高中生物问题解决中表征能力探究

1、高中生物问题解决中表征能力探究摘要：问题表征是问题解决的一个中心环节，表征 的程度直接影响到问题解决的难易和快慢。研究学生问题表 征规律对于合理进行因材施教、培养和提高学生问题解决能 力具有现实意义。本研究在总结前人研究成果的基础上，采 用精细作业研究法，对高一学生生物问题解决进行了量化分 析，从文字表征、朴素表征、科学表征、数学表征四个层次 全方位揭示了生物问题表征的认知规律。结果表明：生物学 问题解决符合一般问题解决模式，表征由浅入深，分值呈递 减趋势。综合性题目较单一问题表征能力显著降低。女生表 征能力略低于男生，优生较易进入内部表征。通过研究，提 出了对学生进行多元化表征、建构结构化知

2、识图式和增强学 生元知识训练等提高学生生物学问题表征能力的策略。关键词：问题解决表征能力精细作业研究法【中图分类号】g633. 9生物在众多学生的眼中是一门偏文科的课程，大部分学 生认为多记忆就可以把生物学好。然而，随着新课改的实施, 和历年的高考导向都反应了生物问题不再局限于表面层次， 而更注重学生的综合分析和实践应用能力。高中阶段学生对 生物问题的理解程度如何？如何让学生更有效的学习？ 一 直是萦绕于生物教学中不变的话题。对于问题的解决而言，认知心理学认为，对事物正确的 表征是解决问题的关键。larkin和mcdermott 1将表征概 括为4个层次：字面表征；朴素表征，或“真实世界” 表

3、征；科学理论表征，也叫“物理”表征；数学表征。 其中文字表征和朴素表征主要由问题的表面特征决定，属于 低层次的外部表征的范蔣；物理表征主要由问题的深层次规 律决定，属于高层次的内部表征。表征的越深刻，表征的手 段越丰富，问题解决效果就越好。著名认知心理学家simon2 认为若问题有了正确的表征，可以说已解决了一半。本研究采用精细作业分析法，对刚进入高中的高一学生 生物问题解决情况进行了量化分析，分析了在解决生物问题 过程中学生认知层次及遇到的困难，为以后在教学中，有针 对性的培养学生的认知能力，促进高效生物课堂，提供建设 性意见。1研究方法1. 1实验的被试测试形式：闭卷考试。测试的对象是兴义

4、市八中高一年 级高素养班(6)班和(7)班学生，被试人数分别为51人 和53人。1.2实验的工具和方法本研究主要采用精细作业分析法3。精细作业分析法 是指认真研究学生解题过程，从中发现典型的错误类型，同 时根据学生每个表征阶段完成的情况打分，从而对学生各个 层次表征能力实现量化统计分析。这是本文实证部分分析测 试卷时采用的主要方法。典型的错误产生于不完整、不准确 的思维加工，一般不是随机产生的，可以为找出学生认知活 动的过程和特点提供有价值的信息。（1）试卷组成的三个部分 测试的生物问题。题目要能涵盖较多的生物知识和方 法，利于了解和分析学生掌握各个生物知识的情况。题目总 体难度适中，既符合髙

5、考要求，又符合测试人群的能力水平。 根据以上原则，选择了光合作用和呼吸作用问题组成测试用 的生物试题（详见附录）。 辅助问题。由于文字表征和朴素表征较为隐性，并非 显性表征，因此不易从卷面答题情况分析其表征情况。为此, 每道题目都设计了几道辅助问题，用于了解学生其隐性的表 征情况，评分时会根据辅助问题加以评分。（详见附录） 补充测试。学生可能会因为前面层次表征的困难导致 无法继续后面的表征过程，但其实学生是能完成后面的表征 过程的，为了避免此类情况影响分析的结果，因此本研究先 通过辅助问题率选出这部分学生，再告知其对应的光合作用 和呼吸作用过程，或者生物知识和方法分析其是否能完成剩 下的表征过

6、程。（2）表征能力得分的处理方法采用给各个表征阶段分别打分统计的处理方法，每个表 征层次总分为3分。试题a和试题b,以概念一推导一分析 -*设计，由浅入深，设计问题和辅助问题。其中问题和辅助 问题（1）代表学生文字表征层次，问题和辅助问题（2）代 表学生朴素表征层次，问题和辅助问题（3）和（4）代表学 生科学表征层次，问题和辅助问题（5）代表学生数学表征 层次。全对的给3分，只答对辅助问题的给1分，否则得0 分，其他情况酌情给分，但不得超过2分。若学生是通过补充测试求解得出结果，依然根据上述标 准赋分，不作扣分。1. 3数据分析采用microsoft excel 2007对数据进行分析和绘图.

