基于新教育目标分类的物理问题分类框架构建_物理论文

基于新教育目标分类学的物理问题分类框架的构建，本文主要内容关键词为：分类学论文,框架论文,物理论文,目标论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      2012年，世界经济合作与发展组织在其《为21世纪培育教师和学校领导者：来自世界的经验》的报告中，将问题解决列为学生必须掌握的21世纪基本技能之一。[1]于是，如何培养学生的问题解决能力就成为摆在任课教师、课程专家和教育研究者面前的重要课题，前人对此也做了大量的研究。研究结果表明，问题设计的水平决定了学生思维的水平，高级思维问题有利于培养学生的问题解决能力，帮助他们向专家型解题者转变。[2][3]针对如何提高问题设计的水平，以“问题”为动力促进学生的思维发展，教育研究者将认知科学和行为科学引入到教学中，试图揭示问题解决过程的复杂性和动态性。研究认为，问题解决本质上是解题者以解题目标为导向，应用各种认知活动和技能进行思维操作的过程。[4][5]因此，选择和设计高级思维问题的关键就在于对问题的构成要素、本质特征及其所涉及的认知过程是否具有清晰的认识。然而就物理学科而言，现有的问题分类研究仅局限于问题的知识内容、难易程度和固有特性的表征，[6][7]没有考虑到认知过程的维度问题，以至于教师在教学实践中难以做到有效培养学生的高级思维能力。所以，本文以物理学科为研究对象，尝试构建问题分类的框架，以期通过该框架解析问题本身和认知过程之间的动态关系，并为问题分类法的研究提供新的视角和方法。

      一、物理问题分类框架的基础

      通过细致分析各种教育目标分类学可以发现，这些视角各异的分类学包含了问题解决所需的两个基本要素：知识和认知过程，为本研究提供了有力的参考依据。在该领域中，影响最大的当属布鲁姆教育目标分类学，然而它是一维的，没有把知识从认知加工中分离出来。在其基础上，安德森等人于2001年发表了布鲁姆分类学的修订版，采用了知识和认知过程的二维框架，[8]但其知识维度中所包含的元认知知识不属于物理问题本身的知识范畴。基于皮亚杰的发展阶段论，比格斯建立了SOLO分类评价理论，这一理论虽然对学生在问题解决时所达到的思维水平进行了等级划分，[9]却没有在知识与认知过程之间划分清晰的界限。此外，豪恩斯坦教育目标分类学把知识（学习者内在的品质）与信息（他人的知识）分成了两个部分，并且将知识的加工考虑成知识的同化，没有涉及问题的解决过程。[10]

      2007年，马扎诺在人的行为模式基础上提出了新教育目标分类学（The New Taxonomy of Educational Objectives，NTEO）的二维框架模型，目的在于培养学生的高级思维能力。其知识领域维度中的信息和心智程序类似于物理问题的陈述性知识和程序性知识，[11]思维系统维度中的认知系统与物理问题解决中的认知过程相匹配。同时，参照人的学习行为模式可以做出问题解决过程的行为模式图，如图1所示。[12]从图中可以看出最高层级的自我系统是一个由学生的态度、信念以及期望组成的系统，它决定了学生解题的动机和意图。当学生决定解决新问题时，元认知系统就被激发了。在这个水平上，元认知系统负责制订解题目标和解题策略，并对认知系统进行监控、评价和调节，而认知系统的任务是对知识进行有效的处理和加工。综上所述，在众多的教育目标分类学中，选择马扎诺分类学作为构建物理问题分类框架的基础最为适合。

      

