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何永红：关于中学化学闻趣解决中表征和最略的初步研究 关于中学化学问题解决表征和策略的初步研究 摘要： 霆题鬃决甄是一王瑟翻造瞧夔实敬灌魂，又蹩一个裹缀熬攀习遂程。萋菇究学生 的阀题解决过程，有剿于裁勘学生体验和理解科举探究的过褪与方法，形成终身 学习的能力，培养学擞的批判性思维品质，形成“创新精神”和“实践能力”。 本文以江苏地区的高中学生为研究对象。以中学化学问题的解决为研究载体， 裁焉文默分援法、 爰豢调查法、个窳努褥法、爨声思维法等磷究方法，了瓣孛学 生纯学闯题解决的现状，研究中学艇化学闯题解决的过程和游点，分析学生闽题 解决过稳中的问题表徽和问题解决策略应用中的程为。研究结果表明： 1 当代中学生在化学学习中，罄遍存在着问蹶意识不强，问题表征水平不高， 姣乏麓决阕题戆繁略梭知谈，阉题瓣凌孛豹蠡我簸燕裁麦不够等蕊象。我我遮切 需要了解学生润题解决豹特征、磷究学生的闻黻解决过程，戳培养和疆高学生解 决问题的能力。 2 豫确的问题表缝是成功地问题解决的前搬条件和重要保证。在解决化学问 题瓣，孛擘生逶霉以一耪叁已熬悉憨表捱蠢式表簌润题也零镁建符号表蠖、。啜学 表征、黼文表征、富谮表征等多种袭征方式表鬣黼一个惩题) ；学生在翊懿袭征孛 存在着问愿表征的层次和种类差异；问题的呈现方式和问题解决翥的知识缡梅较 大程度地影响着问题袭征。 3 慧襻选择蠲题瓣决策略秘选撵怎撵懿繁臻瓣决阚题，瓣予扶捷、瑟确遣簿 决中学傀学问题有着蘸要影响。孛学生解决纯掌阀题嚣重，主鼗采雳了模式豫剩策 略、分析递归策略、探试搜索策略、有限试误饿略、直觉恩娥策略等策略，其中 模式识别策略使用频率最高，只有当学生对使用模式识别策略解决问题感剽困难 或没毒恕握畦，么会逡翔其它簿掇瓣题的策略；这说骧学生瑟蠢豹阂题鳞凌醵模 式、耨决闻题的策略髓知识在学凳解决薪静纯鬻阏题的过程审发挥着重簧作用。 研究还发现，中学生夜解决化学问题时，也使用策略组合。镣一个化学问蹶的解 决，存程羲一个“最健策略”或“最佳镣略组会”策略或策赂组合选用遗当， 羽酒戆瓣决豹酝酿期较短，爱之剐长。 j 4 。学生的解决淹蹶过程中，襻在着“对闻熬解决静完全认识狡态”( 辩斑题及 其持续下去的全部问题解决过程霄一种清醒的认识，在思维上不存在任何障碍时 的一种认识状态) 。问题解决者解决同一个科学问题时到达“尉问题解决的兜全认 识竣态”豹霹闻弱长缎霹在一定稷发上反应淹戆勰决誊解决麓越戆力豹褒稳e 5 瓣学生闽题解决静醑究燕一颈系统工程，学生解决阍簇的过程受诸多因素 的影响，还有许多问题有待进一步研究。如策略燕旌过程中的心理能量分配问题+ 学生的知识结构对闷题解决的影响问题，表征岛策略实施之间的距离问题，元认 躲对翊越瓣决的蕴投影旗趣题等。 关键谲；，纯学闻蘧荫题解决鲻题袭征阚邋勰决策晦 2 扬州大学硕士学位论文 a s i m p l es t u d yo np r o b l e mr e p r e s e n t a t i o na n ds t r a t e g yo fc h e m i s t r y p r o b i e m s o l v i n g i nh i g hs c h o o l a b s n a c t ： p r o b l e ms o l v i n gi sn o to n l yap r o d u c t i v ea c t i v 竹p r o c e s s ，b u ta l s oa i la d v a n c e d 1 e a 玎1 i n gp r o c e s s n l es t u d yo ns t u d e n t s p r o b l e ms 0 1 v i n g i sb e n e f i c i a lt o h e l pt h e s t u d e m se x p e r i e n c ea n du n d e r s 恤d 血ep r o c e s sa n dm e m o do fs c i e n t i 丘cr e s e a r c h ，f o m t h ep e m a i l e n tl e a m i n ga b i l i t y c u l t i v a t em e i rc r i t i c a lt l l i n k i n gf c j i t u u i e s 强df o h nt h e i r i n n o v a t i o ns p i r i t sa n d p r a c t i c ea b i l i t i e s t h eo b j e c t so fm i sa r t i c l ea r ch j 曲s c h o o ls t u d e n t si nj i a n g s up r o