（基础心理学专业论文）高中生解答有无物理图力学问题过程的眼动研究.pdf

摘要 物理学科的特点在于它丰富表征的应用。物理教学的主要目的是教会学生 在建立物理问题图式时使用这些表征。本研究采用单因素实验设计，通过对高 二6 0 名学生解答有图与无图物理问题的碾动研究，分析探讨了图形在解题过程 中的重要作用，以及题图、受力图、物理图象等三种不同表征方式在问题解决 中的效果。 本研究包括两个实验：实验一主要考察学生解答无图与有图物理问题的眼 动过程；实验二主要考察学生解答题图、受力图、物理图像等三种不同表征方 式物理问题的眼动过程。 实验结果表明： 1 学生解答无图与有图物理问题的解题成绩和眼动模式存在显著差异。有 图组在解题时间、注视次数上少于无图组，而在注视点持续时间、眼跳幅度上 则相反。这一结果说明图形能够促进物理问题的解决。 2 学生在解答题图、受力图、物理图象等三种不同表征方式物理问题时， 解题成绩存在显著差异；在眼动模式上，注视点持续时间、转换次数等方面存 在显著差异，受力图指标优于题图与物理图象。这一结果说明不同表征方式对物 理问题表征形成的效果是不相同的，受力图更能促进表征的形成。 3 在兴趣区眼动指标上，兴趣区停留时间、兴趣区注视次数、注视点持续 时间等三个眼动指标基本上存在显著差异。在文字兴趣区，受力图与题图、受 力图与物理图象之间在两项指标上存在差异显著；在图形兴趣区，物理图象与 题图、物理图象与受力图之间在三项指标上均存在非常显著差异，而题图与受力 图之间有两项指标存在显著差异。这一结果说明受力图能促进对文字的理解， 而物理图象则更能促进对图片信息的提取，并进一步证实了图形在物理问题解 决过程中的重要作用以及不同表征方式在物理问题表征过程中的不同效果。 关键词：高中生、眼动、物理图、物理问题解决 a b s t r a c t ah a l l m a r ko fp h y s i c si si t sr i c hu s eo fr e p r e s e n t a t i o n s m o s ti n t r o d u c t o r y p h y s i c sc o u r s e st e a c hs t u d e n t st ou s et h e s er e p r e s e n t a t i o n sa st h e ya p p l yp h y s i c a l m o d e l st op r o b l e m i no r d e rt of i n do u tt h ef u n c t i o n so fp h y s i c a ld i a g r a m si n p r o b l e m - s o l v i n ga n dt h ed i f f e r e n t e f f o r t su s i n gm u l t i p l er e p r e s e n t a t i o n ss u c ha s s i m p l ed i a g r a m ，f o r c ed i a g r a ma n dp h y s i c a lg r a p h ，t h er e s e a r c hu s e do n ew a y e x p e r i m e n t a ld e s i g nm e t h o dt oi n v e s t i g a t et h ee y em o v e m e n t so fs o l v i n gp h y s i c a l p r o b l e m sw i t ho rw i t h o u tp i c t u r e so f 6 0s t u d e n t sf r o mah i g hs c h o o lg r a d e 2 。 t w oe x p e r i m e n t sa r ei n c o r p o r a t e di nt h i sp a p e r i ne x p e r i m e n t1 ，t h er e s e a r c h s t u d i e dt h ee y em o v e m e n t s d u r i n gs o l v i n gp h y s i c a lp r o b l e m sw i t ho rw i t h o u tp i c t u r e s w h i l ei ne x p e r i m e n t2 ，t h ef o c u si so nt h ee y em o v e m e n t sd u r i n gs o l v i n gp h y s i c a l p r o b l e m sw i t hm u l t i p l er e p r e s e n t a t i o n ss u c ha ss i m p l ed i a g r a m , f o r c ed i a g r a ma n d p h y s i c a lg r a p h f i n d i n g sa r ea sf o l l