高中生化学实验“问题解决”认知心理实证研究

高中生化学实验“问题解决”认知心理实证研究 高中生化学实验“问题解决”认知心理实证研究 广西师范大学 硕士学位论文 高中生化学实验问题解决认知心理的实证研究 姓名敬小娟 申请学位级别硕士 专业课程与教学论 指导教师黄瓅 20060101 高中生化学实验问题解决认知心理的实证研究 摘 要 研究生敬小娟 2003 指导教师黄瓅教授 学科专业课程与教学论 研究方向化学教学论 本文以现代认知心理学为基础在问题解决理论的指导下作者设计了适合团体测试 的化学学习自我监控材料及适合个案研究的化学实验问题任务编制了针对化学实验问题 的自我提问单化学实验问题解决评价表及实验问题解决过程考察表综合运用问卷 调查口语报告以及活动操作等方法对高中学生解决化学实验问题的心理机制进行了初步 的实证研究 团体测试研究结果表明高中生的平均化学学习自我监控水平并不是很高高三年级 学生的平均自我监控水平并不高于高二学生甚至高一学生自我监控水平与学生的化学成 绩之间存在显著正相关学生的自我监控能力和化学学习成绩之间具有良好的一致性较 高的自我监控水平有利于学生的化学学习自我监控水平存在着性别差异高中阶段男生 的自我监控平均成绩比女生的平均成绩要低但差异并不显著重点班学生和普通班学生 的自我监控成绩存在极显著差异重点班学生的自我监控水平要远远高于普通班学生 个案研究结果表明学生基本实验操作掌握程度较差缺乏基本的化学实验常识和实 验经验学生的认知结构的结构化程度不够深缺乏新旧知识融合的能力在实验问题解 决过程中被试的自我监控水平不是很高对实验过程出现的异常现象不能很好的处理 不能及时调整思路改变策略优化操作不同被试之间的自我监控水平之间存在着比较 显著的差异学生解决实验问题时的表征形式多样但表征水平不高程度不深学生在 实验问题解决过程中思维策略的选择不是很灵活自我提问单有利于学生在解决问题过程 中养成良好的解决问题习惯随时监控自己的解决问题过程 通过本实证研究我们可以得出如下结论 ?化学实验问题解决的过程分为明确问题问题解析实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计实验操作评 价反思与总结五个阶段同时问题表征贯穿于化学实验问题解决的各个环节自我监控渗 透在实验问题解决过程中化学实验问题解决的思维策略大体有六种综合分析策略双 向推理策略同中求异与异中求同策略扩散思维策略批判思维策略总结反思策略 ?认知结构自我监控问题表征思维策略是影响化学实验问题解决的重要因素在 化学实验问题解决过程中学习者化学认知结构的结构化程度自我监控水平高低对问 题表征的程度化学实验问题解决思维策略的选择共同影响着问题解决的质量和效率 ?选择有效的思维策略有利于促进问题解决提高问题解决的效率反之则会降低问 题解决效率甚至阻碍问题解决实验问题解决中往往存在解决某问题有一个最佳的解决 I 思维策略或思维策略组合 但不同的实验问题应有不相同的最佳解决问题思 维策略 同一实验问题对不同的问题解决者也可能有他们自己选择的最佳思维策略 ?自我提问单有利于学生在解决问题过程中养成良好的解决问题习惯随时 监控自己的 解决问题过程调整自己解决问题的思路使用有效的实验问题解决思维策略 进而提高 自己解决化学实验问题能力 关键词化学实验 问题解决 认知心理 问题表征 思维策略 自我监控 自我 提问单 II A Cognitive Psychology Study Of Chemical Experimental Problem-solving Among the Students in Senior High School Abstract AuthorJing Xiaojuan 2003 TutorProfHuang Lee MajorSubject Education SpecialityChemistry Teaching This paper is based on the modern cognitive psychology With the guidance of problem-solving theory the author designs self-monitoring materials for chemistry learning which is suitable for group testing and problems in chemical experiments which is suitable for case studies as well as the self-questioning sheet concerning certain problems in chemical experiments the evaluation chart for problem solving in chemical experiments and the examining chart for the process of the experimental problem-solving It studies the mental mechanism of experimental problem-solving among the students in senior high school with the methods of questionnaire measurement verbal report and activity operation The research result of group testing shows the average self-monitoring level of the senior high school students in chemistry learning is not very high The self-monitoring level of students in Grade Three is not higher than that of students in Grade Two or even Grade One There is a noticeable direct ratio relation and a favorable coherence between the self-monitoring level and the chemistry achievement of the students which means that high self-monitoring level tends to help students do better in chemistry There is also a sexual difference as to the self-monitoring level that is the average self-monitoring level of the boy students in senior high school is not as high as that of the girl students but the difference is not very noticeable However there is a very outstanding difference of the self-monitoring level between the students in key classes and those in normal classes that is the self-monitoring level of the students in key classes is far higher than that of the students in normal classes The research