v i n c e ，a n dw e v e b a s e do nt h e h i 曲s c h o o l c h e m i c a l p r o b l e ms o l v i n g ，u s i n g r e f e r e n c e a i l a l y s i s ， q u e s t i o 皿a i 豫i n v e s t i g a t i o n 3 跗巾l ea i l a l y s i s 锄dt l i i l l l c a l o u dm e t l l o de t ct os t u d yt h e c u n e 1 1 ts i t u a t i o no fs t u d e m s c h 锄i c a lp r o b l e ms o l v i n g ，i n v e s t i g a t et l l e p r o c e s sa i l d f e a t u r 鹳o fs t i l d e m s c h e r n i c a lp r o b l e ms o l v m g 锄da n a l y 托m e p r o b l e mr e p r e s e n t a t i o n a n dt h ea c t i o ni np m b l e m s o l v i n gs n _ a t e g ya p p l i c a t i o ni nm e c o u r s eo f s t u d e n t s p r o b l e m s o l v i n g o 哪旭s u l t ss h o w ： 1 i nt h ep r o c e s so f l e a r i l i n gc h 锄i s t w e f m dm a tt l l e a r em 锄y p r o b l 锄se x i s t i n g u n i v e r s a l l y 如c h 踮t l l 砒m e i rc o 跚i a u s n 髂so fp r o b l e ms o l v i n gi sn o ts 乜d n t l l el c v e l o f r c p r e s e m 砒i o n i sl o w t l l e y 甜el ko ft l l es n 谢e g i e so f p r o b l 锄s o l v i n g 蚰d t l l a t 也e i r s e l f c o n t r o li sn o ts u 伍c i e n t n 懈旧f o r e ，w en e e d u r g e m l y t ou n d e r s t a l l dt h ec h a r a c t e r so f t h e i rp r o b l e ms o l v 访黏t os t u d yt l l ep r o c e 豁o f s n l d e n t s p r o b l 锄l v i n g ，a n dt of o s t e r a 1 1 di m p r 0 v et 1 1 e ra b i l 时o f p r o b l e m s o l v i 婚 2 c o 丌e c tp r o b l e mr e p r e s c i 删o ni st l 把p r e m i 强d 母l 跏t e eo f s o l v i n gp m b l e m s u c c e s s f u l l y w h e nh i g hs c h o o ls t u d e n t sa 心s o l v i n gc h c m i c a lp m b l e m s ，也e yu s u a l l y c h o o af h m i l i a r w a yt 0r e p r e 潮tm e 州b l 哪，o r m e t i m 器m b yu s e s e v e r a l r e p r e s e n t a t i o nm e t l l o d s ( s y m b o lr c p 艟s e m a t i o n ，m a m e m a t i c a lr e p 他s e m a t 0 n ，c k i n - w o r d r e p r e s e n t a t i o n ，w o r d sr e p r e n 协t i o n 趿d s oo n ) t o r e p r e s e n t 也es 锄ep r o b l e m p r o b l e m r e p r e s e n t a l i o nh a sd i 舵r e n c ei n1 e v e l sa n ds o n s t h ea p p e a