中学生物理学科问题分类表征层次的研究，本文主要内容关键词为：表征论文,中学生论文,学科论文,层次论文,物理论文，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。
物理学科问题分类表征通常是指按照有利于问题解决的标准把物理学科问题分为不同的种类，并对同一类问题的特征进行概括，决定问题所属范畴的过程。问题分类表征是问题表征过程的重要认知活动。从问题表征过程来看，傅小兰（2006）将表征划分为内在表征和外在表征，内在表征是问题解决的关键。问题解决实质上是问题表征从外在表征向内在表征的转换。McDermott和Larkin（1978）认为物理问题解决通常要经历四个表征步骤：文字表征、朴素表征、科学表征、数学表征。邓铸（2003）根据Larkin等的理论，在研究中区分出学生在物理问题解决过程中有六种表征状态：无表征状态、外部表征状态、初级内部表征状态、低层次范畴表征状态、高层次范畴表征状态和符号化表征状态。 学科问题分类经常被用来评价被试对问题的表征是否正确以及被试运用学科知识解决不同类型问题的能力。罗奇、唐剑岚（2013）认为，要提高学生数学解题能力需要加强其数学问题图式建构能力和问题表征能力。路海东、董妍（2003）通过对40名小学五年级学生进行数学应用题表征策略的研究探讨，发现个体表征方式对问题解决有着重要影响。程海龙、黄兴丰（2003）通过调查发现，学生对数学问题的表征存在程序性表征、发展性表征、概念性表征三种不同的水平。冯虹、阴国恩、安蓉（2007）对算术应用题的分类结果研究发现，数学成绩优生倾向于按照题目的深层特征进行分类，而数学成绩差生倾向于按照题目的表层结构进行分类。 研究学生对学科问题的分类表征对提高学生解决问题的能力，改进教学具有重要的意义。基于问题表征过程的研究成果，本研究提出了文字分类表征、外在分类表征、内在分类表征三个对物理学科问题的分类表征层次，用来评测和分析学生分类表征水平。从有利于促进问题解决的角度，按内在分类表征的层次最高，其次外在分类表征，再次文字分类表征。本实验的主要目的是运用认知作业法探查中学生物理学科问题分类表征层次及其与物理学业成绩的关系，并在此基础上提出相关教学建议。 按照分层随机抽样法在济南市抽取好、较好、一般3所高中和3所初中学校。在每所初中学校抽取九年级学生108人，共324人，其中物理学优生54人、学困生54人，实获有效被试273人。在每所高中学校抽取高一学生84人，共252人，其中物理学优生42人、学困生42人，实获有效被试233人；抽取高二年级理科班学生96人，共288人，其中物理学优生48人、学困生48人，实获有效被试260人。实际有效被试共计766人。被剔除的无效被试主要原因是信息缺乏真实性、信息不全等。 物理学优生、学困生的界定：主要以上学期期末物理考试成绩为依据，学优生是在每所学校的年级排名前100名的学生，智力正常；学困生是在每所学校的年级排名后100名～200名学生，智力正常。 2.实验材料 由5名中学物理教学专家和教师共同编制的三套分类测验题及答题纸。依据专家、教师对物理学科问题类别分类的一致性，选出了四类应用题：利用物理公式比值解决问题，通过控制变量进行物理实验解决问题，利用图示法解决问题，利用物理属性概念解决问题。从大量的九年级物理学科问题中按专家的分类标准筛选出4类应用题，每类15道题，共60道题。经过难度测评，每类选取10道一般难度的题目作为正式实验用题。最后，随机从四类题中抽取相同数量的题目，按二类、三类、四类编成三套含有12道物理应用题的分类测验题，每套题中的题目随机排列。 3.实验设计 采用3（年级：九年级、高一、高二）×2（学业水平：学优生、学困生）×2（性别：男、女）×3（类别数量：二类、三类、四类）的实验设计。 4.实验程序 在每所学校里，把抽取的每个年级的物理学优生和学困生分别集合到两个教室，将相同份数的含有二类、三类、四类的物理学科分类测验题随机分发给两个教室的被试。教室环境保持安静。 发放分类测验题和答题纸后。主试宣读指导语：“同学你好！我们在做题的时候常常要分析这个题目属于哪一类，从而找到解题方法。每位同学都有一份含有12道题目的分类测验题，根据测验题中的指导语的要求，这12道物理题可以分为两类、三类或者四类。请你对这些题目认真分析后进行分类（不用做题），并在答题纸上写出类别及对应题号和分类理由。