个正确的途径 了所有的信息答案 没有单独明确的、意见 要收集所需要的一致的结论，也有可能 信息没有一个完全令人满意 的解决办法 经常要收集需要的信息 结算一本支票簿设计一张电子表格画一幅肖像 例子学烹饪写一封信殴计一庵桥梁 解决一个纵横填字游戏 计划一次销售编一个计算机程序 取决于陈述性知识，但 需要更多的陈述需要宽泛的陈述性知识 对知识要求并不离性( 背景) 知识 和经验 教学 问题解决的技能仅 要求构建心理模 运用很多的抽象类推 当中局限于相似的问题类型、问题表征、符号推理和认知灵活 的应型，很少有迁移类推抽象推理 性。能产生很强的迁移 用 学习者仅记住了解题以及评价，能产 必须帮助学习者确定问 的程序；通常是习惯地生很好的迁移题的情境和目标，为多 自动执行任务 学习者必须发现种解决方案提供机会 较易与支持系统融为适台情境的策略 一佑 b o o m i n g t o n m n 1 9 9 82 ( e r i c d o c u m e n t r e p u b l i c a t i o ns e r v i c er l o ：e d 4 6 4 6 0 4 j 据此，j o n a s s e n 还列出了1 1 种子问题：逻辑问题、算法问题、故事问题、规 则运用问题、决策支持问题、疑难问题、诊断问题、策略执行问题、案例分析问题、 设计问题、两难问题。复杂性和领域特征也是重要的分类依据，当代问题解决的研 究和理论表明t 问题解决是依赖于情境或领域内容的，不同的问题领域要求不同的 问题解决技能。 ( 3 ) 还有些学者将目题分为结构化问题、半结构化问题和非结构化问题s ，其中 8 张剑平人工智能技术与“问题解决【j 】中小学信息技术教育，2 0 0 3 1 0 ：p 5 6 1 3 浙江师范大学硕士学位论文 结构化问题是指能够通过形式化( 或称公式化) 方法描述和求解的一类问题；非结 构化问题则难以用确定的形式来描述，主要根据经验束求解；介于上述两者之间的 是半结构化问题。上述思想主要来自计算机应用领域，如在决策支持系统( d s s ) 中， 结构化问题指的是人们已经完全掌握其规律的问题，因此可以建立模型交给计算机 去处理。非结构化问题指的是人们尚未掌握其规律的问题，只能由决策者处理。半 结构化问题则是两者的混合。 ( 4 ) 综上所述，不同学者从自身的知识领域出发对问题进行了不同角度的分类， 但主流分类维度还是基于问题的结构性，即以问题状态的清晰度为依据，例如 n e w e l l 和s i m o n 的结构良好和结构不良问题，j o n a s s e n 的良构问题和劣构问题以及 结构化非结构化问题分类。为了概念的统一起见，在论文中将统一用良构、劣构这 一分法。此外，在实际生活中，问题经常可以根据生存周期分为老问题、新问题、 疑难问题和发现问题，以及根据表现方式分为什么( w h a t ) 、为什么( w h y ) 、如何( h o w ) 、 若何( i f ) 、由何( ) 等等。仅管分类的出发点不同，但生存周期、表现方式和结 构性这三者在某个维度上还是可以交叉的。例如，解决老问题，是对已知概念、规 则的再次运用，关系比较明确，可以与良构问题相比较；发现新问题，则是一种创 造性活动，其不确定因素很大，并且在新情境下对规则和原理的运用也是不确定的， 故可与劣构问题相提并论。表i - 2 将几种问题分类有机地结合在一起，以备更好地 理解各种问题。 毒现方式 篇决老问题：旧解决新问题：新情 疑难题：旧情发现问题：新 生存周情境、旧方法 境、找方法境、新方法 情境、新芙系 是什么 良构问题 为什么 如何 。若何 、劣构问题 由何 ( 二) “问题解决”及其基本策略与过程 1 问题解决与问题解决者 问题解决的活动源自人与环境的互动。许多学者都曾对问题解决下过定义，如 g a g n e 认为问题解决可视为一种过程，运用先前所学的规则来解决新奇的情境，并 在过程中产生新的学习9 。认知心理学从信息加工观点出发，将问题解决过程看作是 。