result of case study shows the students mastery of the basic experimental operation is relatively bad and they are lack of general knowledge of chemical experiments The structural degree of the students cognitive structure is not high enough and they are lack of the ability to associate the new knowledge with the old knowledge The testers self-monitoring level during the experimental problem-solving is not very high and they cant deal properly with the unusual phenomenon during the experiment cant timely readjust their way of thinking change their strategy or optimize the operation There exists a noticeable difference between different testers as to the self-monitoring level The students often use variety of representation forms during the experimental problem solving but the expression level is not high and the degree is not deep The students are not flexible while choosing their thinking strategy during the III experimental problem solving Self-questioning sheet is helpful for the students to cultivate good habits in problem solving and monitor their problem solving process The conclusion reached through this demonstrative research is as follows ?The problem solving process in chemical experiments can be divided into five stages defining the problem analyzing the problem designing the experimental project experimenting and evaluating retrospect and summarizing In the meantime problem representation runs through all the stages of the problem solving in chemical experiments and self-monitoring penetrates the process of experimental problem solving There are roughly six kinds of thinking strategies of problem solving in chemical experiments integrated analytic strategy two-way reasoning strategy the strategy of seeking difference in common points and seeking common points in difference diffused thinking strategy critical thinking strategy and the summarizing and retrospective strategy ?Cognitive structure self-monitoring problem representation and thinking strategy are influential factors in the problem solving of chemical experiments During the problem solving of chemical experiments the quality and efficiency of the problem solving is determined by the interaction of the structural degree of the learners cognitive structure the level of their self-monitoring the extent of problem representation and their thinking strategy ?To choose effective thinking strategy is helpful to solve problems and to improve the efficiency of problem solving and vice versa There always exists one of the best thinking strategy or a combination of thinking strategies while solving certain problem but different experimental problems have different best thinking strategy and different problem solvers also have different best thinking strategy as to the same problem ?Self-questioning sheet is helpful for students to cultivate good problem solving habits to monitor themselves at any time readjust their way of thinking resort to effective thinking strategy and then improve their ability of problem solving in chemical experiments Key Words chemical experiments problem-solving cognitive psychology problem representation thinking strategy self-monitoring self-questioning sheet IV 1(引言 重视学生问题解决能力的培养是化学新课程的要求更是我国基础教育改革和发展的 重要内容《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》19996提 出基础教育智育工作要转变教育观念改革人才培养模式要让学生感受理解知 识产生和发展的过程培养学生的科学精神和创新思维习惯重视培养学生收集处理信息 