如果有多种分类方法，欢迎你把它们都写出来。本测验不记名。时间不超过20分钟。” 要求学生在答题纸上填写自己上学期期末物理学科考试成绩。并要求学校提供参加测试学生的上学期期末的物理成绩单，以便核对学生自己提供成绩信息的真实性。测试于学年第二学期开学5周后进行，一周内完成。 5.因变量的评测及统计 实验的因变量为被试对物理学科问题的分类表征层次。 分类表征层次评价标准：如果被试的分类类别标签和分类理由是基于题目文字描述中个别相似的字词、符号、图形而做出的分类和解释，记为文字分类表征，例如把题目中有图表分为一类，无图表的分为另一类。如果被试的分类类别标签和分类理由是基于题目的表面含义，以文字描述的问题情境的成分和结构进行的，没有按照题目的解题思路的相似性进行分类，记为外在分类表征，例如把题目按电磁学、力学、光学、热学等进行分类。如果被试的分类类别标签和分类理由是基于题目的内在关系、深层结构、解决问题思路方法或数学模型进行分类，记为内在分类表征，例如按图像法、控制变量法、公式法等解决问题方法进行的分类。有效被试进行的这3种以外的分类结果均记为其他分类。 运用SPSS 17.0对实验数据进行管理和分析。 三、结果和分析 1.学生对物理问题分类表征层次的差异分析 被试对物理问题分类表征层次的基本分布情况与差异分析见表1。
从表1中可以看出，学生选择在不同物理问题分类表征层次上的差异达到显著水平（p＜0.001）。学生更多的进行了外在分类表征，占整体被试的45.8%；其次是内在分类表征占34.6%；其余14.8%的被试倾向文字分类表征。 2.不同水平学生对物理问题分类表征层次的差异分析 不同变量水平下的学生对物理问题分类表征层次的差异分析见下页表2、表3和表4。
从表2、表3、表4中可以看出，不同年级学生的分类表征层次的差异达到显著水平（p＜0.001）。进一步分析发现，九年级、高二年级学生均与高一学生存在分类表征层次上的显著差异（
=20.311，p<0.001；
=11.566，p<0.01）；而九年级学生与高二学生之间差异不显著（
=6.910，p>0.05）。不同学业水平的学生在选择不同物理问题分类表征层次上的差异显著（p<0.001）。学优生选择内在分类表征的比例占48.3%，明显高于学困生，学困生文字分类表征和外在分类表征的比例明显高于学优生。整体上，男女中学生对物理问题分类表征层次不存在显著差异，进一步分析发现，在高二年级水下下男女生分类表征层次有显著差异（
=11.211，p<0.001），在学困生中，男女生之间分类表征层次有显著差异（
=15.242，p<0.001），更多的女生倾向于外在分类表征。 3.分类数量对中学生物理问题分类表征层次的影响 从表5中可以看出，不同类别数量对学生物理问题分类表征层次的选择存在显著的影响（p<0.001）。进一步分析发现，不同类别数量条件下，两类和三类、两类和四类、三类和四类的类别数量的学生问题表征层次均在显著差异（
=19.991，p<0.001；
=27.503，p<0.001；
=9.402，p<0.05）。此外，高一、高二年级学生对不同类别数量的物理问题分类表征层次的差异显著（
=16.892，p<0.001；
=25.406，p<0.001）。学优生和学困生对不同类别数量的物理问题的分类表征层次也存在显著差异（
=19.812，p<0.001；
=14.546，p<0.05），学优生对类别数量多的物理问题的分类更倾向于内在分类表征，学困生则更倾向于外在分类表征。
4.不同分类表征层次下学生物理成绩间的差异分析 从表6看出，对物理问题采取不同分类表征层次的学生的物理成绩间存在显著差异（p＜0.001）。进一步分析发现，采用内在分类表征学生的物理成绩显著高于采取外在分类表征和文字分类表征学生的物理成绩（p＜0.001），文字分类表征学生的物理成绩与外在分类表征学生的物理成绩差异不显著（p＞0.05）。