o w s ： 1 f o rs u b je c t so ft h eg r o u p sw i t ho rw i t h o u tp i c t u r e sd u r i n gs o l v i n gp h y s i c a l p r o b l e m s ，s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e so c c u ra m o n gu n d e r s t a n d i n gs c o r ea n de y e m o v e m e n ti n d i c a t o r s t h en u m b e r so ft h ei n d i c a t o r ss u c ha sd u r a t i o na n d f i x a t i o n c o u n to ft h eg r o u pw i t hp i c t u r e sa r el o w e rt h a nt h a to ft h eg r o u pw i t h o u t p i c t u r e s h o w e v e r t h en u m b e r so f t h ei n d i c a t o r ss u c ha sa v e r a g e f i x a t i o n d u r a t i o n a n da v e r a g e s a c c a d e - a m p l i t u d eo ft h eg r o u pw i t hp i c t u r e sa r eh i g h e rt h a nt h a to f t h eg r o u pw i t h o u tp i c t u r e s i ti su n r e a s o n a b l et oc o n c l u d et h a tt h eu s eo fd i a g r a m r e p r e s e n t a t i o nc o r r e l a t ew i t hp r o b l e m - s o l v i n gs u c c e s s 2 f o rs u b j e c t so ft h eg r o u p sw i t hd i f f e r e n tr e p r e s e n t a t i o n ss u c ha ss i m p l e d i a g r a m ，f o r c ed i a g r a ma n dp h y s i c a lg r a p h ，s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e so c c u ra m o n g u n d e r s t a n d i n gs c o r ea n de y em o v e m e n t i n d i c a t o r ss u c ha sa v e r a g e - f i x a t i o n - - d u r a t i o n n a n dr e g r e s s i o n - c o u n t ，a n dt h ei n d i c a t o r so ft h eg r o u pw i t hf o r c ed i a g r a ma r eb e t t e r t h a nt h eo t h e rg r o u p s i ti su n r e a s o n a b l et oc o n c l u d et h a tt h ed i f f e r e n tr e p r e s e n t a t i o n s b r i n go u t t h ed i f f e r e n tr e s u l t sd u r i n gs o l v i n gp h y s i c a lp r o b l e m ，a n dt h ef o r c ed i a g r a m i 。sb e t t e rt oc o n t r i b u t et h ef o r m a t i o no fp h y s i c a lp r o b l e mr e p r e s e n t a t i o n 3 g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h r o u g hd e t e r m i n i n gd i f f e r e n c e so ft h ee y em o v e m e n t i n d i c a t o r ss u c h2 峪 i a - a v e r a g e - f i x a t i o n - d u r a t i o n , i a f i x a t i o n - c o u n ta n d i a d w e l l - t i m ei nd i f f e r e n ti a ，w ef o u n do u ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c e so c c u rb e t w e e n t h r e eg r o u p s i nw o r d - i a ，t h e r ea r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ef o r c ed i a g r a m ，。 