的能力获取新知识的能力分析和解决问题的能力语言文字表达能力《国务院 关于基础教育改革与发展的决定》20015 提出要继续重视基础知识基本技能的教学 并关注情感态度的培养充分利用各种课程资源培养学生收集处理和利用信息的能 力开展研究性学习培养学生提出问题研究问题解决问题的能力《基础教育 课程改革纲要试行》20016 中也提出要改变课程实施过于强调接受学习死记硬 背机械训练的现状倡导学生主动参与乐于探究勤于动手培养学生搜集和处理信 息的能力分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力 问题解决能力是社会对公民的基本要求是任何一个社会个体必须具备的能力问题 解决不应仅仅被理解为一种具体的技能它是一项基本的人类行为人的成长过程可以说 是一个不断发展解决问题的过程对学生来说无论是今天身在学校还是将来步入社会 都会面临各式各样的问题需要解决学生通过解决学科问题及与学科相关的生活实际问 题获得解决问题的一般知识和能力并将其迁移到以后对生活工作社会中的问题解 决之中这是社会对未来公民的期望更是社会对教育的要求 化学是一门以实验为基础的学科不仅生动有趣引人入胜的实验现象可以调动学生 的学习积极性而且许多化学基本概念的建立以及化学基本性质都是根据客观实验结果得 出的人们正是从大量真实存在的客观现象中研究并发展了这门学科它的学科特点决定 了对化学知识的学习和传授在很大程度上依赖于实验我国化学学科教学中采用的实验对 于激发学生学习兴趣巩固化学基础知识训练操作技能起了很大作用然而由于多种原 因我国的基础化学教育长期以来普遍存在重理论轻实验重知识积累轻能力 培养的 现象化学教学中涉及的实验大多是描述验证性质至于为什么可以这么做学生是怎么 考虑问题解决问题的则很少涉及在教学活动中学校也开设了学生实验但实际情况 往往是学生在做实验之前也预习过了有的实验报告都写得差不多了在实验中也按部就 班的完成了实验步骤但是学生在实验完成后往往并没有获得什么有价值的东西学生在 整个实验过程中对他们究竟要做什么怎么来做要达到什么目的并没有清醒的认识学 生的问题解决能力没有得到显著提高 鉴于上述原因我们有必要对目前化学实验的教学方式进行改革在保持传统化学实 验巩固知识训练基本技能作用的基础上不再将化学实验仅仅作为教师教学中的一种辅 助手段使学生对化学实验的兴趣不仅仅停留在感性层次上因为这种纯兴趣心理通常不 1 能持久问题解决模式强调并能够落实学生在化学实验教学中的主体地位唤起学生的求 知欲能促使学生真正参与到问题解决过程中来从而确实培养其创造性思维能力因此 研究学生解决化学实验问题时的认知心理过程不仅使我们的研究上升到一个更高的理论 高度更对了解学生的心理特点指导我们的实验教学具有十分重要的意义 在研究高中生化学实验问题解决心理过程并借鉴已有研究成果的基础上我们把化学 实验问题解决分为五个阶段明确问题问题解析实验方案设计实验操作评价反思 与总结同时问题表征贯穿于化学实验问题解决的各个环节自我监控渗透在实验问题解 决过程中在此基础上我们得出了化学实验问题解决的认知过程图示见图8 我们提出 了化学实验问题解决的六种思维策略综合分析策略双向推理策略同中求异与异中求 同策略扩散思维策略批判思维策略总结反思策略编制了解决化学实验问题的自 我提问单设计了适合团体测试的化学学习自我监控材料及适合个案研究的实验问题任 务编制了化学实验问题解决评价表及实验问题解决过程考察表 2课题研究的现状内容及目的意义 21 课题研究的现状和内容 问题解决是认知心理学和教学心理学研究的核心问题之一关于一般问题解决的心理 历程及其主客观影响因素人们已达成初步共识研究的重点转向研究学科领域内的问题解 决令人遗憾的是问题解决的心理活动主要在数学和物理学科进行与数学物理等学 科相比化学领域内的问题解决研究特别是真实的实验问题解决心理活动的研究开展得相 对较晚且研究成果较少而且化学学科教学研究领域内从学生角度对化学问题解决的研究 也不多见从查阅到的文献来看国内外关于化学实验教学中学生的微观思维研究并不多 就国外情况来说Peter G Markow 和Robert A Lonning 1998 以大学一年级学生为研究对 象研究了在大学化学实验中应用概念图对学生的化学概念理解和化学成绩的影响结果 表明学生在实验中对应用概念图反应积极学生明显感到实验前后概念图的构建有助于他 们理解化学实验概念Carolyn W Keys 1999 等研究了中学理科实验活动中的一种新的教 学方法启发式教学方法该研究讨论了实验报告的特点和学生对理科学科性质的理解 研究证明启发式教学法有利于学生从实验数据中概括出结论有利于学生把实验步骤数 据现象和结论联系起来并且有利于问题元认知的发展Carolyn W Keys 2000 对八年 级学生做实验报告时的思维过程进行了调查研究并对书写报告直接促进学习的可行性进 行了探究 就国内关于中学生化学实验问题解决认知心理方面的研究来看王磊等分别以大一新 生 2000 和高三学生 2001 为被试利用活动测试法和心理模拟法对实验问题解决活动进 行现场测试初步构建了化学实验问题解决的心理机制模型并讨论了化学实验问题解决的 影响因素中学化学实验问题解决心理机制的初步研究 化学教育2000 第5 期王磊 2 胡久华 高中生解决化学实验问题的心理过程及其影响因素的进一步研究2001 年第3 期王磊胡久华这两篇论文揭示了实验问题解决过程由五个相互联系的环节组成即问 题表征问题解析设计实验方案检验反思与调整各个环节中都需要有相应的化学 问题解决知识技能及策略与之对应这个实验问题解决的模型得到两次样本的几十个被 试的化学实验问题解决的现场研究的支持通过现场观测和记录被试解决问题的行为表现 和过程以及被试的反思调查表发现被试实验问题解决的环节在整个实验问题解决中的 重要性不同运用相关分析得出 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 和实施方案是中心环节而检验反思与调整环 节在问题解决活动中起着非常重要的作用 另外南京师范大学2000 级化学教学论专业研究生孙同明以常规实验为手段做了题 为高中生解决化学实验问题心理机制的研究的硕士 毕业论文 毕业论文答辩ppt模板下载毕业论文ppt模板下载毕业论文ppt下载关于药学专业毕业论文临床本科毕业论文下载 他重点探讨了自我监控 在这个过程中所起的作用他们的实证研究表明?在化学实验问题解决中问题表征和 策略选择知识结构化程度以及自我监控水平的不同是导致不同问题解决者的问题解决 效率产生差异的主要原因?问题解决者的自我监控从五个纬度对其解决活动实施不间断 地监控这五个纬度为动机的自我监控策略的自我监控问题情境的自我监控评价的 自我监控目标的自我监控并通过对问题表征策略的选择以及实验操作的影响渗透 在整个实验问题解决过程中?