物理问题解决的影响因素研究，本文主要内容关键词为：物理论文,因素论文，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。
一、物理问题解决影响因素的理论建构
目前，问题解决研究的取向表现在以信息加工心理学的产生式问题解决理论为基础，崇尚精确的实验设计、严格控制的实验方法，认为问题解决过程中心理现象的联系是线性的和决定性的。由于这一取向在理论基础和方法上的局限，尚有很多问题没有完全解决。比如，信息加工理论在知识贫乏领域问题解决中具有较高的效度，但在知识丰富领域问题解决中效度不高等，都值得进一步研究。
与此同时，当代认知心理学的研究也在发生深刻的变革，显著特征表现为生态化趋势，突出体现在认知研究对现象的回归。所谓回归现象就是要研究现象，而不是拘泥于实验室中的心理模型构建，更不是迫使被试就范于研究者“精巧”的实验设计。基于此，本研究尝试采用生态学方法研究知识丰富领域的问题解决。
为此，我们选取知识丰富领域的问题——原始物理问题，[1]综合运用问卷调查法及测验法，采用结构方程模型方法，整合性地分析中学生解决物理问题的影响因素以及影响因素之间的关系，以期对物理问题解决研究的发展有所启迪。
笔者基于前人的研究结果和本研究的特点，提出以下假设：（1）物理知识是物理问题解决的影响因素；（2）物理方法是物理问题解决的影响因素；（3）思维深刻性品质、灵活性品质、独创性品质和批判性品质是物理问题解决的影响因素。
近年来，国内关于物理问题解决影响因素的研究主要是由邓铸等人所做的工作。邓铸基于前人的研究和大量分析，提出了问题解决影响因子的路径假设模型，这一模型的变量分别是专门知识、问题表征、聪慧性、学习风格、状态元认知和心因性干扰。协方差建模结果显示，模型的吻合度很低。重新提出假设模型，模型的吻合度还是很低，依然没有得到满意的协方差结构模型，因此，放弃模型的建立。[2]我们认为，问题解决影响因素结构方程模型建立的关键，在于理论建构是否正确。为此，笔者进行了深入的理论思考。
从整体上看，学科教学内容是由学科知识和科学方法组成的。因此，问题解决就必然与这两个基本因素有关。进一步细化这两个因素，就有可能寻找到问题解决的影响因素。依据上述思想，学科知识就成为问题解决的第一个影响因素。这一假设与已有研究结论一致。其次是科学方法对问题解决影响的认识问题。长期以来，对于科学方法，人们往往把强认知方法（Strong Cognitive Methods）与弱认知方法（Weak Cognitive Methods）混为一谈。强认知方法是特定专业领域的独特认知方法，往往与专业知识紧密结合，不容易区分，一般与专门知识有密切关系。弱认知方法是可以被运用到各种问题解决过程中的一般策略和方法，也属于通用问题解决方法，一般与智力因素有更密切的联系。我们认为，在物理问题解决中，强认知方法就是物理方法，而弱认知方法就是思维方法。
通过对科学方法的正确分类，物理问题解决影响因素的理论建构趋于明朗。由于科学方法是问题解决的影响因素，因此，物理方法就成为问题解决的第二个影响因素。这一假设与已有研究结论一致。研究表明：知识丰富领域的问题解决更多地依赖于特殊问题解决方法即强认知方法。[2]
怎样处理弱认知方法在问题解决影响因素中的维度，是一个非常重要的问题。根据以往研究，我们认为，弱认知方法是问题解决影响因素并且可以用四种思维品质来表达其维度。这是因为，弱认知方法与思维方法以及思维品质理论实际上是思维的不同表达方式。由于思维品质具有内在的结构，[3]因此，就较好地表达了问题解决影响因素中弱认知方法的维度。
通过理论建构，我们提出了物理问题解决影响因素的假设模型，如图1。
二、物理问题解决影响因素的研究结果
本研究采用先对被试进行原始物理问题解决测试，然后完成原始物理问题解决影响因素问卷的实验方法。共发放问卷450份，问卷全部收回，剔除无效问卷42份，整理出有效问卷408份。
本研究共有10名主试，在正式施测前，主试接受了严格培训，告诉测试流程以及发放问卷时必须宣读指导语。然后由主试在班级中施测，当场收回问卷与测试卷。被试为北京市某示范高中三年级学生450名。