g r o u pa n ds i m p l ed i a g r a mg r o u p ，f o r c ed i a g r a mg r o u pa n dp h y s i c a lg r a p hg r o u pi n t w oi n d i c a t o r so fe y em o v e m e n t h o w e v e r , i np i c t u r e - i a ，t h e r ea r es i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e sb e t w e e np h y s i c a lg r a p hg r o u pa n ds i m p l ed i a g r a m g r o u p ，p h y s i c a lg r a p h g r o u pa n df o r c ed i a g r a mg r o u pi nt h r e ei n d i c a t o r so fe y em o v e m e n t ；b u ts i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e so c c u ri nt w oi n d i c a t o r so fe y em o v e m e n tb e t w e e nf o r c ed i a g r a mg r o u p a n ds i m p l ed i a g r a mg r o u p i ti su n r e a s o n a b l et oc o n c l u d et h a tt h ef o r c ed i a g r a mi s b e t t e rt oc o n t r i b u t et h ec o m p r e h e n s i o no fw o r da n dt h ep h y s i c a lg r a p hi sb e t t e rt o c o n t r i b u t et h ei n f o r m a t i o ne x t r a c t i o nf r o mp i c t u r e t h ef i n d i n g sf u r t h e rv e r i f yt h e i m p o r t a n c eo ft h ep h y s i c a ld i a g r a m si ns o l v i n gp h y s i c a lp r o b l e ma n dt h ed i f f e r e n t r e p r e s e n t a t i o n sb r i n go u t t h ed i f f e r e n tr e s u l t s k e yw o r d ：h i g hs c h o o ls t u d e n t ，e y em o v e m e n t , p h y s i c a ld i a g r a m ，p h y s i c a l p r o b l e m - s o l v i n g i i i 高巾生解答有无物理图力学问题过程的眼动研究 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 l 学位论誊作者签名：砂至至夕卯8 年f 月刀日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。同意学校保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人 授权湖南师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 ，不保密瓯 f( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：专终日期：爝户月讶日 导师签名：( 氇矽f 勺 日期：o p - # - t - 月叼日 高中生解答有无物理图力学问题过程的眼动研究 1 文献综述及问题的提出 1 1 前言 加涅认为，课程教育的最终目的就是教学生解决问题一一数学和物理问题、 健康问题、社会问题以及个人适应性问题等n 1 。物理学家邦笛说过：“物理学是 一门解决问题的艺术，它可以指导人们去分析问题的关键实质，提出处理问题 的思想方法，激励人们去解决困难 乜1 。