不能忽视心理素质对化学实验问题解决活动的影响相关 的还有湖南师范大学教育硕士肖阳平做了题为高中生化学实验解题思维策略训练的实验 研究的硕士毕业论文在他的实验研究过程中向学生传授了六种相互关联的思维策略 这六种思维策略分别是观察思维策略模拟思维策略分析思维策略评价思维策略 想象思维策略解答思维策略他的研究表明在平时的中学化学教学过程中只要有意识 地进行化学实验解题思维策略的训练就可以显著地提高学生的化学实验解题能力由此 也说明在学科教学过程中结合学科特点进行思维策略的训练是十分必要的 就以上研究的结果来看有关化学实验问题解决的认知心理研究已经逐步走向成熟其取 得的一些相关研究成果能够帮助老师了解理解学生的学习问题帮助教师预测并干预学生 同时更为指导我们的实际实验教学提供了科学的理论指导但任何研究的发展特别是对于心 理学知识背景不是很充分涉及心理研究为时尚短的化学学科的问题解决而言还有很多方面 需要进一步完善比如实验题目类型的选定多样化提高元认知监控能力一种特殊的工具 自我提问单在化学实验问题解决中应用等问题的研究都可进一步完善和丰富研究成果 本论文在前人研究的基础上结合部分教学实践经验对高中生化学实验问题解决的认知 心理尝试做以下几方面的研究 1 高中生自我监控水平的团体测试与认知分析 2 化学实验问题解决的认知过程 3 化学实验问题解决的个案实证研究与认知分析 4 自我提问单在化学实验问题解决中的应用性实证实验与认知分析 3 22 课题研究的目的和意义 com 研究和揭示化学实验问题解决的规律提高学生问题解决能力 具有强烈的问题意识正确快捷的表征问题科学地选择问题解决策略并实施策略 在问题解决活动中不断进行评价反思是社会对具有终身学习能力的未来公民的基本要 求问题解决既是一个复杂的思维过程也是学生运用知识经验及相关信息的实践活动过 程在此过程中学生不仅要恰当地从自己的记忆中提取知识还要能够利用对问题的理 解通过各种途径搜集与问题相关的信息并进行处理将其转化为适合于问题解决的方式 搜集处理信息的能力和思维能力一样也是学生解决问题的必备能力研究化学实验问题 解决的意义就在于了解学生解决化学实验问题的规律并依据解决问题的规律获取提高学 生解决问题能力的方法和措施因此研究学生的化学实验问题解决规律有利于学生实 验问题解决能力的提高和未来的发展 com 研究和揭示化学实验问题解决的规律丰富学科问题解决研究的理论体系 问题解决是个重要的认知心理学术语开展有关问题解决研究的理论很多从上个世纪40 年代至今有关专家从未停止过对此问题的研究而且逐步从一般的问题解决转入学科领域内 的问题解决其中有关数学问题解决物理问题解决等研究取得了快速发展而化学学科问题 解决的研究特别是具体到化学实验问题的研究甚少选择有关化学实验问题解决这么一个比较 贫瘠却有重大意义的课题作为论文研究方向得出一系列的研究成果在一定程度上能够丰富学 科问题解决研究的理论体系可以为这些领域的发展和研究提供一些帮助 com 深入了解学生化学实验问题解决心理过程促进化学教育改革的进一步深入 学生的学习活动是教育教学过程中最重要的活动之一而问题解决活动则是其学习活动中 最为重要的内容研究中学生的化学问题解决活动能使化学教师更全面地获得学生学习的反 馈信息了解学生的认知规律和心理特点从而可以有效地针对学生的特点及存在的问题开展 教育教学工作这会促使教师们关注学生发展的方向及学生学习的主体性地 位并进一步思考 怎样在化学教育中更好地行使其培养人发展人的教育职责另外对化学实验问题解决的研 究会吸引广大中学化学教师研究学习并在此基础上研究实验教学这一切都会有效地促进化 学教育向更广阔的领域发展下去 4 3理论研究 31 化学实验问题解决过程 com 一般问题解决过程 问题解决教学的最终目的是让学生能自如地解决问题学生学习知识和技能也是 为了解决问题20 世纪以来人们对问题解决及其相关思维技能进行了大量 研究其中解 决问题的过程历来是教育心理学家研究的重点在这方面已有不少深入的研究形成了各 具特色的观点 com1 格拉斯的问题解决理论 格拉斯Glaser 1985把问题解决的过程划分为互相区别又互相联系的四个阶段形成 问题的初始表征也就是对问题的理解制定解决问题 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 寻找解决问题的方法重构问题 表征即对问题的进一步理解或是对以前理解的修正执行计划或检验结果如图 1 所示这 一模式将问题解决的四个阶段有机地联系在一起同时指出问题解决的过程不是线性的而是 迂回曲折的? 失败 中止 3 (重构问 搁置后返回 题表征 第三阶段 失败 成功 计 1(形成问题 2 (制定问 4 (执行计 完成 的初始表 题解决的 划检验结 有 计划失败 计划失败 图1 格拉斯Class1985的问题解决过程 com2 基克的问题解决模式 基克Gick 等人根据对问题解决策略的研究于1986 年提出问题解决的四个阶段理解 与表征问题寻求解答尝试应答和评价如图2 所示这一模式强调问题的表征也进一步 ? 毕com出版社2004 年10 月P57 5 说明问题解决不是线性的 图式激活 无图式 理解与表征问题 寻求解答 尝试应答 评价 停止 激活 失败 图2 Gick 的问题解决模式 com3 其他问题解决过程的划分形式 问题解决既是问题解决者比较复杂的内在思维过程又是其一系列外在的行为过程为了 更好地对人类的问题解决行为进行研究古今中外的许多研究者都尝试着把问题解决过程分解 研究如将其划分为不同阶段 表 1问题解决不同阶段划分情况 代 表 人 物 内 容 遭遇到疑难或挫折发觉 问题关键之所在 收集有关资料并提 杜威 Dewey 1910 出可能解决的假设 从可能之解答中分析评鉴并选出最适当者 遇有不妥之处随时修正 华莱士Wellace 1926 准备preparation 阶段 孕育incubation 阶段 明朗 illumination 阶段 验证verification 阶段 奥苏伯尔Ausubel 和鲁 呈现问题情境命题 明确问题的目标与已知条件 填补空隙过 宾逊Robinson 程 解决后的检验 布朗斯福特Bransford 和 问题识别 问题表征 策略选择 策略运用 结果评价 斯特恩Stein 汪圣安 问题表征 选择算子 应用算子 评价当前状态 卢家楣等 表征问题 设计方案 执行方案 评价结果 由上可见关于问题解决心理机制的研究可谓见仁见智细察其发展的历史轨迹人们可 以发现问题解决的心理机制的确复杂其影响因素也很多但是作为一种心理模型的提出 不可能面面俱到自然应有其简约性和理论概括性至今仍有学者在不断地提出问题解决的 不同过程说或阶段说但是在繁荣的同时也逐步趋于集中一般而言问题解决的基本过程可 以划分为四个阶段表征representing 策划planning 执行executing 和控制controlling 6 问题的表征是将提出的问题转换为内部的心理表征对解决方案的策划包括确定必须完成的操 作或运算执行一个方案包括完成在策划之中详细说明的各种操作或运算控制则涉及对其他 过程如觉察计划执行不力或某一步骤执行错误进行监控和调节的元认知过程其中问题 解决过程中表征和策略是核心环节在整个问题解决过程中起着关键作用具有举足轻重的地 位因此关于表征和策略的研究也始终是问题解决研究的重中之中成为了研究者们始终关 注和聚焦的方向 com 化学问题解决过程 在一般问题解决过程研究的基础上国内外许多化学教育家将这些一般的问题解决理论迁 移到化学学科中去对化学问题解决过程进行了深入的研究提出了各种各样的化学问题解决 心理模型 Ashmore Frazer Casey 将化学问题解决分为四个阶段识别问题选择适当的信息组 合孤立的信息评价在此基础上Ashmore 等人提出了问题解决网络network 的概念问 题解决网络首先将问题分解为若干个单元信息片段然后重新组织这些信息片段以图示的方 法形象地显示如何获得问题答案的过程他们根据问题答案是否确定将问题分为两种封闭性 问题closed problem 和开放性问题open problem Julien Genyea 1983对学生在解决定量化学问题与半定量化学问题过程中所遇到的困难 进行了详细的分析在此基础上提出了化学问题解决的四步骤模式?建立清晰的问题情 境图像?确定一种解决问题的方法?使用代数和算法进行运算?检验确定问题的答案是 否合理 Mettes 等人1980提出问题解决的四步骤模型?分析?确认问题是否为标准问题 如果不是首先将其分解成是标准问题的子问题?执行必要的操作解决非常规问题?检验 并解释所获得的答案 Bunce 和 Heikkinen 1986提出问题解决的六阶段模型具体为?确认问题中所给 出的条件?确认问题中所要求达到的目标?回忆所有的相关信息包括规则定义方程 式和联系?建立一个从所给信息到所求信息之间必需的图表式提纲?数学的方法?问题 的回顾包括已给的信息需求的方法回忆整个计划 由北京师范大学的化学教学论教师和研究生形成的研究小组自上个世纪80 年代后期陆续在 化学问题解决研究方面做了大量的为人称道的工作 陈才錡1989?