高一学生问题表征特点的比较分析
作者：黄静郑柳萍
教学仪器与实验 2014年04期
一、问题的提出
重视学生问题解决能力的培养是化学新课程的要求，也是化学教育的主要目的之一。信息加工心理学认为，问题解决可分为问题表征、设计问题解决计划、执行问题解决计划和监控四个环节[1]。其中问题表征是指解题者通过审题、认识和了解问题的结构，通过联想，激活头脑中与之相关的知识经验，从而形成对所要解决问题的一种完整的印象。问题表征是问题解决的中心环节，影响问题解决策略的选择和结果的正确性。
氧化还原反应相关知识是贯穿中学化学知识系统的一条思想主线，是学生有效学习元素及其化合物化学性质的理论基础，也是引导学生探究和推断物质性质的重要依据，是学生必须掌握和应用的[2]。国内目前关于氧化还原反应的研究多集中于教师课堂教学优化和相关解题策略的分析，对学生氧化还原问题解决的内在思维过程研究较少。受此启发，本研究以高一学生为研究对象，以氧化还原相关知识为载体，通过口语报告测试，探查不同学业水平的高一学生问题表征的特点及差异，并展开分析，以期对化学教师提高学生问题表征效率，促进其问题解决能力的提升有所帮助。
二、研究过程
1.研究目的
探查不同学业水平的学生氧化还原反应相关问题表征过程的特点和差异。
2.研究材料
结合高一化学教学进度，根据氧化还原反应的知识结构，归纳了氧化还原相关知识4个考查要点，每个考查要点相应地设置几个问题并进行赋分。详见表1。
3.研究程序
选取被试：福建省福州市某重点高中高一某班级的学生15名。参考学生在该学年的化学成绩排名，分为优、中、差三个学业水平（其中学优生、学中生和学困生各5名）。
被试培训：对被试进行充分的口语报告训练。
正式施测：分发测试材料要求被试边思考解题边进行口语报告，几位主试用录音笔录下口语报告。
数据处理：对被试的口语报告资料进行重新整理、记时、转译以及编码，经数理统计分析得出结论。
三、结果与讨论
逐一分析被试的口语报告资料，将其整理后分解为一系列连贯的问题解决情节。分析不同的学生在氧化还原问题解决动态过程、问题表征广度及有效度的差异。对录音笔中所记录的不同学生在化学问题解决过程中的口语报告进行整理、编码后做如下分析。
1.学生氧化还原问题解决的动态过程比较
对15名被试解决问题的动态过程进行阶段划分，发现绝大多数学生在解决氧化还原相关问题时都要经历阅读、加工、解决、检查四个阶段，符合一般问题解决过程。但不同学业水平的学生在问题解决各阶段所花时间有较大差异。
相对时间是被试在氧化还原问题解决过程中各阶段所用的时间占该生完全解决该问题所用的全部时间的百分比。使用相对时间，摈弃了被试之间一些暂时不可克服的差异因素，使所有被试能在同一标准下进行比较。本文以氧化还原知识综合应用推断题为例，对学生问题解决各阶段平均所用相对时间进行统计分析作图，具体结果见表2、图1。
从表2和图1可以看出：在问题解决过程中，学优生组在时间分配上，阅读阶段少于学困生，与学中生基本持平；在加工阶段，学困生分配的时间明显低于学优生和学中生；在解决阶段三类学生都分配了较多时间，但学困生组在此阶段所分配的时间显著高于其他阶段所分配的时间，说明学困生组把大量的时间用在“解决”阶段。经过分析笔者发现，学困生在加工阶段没有成功调用问题解决所需关键知识组块，导致在解决阶段的盲目、混乱和滞后。而学中生也尚未具备牢固完善的知识系统，导致加工阶段调用搜索关键知识组块的时间延长。在检查阶段，学优生用的相对时间高于其他两组学生，这在一定程度上反映出学优生较高的元认知水平[3]。
2.学生氧化还原问题表征广度的分析
通过对学生口语报告分析，笔者对其在氧化还原知识测试题解决过程中的问题表征广度即表征类型进行了分析，发现学生的问题表征主要存在5种形式，分别是文字语言描述、化学符号描述、口诀、数学和图形。频数统计结果如表3、下页表4所示。
从表3、表4的统计结果可以得出，学生对于氧化还原相关问题解决过程中存在多重外部表征。学生多倾向于用语言文字表征，而较少应用其他方式进行表征，特别是图形表征。学优生、学中生、学困生在表征广度选择上并无太大差异，但学优生较学中生和学困生各类表征都较简洁清晰。同时，笔者发现学困生较依赖教师教授的口诀“升失氧，降得还”这一氧化还原知识特殊表征形式，但有部分学困生没有正确掌握口诀的意义，导致问题的错误表征。
3.学生氧化还原问题表征的有效度分析
笔者首先统计了学生氧化还原知识测试各题型的得分率。随后选取得分率普遍较低的氧化还原知识综合应用推断题为例，根据同一套编码方式绘制了学优生和学困生各1名被试的问题解决行为图[4，5]，对学生问题表征有效性进行探讨，从而进行更深入的比较分析。具体见表5、图2、下页图3。