吴佳玲，张俊彦高一学生地球科学问题解决能力与其先备知识及推理能力关系的初探研究 d j 科学教育学 刊，2 0 0 2 ，第十卷第二期：p 1 3 5 - i5 6 1 4 高中信息技术课程中“问题解决”教学的设计与试验 对问题空间的搜索过程”。梅耶从三方面总结问题解决：问题解决是认知性的。因 为它发生在问题解决者的认知系统内部；问题解决是一个过程，因为它包含问题解 决者对知识的操作与应用；问题解决是可以指导的，因为问题解决者尝试去达到若 干目标”。西蒙则将问题解决看作人类认知的三类基本信息加工过程( 再认、问题 解决和学习) 之一。他认为，一旦某人按照某种方法完成了某项任务，就意味着他 解决了这个问题，因此，问题解决就是所面对的问题得到解决的认知活动过程，也 是问题解决者与环境相互作用的过程。 所谓问题解决者，就是解决问题的主体，是能成功地、卓有成效地解决问题的 人，即在面对问题时，能产生有用的、独创的解决方案的人”。广义地讲，问题解 决者也包括其他生物和智能机器，但在本研究中关注的主体是人。和初学者或者新 手相比，专家型的问题解决者知识记忆得更好、能采用不同的问题解决策略、拥有 更好的更广泛的表征，除此之外，其优势还在于大量的专业知识。亦即要想成为专 家型问题解决者需具备丰富的领域知识和良好的解决问题的策略，而这些能力是藉 由许多解题经验发展而来的。但并非增进专业领域知识即能提升个人的问题解决能 力，因其所涉及的认知比较复杂，并非单一的因素得以解决，尤其是只增进知识的 记忆量是无法保证提升解决问题的能力的。y i s h e r 认为问题解决是应用性的思考， - 5 批判思考和创造思考三者并立，批判思考属于分析性质，而创造思考则偏重发散 性，两者均为探究性质的思考，且为完成问题解决所必须的。 2 问题解决的策略 在认知心理学和人工智能的问题解决研究当中，关注的大多数是谜题，如传教 士和野人问题、河内塔问题，并且采用的是问题空间理论。这也是问题解决能够脱 离情境的最好的一种闯题类型。因此，学习者可以通过熟能生巧、练习产生组块以 及不断地通过问题解决的尝试达到专家的水平。 一般来说，问题解决策略包括算法和启发法两种。算法是解题的一套规则，它 精确地指明解题的步骤。目前，数理化各科教学中面临的大多是良构问题，即可以 运用算法策略就可完成。启发法是凭借经验的解题方法，手段目的分析、逆向工 作、试误法、提取类比物等几种比较有效的启发法被广泛地应用。启发式是种通 用的、适应面较广的问题解决策略，较多地被应用于复杂的结构不良问题，或非结 构化问题，非常规则性问题的求解”。 问题解决依赖于具体的情境，同时也需要一般问题解决策略的参与。在问题解 ”乇照，汪安圣认知心理学【m 】北京大学出版社，1 9 9 1 p 2 8 1 - 2 8 2 “高支教学模式论f m 】，上海教育出版社，2 0 0 1 p 2 2 3 “高文教学模式论【m 】t 海教育m 版札，2 0 0 1 p 2 2 2 ”张剑平人工智能技术与“阃题解决”【j 】中小学信息技术教育，2 0 0 3i o ：p 5 - 6 一塑! 三堑堕奎兰堡! 堂壁堡苎 决教学中，习得一般问题解决策略有助于学生更好地运用专业知识解决实际问题。 因此，指导学习者从具体的情境中抽取出适用于该情境的问题解决策略将有助于学 习者深层次地学习。 3 问题解决的基本过程 从产生问题到解决问题，涉及复杂的心理过程，许多问题解决研究者都曾试图 了解人类是如何进行问题解决的，并且提出了不同的问题解决过程模式。认知心理 学认为问题解决一般有发现问题、表征问题、形成解决问题的策略、执行问题解决 策略、对问题解决的回顾与总结五个步骤。b r a n s f o r d 和s t e i n 于1 9 8 4 年开发的五 步问题解决过程也包括：问题识别、问题表征、策略选择、策略应用、结果评价。 另外，奥苏贝尔和鲁宾逊以几何问题的解决为原型提出的问题解决过程是：呈现问 题情境命题、明确问题的目标和已知条件、填补空隙、解答之后的检验。格拉斯也 把问题解决过程分为：形成问题的初始表征、制定计划、重构问题表征、执行检验 结果四个阶段。