可以说是最早在《化学教育》杂志中介绍问题解决法的研究者之一 他在文章中指出问题解决有两种主要方式尝试错误和顿悟式提出了若干种解决问题的方法 模式四阶段模式和汇综模式他还指出问题解决是联系化学理论和实验的桥梁通过问题 解决可以锻炼思维和应用知识并起到知识迁移和培养创新精神的作用值得一提的是作者 ?陈才錡谈化学教学中的问题解决法化学教育1989 6 19-24 7 在文章中明确指出不能将问题解决法与习题课混为一谈也不能把难题作为此法中的问 题应该说这为日后问题解决研究方向的确立避免研究者们少走弯路起到了重要作用 ?? 王建成等 1995是国内较早尝试对化学问题解决的思维过程进行实证研究的他们在 团体测试中先让学生做三个计算类问题并计时当学生做完之后向学生呈现每一个问题的若 干种解决方法让其选择与自己匹配的一种并要求学生回忆在问题解决过程 中所遇到的主要 困难及耗时最多的步骤这种测试方法属于一种调查测试虽然不像口语报告一样能够及时地 真实地准确地反映被试当时的思维过程但是也可以较为有效地获得被试的大部分思维线索 并可以节约时间高效测试王建成等对学生化学问题解决的思维过程进行了初步探讨的尝试 为后来关于化学问题解决的实证研究的开展提供了有益的借鉴 ? 王磊等1996是国内最早对问题解决心理机制进行研究并建立计算类化学问题解析活动 的心智模型的她认为化学解题能力这里是广义是主体顺利完成化学解题活动的稳定的 心理调节机制既包括化学基础知识与基本技能要素又与特定的化学问题类 型及结构知识 问题解析技能等要素紧密相关其实质是系统化与概括化了的解题活动经验系统即类化了 的对解题活动具有定向调节和执行调节作用的知识技能网络解题能力形式发展及其水平 高低就取决于这个网络中各种知识技能的质量及网络的结构化水平 com 化学实验问题解决过程 王磊于 2000 年提出了中学化学实验问题解决的心理机制认为实验问题解决过程由 五个相互联系的环节组成即问题表征问题解析设计实验方案检验反思与调整 被试在各个环节中表现的水平不同同时影响各个环节的因素也不同但问题表征是人 们在解决问题时所使用的一种认知结构是通过一系列算子对信息进行记录 储存和描 述以至改进信息的结构方式?是问题解决者从问题刺激情景中提取信息从记忆系统 中回收信息在工作记忆中编码信息以形成对问题结构的心理图式?所以问题表征是一 个对有关信息不断提取编码转换和修改的过程它渗透于问题解决的整个过程中而 并不是化学实验问题解决过程中一个完全独立的阶段另外评价反思是问题解决过程中 不可忽视的重要环节它包括两个方面的含义一是问题解决者在问题解决过程中对自己 问题解决行为的适时监控和评价检查自己解决问题的过程或反省自己解决问题的思路是 否与当前的问题解决状态相融合根据自己对当前问题解决行为的认识及时调整问题解 决策略和行为二是问题解决者在找到问题的答案之后对问题及整个问题解决行为进行 评价整理思路总结经验分析不足在此基础上发现新的问题一个完整的问题解 决过程是以对一个问题的认识和解决为开始并以发现 和提出另一个新的问题为结束 ?王建成杜茜学生解决化学问题的思维过程的测试研究化学教育1995 8 410 ?王磊齐红涛化学计算解题教学的心理机制研究化学教育1996 7 69 ?廖伯琴黄希庭大学生解决物理问题的表征层次的实验研究心理科学 199720 6 494 ?邓铸余嘉元问题解决中对问题的外部表征和内部表征心理学动态20019 3195 8 问题答案的得到不是问题解决的终结它只是问题解决者经过问题表征策略选择实施 策略之后的一个自然结果而这之后的对整个问题解决的反思评价则对问题解决产生重大 的影响评价反思是问题解决者发展元认知能力的一个重要途径也是其不断提高问题解 决水平不可缺少的重要环节通过评价反思总结归纳问题解决者能够把对该问题的解 决中的经验或策略上升或升华为程序性知识并将其同化于知识结构之中对问题解决者来 说是一种质的变化所以评价也应该是化学实验问题解决过程的一个重要环节 南京师范大学 2000 级化学教学论研究生孙同明的硕士毕业论文对化学实验问题解决 过程也给予了详细的分析介绍他也认为问题表征应贯穿于问题解决的始终而不应该把 它作为一个独立的阶段来考虑同时他认为检验反思与调整是利用元认知策略逐级反 思自己的问题解决过程从而调整思路改变策略优化操作这一环节实质上就是指 自我监控他认为化学实验问题解决自我监控是问题解决者对问题解析和实验过程实施的 计划检验调节和评价所以它也应渗透于实验问题解决的整个过程中也不能作为一 个完全独立的阶段但在研究中结合被试在活动中的表现以及活动后的访谈我们发现这 里的检验与反思主要是针对实验操作过程中出现的问题进行的单独列出检验与反思这一 环节让学生在完成实验活动后填写这一栏内容更有利于让学生充分地认识 到自己存在的 问题总结解决问题的方法为以后顺利解决类似问题打下良好的基础当然自我监控 不容忽视它在化学实验问题解决过程中起着宏观调控的作用当然应该渗透在实验问题 解决的整个过程中 在参考各专家已有的有关化学实验解决过程研究结果的基础上我们利用活动分析 法实验操作法和口语报告法对化学实验问题解决做了进一步研究根据化学实验问题解 决的特点提出化学实验问题解决过程应该分为五个阶段明确问题问题解析实验方案 设计实验操作评价反思与总结同时自我监控渗透在实验问题解决过程中各阶段的 涵义如下 明确问题是指当被试拿到题目时阅读题目明确问题的初始状态和目标状态之间的 关系以及了解两者之间存在的障碍提取相关程序性知识将问题以适当的形式文字语 言图形表达出来并确认实验问题任务的类型这一阶段是将问题的客观表征转化为 问题解决者主观表征的过程也是化学实验问题解决的前提 问题解析是整个的审题思考过程是从理论上分析怎样解决问题任务找出消除问题 障碍的办法从认知结构中提取相关的程序性知识这个环节包括明确实验原理找出合 适的解决策略等问题解析是解决化学实验问题的关键阶段这一阶段成功与否直接影响 到化学实验问题解决过程的后续阶段关系到问题的顺利解决 实验方案设计是指根据对问题的解析结果制定实验计划确定实验操作所需要的仪 器试剂装置及具体的实验操作步骤等这一阶段也是化学实验问题解决的重要阶段 它关系到化学实验问题的实际解决活动即实验操作的效率和质量 实验操作是利用一定的实验仪器试剂等按照设想好的操作步骤动手操作实现实验 9 计划的过程这一阶段是化学实验问题的实际解决活动前面三个阶段体现的是问题解决 者的心智技能水平而实验操作阶段体现的主要是问题解决者的操作技能 评价反思与总结是对整个实验活动过程的适时监控是对整个实验活动过程和结果的 一个客观认识检查或反省自己解决问题的思路是否与当前的问题解决状态相融合根据 自己对当前问题解决行为的认识及时调整问题解决策略和行为问题解决者在找到问题 的答案之后整理思路总结经验分析不足在此基础上发现新的问题同时这一阶段 也是问题解决者发展元认知能力的一个重要途径也是其不断提高问题解决水平的一个重 要环节 32 化学实验问题表征 com 问题表征的涵义 认知心理学家一般将信息在头脑中的呈现方式统称为表征所以表征的过程即为信 息的转换过程问题的表征则是问题解决者在头脑中以某种理解来呈现问题是问题解决 者使问题的任务领域task domain 转化为问题空间 问题空间problem space 是问题解 决者对一个问题所达到的全部认识状态 的过程也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亲近的方式把它们贮存或输出的过程问题表征是问题解决 的一个中心环节它说明问题在头脑里是如何呈现如何表现出来的其重要性主要体现 在问题解决者只有将问题解决了之后明白了问题的初始状态和目标状态之后清楚了问 题的所指之后才可能确定如何解决问题 问题表征是对问题的一种理解状态理解有程度的深浅因而问题表征则有水平的高 低之分从信息学角度看问题表征水平高低的关键是看问题解决者接受和转换信息的能 