本研究使用的工具是《原始物理问题测验工具》[4]、《原始物理问题解决影响因素问卷》。[5]《原始物理问题解决影响因素问卷》采用Likert五等级记分，问卷得分越高表明问题解决能力越强，问卷得分越低表明问题解决能力越弱。该问卷共有六个维度，分别是：物理知识，物理方法，思维品质的深刻性、独创性、批判性、灵活性。每个维度有10个问题。
一直以来，心理和教育研究者所面临的任务之一就是在非实验条件下，揭示某一变量独立于其他变量的影响。而当前新的统计思想和统计技术可以为我们完成这一任务提供有力的手段，如结构方程模型（Structural Equation Modeling，SEM）分析的方法。以结构方程模型来进行传统的路径分析，可以说是SEM最重要的应用价值之一，SEM分析软件与技术原理可以完全取代过去路径分析的任务，更可以超越过去路径分析只能以外显变量作为分析变量的限制，透过统合模型分析（Hybrid Modeling）的运用，可以巧妙地将因素分析的概念与技术融合到路径分析的检验中。所谓统合模型就是同时包括测量模型与结构模型的SEM模型。在本研究中应用结构方程模型分析的思想，采用AMOS4.01版本的统计软件来探讨各思维品质、物理方法、物理知识和物理成绩之间的关系。
我们的模型假定，中学生解决物理问题的影响因素包括六个：分别是物理知识和物理方法、思维品质的深刻性、独创性、批判性、灵活性。借助于《原始物理问题解决影响因素问卷》以及《原始物理问题测验工具》，采用AMOS 4.01软件对数据进行分析，从而检验物理问题解决影响因素的假设模型。结果如图2，表1。
Steiger（1990）认为，RMSEA低于0.1表示好的拟合，本模型的RMSEA值在0.08以下，其拟合结果可以接受。CFI和NNFI（TLI）大于0.95，表示模型拟合得较好。[6]这样，就验证了物理问题解决的影响因素假设模型。
三、物理问题解决影响因素研究对物理教育的启示
在本研究中，以思维品质理论为基础，结合物理知识与物理方法，成功地构建了物理问题解决的影响因素结构方程模型。以下进行讨论。
（一）物理问题解决影响因素的预测作用
模型显示，物理问题解决由思维品质、物理知识和物理方法共同起作用。在上述因素中，思维品质是问题解决的基础与起点，并且通常先有思维品质的参与，然后才有物理知识和物理方法的参与。一方面，没有思维品质的参与，就不可能成功地解决问题。另一方面，思维品质的作用又是间接的，它不直接与原始物理问题发生联系，而是通过与物理知识和物理方法结合促进问题的解决。物理知识和物理方法作为中介变量，在思维品质与原始物理问题之间起到了桥梁作用。
进一步，从影响因素的来源看，影响因素的性质有所不同。思维品质是主观的，因为它是大脑的功能，代表着人的因素。而物理知识与物理方法是客观的，代表着物的因素。因此，模型事实上显示了只有把主客观相互协调，才能解决问题。不仅如此，模型还显示，影响因素之间的关系还存在着复杂的交互关系。在这个意义上，模型的建构符合相互作用心理学理论。[7]
物理知识进入结构方程模型符合我们的预期，而物理方法进入结构方程模型则有着重要的启示。这是因为，由于传统原因，我国物理教育通常强调对学生进行物理知识传授与训练，淡化科学方法的教学与要求，这在理论上不符合问题解决的心理机制，在实践上也造成了消极的影响。根据结构方程模型的结果，由于物理方法是问题解决的重要影响因素，因此，物理教学就不能把科学方法掌握与问题解决训练割裂开来，而需要紧密结合。
思维品质进入结构方程模型则带给我们新的启迪。长期以来，我国物理教育一直存在着“题海战术”倾向，习题虽然在形式上联系了现象，但却提供了完美而详细的数据，实际上并没有给学生提供真实的问题情境，因此使得习题教学在培养学生思维品质上的效果大打折扣。原始问题则把每个已知量镶嵌在真实的现象中而不直接给出，需要学生根据情境，通过分析、综合、抽象、概括等方式进行定义，再构造出理想的模型，经过一层层的“剥开”过程，最终使结论“破茧而出”，从而把思维品质训练落到实处。