r a 】1 c eo f t h ep m b l e m a 1 1 dt h e p m b l e m s o 】v e r sk n o w l e d g e s 饥l c t u 诧l a r g e l ya 舒e c tt l i ep r o b l e m 阳p r c s e n t a t i o n 何永红：关于中学化学问题解决中表征和策略的初步研究3 3 h o wt os e i e c tp r o b l e ms o l v i i l g s 订a t e g ya 1 1 dw h i c ht os e i e c t 鲈e a y 啦b c th i 曲 s c h 0 0 1s t u d e n t s c h e m l c a lp r o b l e m s o l v i n g sq u i c k n e s sa n da c c u r a c y w h e nh i g hs c h o o i s m d e n t sa r es o l v i n gc h e m i c a lp m b l 锄s ，t l l e ym a i n l ya d o p t p a t t e m d i s t i n g u i s hs t r a t e g y ， a 1 1 a l y s i s r e c u r s i o ns m 吐e g y ， d e t e c t i v e s e a r c h s t r a t e g y t r y - m i s t a k e + s t r a t e g y 柚d i n t u i t i o n t h o u g h ts t r a t e g ye t c a n d 锄o n gt 1 1 e m ，t h em o s t 矗e q u e i l t l yu s e ds 订a t e g yi s p a n e m d i s t i n g u i s hs t r a t e g y o n i yw h e n s t i l d e n t sf e e ld i m c u l to rh a v en oc o i l 壬i d e n c ei n s 0 1 v i n gp m b l e mb yu s i n gp a t t e m d i s t i n g u i s hs 缸a t e g y ，、v i l lm e y u s eo t h e rs t r a t e g i e s i t s h o w st h a ts t u d e n t s f 0 啪e dp a t t e mo f p r o b l e m s o l v i n ga n d t l l es 奸a t e g i ck n o w l e 垤eo f p r o b l e ms o l v i n gp l a y mi n l p o n a l l tr o l ei nt h ep r o c e s s o f s 0 1 v i n gn e w c h e m i c a ip r o b l e m s i ta l s os h o w st h a tw h e n m e y a r es o l v i n gc h e m i c a lp r o b l e m s ，t h e yu s es e v e r a ls t r a t e g i e s s y n t h e t i c a l l y t h e r ee x i s t sab e s ts n 铽e g yo r “b e s tc o m b i n e ds t r a t e g y ”i nt l l ec o u r s eo f e v e r yc h e m i c a lp r o b l e ms o l v i n g t h em o r es u i t a b l em es t r a t e g yo rc o m b i n e d - s t r a t e g y t h e yc h o o s e ，t h es h o n e rt i m et 1 1 e y 、城1 1s p e n ds 0 1 v i 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伍b u t i o no fp s y c h o l o 百c a i e n e r g y i nt i l ec o l l r s eo f s t r a t e g y sc a r r y i n go u t ，n l ee 矗色c to fs _ 1 j d e m s k n o w l e d g e 蛐m c n l r eo np r o