力其中最重要的是其去除冗余信息的能力排除干扰信息影响的能力但是由于问题 解决者在转换信息时所借助的符号系统或方式不同导致其最终所呈现出的表征结果和 方式有较大的差异所以在研究问题表征时我们可以根据这种差异将问题表征进行分 类例如皮连生等认为表征分为心理表征和外在表征 一般来说问题解决者在明确问题之后的首要工作就是要对问题进行正确的表征表 征在整个问题解决过程中占据着举足轻重的地位没有表征就没有问题解决活动的顺利完 成所以说对问题表征的研究是问题解决研究的重要内容 com 化学实验问题的表征形式 大多数学生可以采用多种方式表征问题表征可以分为六种方式字面表征化学表 征样例表征形象表征技能表征和数学表征各种表征方式的涵义如下 字面表征问题解决者阅读问题任务时对叙述文字的表征主要是从已有认知结构中 提取有关陈述性知识理解问题的文字描述这种表征是由问题的表面特征决定的是解 10 决问题时最基本的表征方式 化学表征问题解决者根据问题任务的文字叙述在字面表征的基础上用有关化学 式化学反应方程式结构式等化学用语对问题形成的表征这一表征方式是由 问题的深 层次特征决定的例如在作者的研究中被试解决问题任务一时候在看到氯化钙硫酸钠 等字样时立即在文字旁边注上其化学式CaCl Na SO 不是用文字叙述而是直接写出相 2 2 4 关化学反应方程式对除杂进行表征等 样例表征问题解决者按照以前成功解决的问题样例对当前问题解决任务进行表征 问题解决者头脑中一般都具有一些成功解决过的问题样例当遇到新的问题情境时知觉 系统经过对问题线索的觉察和加工会激活储存在长时记忆系统中的这些样例并借助解 决这些样例的成功经验对当前问题快速形成问题表征从而促进当前问题的 解决 形象表征用具体的仪器装置等对化学实验问题进行表征化学实验问题解决中问 题解决者在实验操作之前解析问题时就以仪器装置试剂操作步骤等对实验问题进行表 征例如被试在问题解析时就随手在草稿纸上画出物质分离的流程图 技能表征问题解决者在解决化学实验问题时所使用的实验操作技能在大脑中的表征 形式化学实验问题解决中的动手操作总要在思维的指引下才能进行这些操作在长时记 忆中的储存形式就是技能表征正确的技能表征是实验操作的前提 数学表征在实验问题解决过程中学生运用数学公式数学计算等对化学实验问题 任务所做的表征例如问题任务四中被试需要列出一系列算式理清楚题目各 个数量之间 的关系 33 化学实验问题解决的策略 com 问题解决策略的研究与发展 从一般意义上理解策略strategy 是根据活动的特点及其变化而制定的行动方针和 活动方式另外它也可以解释为一种具有系统规则的有一定方向性的较高级的内部 指导方法或途径问题解决的策略是为了解决待定问题而制定的行动方案它也可以理解 为我们平常所指的解决问题的方法 问题解决的策略有许多种著名的心理学家诺贝尔奖金获得者Simon 提出问题解决 的四种不同策略一是目标递归策略Goal Recursion Strategy 用这种策略解决问题时 不必用眼睛看具体的东西只是把内部目标记在脑子里就可以一步步地循环最后解决 问题二是知觉策略Perceptual Strategy 它依赖于外界刺激利用眼睛看到子目标和最 终目标而不必用脑子记住三是模式策略Pattern Strategy 先选择一定模式然后根 据特定的模式有条不紊地一步步地将问题解决四是机械记忆策略Rate Memory Strategy 问题解决者把以前曾正确解决过此类问题的步骤死记硬背下来然后按照这 些所背的步骤解决当前问题皮连生等认为解决问题的策略有重新表述问题尝试错误 11 手段目的分析逆向法分半法头脑风暴法类比法向专家咨询等等 算法algorithm 和启发法heuristic 在许多领域被认为是最主要的两大解决问题的 策略算法策略是一种基于规则的策略它要求对能实现问题解决的全部可能性一一加以 检验这种问题解决的策略费时费力但能保证问题的最终解决启发式策略不同于 算法策略但它能帮助问题解决者找到问题解决的捷径通过它的提示人们往往不需要 对所有可能性一一加以验证就能实现对问题的快速解决这种策略使用时在一定程度上 能提高问题解决的速度但不能保证一定正确由于人们在解决问题时的短时记忆能力或 容量有限所以在复杂问题的解决中常常采用这种策略 上述研究成果已经被国内众多研究者加以继承和发扬并被运用到学科教育研究领域 中例如皮连生等认为解决问题的策略有重新表述问题尝试错误手段目的分析 逆向法分半法头脑风暴法类比法向专家咨询法梁宁建等认为问题解决有五种策 略即自由产生类推逐步分析形象重构和整合策略张庆林等提出解决学科问题的 有效思维策略有双向思维策略扩散思维策略集中思维策略等李明振提出解决数学 问题的策略有整体策略模式识别策略转化策略媒介过渡策略辨证思维策略反面 思考策略记忆策略李广洲等认为解决计算类化学问题有盲目搜索法情境推理法原 理统率法数学模型法等四种策略 总之对问题解决策略的研究一直受到众多研究者的关注对问题解决策略的认识 是仁者见仁智者见智确切地说人类具有哪些一般性的问题解决的策略这需要我们 既要在理论上进一步讨论更要探索设计新的实验来进行分析研究 com 化学实验问题解决的思维策略 具体到化学实验这一块南京师大孙同明2003 提出了四种化学实验问题解决的策 略类型原理导向样例导向情境导向盲目尝试他提出的这些只是把学生解决化学 实验问题的策略方法进行了大体的归类并没有明确指出解决化学实验问题具体都用到哪 些思维策略 总体来说化学实验思维策略是指解决化学实验问题发现化学知识的过程中所采取 的总体思路是带有原则性的思想方法是主体接触实验问题或目标后的思维策略的选择 当主体面对问题时通常总是先观察弄清问题抓住题目的特征进行广泛联想储存信息 检索信息再回忆已储存的信息凭借已有知识经验做出直觉性理解和判断选择总体思 路或入手的方向再根据题型的不同特点有针对性地选择有效的思维策略能否找到合 适的思维策略对最终解决问题起着至关重要的作用对思维过程而言思维策略是一种宏 观的指导一般的解决同时它也是对问题解决思维模式运用的原则概括它既能指导思维 模式的灵活运用又能统帅各种具体的解题方法? ? 张庆林黄蓓解决学科问题的有效思维com教法1994 8 12 在研究高中生化学实验问题解决的心理过程并借鉴已有研究成果的基础上我们提出 了如下六种化学实验问题解决的思维策略综合分析策略双向推理策略同中求异与异 中求同策略扩散思维策略批判思维策略总结反思策略这些策略具体涵义阐述如下 1综合分析策略化学实验问题大体包括物质的鉴别物质的制备物质的转化 实验设计及实验设计方案的优劣评价等内容实验题所包含的化学思想方法中最重要的是 对背景包括反应原理反应装置反应过程反应量等的理解与综合分析推理要 分 析清楚各个过程的起点和终点物质是什么量是多少从而进一步分析清楚导致这一变 化的原因找到解题的关键 2 双向推理策略我们知道思维的方向分为顺向和逆向两种推理形式思维的方向 从已知向未知前进称为顺向推理或叫向前推理从未知指向已知的思维称为逆向推理或 向后推理思维过程既包含了顺向推理又包含了逆向推理被称为双向推理我们在解决 问题时一般都尝试用顺向思维但顺向思维的缺点是当思维方向不明确时候容易使我们产 生错误的定势而迷途难返便很难再考虑其它方法逆向思维的特点是方向明确始 终把未知量作为思维的出发点利用反证法进行逆推这有助于我们克服思维定势找到新 的解决问题的突破口因此在多数情况下特别是在解比较复杂的实验难题时最好采 用双向思维用顺推和逆推的思维方法前后包起综合分析前后过程两种不同的思维 方向共同作用往往会使我们在解决问题时达到事半功倍的效果 3 同中求异与异中求同策略化学作为一门自然学科其实验现象千姿百态却也 不是纷繁芜杂毫无规律可循的我们要善于抓住其内在的本质找出问题关键求同求 异快捷有效地解决实际问题同中求异就是从相同之处出发寻求其中的差异进而揭 示事物内在的规律性促进学生知识同化和能力形成异中求同就是从异入手通过比 