7、2结果分析2. 1各表征层次的差异试题a （光合作用问题）4个表征层次得分呈很显著的 递减趋势。随着表征的深入，得分降低。其中文字表征层次 得分较高，除了 2位同学对题目一知半解，得1分以外，其 他全部能读懂题目并理解题目意思，得3分。数学表征得分 较低，很多同学数学表征过程无从下手，也有大部分同学以 偏概全，不能够全面分析问题，并回归到实际情况设计完整 的实验。（图1）试题b （光合作用与呼吸作用综合问题）4个表征层次 整体也呈递减趋势，但科学表征过程例外，超过了朴素表征 过程得分。可能源于综合题目知识联系的薄弱，或基础的不 牢固。因此注重基本知识，是知识层层深入的基础。（图1）另外，与孙瑞

8、娴4研究结果相同，试题a与试题b各 表征层次，优生表征能力强，问题解决更有效.2.2性别差异从试题a的分析结果看，无论表征过程的哪一阶段，男 生表征能力均优于女生。尤其是数学表征阶段，男生对问题 的理解很明显超过了女生，比女生高0.44分（图2）。试题 b的文字表征与数学表征过程女生略高于男生（图3）。这也 是女生学习扎实，更关注于基础知识的一个体现。同时，女 生的认知过程慢，需要付出比男生更多的努力。表1试题a与试题b表征全体学生平均得分2. 3试题a与试题b表征能力差异总体来说，试题a单独分析光合作用时，学生表征能力要优于光合作用 与呼吸作用综合题。试题b反应的学生表征过程，科学表征反而高

9、于前面的朴素表征甚至文字表征，这在知识的理解过程中是一种反常 现象，同时也反应了学生明显注重后期的分析，而忽略了相 关基础的知识。也可能与老师上课时强调重难点知识有关（表 l）o3教学建议通过对学生问题解决过程中表征能力的研究，发现学生 问题表征水平是可以通过相关有效途径提高的：1、教师在教学中要引导学生对问题进行适当的多元化 表征。加强变式训练，一题多变；或者通过文字、图形等外 在表征，理解问题并将抽象化的信息转化为形象化的图像、符号、图表等；激活头脑中与之相关的图式，建立适宜的科学表征和数学表征。同时,注意让学生及时反馈, 露其思维过程，有针对性的训练重构问题表征的能力。2、建构结构化的生

10、物知识图式提高学生对问题的表征能力5。学生对问题进行表征时总是首先从长时记忆中提 取与外部相近的问题图式，这时问题解决过程基本就是选用 合适的问题图式过程。对于高水平的问题，表征时需要深化 整合、灵活迁移已有的问题图式；对于一些挑战性的问题， 没有直接同化当前情境的图式，问题表征过程也就是尝试建 立这类问题的新图式。3、加强学生的元认知能力培养，提高学生课堂参与度。 研究结果表明元认知与问题表征水平存在较高的相关性，提 高学生的元认知水平，对促进学生问题解决能力的提高有很 重要的作用。4、课堂教学的重心应该在朴素表征和科学表征环节,数学表征可以推移到高三阶段。学生有效的建立了科学表 征，问题解决就水到渠成了。女生的认知过程有别于男生， 科学表征能力略低于男生。在教学中要多关注女生的学习， 必要时辅以多练多记的训练，使男女生能共同发展。参考文献ljlarkin j h et al. expert and novice performancein solving physics problems. science, 1980, 208 (20)2 simon h a著；荆其诚，张厚璨译.人类的认知思维的信