基克等人认为一般的问题解决过程包括四个阶段：理解和表征问题、 寻求解答、尝试解答、评价。吉尔福特则以智力结构模式为基础提出了智力结构问 题解决模式。在此基础上，我国高文教授将问题解决过程归结为：问题的识别与定 义、策略的选择与应用、问题的表征、资源的分配、监控与评估”。从表卜3 中可 以看出各种模式的比较结果，虽然各种模式在实施上并不是线程的，但简化之后可 以看出众多模式的共同要素( 表中的序号为问题解决过程的序号) ：确定真正应解决 的问题、发现或选择解决问题的方法和途径、执行问题解决的方法和总结评价。 在这些研究过程中，研究者通常向被研究者呈现数学问题或是没有情境性的谜 问题，在他们思考时对他们进行观察，然后让他们汇报解决问题的途径。如波尔亚 和其他一些人在被研究者解决问题的时候，通常要求他们说出自己思考的东西。然 而，生态心理学认为，这种研究的成果不适用于团队解决问题的情况。因此，扬和 巴布拉将问题解决描述为行动者和环境之间的互动，人们必须从个体和环境要素的 相互作用来理解问题解决的整个过程，他们认为在集体解决问题时，研究是从个人 传递的信息了解其贡献的。s h a w 于1 9 9 7 年也曾从生念心理学观对问题解决加以界 定，为问题解决注入了新的血液。 高文教学模式论 m 1 卜海教育出版社，2 0 0 1 ，p 2 3 6 1 6 高中信息技术课程中“问题解决”教学的设计与试验 表1 - 3 问题解决过程的心理描述比较 蘸齐道理 问题解决过程 3 形成解决问4 执行问题5 回顾与总 一般过程1 发现问题2 表征问题 题的策略解决策略 b r a n s f o r d 和 s t e i n 的五步教1 问蹶识别2 问题表征3 策略选择4 策略应用5 结果评价 学法 奥苏贝尔和鲁宾1 呈现问题2 明确问题的目 3 填补空隙 4 解答之厉 逊的模式情境命题标和已知条件的检验 1 形成问题的初始表征 格拉斯的模式 2 制定计划4 执行检验结果 3 重构问题表征 基克等人的模式1 理解和表征问题2 寻求解答3 尝试解答4 评价 根据这些问题解决的心理描述，许多教育思想家提出了各种问题解决教学模式。 例如实用主义教育家杜威的反省思维问题模式，创设问题情境明确问题一提出假 设一阐明假设内涵、外延一检验假设。杜威把问题情境的创设看成是首要的，创设 的问题要和现实情景相近或相似，教师的作用就在于提供材料，建构一种问题氛围。 布鲁纳的建构知识结构发现模式则强调知识结构在学习中的重要性，儿童在教学中 是发现问题并改组知识结构的主体。而托马斯的以探究贯穿教学过程的问题模式， 明确问题、确立探究起点一将问题分解为苦干组成部分、收集资料一资料分类、归 纳、综合一阐明资料、检验资料的价值一综述结论，则着眼于问题确立、探索、解 决的全过程，提出了以发现、提炼、辨析、解答的探究目标。而从信息处理角度讲， 问题解决过程是一个信息处理过程，一般分为发现问题一分析问题一确定信息需 求一搜集、获取、存储相关信息一对信息进行分析、评价、归纳、整理一交流、重 组、创造信息一运用信息解决问题一回顾总结几个环节，其间需要搜集信息，评价 信息、组织信息、交流信息等各种信息能力。 r o b e r tj s t e r n b e r g 和l o u i s e s p e a r s w e r l i n g 在2 0 0 1 年的思维教学一 书中则将问题解决过程看作是七种认知技能的组合：确定并定义问题、程序的选择、 信息的表征、策略的形成、资源的分配、问题解决的监控以及问题解决的评价；并 阐述了思维教学的四步策略：让学生熟悉问题，找出方向：组内解决问题，学生在 小组内协作，确定并解决f d n , 组间解决问题，学生跨组讨论如何解决手边的问题： 个人解决问题，学生独立工作。这些策略以实践作为依据，可操作性比较强，并能 很好地迁移到其他学科的学习当中。 基于这些问题解决思想，建构主义者从不同的角度提出了许多改革教学的思路 和设想，比如r s p i r o 等人的认知灵活理论、j s 、b r