信息表征对专家型学生问题解决的影响研究

崔雪芹

摘要：以开放式问卷法调查专家型学生解决给定问题的思维过程，再采用内容分析法研究问题解决过程的信息表征。结果显示：专家型学生在问题解决过程初期的信息表征率偏低，信息表征方式偏重命题表征，缺乏表象表征；信息以表象的方式表征更有利于问题解决，这意味着提升问题解决能力应在知识建构过程给予表象更多的重视。

关键词：信息表征；表象表征；问题解决；问题表征；表象

文章编号：1005-6629（2018）1-0012-06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1问题的提出

问题解决理论认为，很多问题解决的失败，始于问题的理解与表征阶段。表征是问题解决的中心环节。问题表征的质量影响着问题解决的难易程度，甚至是问题能否成功解决的关键，正确表征是解决问题的必要前提，在错误的或者不完整的问题空间中进行搜索，并不会导致问题的正确解决。

如何衡量问题表征的质量？正确表征是解决问题的前提，但必然导致问题解决吗？如果正确表征不必然导致问题解决，那正确表征对问题解决的意义何在？

已有研究表明：专家型学生问题表征的精确程度更高，重点更为突出；专家型学生在知识表征的深度上显示出了与新手型学生相比的极大优势，他们更善于从理解水平上去表征知识，也更善于从微观本质的角度去表征知识；专家型学生与新手型学生在知识的组织化程度上，未表现出明显的差异，且水平均比较低。

上述研究结论可以解释知识倚重性问题的解决在专家型学生和新手型学生之问的差异，和能力倚重性问题对二者问题解决表现差异的“拉平效应”。依据上述研究结果，似乎也可归因于二者知识组织化程度的无差异和低水平。但在深入研究问题解决的过程中，很多证据却表明，知识组织化程度很多时候并非是影响能力倚重性问题解决的关键要素。为寻找能够衡量问题表征质量的指标、揭示正确表征对问题解决的意义，并探查影响专家型学生解决能力倚重性问题的关键要素，以开放式问卷法调查学生解决给定问题的思维过程，随后采用内容分析法展开研究。

2研究过程

2.1问卷设计

选择“火法冶金过程加入石英（SiO₂）造浮渣，除杂原理的阐释”作为核心问题，来探查专家型学生问题表征的特点，首先该问题背景熟悉而切入点陌生，属于能力倚重性问题。该问题解决需依靠火法冶金、石英的性质、分离提纯除杂原理有关知识的融会贯通，且气相、水溶液相及固相除杂问题较常见，但熔融液相除杂问题并不常见，陌生的切入点也决定该问题即使对专家型学生也是能力倚重性问题。

其次，该问题简短却含有丰富的可供表征的元素，有利于得到足够的待分析结果。

再者，该问题能够区分被试的思维层次。知道杂质与目标产物要处于两相才能被除去，以及SiO₂是与杂质反应而将其除去，属于表层（L1）；知道杂质是固相，目标产物是熔融液相，以及SiO₂是与杂质的氧化物反应而造渣是更深一层（T2）；知道杂质与氧化物生成硅酸盐，硅酸盐熔点高，不熔，而金属单质熔点低于硅酸盐，熔为液态且密度较大，故两相分离，才说明完全领会了整个除杂的原理（L3）。

问卷设置的具体问题说明如表1所示。

2.2选取被试、问卷发放及回收

为避免因经过大量重复训练，见过类似题目，对研究产生干扰，故在高二年级学生中选取被试。被试为东莞外国语学校及东莞实验中学27位化学学优生（竞赛培优生，S1～S27）。

问卷共发放27份，回收27份，回收率100%，作答率81%。

2.3核心概念阐释

后文资料处理分析的过程中，会涉及较多有关表征的概念，为便于理解，对核心概念之间的关系做出如下阐释：

问题表征：在问题解决的研究领域，对问题的读取、理解、分析等一系列心理活动我们称为问题表征。知识表征与问题表征相对应，是对非问题的陈述性内容的表征。后文使用问题表征这一概念时，倾向于更宏观、整体地看待问题。

信息表征：在信息加工领域，问题或知识又可拆分为若干个信息，本文在使用信息表征概念时，是从更小更细视角谈表征。

问题表征、信息表征区别在于是更宏观还是更微观地谈表征。而在化学学科领域依据表征对象的不同，常谈三重表征（宏观、微观、符号表征），在心理学领域关注表征方式的不同，表征又可分为命题表征（抽象的、概念化的表征）和表象表征（具象的、图像化的表征）。若结合心理学领域对表征方式的考量（尤其是表象表征），化学领域的三重表征可发展为四重表征，分别为命题表征次数、命题表征率、表象表征次数、表象表征率。

2.4资料处理与分析

采用内容分析法分析被试问题2的回答情况，以S2为例，见图1。

被试表征的9个词语可归为对4个信息的表征：高温、熔融、高炉统归为对“火”的表征；金属冶炼、催化剂统归为对“冶金”的表征；除雜、沉淀产生、过滤统归为对“杂质”的表征；密度归为对“浮”的表征。

问题题干由27个字组成，这27个字可看作27个信息，显然以词或短语为信息单元更合理，从化学问题解决视角来看，有表征价值的信息（应表征信息数）为6。S2表征的信息中，对“火”“浮的表征是有效表征，金属冶炼仅止于文字重述，催化剂、除杂、沉淀产生、过滤对问题解决完全无效，故有效表征数为2，有效信息表征率为33%。但所有表征的信息都是正确表征。