1.中学生物理问题分类表征层次的年级差异 总的来看，不同年级中学生分类表征层次存在着随年级升高而升高的趋势。在分类表征层次比较中，九年级学生低层次的表征（文字分类表征和其他）的比例均大于另外两个年级学生，但九年级学生比高一学生更多地采用了内在分类表征，可能是他们对刚学习过知识的分类测验题比较熟识，存在一定的近因效应，这有待进一步研究。三个年级学生采用文字表征和其他的比例都相对较低，意味着中学生问题表征的整体发展水平较高。不同年级学困生的分类表征层次随年级升高的趋势也很明显。该研究结果与一些研究的结果一致，如冯虹、安蓉、阴国恩等人（2007）以初中代数应用题为材料，探讨了不同年级学生对代数应用题的分类结果与数学成绩的关系研究，结果表明，不同年级学生对代数应用题分类结果差异显著，随着年级的增长，被试越来越倾向于按照题目的深层结构进行分类。巫建芬（2007）研究发现，在问题表征水平上高三年级学生排除题目干扰信息的能力比高一年级强，在出现题目不同表述形式条件下，高三年级学生的类别表征受到影响更小。 2.中学生物理问题分类表征层次的学业水平差异 不论整体来说，还是从不同年级、不同性别，以及对不同分类任务的分类结果分析，学优生的分类表征层次均明显高于学困生。学优生较多采用了内在分类表征。冯虹、安蓉、阴国恩等人（2007）通过学生对算术应用题的分类结果研究发现，数学成绩优生倾向于按照题目的深层特征进行分类，而数学成绩差生倾向于按照题目的表层结构进行分类。汪利兵（2009）在物理学科研究中也发现学优生在问题表征层次上优于学困生，能更好地提取隐含信息，并且学优生的问题表征更具科学性。何伯锋、蔡笑岳（2012）以529名七年级学生为被试，测查学生在数学学习中的学科领域知识表征特点，结果发现学优生的学科领域知识表征水平显著高于中等生和学困生。 3.中学生对含有不同类别数量物理问题分类表征层次的差异 对不同类别数量的物理问题的分类结果之间有显著的差异，反映出分类任务的类别数量对分类表征的影响。不同类别数量对学生的分类表征层次影响显著，较多的学生对三类、四类数量的物理问题倾向于采用外在表征。类别数量不同的物理问题，其分类难度不同，本研究显示了分类任务的难易对分类结果的不同影响，二类数量物理问题比较简单容易，四类的就比较复杂，难度较大，类别数量越多，学生越倾向使用外在分类表征。 在其他任务难度因素影响下，学生表现也出现同样的变化趋势。Dori和Hameiri（2003）在对多维分析系统教学的实践研究中发现，学生解题的正确率随任务难度增加而降低。侯新杰、姜金伟（2008）发现学生对题目提示信息的需求也会随题目难度变化而变化，随着物理问题难度增大，学生需要寻求示意图以外的参数信息的提示，从而成功解决问题。 4.不同性别中学生物理问题分类表征层次的差异 不同性别中学生对物理学科问题分类表征层次没有显著差异。与其他实验因子交叉分析发现高二男女生在表征层次上有差异，女生更多采用外在分类表征，比例占48.1%；学困生的男女生之间有差异，也是女生更多采用外在分类表征，比例占61.58%。由此推断女生可能更多倾向于采用外在表征进行分类。这有待于进一步研究。 5.中学生物理问题分类表征层次与其物理成绩间的关系 沈南杰（2013）通过教学实践结果分析得出结论，在课堂教学中进行物理问题表征等方面的训练能显著提高学生物理问题解决能力。说明学生物理问题表征能力的提高有利于其成绩的提高。本研究进一步显示，分类表征层次不同的学生，其物理成绩有着显著的差异，分类表征层次越高的学生其物理成绩越好。可能说明在教学过程中，有效地贯穿问题表征教学以及对学生表征能力的培养可以有效提高学生成绩。 6.教学建议 依据实验结果提出如下教学建议：①教师在物理学科知识教学设计与实施中强化原型和变式教学，强化按学科知识应用和解题方法标准题型分类训练和问题图式训练。②针对不同年级的学生学科问题分类表征的差异实施不同的教学，对低年级中学生和学困生的分类训练注重促进学生由样例类别学习向规则类别学习转化，对高年级学生和学优生加强问题图式归纳教学。③在教学过程中，教师应引导学生自主建构学科领域知识结构，培养学生知识分类学习意识和思维习惯，提高解题效率。 本研究条件得出如下结论：（1）中学生对物理学科问题分类表征层次呈随年级升高而升高趋势。（2）不论从不同年级、不同性别，还是从对不同分类任务的分类结果分析，学优生的分类表征层次都明显高于学困生，更多地倾向于采用内在分类表征。（3）不同类别数量的物理问题对中学生的分类结果影响显著，随类别数量增多，更多的学生倾向于外在分类表征。（4）不同性别的中学生对物理学科问题的分类表征层次没有显著差异。（5）不同物理学科问题分类表征层次的学生物理成绩之间存在显著差异。
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