中学物理教学大纲明确规定：“要通 过知识的运用培养学生分析和解决实际问题的能力。要求学生能运用所学的概 念、规律和模型等知识对具体问题进行具体分析，弄清物理过程和情景，明确 解决问题的思路和方法，逐步学会灵活地分析和解决问题。”口3 由此可见，物理 教育的一个最主要的目标就是问题解决。 问题表征是问题解决的关键，若问题有了正确的表征，可以说己解决了一半m 。 物理学科的特点是它丰富的表征的应用。许多问题借助图形或图线等表征方式 将使问题变得易于解决。这些表征方式包括力学中的受力图，热学中的状态图、 动力学中的运动图等等。大多物理学的入门课程都会教学生在应用物理模式解 题时使用这些表征。而一些教学实践经验表明，物理图可以展示物理状态和物 理过程，借助物理图还可以分析物理量的关系，剖析解题思路。学生在解答物 理习题的过程中，如果善于把物理问题转译为一定形式的物理图，利用图线、 图形、图像、图示展现出物理情景，可以使原本繁琐的物理问题变得明朗化和 具体化，从而促进物理问题的迅速解答卅。 1 陈崎，刘德儒当代教育心理学北京师范大学出版社1 9 9 7 2 吴碧兰高中物理竞赛学生问题解决能力培养的实验研究福建师大硕士论文2 0 0 6 6 3 叶文进( 物理竞赛中学生思维能力的培养物理教学2 0 0 2 年8 月 4 皮连生智育心理学【m 】北京：人民教育出版社1 9 9 5 5 赵文军建图在物理教学中的作用中学物理教学参考2 0 0 0 5 ，2 7 - 2 9 6 王纯敏初中“物理图”的应用贵州教育2 0 0 0 5 ：4 1 - 4 2 高校教师在职硕一l 学位论文 物理图泛指与物理学有关的所有动态的、静态的图形画面。跟中学物理教 学直接相关的物理图，主要指学习物理时出现的照片、示意图、图像、草图等。 在中学物理的力学部分，最常出现的有三种图：题图、物体受力图和物理图像。 。( 1 ) 题图是指从物理问题抽象的文字符号转化成具体、形象的物理情境的简图；” 它能为进一步的联想、推理、分析、归纳等逻辑思维提供具体、坚实的“生长 点”。学生如果能够正确地画出题图，说明他已经对题意进行了准确的表征。 ( 2 ) 受力分析图是指在“分析有几个力作用在研究对象上”和“这几个力是什 么性质的力 的基础上，根据力的三要素所做出的受力图形，受力过程图指物 体在运动过程中的受力情况，受力分析图与受力过程图统称为受力图。物体受 力图能揭示各种物体运动、变化的动力学本质，学生如果能够正确的画出受力 图，说明他已全面把握了题中物体的受力情况和运动情况，已经从形象思维上 升到了抽象思维的阶段。( 3 ) 物理图像。在力学中涉及的物理图像有a - f 图、y - t 图等。直角坐标系中的数学图像，是无数个“点 集合而成的线，因为纵、横 坐标均表示长度，故线上的每一个点( 有两个坐标值) 表示在坐标系中的一个 确定位置。物理图像是一种特殊且形象的数字语言和工具，它的纵、横坐标被 赋以某物理量的意义：运用数一形的巧妙结合，就能直观地、恰当地表达各种现 象的物理过程和物理规律。物理图像不仅可以使抽象的概念直观形象，动态变 化过程清晰；物理量之间的函数关系明确，还可以精确地表示用语言难以表达+ 的内涵。用图像法解物理问题不但迅速、直观，还可以避免复杂的运算过程， 所以物理图像是处理物理问题的重要手段之一。 关于中学生的思维表征特点，有研究表明，在物理学习中，多数的初中生具 有一定的理论型抽象思维能力，但水平较低，需要具体形象思维的支持，高中生 1 陈颂基借助物理图画学习，提升物理思维品质物理教学2 0 0 5 年8 月号 高中生解答有无物理图力学问题过程的眼动研究 在推理过程中，需用图式唤起表象，抽象思维仍处于低级阶段。n 1 图形表征是否与高中生的问题解决有关联? 物理图对于解答物理问题具有 什么样的作用? 不同类型的物理图( 题图、受力图、物理图像) 对于解答物理 问题的效果是否相同? 本研究试图采用眼动研究方法对这些问题进行分析探 讨。 1 2 文献综述 1 2 1 物理问题表征的相关综述 1 2 1 1 对“问题”、“问题解决”、“物理问题解决 的界定 问题是一种状态，这种状态要求人们去完成一个任务，而对于这个任务， 由于他们的经验局限，没有一个现成的可供使用的完成任务的策略。从教学的 角度说，问题应该是能够引起学生思考的并力图想弄清楚的东西。当然问题之 所以成为问题，是相对于特定学生的：对某一学生来说是一个问题，对别的学生 可能根本不是问题。 a n d e r s o n 嘴引2 1 将问题解决定义为任何受目标指引的认知性操作序列a 问题 解决作为一个心理学术语，它指的是人们在日常生活和社会实践中，面临新情 景、新课题，发现它与主客观需要的矛盾而自己却没有现成的对策时，所引起 的寻求处理问题的一种心理活动。综合上述观点，问题解决就是当个人在面对 问题情境而没有现成的方法可以利用时，指向于将已知情境转化为目标情境的 认知过程。 物理问题的解决需要各种心理活动的参与，其中最主要的是思维。