b l e ms o l v i n 岛 t h ed i s t a l l c eb e 州e e nr e p r c s e 嗽t i o na i l ds 订a t e g y sc 如y i n go u ta 1 1 d 也ei n n u e n c eo f m e t a c o g n i t i o n o np r o b l e ms 0 1 v i n ge t c k e y w o r d s ：c h e m i c a l p r o b l e mp r o b l e ms o l v i n gp r o b i e mr e p r e s e n t a t i o n s t r a t e g yo f p r o b l e ms o l v i n g 扬州大学硕士学位论文 o 前言 在知识经济初见端倪，以信息技术为特征的科学技术高度发展，文化、经济、 政治逐渐趋向全球化的今天，“为一个尚未存在的社会培养着新人”的教育被赋 予了更深刻、更广泛的含义。中国的教育特别是基础教育要担负起培养适应未来 社会发展的高素质公民的重要使命就必须以邓小平同志“教育要面向现代化， 面向世界，面向未来”和江泽民同志“三个代表”的重要思想为指导，坚持全面 实旋素质教育，着重培养学生的“创新精神”和“实践能力”。 研究学生的问题解决行为、培养学生的问题解决能力是培养学生的“创新精 神”和提高学生的“实践能力”的有效途径之一。问题解决不应仅仅被理解为一 种具体的技能，它是一项基本的人类行为1 2 】，它能为学生提供一个发现、创新的环 境和机会【3 。人的成长过程可以说是一个不断发现、解决问题的过程。无论是今天 身在学校还是将来步入社会，学生都会面临各式各样的不能立即解决的问题， 要使今天的学生能够把在学习中获得的问题解决的知识和能力迁移到以后对工 作、生活中的问题解决之中，就有必要了解学生的问题解决活动过程，探究其解 决问题的规律。 “努力提高学生的问题解决能力”一直是国内外教育界关注的重大问题。许 多国家已经将“培养学生的问题解决能力”确立为教育的重要目标。例如，2 0 世 纪8 0 年代，美国在学校数学教育的纲领性文件a na g e n d a f o ra c t i o n ( 行动的议 程) 中明确提出“数学课程应当围绕问题解决来组织”、“问题解决作为学校数学 教育的核心”；英国著名的c o c k c r o f t ( 柯克克洛夫特) 报告中认为“应将问题解 决作为课程论的重要组成部分”；我国国务院关于基础教育改革与发展的决定 中也明确提出要注重“培养学生提出问题、研究问题、解决问题的能力”。由此可 见，对问题解决进行研究有着重要的教育价值和现实意义。 “解决问题是一种高级形式的学习，而创造性则是解决问题的最高表现形式” n 通过解决问题这一复杂的思维过程，学生能够利用以前学过的用于解决新问题 的那些规则的联合一高级规则。因此，对问题解决的研究一直是教育学、心理学 等领域十分重视的重要课题。其中对问题解决过程的探索、问题解决心理机制的 揭示、问题解决活动中影响因素的研究等更是众多研究者关注的热点问题。 以往，人们对问题解决的研究成果大多数是以一般生活实践问题或智力问题 为载体而获得的。如：著名的河内塔问题、传教士与野人过河问题、密码算题、 残缺棋盘问题、八张牌问题、双绳问题等。近年来，以学科问题为载体进行问题 解决的研究，正越来越受到众多研究者的重视，并且在许多方面已经得到一定的 发展，对促进学科教育的发展和研究起到了一定的作用。如，数学问题解决、物 何永红：关于中学化学问题解决中表征和策略的初步研究s 理问题解决、英语问题解决等，它们已经获得了长足的发展，并己成为各学科教 育研究中不可忽视的重要组成部分。对化学问题解决的研究，也已经引起了化学 教育工作者的重视，并进行了一些有益的工作。化学问题解决的研究成果必将对 改变学生的学习方式、促进化学教育改革起积极作用。 1 关于问题及问题解决研究的概述 1 1 关于问题的概述 所有的问题解决必定以对问题存在的认识为开始【5 j 。任何问题解决活动都是以 一定的问题为研究对象，离开了问题，问题解决就成了无源之水、无本之木。另 外，由于许多前科学概念的某些负面影响使得我们许多教育教学工作者们对“问 题”也缺乏科学的认识，这在一定程度上影响了他们对学生的问题解决行为的分 析和研究。鉴于此，我们有必要对“问题”作一简单的论述。 l1 1 问题的定义 什么是“问题”，至今人们还没有完全一致的意见，各个领域的研究者们从不 同的角度对“问题”进行了解释。例如，数学家波利亚( p o l y a ) 认为：问题，意味 着找出适当的行动去达到个可见而不即时可及的目的其中困难的程度就含 于问题的概念本身之中：那里没困难，那里也就没有问题【引。哲学家岩奇允胤等认 为：问题是基于一定的科学知识的完成、积累，为解决菜种未知而提出的任务【2 1 。 