“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”这是大家耳熟能详的“钱学森之问”。我们认为，造成这种现象的原因固然很多，但我国科学教育忽视学生思维品质的培养则是其中最主要的原因。长期以来，我国科学教育的训练方式单一而且固定，这种方式主要就是习题训练。由于习题解答只是一种机械模仿，基本不涉及思维品质的参与。从而形成了我国学生“善于考试但不会做研究工作”的问题。[8]而原始问题解决则不然，它的解决必须借助于思维品质。正如参加测验的中学生所言：“原始物理问题和习题最大的区别在于：习题是将一个具体模型呈现在你眼前，为你指出明确的方向。只要过程清晰列出，不出差错和失误一般都会得分；原始物理问题是要自己把模型列出，没人领你一段路，需要自己选择方向，开拓道路。于是，难点就出现在选择哪条路上。那模型怎样才能一下子就正确地抽象出来呢？”[5]而这样“一段路”，就是习题解答与原始问题解决的差异，于是学生才会发出“模型怎样才能一下子就正确地抽象出来呢”的感慨。
（二）思维品质对物理问题解决的预测作用
在假设模型中，我们提出四种思维品质与物理知识、物理方法都发生联系。而结构方程模型的结果则表明，思维品质与物理知识、物理方法的关系和假设模型基本一致，但也有所不同，体现了结构方程模型的功能。
第一，模型显示，思维灵活性既不与原始物理问题发生直接关系，也不通过物理知识作用于原始物理问题，而是通过物理方法作用于原始物理问题。思维灵活性对物理方法的回归系数为0.16。
对上述结果进行解释，需要深入考察思维灵活性的本质。思维品质理论认为，思维灵活性主要体现了“迁移”，强调学生能用多种方法解决问题，在解决问题过程中产生积极的联想，注重问题解决的细节，而不是单纯强调运用知识解决问题。因此，模型显示出思维灵活性通过物理方法作用于原始物理问题，与思维灵活性的定义在本质上是一致的。此外，物理知识本身的客观性也决定了其内涵的确定性而不能“灵活”。
第二，模型显示，思维批判性不与原始物理问题发生直接关系，也不通过物理知识作用于原始物理问题，而是通过物理方法作用于原始物理问题。思维批判性对物理方法的回归系数为0.16。
思维批判性不作用于物理知识，是因为物理知识是前人智慧的结晶，是经过反复验证后证明正确的东西。因此，思维批判性在问题解决中更多地表现为在思维过程中不断地分析解决问题所依据的条件和反复验证业已拟定的假设、计划和方案，在思维活动中客观地考虑正反两方面的证据，坚持正确计划，修改错误方案，对以往经验、定势思维进行批判，对思维过程进行反省和监控，而不为情境性的暗示所左右，并反思研究结论的正确性。[3]
研究显示，上述两种思维品质在问题解决中的作用具有相似性。因为它们既不与原始物理问题发生直接关系，也不通过物理知识作用于原始物理问题，而是通过物理方法作用于原始物理问题，甚至它们对物理方法的回归系数都是相同的。这一结果对思维品质理论的进一步研究具有启示意义。
第三，模型显示，思维深刻性不与原始物理问题发生直接关系，但思维深刻性既通过物理知识作用于原始物理问题，又通过物理方法作用于原始物理问题。
思维深刻性对物理知识的回归系数为0.11，对物理方法的回归系数为0.68，说明思维深刻性对物理方法的贡献远远大于对物理知识的贡献，这也在一定程度上说明，对于原始物理问题的解决，思维深刻性品质与物理方法的关系比与物理知识的关系更加密切。
思维深刻性的本质是抽象，进一步说，就是抓住事物的规律。因此，思维深刻性通过物理知识与物理方法作用于原始物理问题，主要体现为学生透过物理现象把握原始物理问题的本质。当然，这一过程也涉及在该情境下对物理知识与物理方法的真正认识。因为问题解决本身是复杂的思维过程，包含着对信息的提取、识别与组织加工。已有研究发现在物理问题解决中抽象概括思维特质与问题解决能力之间存在着显著相关，说明被试在问题解决，特别是复杂问题解决中，更需要一定深度的抽象性思维，需要能有效整合信息的概括性思维。[2]这与本研究的结论是一致的。
第四，模型显示，思维独创性不与原始物理问题发生直接关系，但思维独创性既通过物理知识作用于原始物理问题，又通过物理方法作用于原始物理问题。
思维的独创性包括对于问题有敏锐而深入的洞察和直接的本质理解，并在现有材料基础上进行想象，能够通过把知识与方法迁移到问题解决中，找出新颖的交接点与突破口。[9]