解决物 1 段金梅、武建时主编物理教学心理学北京北京师大出版社1 9 8 8 1 4 7 1 5 0 2 s 1 a nr o b e r t s o n 著张奇等译问题解决心理学2 0 0 4 ，6 高校教师在职硕：e 学位论文 理问题既包括解决物理发展中重大的理论问题、实验问题，包括物理研究中的 重大前沿课题的解决，也包括解决学习和应用物理知识时遇到的一些基本的、 局部的问题和解答习题。中学生解决物理问题就属于后者。这些问题虽然在一 定的物理背景下已经得到解决，- 从物理研究的角度来看，己不成为问题。但对 学生而言，仍可作未知的问题提出。因此，物理问题解决的内涵是：面临一个具 有一定新意的物理问题，力图寻找有关的概念、规律、方法去解决这一问题的 一个心理过程。 1 2 1 2 问题表征与物理问题表征的界定 ： m l g i c k 等人根据对解决问题策略的研究，认为一般性的解决问题的策略 包括四个阶段，并在此基础上提出了一种有助于一般性问题解决策略教学的模 式：理解和表征问题、寻求解答、尝试解决方案、评价结果。问题表征是问题解 决的中心环节，一个好的问题表征将会导致高效率的问题解决n 1 。 问题表征是指根据问题所提供的信息和自身已有的知识经验，发现问题的 结构，构建自己的问题空间的过程，也是把外部的物理刺激转变为内部心理符 号的过程，是主体对问题呈现的内化。问题表征既是一种过程，也是问题理解 的- $ q 结果，即问题在头脑中的表征方式。 物理问题表征是在头脑中形成物理情景和建立物理过程。表征的依据一是 问题的客观方面，即要求在对问题进行分析综合：抽象概括转化为物理模型时 要切实依据问题的文字、图形或图像，找出对象、对象的状态和对象的运动变 化过程，不能脱离情景凭空想象：二是已有的物理知识、解题经验和规则，据 此分析出问题情景中对象所遵从的规律，使问题解决有根有据，回答“为什么 要这样解 ；三是物理解题的思想方法、思维方法和解题策略，这是表征的方 法基础，它回答“怎样解”等问题。 1 皮连生智育心理学i m 】北京：人民教育出版社，1 9 9 5 商中生解答有无物理图力学问题过裎的日艮动研究 i ii i im _ - _ _ - 1 2 1 3 物理问题表征的相关研究 物理问题以其展现人类认识周围世界的思维过程为特点，为问题表征的有 关研究提供了广阔的问题情境。物理问题表征可以运用图形、表格、实验等方 法简化对问题的思考，让问题研究的对象、状态过程清晰显现出来，理顺物理 问题的复杂关系。爱因斯坦曾经提及在他的思维中语言似乎没有任何地位，而 符号以及图像却不断地复制与自由组合。 廖伯勤n 1 通过研究发现，学生在解决物理问题时将依次产生四个表征层次： 文字表征，朴素表征，物理表征和数学表征。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。 物理表征产生于问题解决者对抽象的物理概念的理解，而数学表征则与问题的 物理公式或有关推导有关。智商水平对物理问题解决表征体系动态特征有显著 影响心1 。数理基础扎实的被试，其物理问题解决表征体系的动态特征优于数理 基础一般和数理基础差的被试口1 。 张庆林h 1 发现，学生表征应用题的策略主要有三类：复述内容策略、图画策 略、找关键信息策略，他们认为凡是回答“使用画线段图 、“在心里画图” 等方法的都归为结构表征策略：同时发现优、中、差三类学生在策略的使用上 差异很大，差生更多地使用复述策略。同时发现结构表征策略最有利于元认知 监视和正确解题，是最佳的表征方式。 l a r k i n 啼1 从数学问题解决表征系统中划分出的出声言语和书面符号方式称 1 廖伯琴，黄希庭智商对物理问题解决表征体系动态特征的影响心理科学2 0 0 0 ，5 5 2 2 2 廖伯琴。智商对物理问题解决表征体系动态特征的影响心理科学2 0 0 0 第2 3 卷第5 期 3 廖伯琴、黄希庭口语报告法比较研究物理问题解决中不同数理基础被试表征体系的动态差异：心理 发展与教育1 9 9 9 ，4 ，3 1 - 3 5 4 张庆林主编( 1 9 9 7 年) 当代认知心理学在教学中的应用一一如何教学生学会学习和思维重庆：西南师 范大学出版社 5 l a r k i n , j h p r o c e s s i n gi n f o r m a t i o nf o r e f f e c t i v ep r o b l e ms o l v ! n g , e n g i n e e r i n ge d u c a t i o n , 1 9 7 9 ：2 8 5 - 2 8 8 。 高校教师在职硕j ：学位论文 作形象表征系统。亦即形象表征是操作材料、图画模式以及出声言语或书面符 号的方式。在他们的研究中发现小学生的思维具有形象性的特点，图形表征是 小学生问题解决过程中的一种重要表征系统。 1 2 2 图形功能的相关综述 1 2 2 1 图例对增进理解的作用 一个新领域的许多概念并不存在于人们先前的经验中。正因为如此，提供 一些可以将未知的东西和己知的东西联系起来的中介通常是相当有用的。如果 新概念能“锚上”学习者已有的知识图式，那么人们就能更好地理解新概念。 如果文章成功地提供了这些锚点，读者就能很好地理解和记住这些新知识。因 此，解释教科书中的概念的一个方法就是尽量将他们与读者已有的知识联系起 来。 