心理学家梅耶( m a y e r ) 认为：当问题解决者想经过某种情境从一种状态转变为另一 种不同的状态，而且问题解决者不知道如何扫除两种状态之间的障碍时，就产生 了问题问题由三部分组成，即给定状态( 或称初始状态、初始条件) 、目标状 态及阻止给定状态转变为目标状态的障碍【6 j 。 各研究者对问题的阐述虽然不尽相同，但仔细比较、研究后不难发现，他们 对问题有两个共同的认识：一是所有“问题”都是相对于问题解决者( 主体) 来 定义的：二是“问题”对于主体来说一定存在“困难”或“障碍”。这两个方面可 以被认为是问题的两个基本特征：问题与主体有关：问题是矛盾或困难在特定主 体的脑中的反映。例如：“水的化学式是什么? ”对于初学化学的学生来说，是一 个问题：但对于已有元素符号、化学式等概念的学生来说，就不是问题。因而， 真f 意义上的“问题”与我们平常在化学教学中所说的“问题”、“习题”是有区 别的。问题解决者在解答某些习题时，由于“不存在任何困难或障碍心 理上办不需要做任何进一步努力”。所以从严格意义上来讲，这些“习题”就不属 于科学的“问题”。 1 1 2 问题的分类 问题的种类繁多，人们根据不同的标准，对问题进行了分类。对问题类型研 扬州大学硕士学位论文 究较为成熟的分类有真实问题和虚假问题、相对问题和绝对问题、良好定义和非 良好定义问题等。也有研究者根据问题综合程度可把问题分为单一性问题与综合 性问题：根据评价的客观性可把问题分为客观性问题与非客观性问题；根据思维 的常规程度可把问题分为常规性问题与非常规性问题等等。 ( 1 ) 真实问题和虚假问题 根据问题的科学性、有效性及问题的逻辑性，把问题分为真实问题和虚假问 题。像“上帝是万能的吗? ”、“如何制造一部永动机? ”都是虚假问题，因为这 两个问题本身没有意义，违背了科学性原则。当然，虚假问题与真实问题并不是 绝对割裂的，它与提出者的背景知识和人类的科学认识水平有关。某些问题在某 一时期是虚假问题，但随着社会的发展和科技的进步，又可能成为真实问题。例 如：“原子可以再分吗? ”在1 8 世纪，这问题被认为是天方夜谭，属于虚假问题， 科学发展到今天，原子可以再分已经被实验所证实，所以，“原子可以再分吗? ” 在现代是一个真实问题。 ( 2 ) 相对问题和绝对问题 根据问题是否有现成答案，可把问题分为相对问题和绝对问题。前者已有现 成答案，是人类已经解决的，只不过相对于认识主体构成了问题：后者是人类从 未解决过的问题。如：“太阳能可以转换成电能吗? ”，这是一个相对问题，因为 通过太阳能电池将太阳能转化成电能早己不是梦想。而“人类能将火星变成绿色 星球吗? ”就是一个绝对问题。 ( 3 ) 良好定义和非良好定义问题 根据问题表述的确定程度，可分为良好定义和非良好定义问题( 又称封闭题 和丌放题) 。前者指问题具有完整的初始条件、目标状态和转换手段。后者不具备 完整的初始条件或目标状态，或者两者都不具备。例如，“请利用下列仪器( 导线、 直流电源、试管、烧杯) ，设计实验以确定水的组成”。该题就是封闭题，初始条件 为各种仪器：目标状态是检验水的组成的化学实验；转换手段是通过电解检验两 极产生的气体并比较其体积。封闭题有完备的条件和固定的答案，定向性较强。 如果把上题改成“请设计实验确定水的组成”，这个问题就成了开放题，初始条件 不明确，学生可从不同的角度去思考、分析，寻求解决问题的方法。问题解决的 答案也可以多种多样，如电解水法、氢气在氧气中燃烧法、气相色谱法、元素分 析法等等。 就问题本身而言，答案是否唯一，不是区分封闭题和开放题的根本标志。，因 为对主体而言，“开放”意味着思维的发散，真正的开放应体现在学生的思维过程 之中。 1 1 3 问题的结构 所谓问题的结构是指组成问题各要素通过逻辑关系形成的稳定的相互联系。 何永红：关于中学化学问题解决中表征和策略的初步研究 7 研究问题的结构是我们认识问题的一个重要环节。参考李征坤、刘文君【7 】对科学问 题结构的阐述，笔者认为问题结构包含问题的内在结构和外在结构，其结构示意 图可表示如下： 国t 阎墅结构示意圉 问题的内在结构包括疑项和定项。 疑项是未知的部分，包括疑点和疑项预设。疑点是问题中明言的词项，通常用 “为什么、是什么、怎么样”来说明，是问题的逻辑重点；疑项预设是疑点指向 的范围。 定项是问题本身确定的，包括定项要素和定项预设。定项预设和疑项预设构成 了问题的应答域，指明了回答问题的特定范围，引导学生到何处去寻找问题的解， 客观上指出了求解的方向；定项预设在某种程度上表现了问题的逻辑真假。 对化学问题“为什么在红热的煤炉里洒入少量水，火焰会突然一亮? ”的内在 结构分析如下。 ( 定项预设) l 塑皇塞 盘鸯匕在红恭静煤尢户里洒入李霉水，如焰会突然一亮? 点l _ 丽一疑纛因 图2 化学问题内在结构分析示意图 问题的外在结构包括已知背景知识和未知潜在问题，它们与问题解决者相关 联。 