      二、物理问题分类框架的构建

      知识是思维活动的载体，如果没有足够的学科知识，问题解决过程就不能顺利进行，所以物理问题分类的框架中应该包含知识维度。根据新教育目标分类学，任何一个学科领域的知识有三种类型：信息、心智程序和心理动作程序。[13]由于心理动作程序是指个体所使用的各种身体运动过程的组合，与书面类型的物理问题不相关。所以，本研究只把信息和心智程序纳入物理问题的知识维度中。其中，“信息”是陈述性知识，关注问题的内容，可以被描述为“是什么（what）”的结构句式；而“心智程序”是程序性知识，关注学生是怎样解题的，可以被描述为“如何做”的结构句式。新教育目标分类学中，按照意识的参与程度思维系统自上而下被分为三个系统，六种加工水平：

      水平6：自我系统

      水平5：元认知系统

      水平4：知识运用（认知系统）

      水平3：分析（认知系统）

      水平2：领会（认知系统）

      水平1：提取（认知系统）

      在思维系统中，自我系统处于层级的顶端，它是任务动机的“决定者”，不属于认知过程，但却影响和制约着元认知系统和认知系统的正常运作。元认知系统是认知行为的“调控者”，具有目标设定、过程监控、监控清晰度、监控精确度四个功能。认知系统是信息的“加工者”，负责对不同类型的知识进行处理和加工。[14]虽然在术语表达上有所不同，但是马扎诺提出的认知系统与问题解决中的认知过程相类似，核心思想都是对知识的处理和加工，故而本文选取认知系统来命名框架的另一个维度。基于上述分析，物理问题的分类框架可以被构建成包含知识领域和认知系统的二维模型，并且每个一级维度都有具体的类目，类目之间的作用是相互的、动态的，如图2所示。框架左边的认知系统由下至上分为四个加工水平：提取、领会、分析和知识运用。框架右边是物理问题的知识领域：信息和心智程序。

      

      三、物理问题分类框架的类目解析

      由上文可见，物理问题分类框架中的两个维度包含了不同的类目，参照新教育目标分类学，本文将对每个类目做进一步细分，并对每个子类别进行阐述。对子类别的详细阐述可以让任课教师、课程专家和教育研究者对分类框架有清晰的了解，从而使他们可以有效地选择和设计高级思维问题，评估学生在问题解决过程中的加工水平，或者在此基础上做更深层次的研究。

      （一）知识领域

      结合物理学科知识的特点，表1列出了信息和心智程序的子类别及其定义和示例。在信息领域中，新教育目标分类学中的“情节”被修订为“物理情境”，并且将“时间序列”和“因果序列”包含在“物理情境”中。由于物理知识还涉及经典物理学理论和近代物理学理论，所以参考布鲁姆教育目标分类学，在信息类目中增加了（I5）“物理理论、模式与结构”这一子类别。

      （二）认知系统

      水平1：提取（retrieval）

      提取包括对知识的回忆和执行。回忆是指再认和再现知识，再认意味着将问题中的知识与存储在长时记忆中的知识进行匹配，而再现则需要在再认的基础上作进一步的推断。执行是指应用程序性知识完成解题所需的步骤。它们对信息和心智程序的加工行为如下页表2所示，其中信息是陈述性的知识，所以它只能被回忆不能被执行。

      水平2：领会（comprehension）

      

      领会比理解要求更多的意识思维，它包含两个相联系的子类别，整合和表征。整合是指在明确解题所需物理知识的基础上，对知识要点进行处理，并以简化和概括的形式进行组织。表征则是将整合过的物理知识转变成准确的符号或形象方式，即语义或非语义方式。它们对信息和心智程序的加工行为如表3所示。

      

      

      水平3：分析（analysis）

      与领会相比较，分析对知识的加工更进一层，它包含了比较、分类、错误分析、概括和具体化五个子类别。比较是分析过程中最基本的处理程序，主要负责辨别物理问题中各知识组成部分之间的异同与联系，通过比较可以加深对问题的理解。分类是指明确知识的层次关系，确定问题中的知识所属的上位类别和能被组织成的下位类别。错误分析旨在判断问题所含知识的合理性或逻辑性，是假设和评价知识的重要思维过程。概括是指对原有物理知识进行归纳总结，并推断出新的概括或原理。具体化则是将已知的概括和原理应用到新的情境中。它们对信息和心智程序的加工行为如表4所示。