图解和类比给我们提供了一个在熟悉的与新奇的情景之间建立桥梁的方 法。尽管，图片、图表和图例在文章中起着不同的作用，但却和文章中的类比 与图式一样具有教学功能。大量研究表明，图例在新概念的学习中，能起到架桥 类比与中介表征的作用n 1 。图表、数字、表格是表征信息的形象方式，他们可以 用来促进对课文信息的理解，也可用于对问题表述或问题解决程序的再表征， 在此，他们称为“中介表征 。图表、图解和表格，经常用于教科书中为材料 提供中介表征，当学生很难理解抽象的概念结构或者将这些概念与课文中的具 体例子相联系时，他们会发现运用中介表征就会使理解变得容易。这种中介表 征组成了解释教科书中抽象问题的一个重要部分，并且作为一种“支架”去搭建 学习者已有知识与新概念之间的桥梁。 1 b r o w n , d e ，& c l e m e n t , j o v e r c o m i n gm i s c o n c e p t i o n sv i aa n a l o g i c a lr e a s o n i n g ：a b s t r a c tt r a n s f e rv e r s u s e x p l a n a t o r ym o d e lc o n s t r u c t i o n i n s t r u c t i o n a ls c i e n c e ，1 9 8 91 8 ( 4 ) ：2 3 7 - 2 6 1 高中生解答有无物理图力学问题过程的跟动研究 有许多实验验证了中介表征对解决问题的促进作用。这些表征可能包括一 些视觉表征口1 ( b e v e r i d g e & p a r k i n ，1 9 8 7 ) 、。力图澄清概念的类比伫1 ( b r o w n & c l e m e n t ，1 9 8 9 ) 以及诸如表格一类的其他表征方式口1 ( r e e d & e t t i n g e r ，1 9 8 7 ) 。 b e v e r i d g e & p a r k i n 等人考察了视觉类比对解决问题的作用，结果发现视觉表 征可以作为种有效的提取线索。他们采用图表和彩色线条作为线索，结果表 明：不同密度的彩色线条，代表着问题中概念类比的总效应，是最有效的提取 线索。提出一个具有视觉表征的问题，似乎有利于提取答案。此外，图表还提 供了堡垒问题的解决方法，当图表在靶问题里再次出现时，有利于自发性迁移。 同样，在解决迁移问题之前给被试呈现图表也是非常有效的。 插图能够通过提高对学习内容的理解和对这些内容的掌握而有助于学习， 并为学习者提供一些语言难易描述的内容。r o b i n s o n k i e w r ah 1 发现，被呈现 含有图表结构课文的学生比被呈现给课文提纲的学生学得更多，也更多地应用 了所学的知识。d o n a l dd r 呻1 先后做了两次实验，结果都显示：插图能为儿童 阅读理解提供合理的语义信息，有助于对文章的理解和记忆。也有研究n 认为， 插图有助于课文的整体表征。当有插图作为参考时，学习者就能在一定程度上 弥补前后句子之间的“缺口，句子间的一些内在联系就可以依据插图来进行 整合，整体表征相对比较容易建立。 1 b e v e r i d g e ，m ，& p a r k i n s ，e 。v i s u a lr e p r e s e n t a t i o ni na n a l o g i c a lp r o b l e ms o l v i n g m e m o r ya n dc o g n i t i o n , 1 9 8 7 ，1 5 ( 3 ) ：2 3 0 - 2 3 7 2 b r o w n , d e ，& c l e m e n t , j o v e r c o m i n gm i s c o n c e p t i o n sv i aa n a l o g i c a lr e a s o n i n g ：a b s t r a c tt r a n s f e rv e r s u s e x p l a n a t o r ym o d e lc o n s t r u c t i o n i n s t r u c t i o n a ls c i e n c e ，1 9 8 91 8 ( 4 ) ：2 3 7 - 2 6 1 3 r e e d , s k ，& e t t i n g e r m u s e f u l n e s so ft a b l e s f o rs o l v i n gw o r dp r o b l e m s c o g n i t i o na n di n s t r u c t i o n , 19 8 7 ，4 ( 1 ) ，4 3 5 8 4 r o b i n s o n ，d h & k i e w r a , k a v i s u a la r g u m e n t ：g r a p h i co r g a n i z e r sa r es u p e r i o rt oo u t l i n e si ni m p r o v i n g l e