中学生化学问题表征现状及特点的实验研究

      一、引言

      问题表征是问题解决活动的重要组成部分。从信息学角度看，问题表征即转换问题中的信息，是问题解决者接受和转译问题中的所有信息并以一种自己更容易接受和理解的方式把它们贮存或输出的过程。表征在整个问题解决过程中占据着举足轻重的地位，没有正确的问题表征就没有问题解决活动的顺利完成。如果一个问题得到了正确的表征，可以说它已经解决了一半。所以，探讨学生问题表征的规律或心理特点对于更好地培养和提高学生的问题解决能力具有重要作用。

      二、研究方法

      1.实验方法一

      本次调查采用随机抽样的方法，在江苏省常州巾、无锡市、苏州市、盐城市、镇江市等9个地区共15所中学共抽取高一和高三1185名学生作为调查对象。在调查过程中主试先向被试讲述实验的目的和要求，然后让被试当场独立完成一问卷 （自编的问卷）。本次调查绝大部分由笔者担任主试，少部分调查委任班主任或任课教师代任主试。调查共发放问卷1185份，回收有效问卷1099份。

      2.实验方法二

      被试：扬州市甘泉中学、瓜洲中学、扬州中学各十名高二年级学生（随机抽样）。

      材料：自编问卷（问卷具体内容见附录）。该问卷的主要组成为三个化学问题，其中问题一简称“褪色问题”，问题二简称“曲线问题”，问题三简称“可燃冰问题”。

      程序：为了更好地使被试展现其真实的解决问题过程，本次调查委托班主任或任课教师担任主试。调查前，主试向被试说明调查的目的和要求。最后，由笔者收回问卷，并对相关问题进行了一个短暂的交流讨论。本次调查共发放问卷30份，回收有效问卷29份。

      三、结果与分析

      1.问题表征是影响学生问题解决能力发展的重要环节

      实验一的调查结果显示，相当一部分中学生已经意识到表征在解决问题中的重要意义，如有22.1%中学生认为恰当地表征问题是正确而快捷地解决问题的关键。

      另外，20.5%的中学生认为恰当的表征问题是解决问题中最困难的事情（如图1）。由此可见，问题表征对一部分学生来说既是重点又是难点，要全面提高学生的化学问题解决能力必须高度重视对其问题表征的研究。

      

      图1 化学问题解决的难点调查

      2.学生能灵活运用多种方式表征化学问题

      实验二表明，被试解决问题时的表征方式呈多样性，有图文表征、有数学表征、有符号表征、有言语表征。如，在褪色问题中，有些被试就画出一至两个实验图或用两个化学方程式（一是氯气与碱的反应，另一是酸与碱的反应）来表示问题；在曲线问题中被试能很快的把图示信息进行内化并将其与已经有的经验和知识结构联系起来，进行分析、思考和判断，再将其转化为化学语言和图示语言；在可燃烧冰问题中，被试或者将问题转化成自己的语言，或者将问题表达成或。但在研究过程中，没有发现学生的表征方式与表征水平有相关性。

      3.学生不太重视问题结构的分析

      成功的问题表征需要问题解决者对问题结构有一深刻的认识。所谓问题的结构是指组成问题各要素通过逻辑关系形成的稳定的相互联系。分析和研究问题的结构是认识和理解问题的重要环节。化学问题包含问题的内在结构和外在结构 （如图2），其中疑项是未知的部分，包括疑点和疑项预设。疑点是问题中明言的词项，通常用“为什么、是什么、怎么样”来说明，是问题的逻辑重点。疑项预设是疑点指向的范围。定项是问题本身已经确定的，包括定项要素和定项预设。定项预设和疑项预设构成了问题的应答域，指明了回答问题的特定范围，引导学生到何处去寻找问题的解，客观上指出了求解的方向；定项预设在某种程度上表现了问题的逻辑真假。问题解决的首要任务就是分析问题的结构，明确问题的疑项和定项（内在结构），把问题分解成一系列可能的子问题，然后利用自己的背景知识，结合对问题的认识状态，使问题解决能够在充分、有利的条件下开展进行。研究发现，学生问题结构的分析能力较低。

      

      图2 问题结构示意图

      实验二中，有近一半被试是因为不清楚问题结构而导致问题表征失败的。如在解决曲线图问题时，不少被试都已经意识到要作该曲线，必须清楚曲线的起点和终点。他们知道和HCl反应的最终产物为NaCl和（气体不留在体系内部），NaCl溶液为中性，所以反应的终点pH为7 （严格地讲，由于二氧化碳的溶解，溶液的pH小于7）；根据反映产物溶液的酸碱性，确定起点pH值应该为7（或高于7）。所以，许多（近一半）被试所作曲线为从起点到终点的水平线（或斜直线）。造成此问题解决失败的主要原因即问题解决者在表征时没有仔细分析定项，只抽取出一部分的定项要素而忽略了许多其它重要的定项要素，只提取了曲线的数据信息（凭该数据计算盐酸溶液浓度），但忽略了图形要素（可依此分析滴定过程，从而推理出曲线形状）。又如在解决褪色问题时，有10位被试虽也能解释使溶液红色褪去的两种可能性，但仍不能成功表征问题——不清楚问题的疑项预设（即怎样将两种可能导致酚酞褪色的原因分开），最终导致问题解决失败。