较由个别到一般揭示事物规律在解决实验问题时注意运用同中求异异中求同的 思维策略于比较中对知识进行概括和总结形成良好的思维习惯对解决问题是大有裨益 的 4 扩散思维策略所谓扩散思维策略就是突破常规束缚寻求变异探索多种途 径解决问题的一种思维方法在创造性活动中扩散思维往往起着主导作用它能够冲破习 惯思维的限制具有灵活性独特性和流畅性的特点使人产生新的构想提出新的方法 和独特的见解并使人在较短的时间内产生较多的联想对于一些开放性的实验题目学生 往往采用扩散思维策略解决问题 5批判思维策略批判性思维是指从已有知识的对立面出发进行思维的一种思维策 略主要有两个阶段对已有的知识质疑提出相反的观点对已有知识和观念持一种大 胆的科学的怀疑态度是批判性思维的重要策略在我们的化学实验问题解决过程中也常 用到批判思维策略主要用于解决一些改正实验装置图或操作中的错误评价实验设计方 案优劣主要是实验装置的优劣评价实验操作程序的优劣评价实验安全性的优劣比较 实验精确性的优劣比较等 这样的实验问题 13 6总结反思策略解答阶段完成找到了实验问题的答案之后要检验答案是否正确 但更重要的任务是通过总结我们解题的思路进行反思这种思路总结一般从以下三 方面来进行反思 ? 思考自己是否已把握与题有关的知识结构是否达到了通过练习掌握知识的目的 ? 回忆自己的解题思维过程找出其中的问题例如自己在哪些地方走了弯路还 要思考什么地方是思维的关键这种关键在什么条件下还可以运用于其它什么类型的题目 力图概括出条件化和策略化的思路规律 ? 思考还有没有更简捷的思路和更佳的解决办法最好能和同学的解题思路相比较 体验别人的思路和技巧 34 自我监控与化学实验问题解决 自我监控研究是近年来心理学研究领域中的热课题之一它是在元认知研究的基础上 发展起来的1976 年美国心理学家 Flavell 提出元认知的概念他认为元认知是认知主 体对自身心理状态能力任务目标认知策略等多方面的认知它是以认知过程和认知 结果为对象以对认知活动的调节和监控为外在表现的认知元认知监控是指主体在进行 认知活动的过程中将自己正在进行的认知活动作为意识对象不断地对其进行积极而自 觉的监视控制和调节的过程它主要包括制定计划控制过程检查结果提供反馈等 元认知监控也叫自我监控自我监控水平的高低对主体完成任务的效率有很大影响自我 监控学习行为是指个体对其所从事的学习活动的自我调节和控制行为近年来的研究表 明自我监控学习行为是学习能力的具体体现与个体的学习成绩有密切的关系在当前 的教育实践中培养提高学生的学习能力让学生成为学习的主人已经成为教育改革的 热点问题作为学生自主学习能力的重要组成部分自我监控的理论研究与自我监控学习 的应用研究得到了蓬勃发展取得了大量成果 我国最初进行自我监控研究的主要有张厚粲杨宁周勇董奇等人张厚粲了等人 对LOGO 程序设计教学在儿童元认知发展过程中的影响进行了实验研究结果发现程序 设计教学促进了儿童对解决问题的自我监控能力的发展杨宁等人关于中小 学记忆组织发 展研究结果表明随着儿童年龄的增长和记忆经验的增加其记忆组织监控的能力会不断 地获得发展董奇周勇对自我监控做了一系列研究较为全面系统地论述了学习活动 中自我监控的含义特征构成成分 计划性准备性意识性方法性执行性反馈性 ? 补救性和总结性八个维度 作用发展规律和影响因素等内容 问题解决者在解决问题过程中存在着自我监控自我监控作为一种内隐过程不仅有 利于具体问题的解决而且对于发展和提高个体的问题解决能力也具有重要意义 Dennis E Mithaug 认为整个问题解决过程中都贯穿着自我监控并提出了自我监控问题 解决模式图对问题解决者来说一旦意识到初始状态不等于目标状态两者之间存在差 ? 宋耀武齐冰 自我监控研究com1 4 311-314 14 距时自我监控就开始了Victor R Delclols 和Christine Harrington 1991 做了一项关于计 算机游戏问题解决的研究探讨了策略监控对问题解决的影响研究表明自我监控有利 于问题解决 国内外心理学工作者对问题解决中的元认知监控抑或自我监控做的大量而深入的研 究得出的大量有价值的结论为各学科结合各自的学科特点搞好学科教学和学习切实有 效地发展学生的能力提供了借鉴和理论指导 就化学学科而言化学是一门以实验为基础的学科化学实验问题的解决既要动脑思 考又要动手操作比一般只需要动脑的化学问题更要复杂一些因此化学实验问题的解决 更需要问题解决者发挥主观能动性随时监控自己的解决过程自我监控是人类意识主观 能动性的集中体现培养学生的自我监控意识提高学生的自我监控能力从而可以提高 学生解决问题的有效性和准确性?? 化学实验问题解决中的自我监控是指学生为了达到顺利解决问题的目标在解决化 学实验问题过程中将自己的解决活动作为意识的对象对问题解析和实验实施过程进行积 极主动地计划检验反思调整和评价以保证成功解决实验问题的一种认知能力本 研究拟通过问卷调查和化学实验活动的实际操作研究学生在解决化学实验问题过程中自 我监控的表现并进而探讨自我监控对化学实验问题解决认知心理的影响 35 自我提问单与化学实验问题解决 自我提问法由美国的波利亚提出其模式为向学生提供一系列在问题解决的各个阶 段供自我观察自我监控自我评价的启发式问题学生在解题过程中依据这些问题进行 自我提问从而启发自己的思路并对思维进行监控自我提问法是训练学生问题解决中元认 知能力的一个重要途径而有效贯彻自我提问的方法就是通过编写自我提问单让学生按照 有关项目在解决问题过程中自己对自己提问 自我提问单是通过提供一系列在问题解决的各个阶段供自我观察自我监控自我评 价的启发式问题让学生在解决问题过程中依据这些问题进行自我提问从而启发自己的 思路并对自己的思维进行监控 关于自我提问单或称自我提示卡在学科教学中的运用通过查阅相关资料只有 ? 何善亮发表的题为问题解决思维策略自我提示卡及其在物理教学中的应用 和物理 ? 问题解决中思维策略自我提示卡的应用两篇文章以及曹志仕许迎春发表的 题为问 题解决思维策略自我提问卡在数学习题教学中的应用?一篇文章他们研究的结论都表 明自我提问单的运用有利于使学生从具体的问题解决过程中概括出普遍适用的结构化 ? 方红毕华林化学问题解决中元认知训练的研究 化学教学2002 年第9 期 ? 何善亮 问题解决思维策略自我提示卡及其在物理教学中的应用物理教师2004 年第四期 ? 何善亮 物理问题解决中思维策略自我提示卡的应用教育科学研究2004 第三期 ? 曹志仕许迎春问题解决思维策略自我提问卡在数学习题教学中的应用 数学教学研究2004 第十一期 15 条件化策略化知识并进一步使他们原有的认知结构得到改善元认知水平得到提高 但就我们化学学科而言从所占有的资料和文献来看关于自我提问单在发展学生元认知 能力方面的实证研究极少有论述只有扬州大学的蒋艳晏在2005 年 6 月做的题为初中 生化学问题解决中元认知能力的现状及提高策略的研究的硕士毕业论文中简单论述了 自我提问单在初中生解决化学问题中的应用结果表明使用自我提问单有利于初中生提高 化学问题解决的正确率她研究的对象是初中生而且自我提问单的编制主要是针对化学 一般问题就化学实验问题而言在高中阶段让高中生使用自我提问单对化学实验问题 解决是否会产生积极的影响是我们主要研究的内容我们根据化学实验问题 实验本身的 特点和学生解决化学实验问题容易出现错误的原因这两方面入手设计了化学实验问题自 我提问单本研究通过编制解决化学实验问题元认知训练的自我提问单并设立实验 组和对比组进行实证检验与元认知分析了解学生解决化学实验问题的思维过程进而探 讨思维策略自我提问单对学生元认知水平及化学实验问题解决能力的影响 具体来说自我提问单的自我提问包括解决问题前的自我提问解决问题中的自我 提问解决问题后的自我提问三个阶段 1 问题解决前的自我提问明确问题拟定计划 要解决问题首先要明确问题读题与审题是明确问题的过程读题就是对问题的 文字和附图反复阅读以发现问题表达的字面意义审题就是审察问题的条件和目标 通过先粗后细由整体到局部再回到整体先对问题全貌有一个粗糙的认识然后再细 致考察各个细节最后对问题整体建立起一幅比较清晰的化学实验图景 即经过简化和纯化 之后的实验对象在相关规则的联系下按照一定的时间顺序和空间联系在研究者头脑中 形成的静态或动态形象 读题与审题的过程就是对问题信息的发现辨认转译过程它 是学生有目的有计划的知觉活动并伴有思维的积极参与列出的问题清单有助于学生 判定自己是否仔细深人地分析了题意是否明确问题本质所在直至头脑中形成一个清晰 的问题解决计划 ?