a r n i n gf r o mt e x t j o u r n a lo fe d u c a t i o n a lp s y c h o l o g y ，1 9 9 5 ，8 7 ( 3 ) ，4 5 5 4 6 7 5 d o n a l d ，d e f e c to fi l u s t r a t i o no ne a r l yo r a lr e a d i n ga c c u r a c y ：s t r a t e g i e sa n dc o m p r e h e n s i o n ，b r j e d u c p s y c h o l o g y 19 7 9 , 4 9 ：2 8 2 2 8 9 6 d o n a l dd r ，t h eu s ea n dv a l u eo fi l l u s t r a t i o na sc o n t e x t u a li n f o r m a t i o nf o rr e a d e r sa td i f f e r e n tp r o c e s sa n d d e v e l o p m e n t a ll e v e l ，1 9 9 3 ，5 3 1 7 5 18 5 7 沈德立，陶云初中生有无插图课文的眼动过程研究一心里科学，2 0 0 1 ，2 4 ( 4 ) ：3 8 5 - 3 8 8 高校教师在职硕士学位论文 图形表征有助于我们理解概念或系统，同时他们也有一些其他的功能。 l e v i n n l 将“课文中的图片 的用途分为五类：( 1 ) 修饰：图片可以使课文更加吸 引人但却与内容无关：( 2 ) 表征：图片使得课文更加具体，比如儿童的书：( 3 ) 组织： 图片加强了课文的结构；( 4 ) 解释：图片使得课文更易于理解：( 5 ) 转化：图片使 得课文更易于记忆。在采用图片的课文中，l e v i n 指出作者应该根据他们是想鼓 励学习者理解材料，还是记住材料，或者是应用材料而采用不同的图形表征。 比如，在b e v e r i d g e & p a r k i n 的研究中，中介表征的主要功能是帮助提取。 1 2 2 ：2 图形效应的理论 ( 1 ) 背景知识的激活。研究者们乜3 认为，插图在文中的作用类似于先行组 织者，激活了读者头脑中己有的背景知识，不仅可以使每个句子有意义，还使 所有的信息都成为一个有意义的整体，使读者可以更有效、更深入地加工课文 中的信息，从而产生了对课文的更有意义的解释和有效的储存。 ( 2 ) 双重编码理论。b 吲该理论认为，人对现实存在的言语和非言语两类信 息的心理表征是两个系统：一是言语系统，专门处理语言信息，产生语言：二是 意象系统，专门处理有关非言语的物体或事件的信息，形成事物的心理意向。 这两个系统既相互独立，又相互联系。在两个系统中，存在三种加工水平。第 一种水平是表征加工，指单词激活言语表征，而实际物体及其图画激活意向表 征。第二种水平是关联水平，指二个系统的表征由另二系统的活动而激活。第 三种水平是联想水平，指在语言单位之间的联想或者在意向之间的联想。图画 易于在两系统间产生关联，这样既得到了言语加工，又得到了意向加工，这两 种加工具有相加效应，因而产生了图画的优势效应。 1 l e v i n ，j r at r a n s f e r - a p p r o p r i a t ep r o c e s s i n gp e r s p e c t i v eo f p i c t u r e si np r o s e i nh m a n d l & j i ll e v i n ( e d s ) ，k n o w l e d g ea c q u i s i t i o nf r o mt e x ta n dp i c t u r e s a m s t e r d a l r l ：n o r t h h o l l a n d i9 8 8 2 宋风宁、宋歌插图与阅读理解，四川心里科学1 9 9 9 ，2 ，2 0 2 3 0 3 p e i v i o ，a ，i m a g e r ya n dv e r b a lp r o c e s s ，h i l s d a l e ，n j ：e r l b a u ma s s o c i a t e s ，1 9 7 1 4 p a i v i o 。t h ee m p i r i c a lc a s ef o rad u a lc o d i n g , i m a g e r y ，r e c o g n i t i o na n dm e m o r y ，h i l s d a l e , n j ：b a u m ， 1 9 8 3 ，8 ，1 8 2 0 5 p a i v i o ，a & d e s r o c h e s sad u a l c o d i n ga p p r o a c ht ob i l i n g u a lm e m o 叮，c a n a d j p s y c h o 1 9 8 0 ，3 4 ：3 8 8 - 3 9 9 8 高巾生解答有无物理图力学问题过程的跟动研究 ( 3 ) 共同编码理论。