背景知识包括对定项要素及其逻辑关系的了解，相关的知识结构，理解认识 问题的经验等等。背景知识是认识、理解问题的基础。未知潜在问题包括把问题 分解得到的子问题，从这个问题中可以延伸、发展而得到的问题等。 未知潜在问题是学生在已知背景知识基础上阅读、理解问题的过程中经过思 维碰撞而产生的，它能推动认识的不断前进。 扬州大学硕士学位论文 问题的结构如何? 它与问题解决者的关系如何? 这些都与问题解决活动有着 很大的关系。在化学教学中，要发展和提高学生的解决问题的能力，就必须对化 学问题进行科学研究和分析，以创造出更能发挥其促进学生未来发展功能的化学 问题。 1 2 关于问题解决的概述 对问题解决的研究由来已久，它一直伴随着心理科学与教育科学的成长而发 展着。从行为主义心理学的刺激一反应说、格式塔心理学的完形说，到信息加工心 理学说，从桑代克( t h o m d i k e ) 的饿猫实验、苛勒( k o h l e r ) 的黑猩猩实验、到纽 厄尔( n e w e l l ) 和西蒙( s i m o n ) 的“逻辑理论家”( l o g i c n e o r i s t ) 和通用问题解 决者”( g e n e r a lp m b l e ms o l v e r ) ，这一切都证明了人们在探索阿题解决的道路上已 逐步深入。 关于问题解决，目前还没有明确而公认的界定。参照现代认知心理学的某些 观点，可以把问题解决( p r o b l e ms 0 1 v i n g ) 理解为：具有明确的目的，并有认知成 分参与的一系列心理操作过程哺j 。所以说，解决问题是一种具有目的指向性的系列 心理行为过程。 1 2 1 问题解决过程 问题解决既是一个比较复杂的内在的思维过程，又是问题解决者的一系列外 在的行为过程。为了更好地进行研究，古今中外的众多研究者都尝试着把问题解 决过程划分为几个阶段。表l 中列出了比较典型的几种问题解决过程的划分形式。 表l问题解决阶段的划分 代表人物内容 遭遇到了疑难或挫折一发觉问题关键之所在一收集 有关资料并提出可能解决的假设一从可能之解答中 杜威( d e w e y ，1 9 l o ) 4 j 分析评鉴并选出最适当者一按选定之解答方法实际 行动，遇有不妥之处随时修正 华莱士( w a l l a c e ，1 9 2 6 ) 准备( p r e p a r a t i o n ) 阶段一孕育( i n c u b a t i o n ) 阶段一 【4 】 明朗( i 1 1 u m i n a t i o n ) 阶段一验证( v e r t i n c a t i o n ) 阶段 奥苏伯尔( a u s u b e l ) 和呈现问题情境命题一明确问题的目标与己知条件一 鲁宾逊( r o b i n s o n ) 【9 】填补空隙过程一解决后的检验 布朗斯福特( b r a n s f o r d )问题识别一问题表征一策略选择一策略应用一结果 和斯特恩( s t e i n ) 评价 王跫、汪安圣】问题表征一选择算子一应用算子一评价当前状态 卢家楣等【1 2 】表征问题一设计方案一执行方案一评价结果 何永红：关于中学化学问题解决中表征和策略的初步研究9 l - 2 2 问题表征( p r o b l e mr e p r e s e n t a t i o n ) 认知心理学家一般将信息在头脑中的呈现方式统称为表征。它包含了两方面 的含义：信息和信息表征。一方面，表征需要以信息为载体才能实现，它的形式 和内容都离不开信息：另一方面表征的过程即为信息的转换过程。问题的表征则 是问题解决者在头脑中以某种理解来呈现问题，使问题的任务领域( t a s kd o m a i n ) 转化为问题空间 问题空间( p r o b l e ms p a c e ) 是问题解决者对一个问题所达到的全 部认识状态【1 2 】 。表征是问题解决的一个中心环节，它说明问题在头脑里是如何呈 现、如何表现出来的”“。 问题表征是对问题的一种理解状态。理解有程度的深浅，表征则有水平的高 低。如邵瑞珍等人认为表征分为两个层次：一是字面表征，指问题解决者逐字逐 句读懂描述问题的每一个句子；另一是深层表征，指在表层理解的基础上，进一 步把问题的每一陈述综合成条件、目标统一的心理表征1 1 4 j ；m c d e r n l o t t 和l a r k i n 在研究物理问题解决的表征时，提出按层次由低到高的顺序可把问题表征分为： 字面表征、朴素表征或“真实世界”表征、科学理论表征或“物理”表征、数学 表征等四个层次【1 5 j ，其中文字表征主要与问题的文字描述有关；朴素表征则与问 题的整体框架有关，与日常生活经验及具体物体有关，若问题解决者受生活现象 的影响而停留在此表征层次，则容易产生物理前概念：物理表征产生于问题解决 者对抽象物理概念的理解：数学表征则与问题的物理公式或有关推导有关，这主 要与问题解决者所使用的数学工具有关，如几何、代数或微积分等。 