氧化还原知识综合应用推断题题目：
向的混合溶液中加入铁粉，充分反应后仍有固体存在，则下列判断不正确的是（
）：
A.加入KSCN溶液一定不变血红色；
B.溶液中一定含
C.溶液中一定含
D.剩余固体中一定含Cu。
①学优生被试的问题解决行为图（见图2）
图2中○表示题中原有的信息。
X：和和混合液中加入铁粉；Y：充分反应后仍有固体存在；Z：选项信息：加入KSCN溶液一定不变血红色。
□表示正确的推断信息。
A：和都会和铁粉反应，方程式为
B：比氧化性大，铁先和反应，有剩余再与反应
C：剩余固体应该是铁、铜
D：如果铁粉特别少，只和反应，那么反应之后就没有剩余固体，不符题意
E：如果铁适量，但nFe，剩余固体是铜，剩余离子是和
F：如果nFe>n，剩余固体为铁和铜，剩余离子是
G：如果nFe=n，剩余固体是铜，剩余离子为
H：不能使KSCN变血红色，说明溶液不存在
I：答案选C
②学困生被试氧化还原推断题解决行为图（见图3）
图3中○表示题中原有的信息。
X：和混合液中加入铁粉；Y：充分反应后仍有固体存在；Z：选项信息：加入KSCN溶液一定不变血红色。
□表示正确的推断信息。
A：会和铁粉反应，方程式为+Fe=+Cu
C：应该会反应，方程式+Fe=
J：不能使KSCN变血红色，说明溶液不存在
○表示错误的推断信息。
B：Cu会和反应，+Cu=+
D：应该是三个反应同时进行
E：剩余固体不是铁就是铜
F：加入的铁粉特别多，就会剩下铁
G：加入的铁很少，就会剩下铜
H：加入大量铁，溶液中就剩下
I：加入少量铁，溶液中可能有，，
K：B是正确的
◇表示不确定的信息。
Q1：铁到底会不会和反应？
Q2：三个反应有没有先后顺序呢？
Q3：加入大量铁，溶液中应该就没有和了吧？
Q4：加入铁很少，不会被反应完，就没有固体了吧？
从表5分析可以得出，学生能够较好地判断氧化还原反应的类型，但对于其他3类测试题，不同学业水平学生的得分率有较大差异。学困生在氧化还原知识综合应用方面的得分率显著下降。通过两名被试问题解决行为图（图2和图3）的比较分析可以发现：学优生的问题解决行为图较简洁明了，迅速达到A、B两个关键知识状态，D、E、F、G推理过程清晰明确；而学困生问题解决行为图比较复杂，经过了更多的中间知识状态，而且其中不少是不准确或错误的（B、D、E、F、G、H、I），对自己的一些推断也不能肯定（Q1、Q2、Q3、Q4），最终也没有得出正确结论。
通过分析笔者发现，学优生知识容量大，且能把相关的知识点编织成一个完整的知识网。面对问题能利用自己已有的完善认知结构对问题进行深层表征，并能以适当的形式将内在表征外显，迅速抓住问题本质[5]。学困生所掌握的知识是孤立、分散，甚至是错误的，在表征阶段无法调用关键知识组块，面对问题则倾向依据问题的表面信息和认知结构中孤立知识对问题进行浅层表征，表征中容易出现错误，也就是说表征的有效性明显低于学优生，导致问题解决过程混乱无序。
四、结论与建议
本研究通过口语报告测试，对不同学业水平学生氧化还原问题表征的动态过程、表征广度、表征有效度的特点及其差异进行了初步探讨，得出以下结论和建议。
①学生在解决氧化还原相关问题时都要经历阅读、加工、解决、检查四个阶段，符合一般问题解决过程。但不同学业水平的学生在四个阶段的时间分配上存在差异。
②学生的氧化还原问题表征形式有文字语言、化学符号、口诀、数学、图形5种。不同学业水平的学生在问题表征广度选择上无明显差异，且都以文字语言描述为主。
③学优生较学中生和学困生问题表征有效度明显提高。特别对于氧化还原知识综合应用题，学优生由于具备高质量组块化知识结构，侧重采用深层次化学表征，并且能将内在表征合理外显化，问题解决过程简洁清晰。
④学生学习大致可以分为两个阶段：一是知识的建构；二是知识的应用即问题解决阶段。第二阶段要以第一阶段为基础。为了使学生清晰地进行问题表征，教师在第一阶段应综合应用类比、模型、实验等学生易于接受的教学方法传授知识，并且要有意识教会学生如何将所学内容组织成有层次、有内在逻辑关系的知识结构系统[5，6]。在问题解决教学过程中，教师应引导学生对问题任务本身的有效分析，启发学生找出问题中概念之间、事件之间的各种关联和线索，特别是问题的条件与问题的目标之间的隐含关联，帮助学生灵活地选择表征形式，加强深层表征，从而提高问题解决效率。
作者介绍：黄静、郑柳萍，福建师范大学化学与化工学院（350108）。