与双重编码理论相对立的是共同编码理论n 3 1 。该理论 认为，所有的视觉信息都是以抽象命题的形式存储在一个编码系统中。在回忆 时，某概念的意向形式或言语描述产生于同个抽象的表征，是从命题表征中 重新构造的过程“1 。图画及语词信息激活其意义码及语音码的顺序是不同的：图 画可直接接通其意义码，而语音码的接通是间接的，发生在意义码接通之后。 相反，语词加工是直接接通其语音码，而意义码的接通多是在语音加工之后。 单词判断要经过形一音一义转码，而图画却是形一义一音。所以，在范畴判断 任务中，图画先到达命题。共同编码理论由此解释了图画的优势效应。一 1 2 2 3 图形对问题表征形成的作用。 爱因斯坦曾经提及在他的思维中语言似乎没有任何地位，而符号以及图像 却不断地复制与自由组合。而数学家波利亚基于自己的数学经验提出了成功解 题的一系列启发性建议，其中的一条就是“画一个图( d r a waf i g u r e ) ”_ 由此 可见，图形在问题表征形成过程中的重要作用。 关于图形对数学表征形成的影响，a s p i n w a l l 瞄3 等人认为使用图表应该是学 生形成数学理解的起点，学生在使用图表的过程中获得新的数学意义并形成复 杂的数学概念。h e g a r t y 1 等人认为虽然视一空表征在数学中应用很广，并且空 间能力与数学教育的成功有高度的相关，但是没有研究清楚地说明了视一空表 征的使用和数学问题成功解决之间的关系。因此，h e g a r t y 把视一空表征区分为 两种类型：图式表征( 即描述问题中空间关系的表征) 和图片表征( 即描述问题 1 a n d c r s o n , j r & b o w e r , q h ，ap r e p o s i t i o n a lt h e o r yo fr e c o g n i t i o nm e m o r y , m e m o r y c o g n i t i o n , 1 9 7 4 2 ：4 0 6 - 4 1 2 2 n e l s o n , d l ，r e ev s & m c e v o & c l ，l e a n i n gt oo 阳豇p i c t u r e sa n dw o r d s ：am o d e lo fs e m o r ya n ds e m a n t i c e n c o d i n g ，j o u r n a lo fe x p e r i m e n t a lp s y c h o l o g y ：h u m a nl e a r n i n ga n dm e m o 巧，19 7 7 ，3 ( 5 ) ：4 8 5 4 9 7 3 p o t t e rm c & f o u l c o n e ra a t i r et ou n d e r s t a n dp i c t u r e sa n dw a r d s ，n a t u r e 。l9 7 5 ，2 5 3 ( 2 ) ：6 4 a n d e r s o n a rt h er e p r e s e n t a t i o no f s e m a n t i c si nm e m o 吖j v e r b l e a r n v e r b b e h a v 1 9 8 1 2 0 ：3 6 9 3 8 5 5 a s p i n w a l ll ，s h a wkl ，p r e s m e gn u n c o n t r o l l a b l em e n t a li m a g e r y ：g r a p h i c a ic o n n e c t i o n sb e t w e e na f u n c t i o na d u l t sd e r i v a t i v e e d u c a t i o n a ls t u d i e si nm a t h e m a t i c s ，1 9 9 7 ( 3 3 ) ：3 0 1 31 7 6 h e g a r t y ，m ，m a y e r ，r e ，& m o n k , c a c o m p r e h e n s i o no fa r i t h m e t i cw o r dp r o b l e m s ：ac o n 3 p a r i s o no f s u c c e s s f u la n du n s u c c e s s f u lp r o b l e ms o l v e r s j o u m a lo f e d u c a t i o n a ip s y c h o l o g y ，1 9 9 5 ，v o i8 7 ( i ) ，1 8 3 2 高校教师在职硕f ：学位论文 中客体视觉外貌的表征方式) 。结果通过研究发现使用图式表征和算术应用题 的成功解决是相联系的，然而使用图片表征则和问题的成功解决是呈负相关的。 关于图形对物理表征形成的影响，d a v i d 采用访谈法研究发现，