另外，也有一些研究者忽略表征的层次问题，仅仅从某个角度研究表征的分 类。例如，皮连生等认为表征分为心理表征和外在表征。前者是内部的主观的表 征，后者是外部的客观的表征。其中外在表征有：将问题写下来、绘制图表、列 出树状图、列出方阵等诤l 。 一般来说，问题解决者在明确问题之后的首要工作就是要对问题进行正确的 表征。表征在整个问题解决过程中占据着举足轻重的地位，没有表征就没有问题 解决活动的顺利完成。如果一个问题得到了正确的表征，可以说问题已经解决了 一半i ”】。所以说，对问题表征的研究是问题解决研究的重要内容。 1 2 3 问题解决的策略( s t r a t e g yo f p m b l e ms 0 1 v i n g ) 从一般意义上理解，策略( s t m t e g y ) 是指根据活动的特点及其变化而制定的行 动方针和活动方式。另外，它也可以解释为一种具有系统规则的、有一定方向性 的、较高级的内部指导方法或途径。问题解决的策略则是为了解决特定问题而制 定的行动方案，它也可以理解为我们平常所指的解决问题的方法。 在对人类认知过程的研究中，人们早就十分重视问题解决中策略的研究。早 期的行为主义心理学家以动物为被试，认为问题解决是通过尝试一错误一再尝试 的过程来完成的，从而形成了最初的问题解决策略理论试误说。而格式塔心 扬州大学硕士学位论文 理学家认为，问题是完形的缺口，人类认识世界是从整体的结构上来认识的，解 决问题时，只要以整体的眼光意识到特定问题中所蕴涵的缺口所在，问题就可以 顺利解决，这就是有名的顿悟说。 虽然试误说、顿悟说在人类和研究问题解决策略中发挥了积极的作用，但随 着人类对自身认识过程了解的深入，很多问题解决行为已经不能再仅用试误说、 顿悟说作出解释。人们对问题解决策略进行了更广泛、深入的研究。 著名的心理学家、诺贝尔奖金获得者s i m o n 提出问题解决的四种不同策略： 一是目标递归策略( g o a lr e c u r s i o ns t r a t e g y ) ，用这种策略解决问题时，不必用眼 睛看具体的东西，只是把内部目标记在脑子里，就可以一步步地循环，最后解决 问题；二是知觉策略( p e r c e p t u a ls t r a t e g y ) ，它依赖于外界刺激，利用眼睛看到子目 标和最终目标，而不必用脑子记住：三是模式策略( p a _ ms 协a t e g y ) ，先选择一定 模式，然后根据特定的模式有条不紊的、一步一步将问题解决：四是机械记忆策 略( r o t em e m o r ys t r a t e g y ) ，问题解决者把以前曾正确解决过此类问题的步骤死记 硬背下来，然后，按照这些所背的步骤解决当前问题。 算法( a l g o r i t h m ) 和启发法( h e u r i s t i c ) 在许多领域被认为是最主要的两大类解 决问题的策略( 见图3 ) 。算法是解决问题的一套规则，它精确地指明解决问题的 步骤，只要时间充裕，任何问题都可以凭借算法得到解决。而启发法则是凭借经 验来解决问题的一种方法。这里的经验包含的内涵比较丰富，它包括问题解决者 所拥有的背景知识、长期以来在解决问题过程中养成的某些习惯、连问题解决者 自己也说不清楚的一些解决问题的感觉或者是直觉等等。 我们常用的启发法策略有手段一目的分析法、逆向工作法、爬山法、简化计划 法等。手段一目的分析法是指分析问题的当前状态和目标状态之间的差距，并从当 日h 状念起用算子来一步一步缩小这种差距的策略；逆向工作法则是从问题的目标 状态往回走直到起始状态：爬山法指把起始状态到目标状态设立一系列层次渐高 的子目标，当一层一层的向上达到所有子目标时，问题就得以解决，整个解决问 题的过程就象爬山一样；简化计划法通常是问题解决者先抛开问题的细节而抓住 问题的主要结构，把问题抽象成较简单的形式，先解决这个简单的问题，然后再 由此解决整个复杂的问题。 图3 问题解决策略分类图 何永红：关于中学化学问题解决中表征和簟略的初步研究ll 上述研究成果已经被国内众多研究者加以继承和发扬，并被运用到学科教育 研究领域中。例如，皮连生等认为解决问题的策略有重新表述问题、尝试错误、 手段一目的分析、逆向法、分半法、头脑风暴法；类比法、向专家咨询；粱宁建等 认为问题解决有五种策略，即自由产生、类推、逐步分析、形象重构和整合策略 1 6 ： 李明振提出解决数学问题的策略有整体策略、模式识别簏略、转化策略、媒介过 渡策略、辨证思维策略、反面思考策略、记忆策略【l7 】；李广洲等认为解决计算类 化学问题有盲目搜索法、情境推理法、原理统率法、数学模型法等四种策略【1 8 1 总之，对问题解决策略的研究一直受到众多研究者的关注，对问题解决策略 的认识是仁者见仁、智者见智。确切地说，人类具有哪些一般性的问题解决的策 略，这需要我们既要在理论上进一步讨论，更要探索、设计新的实验来进行分析、 研究。 