思维深刻性与思维独创性在原始物理问题解决中的作用具有相似性。这表现为它们不与原始物理问题发生直接关系，但它们既通过物理知识作用于原始物理问题，又通过物理方法作用于原始物理问题，同时它们对物理知识的回归系数是相似的（思维深刻性对物理知识的回归系数为0.11，思维独创性对物理知识的回归系数为0.16）。但两者对物理方法的回归系数差异很大。思维深刻性对物理方法的回归系数为0.68，而思维独创性对物理方法的回归系数仅为0.22。
美国加州大学的维特罗克（M.C.Wittrock）提出了“生成性学习”理论，认为学习是学习者生成信息的意义的过程，意义的生成是通过原有认知结构与从环境中接受到的感觉信息的相互作用而实现的。[10]我们认为，“生成学习”理论最重要的思想就是“生成”。在原始物理问题解决中，这种“生成”只有通过思维品质才能实现。因为只有思维品质是大脑的功能，才具有“生成”新概念、新理论的生理基础。而物理知识与物理方法是客观的，它们更多的是参与到新概念、新理论的“生成”过程中而不会“生成”新的东西。在这个意义上，思维品质具有“生成”性，是创造力产生的源泉。
（三）知识与方法对物理问题解决的预测作用
模型显示，物理知识与物理方法之间的回归系数为0.70，是影响因素之间回归系数最大的，说明物理知识与物理方法存在着密切的关系。
模型表明，物理知识直接作用于原始物理问题，但物理知识对原始物理问题的回归系数（0.19）小于物理方法对原始物理问题的回归系数（0.27），说明在原始物理问题解决中，物理知识的作用要小于物理方法。
已有研究认为，物理问题解决受到的最显著影响来自于专门知识。专门知识在知识丰富领域问题解决中起着非常重要的作用，甚至是决定性的作用。其次为状态元认知和抽象概括性学习风格。[2]这与我们的研究结论并不一致。我们认为，产生这种差异的原因有两个：一是已有研究并非基于结构方程模型的建构，因而缺乏信度；二是已有研究材料为物理习题而非原始物理问题，因此，这样的研究往往缺乏生态效度。
在当代认知心理学中，生态学的研究已经成为一种范式，这一范式亦演变成一场认知研究的生态学运动，直接导致认知心理学开始重新关注更具现实性的认知现象，使研究尽可能贴近人们的实际生活，减少研究情境的人为性。而基于原始物理问题的研究则很好地体现了认知研究的生态化，因而使得研究结果具有较高的生态效度。
在我国，由于受凯洛夫教育学的影响，长期以来在教学中比较偏重知识传授而忽视科学方法教育，即便是“双基”（基本知识和基本技能）教学，也同样不包括科学方法。虽然近年来不少教育工作者在教学中努力体现“传授知识立足于发展能力，寓能力培养于传授知识之中”，在促进学生能力发展方面积累了不少宝贵经验。但由于对科学方法的重要性认识不够，理论上一直不能突破知识中心的禁锢，教学效果仍然难尽如人意。结构方程模型的结果提醒我们，在物理问题解决中，学生除了需要掌握物理知识，还需要掌握科学方法。
物理方法是学生在学习和应用物理知识过程中，为发现问题、提出假说、收集事实、探究规律、得出结论所采用的途径和方式。一方面，作为一种基本的研究途径、方式，物理方法涉及的不是物质世界本身，而是人们认识物质世界的途径与方式，是高度抽象的；另一方面，物理方法往往隐藏在物理知识背后，支配着物理知识的获取和应用。因此，每一个物理概念、规律的应用，都离不开物理方法的参与。所以，物理方法与物理知识之间就客观存在一种“对应”关系，两者之间的回归系数高达0.705，从实证角度印证了两者的密切关系。
依据结构方程模型与实证研究的结果，我们认为物理知识、物理方法、思维品质只有在原始物理问题解决中才有生命力，才能显示出其内涵、色彩，格调，才能显示出其内在的理由、作用和功能，学生学习过的物理概念和规律才能真正活起来，这样才能提高学生学习的效率。通过一定数量的原始物理问题训练，当学生解决实际物理问题时，各种各样解决问题的策略就能够迅速地检索而无须搜肠刮肚地对照做过的题型，才有可能在处理前一个步骤时就能在大脑中预感下一个步骤，根本无须暗暗回忆各种题型再思量其意义。即使学生在进行创造性活动时，也能凭物理知识、物理方法和思维品质而非经验去探索到正确的解决途径。[11]正是在这个意义上，我们认为，原始物理问题训练不仅能使学生学到物理知识、物理方法，而且也能很好地培养学生的思维品质。
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