据回答情况还可推测出S2进行了5次命题表征（金属冶炼、催化剂、除杂、沉淀产生、过滤）和4次表象表征（高温、熔融、高炉、密度）。

S2对除杂原理的阐释只有“相分离”能得1分。

依据对S2以及其他被试作答情况的分析结果，得出的信息表征率、表征方式及问题得分情况见表2（未分析6位没有作答学生的问卷）。endprint

3结果与分析

3.1得分情况分析

21位被试中仅有约1/3（33%，7位）得分，7位得分者中仅有3位的思维层次达L2水平，其余都为L1水平，平均得分率也只有11%。这样的得分情况固然十分不理想，但还不足以说明这些专家型学生的问题解决能力低，得分率低很有可能源于问题的结构不良。

而得分者们在问题解决时显现出的思维层次不高，以及得分者在回答问题时（见表3）大多采用的是填空式的名词或短语，而非整句，更无逻辑严密的阐述，值得深思。

问卷中呈现的问题为“简述除杂原理”且留有足够的空白，被试的回答情况说明他们平时较少得到用化学用语完整阐释问题的机会，在完成作业、试卷时几乎没有机会，课堂上本该有不少这样的机会，可现实中更常见的情形为，简短回答教师的问题后，教师作出正确与否的判断，问题回答即告结束，恰如学生在问卷中呈现的面貌。教师缺少追问，缺少对学生思维的深入探查，学生则没有用逻辑完备的语言阐释看法、说明问题的机会，也即缺少深入思考、领悟的机会。

3.2信息表征率分析

对S2及其他被试表征结果的分析过程显示，问题解决过程的问题表征，实际可细化分解为对信息的表征，并非所有的表征都导向问题解决，而只有导向问题解决的表征才是有效的。

由表2数据可见，专家型学生在能力倚重性问题解决时的信息表征率较低（37%），有效信息表征率更低（0.07%），是导致低得分率的重要原因。

还可以看出，问题解决成功者与失败者在信息表征率方面几乎没有差别（都较低），但较高的信息表征率对应较高的有效信息表征率，当然更多的表征命中有效表征的概率才大，由此可见，尽可能多地正确表征会提高问题解决的概率。

有效信息表征率与得分（即问题解决）之间是正相关关系（见图2），问题解决过程能表征出越多导向问题解决的信息，问题表征的质量肯定越高，故有效信息表征率可以成为衡量问题表征质量的重要指标之一。

3.3信息表征方式分析

分析表2数据，约52%的被试表征方式倾向于命题表征，仅19%的被试倾向于表象表征，整体上被试信息表征方式以命题表征占优，张新宇在进行专家型学生与新手型学生化学知识表征差异研究时，给出的分析材料，也同样表明专家型学生表征方式以命题表征占优的特征。

图2中明显可见，更高的命题表征率对应失败的问题解决（不得分），更高的表象表征率对应成功的问题解决，以此可知，表象表征更利于此问题解决。

进一步分析七位得分被试的得分原因，有四位明显可见（表3）与表象表征有直接关系（S2、S3、S6、S19），S4、S7两位很可能也与表象表征有关（因为回答涉及“固液分离”、“难熔固体”，很难说头脑中没有固液的表象，可能只是没有书写在问卷上），6/7的得分者受益于表象表征。

同时，七位被试的答案还表现出“相分离”思想的介入，对成功解答起重要支撑作用。

再分析七位被試回答问题1时的表征方式，并与问题2表征方式作对比，如表4所示。

表4中的平均值显示出，这些被试的表征风格比较稳定，其中S4、S7尤为突出，表象表征十分明显，S7命题表征特别明显。

4结论与启示

上述分析可以得出的结论有：

有效信息表征率可作为衡量问题表征质量的指标。

正确表征并不必然导致问题解决，但问题解决过程能做出更多的正确表征，则信息表征率越高，有效信息表征率则更可能高，顺利完成问题解决的概率就更大。

表征风格是影响能力倚重性问题解决的关键要素，个体的表征风格较为稳定，表象表征更利于能力倚重性问题解决。

专家型学生解决能力倚重性问题整体表现不佳，思维层次不高。

以上结论带给我们如下启示：

应该针对信息表征率的提高进行专门训练。学生为何会对“显而易见”的应表征信息“视而不见”（信息表征率低）？教师常归因于审题能力欠缺，审题能力又是什么能力？必定包含观察力，心理学家认为观察力是人类智力结构的重要基础，是思维的起点，是聪明大脑的“眼睛”，观察力是智力之母，而视知觉能力又是观察力的基石。高中已非训练孩子视知觉能力的黄金期，但实施科学且有针对性的训练也一定比只是重复性强调“要细心，要提高审题能力”有价值。

应以超越三重表征的表象结合命题的四重表征方式帮助学生建构结合表象与命题的图示（见图2）。表象对感知力、记忆力、想象力和创造力都能起到促进作用，是促进认知能力发展的重要因素。使命题表象化，即将命题与图像化的生活、实际、生产……联系起来，使命题被深度理解并形象化地储存在头脑中，使其在问题解决时更易被表征，以此来影响、重塑学生的表征风格。

应在课堂教学中更关注对学生思维的训练和培养，多采用“追问”策略引导学生思考，进行逻辑完备的表达、交流。语言是思维的外显，针对性地训练学生用化学语言阐释问题的能力，也是对学生学科思维的训练。

5结语

国内已进行的关于表象表征对问题解决的影响，针对不同学科、不同问题，结论并不一致，而本研究样本量偏低，研究依托的题量也偏少，且未采用口语报告法，研究结论的代表性可能不强。人脑处理图像信息有先天的优势，进一步广泛而深入地研究表象表征对问题解决的影响是有意义的。endprint