l | 2 4 问题解决的影响因素 探讨问题解决的影响因素，一直是问题解决研究不可缺少的重要组成部分。 影响问题解决的因素很多总体说来，可以分为主观和客观两方面。主观方面如 问题解决者的智能水平。知识掌握程度，思维习惯，气质、个性、动机等，客观 方面如解决问题的环境、问题的呈现方式等。著名的九点问题( 认知结构) 和盒 子问题( 功能固着) 等都是研究问题解决影响因素的。现在，仍有不少研究者研 究问题解决的影响因素 “，主要以定势、知识结构、心理眩惑、问题结构等因 素为主进行研究。 2 课题的提出 以学科闷题为载体进行问题解决研究。是心理学领域和教育学领域( 包括学 科教育学) 都十分关注的课题。其中以数学问题解决的研究发展最快，也较为成 熟。而化学问题解决的研究，虽然有一些专家、学者在这方面进行了有益的研究 和探索【2 2 训，但总体上还处于初级阶段，呈现思辩的研究占多，实证研究较少的 特征。鉴于此，本文在借鉴他人研究的基础上，尝试以中学化学问题为媒介，侧 重开展中学化学问题解决的系统性研究。 2 1 课题提出的现实背景 任何课题的研究都是以相关的理论为指导、在一定背景下开展进行的。脱离 背景进行的研究只能是空中楼阁。要研究中学化学问题解决，首先必须了解中学 生解决问题的特点和水平，对问题解决的态度和希望，问题解决活动中存在的问 题及解决对策等问题。调查法则是达到此目的的有效手段之一。笔者通过查阅文 献，借鉴、参考一些标准测量量表并充分考虑到化学问题解决方面的因素，自 编了关于中学化学问题解决的问卷( 经专家鉴定，有较好的效度；经过小范 扬州大学硕士学位论文 围内预测，证明该问卷有较高的信度) 。主要内容有：中学生问题解决过程中的 策略使用情况、问题表征的类型、。问题解决策略知识的掌握情况、学生对提高问 题解决能力的建议、对问题解决的认识及自我意识等。 虽然化学问题与化学习题存在着很大的差别，但考虑到学生答卷的方便和学 生对化学问题界定的困难，在调查问卷中未对化学问题和化学习题作严格的区分。 本次调查采用随机抽样的方法，在江苏常州市、无锡市、苏州市、赫城市、 镇江市等9 个地区共1 5 所中学内进行( 具体分布见附录二) 。调查共发放问卷1 1 8 5 份，回收有效问卷1 0 9 9 份。问卷调查结果用s p s s1 0 o 软件进行全部的统计工作。 2 ，1 ，l 学生的问题意识 所谓问题意识是指认识主体在认知过程中经常意识到一些难以解决的理论和 实践问题，并由此产生的一种怀疑、困惑、焦虑、探究的心理状态1 2 “。强烈的问 题意识对于学生的知识的掌握、思维结构的优化、个性的发展和创新意识的形成 等有重大的促进作用。 学生在化学学习中产生化学问题的场所、发现问题的途径可在一定程度上说 明学生的问题意识的强弱。图4 给出了中学生发现问题的途径的调查结果，从统计 数据我们不难发现，中学生化学学习中发现和产生的问题，绝大部分是完成化学 习题过程中的问题，而自己较难独立地在自学、课堂学习或生产生活中提出新问 题。这在一定程度上反映了学生还不具有较强的问题意识，还不善于发现或提出 问题，进而解决问题。 幽4 化学学习中学生发现和产生问题的途径 2 12 学生对问题的表征 调查结果表明，相当一部分中学生已经意识到表征在解决问题中的重要意义。 如2 2 1 的坡试认为恰当地表征问题是正确而快捷地解决问题的关键t 2 0 5 的被 试意识到在他们解决问题中最困难的事情是恰当的表征问题。由此我们不难看出： 一j ! 查塾：鲞! 堂些兰塑塑塑盗生查堡塑墼堕塑塑生婴壅 ! ! 学生要提高问题解决水平就必须先提高自己表征问题的能力，研究中学生化学问 题解决过程中的问题表征具有重要的现实意义。 另外，调查结果还显示：现在已经有相当一部分学生感到化学问题解决中的 表征问题有一定难度。一般来说，表征的难易程度与问题解决者的知识结构及解 决问题的经验、问题的结构等都有很大的关系。但由于缺乏大量科学的化学问题 等原因使得此数据不能具有很好的代表性。 2 1 3 问题解决策略 学生对习题课教学方法喜好的倾向性调查结果说明( 见表2 ) ，学生并不希望 教师讲解大量习题，而更希望教师通过少量问题的讲解给予方法方面的指导。由 此我们不难看出，相当一部分学生认为能够合适地选择问题解决的方法或策略是 鳃决化学问题的关键，但他们对如何选择或怎样选择恰当的问题解决策略进行问 题解决存在一定的困难。他们渴望在较短的时间里掌握解决问题的要旨，渴望增 加解决问题的策略性知识，渴望提高问题解决的能力。所以说，对化学问题解决 策略的研究符合学生的发展要求。 表2 学生化学问题解决调查结果表( 一) 调查内容选 项 百分数 看懂、理解透题目2 0 5 对您来说 选择适当的解决问题方法4 4 9 解决问题 运用以前的解决问题的经验9 2 最困难的正确选用相关的课本知识1 3 8 是 不扣道1 0 3 其它1 4 正确地理解问题的含义是解决问题的