      

      水平4：知识运用（knowledge utilization）

      在认知系统当中，知识应用处于最高水平，对知识有着最多的思维加工，它包含决策、克服障碍、实验探究和调查四个子类别。决策是指能在两个或多个解决方案中作出选择。在新教育目标分类学中，限制性条件和障碍被看成了需要解决的“问题”，属于对问题解决狭义范围的理解。所以，认知加工水平4中的第2个子类别（K2）“问题解决”被修订成了“克服障碍”，意指突破物理问题中的条件限制或者克服障碍完成任务。实验探究是指为了更好地了解物理现象，提出假设并遵循统计学的假设检验标准来进行验证。调查则是用结构合理的逻辑观点和主张，对过去、现在和未来的事件作出假设和验证。它们对信息和心智程序的加工行为如表5所示。

      

      四、基于框架的物理问题分类

      如上面表1—表5所示，文章将知识和认知系统按照从简单到复杂、具体到抽象的不同程度划分了层级结构，并对每一层级进行了标注。如，（I3）表示信息中的“物理情境”，（M3）表示心智程序的“技巧”，（R1）则表示认知系统的“再认和再现”，为提取水平的第一个子类别。依据二维分类框架的层级标注，可以将物理问题进行三种不同类型的分类编码。使得教师、课程专家和教育研究者能够高效、快速地了解学生解题时所需的最高加工水平，加工过程和知识类型。以下是结合高中物理必修2中的一个具体实例，对物理问题分类编码类型的详细阐述。

      例题：“2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，近似地把飞船从发射到降落的全部运动看作绕地球的匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度（已知地球的质量M=6.0×

kg，地球的半径R=6.4×

km）。[15]

      学生在问题解决过程中，对信息的加工包括：回忆向心加速度、向心力、引力的概念，牛顿第二定律和万有引力定律；过滤无关信息，决定需要考虑的关键因素，即整合物理情境；表征整合过的信息，如画出宇宙飞船运动的草图，用数学公式表征各物理量。心智程序方面的加工包括：执行“依据牛顿第二定律和万有引力定律写出方程”的单一规则，求解方程得出结果。

      分类法1：依据问题解决时所需要的最高加工水平进行分类。

      学生解题时，在最高加工水平上需要对信息（I）进行表征（C2），并执行（R2）心智程序（M），所以可以将该题编码为（C2:I，R2:M）。

      分类法2：依据问题解决时的加工类别与数量进行分类。

      问题解决过程中，学生对信息的加工包含了回忆（R1）、整合（C1）和表征（C2），而对心智程序的加工只有执行（R2）。所以可以将该题编码为（C12，R1:I，R2:M）。

      分类法3：依据加工的类别及其所对应的知识子类别进行分类。

      分类法3是在分类法2基础上的分类编码，即标明加工水平所对应的知识类别。例题中，回忆、整合、表征所对应的信息子类别分别为概括和原理（I4），物理情境（I3），物理情境（I3）及概括和原理（I4）。执行所对应的心智程序子类为单一规则（M1）。所以例题可以编码为（C2:I34，C1:I3，R1:I4，R2:M1）。

      五、总结与建议

      本研究以马扎诺的新教育目标分类学为理论依据构建了物理问题分类的二维框架，并以该框架为基础进行了物理问题的分类编码。与其他问题分类法比较而言，此分类框架不仅适用于物理学科，还可以运用到其他学科，具有较好的推广性。同时该框架操作性良好，教师、课程专家和教育研究者可以依据各自不同的需求选取不同的分类方法，将现有的问题进行分类编码，或者依此设计高级思维问题，继而建立相应的问题题库。然而该分类框架只研究了认知系统，希望本文的介绍能够抛砖引玉，引起更多学者的关注，并在此基础上将该框架扩展到学生思维的元认知系统和自我系统，考虑学生的态度、认知论、信念等，使物理问题的分类框架更加完备。

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