需要解决的问题是什么是一个结构良好的问题还是一个开放性题目是否需要自 己去寻找问题或建构问题已知什么要求什么已知的是具体数据还是一些实验现象 隐含的条件是什么缺少的条件是否是非必要的是不是有冗余信息 ?以前解题经验有无利用价值过去解决过这类问题吗是否见过相同的问题而形式稍 有不同是否知道一个与眼前问题类似的但更简单点更熟悉点的问题 ?能否构造出待求问题的化学情景能画出一张图来说明问题或表征问题吗例如能 否依据各个实验现象构建一个思维清晰的流程图能否根据对实验仪器结构原理和功能的 理解分析实验过程的现象确定操作程序能否引入适当的参数来帮助自己分 析能否 选择相关的化学实验方法规律及同类型问题的解决经验来解决问题 16 问题解决前建构问题情景十分重要它通常要经历模式再认合理想象科学抽象 形象化思考等几个阶段而其中化学模型的建构更为关键此外在读题审题环节还要教 育学生不要急于猜测问题的解决方向更不要盲目解题利用认知结构中原有的问题结构 图式虽然有助于识别问题但一定要注意问题新的方面 2 问题解决中的自我提问策略选择逻辑推理 从化学实验问题解决的全过程来看读题与审题阶段为问题解决确立了问题起点和目 标化学图景的建构为问题解决提供了背景框架但它们仍然仅仅是问题解决的准备阶段 教学实践表明制定解题计划亦即寻找化学实验问题的解决思路才是问题解决的中心环 节也是学生感到最为困难的一步为了解决这一困惑学生可以向自己提问 ?是否充分利用了已知条件在问题解决中是否充分利用了题目所给的已知条件是 否深刻挖掘出问题隐含的其他条件是否大胆地虚设了一些最后结果不必要但中间过程必 须的实验参数 ?选择和启用合适问题图式应用联想搜索策略解决问题实质上是利用原有的问题解 决经验选择和启用合适的相应或相近问题图式以解决较为常规较为熟悉的问题 它基于问题的相似性其应用是以一定数量的问题结构图式为前提它需要解决问题经验 的长期积累 ?灵活且坚毅地进行双向推理逻辑推理的应用实质上是在已有知识和未知知识之间 建立关联实际问题解决中最好采用双向推理利用顺向思维推理能知道更多的供选择使 用的已知条件使用逆向思维推理能更加明确思维的方向而双向推理则结合了两方面的 优势前后包起综合分析前后过程确定缺损的步骤使起始状态和目标状态相互逼近 ?学会克服思维定势障碍当某些知识结构较之其他知识更容易为人想起时就会发生 定势效应这些知识如果是问题解决的步骤或是问题解决所必须的它就会使知识产生正 迁移促进问题的解决如果不是必须的就会使知识产生负迁移阻碍问题的解决因 此在实施问题解决中必须学会放弃不合适的想法并努力尝试其他新方法 ?思考问题解决的每一步已经做了什么正在做什么将要做什么能否清楚地看出每 一步骤的正确性能否清楚地证明每一步骤的正确性 化学实验问题解决过程中的信息来自两方面一是来自问题的本身是指通过读题和 审题而获得的关于问题的条件和目标等方面的信息二是来自大脑的长时记忆这类信息 包括实验化学概念原理方法实验基本操作和一定类型的化学问题结构化学实验问 题解决过程就是解题者为实现实验问题的目标状态而对题目信息进行充实加工增殖的 过程是问题本身的信息和解题者的原有认知结构相互作用的过程人们正是根据问题解 决的信息加工机制和一般问题的解决过程分析来选择和制定化学实验问题解决计划而确 立化学实验问题的解决思路即包括我们前面所提出的六种思维策略综合分析策略对实 17 验反应原理反应装置反应过程反应量等的理解与分析双向推理策略顺向推理 法逆向反推法双向逼近法同中求异异中求同策略相似比较发现共性相异 比较发现特性扩散思维策略突破常规寻求变异批判思维策略科学怀疑反 面质疑总结反思策略总结思路举一反三在实际确立化学实验问题解决思路和制 定问题解决计划的过程中这几种策略往往是共同起作用的问题解决的一般策略与化学 实验问题解决的学科专门方法也是紧密结合在一起的它们在化学实验问题解决过程中都 发挥着特别重要的作用 3 问题解决后的自我提问反思回顾总结提高 回顾与反思是化学实验解题过程中的最后一环也是极为重要但又是解题者相对容易 忽视和疏漏的一环因为只有通过反思才能认真从具体的实验问题解决中概括出普遍适用 的条件化策略化知识应当回顾和反思的主要内容有 ?回忆自己问题解决的结果和过程找出出错之处明确正确的解题思路和方法自己在 哪些地方走了弯路什么地方才是思维的关键这种关键在什么条件下可以运 用于其它 什么类型的问题力图概括出条件化和策略化的问题解决思路 ?分析解题过程中出现错误的原因提出改进措施防止以后类似问题再次发生对问题 中涉及的专业知识是否理解 问题解决的依据是科学原理直觉经验还是胡乱猜测在问 题的表征方面是否还不够具体化等 ?思考还有没有更简更佳的问题解决办法或思考变换问题条件将如何影响问题的解决 在问题解决中自己的思路是否混乱在实施问题解决计划过程中是否能灵活放弃无效的思 路是否能坚持虽不太明确但却是正确的思路在与他人比较和讨论中能否确定最佳也 是最简单的问题解决方法 ?反思自己是否通过问题解决学到了什么新的东西与问题有关的认知结构是否得到了改 善能否把这结果或方法用于其他的问题这个题和过去学过的题在什么地方不一样 这一题思路中的不一般之处还可以用到其他什么样的情境中这是反思总结过程的最 为核心内容也是应用反思总结策略的终极目标 反思和回顾是学生常常感到困难的一个步骤因为它涉及到学生的自我意识水平和有 无自我评估的习惯事实上任何复杂的化学问题解决都应伴随两种评价对结果的评 价和对过程的评价对问题解决的回顾与总结不仅是在问题解决之后更是贯穿于问题解 决过程的始终这种自觉的反思与回顾具有明显的自我监控作用让学生养成 自我评估的 习惯是促进学生主动发展的一个重要方面 不同类型的化学题目使用的自我提问单也是不一样的要在分析各种类型化学题目特 点的基础上制定出适合学生思考有助于顺利解决化学问题的自我提问单随着时间的推 移相信学生能体会到自我提问单优缺点并学会根据自身的需求自行修改设计适合于自 18 己的提问单从而逐渐摆脱教师提供的提问单学会自我提问的方法 作者编制了针对化学实验问题的自我提问单 表2 化学实验问题的自我提问单 问题解决前的自我提问分析题意阶段 1(我准确理解题意了吗特别要注意题目中已知条件和隐含条件 2 (我把握了题目的整体结构了吗一定要理清楚题目中各种数量关系必要时 画一个图 3 (这个实验题目属于哪一种类型不要急于直接求解先看清楚这个题涉及了 哪些知识点 问题解决中的自我提问解答问题阶段 4 (我充分利用已知条件了吗没有充分利用的已知条件优先考虑 5 (我进行双向推理了吗设法将已知和未知条件联系起来 6 (我出现思维定势了吗要运用扩散思维寻找新的视角 7 (该问题中有化学反应发生吗 我能写出问题中所涉及的化 学方程式吗写出 的化学方程式正确吗 解决该化学问题的过程中这些化学方程式有用吗针 对化学方程式找准各量之间的关系 问题解决后的自我提问反思总结阶段 8(解决问题后我有没有分析检验所求数据的可能性和准确性 9(我能够举一反三吗这道题的独特解决思路是什么解决完该实验问题我到 底学会了什么我要考虑这样的解题思路还能应用于什么场合 在以后解决该 类化学问题时我还需要注意什么 4实证研究 理论来源于实践同时实践又可以检验理论深入实践进行调查研究是完成一篇合格 论文的最重要任务为了实现本研究的目的针对目前高中生化学学习的实际情况以及在 广泛咨询有关专家老师的意见基础上编制了化学学习自我监控测试材料化学实验问题解 决自我提问单设计了不同类型的化学实验问题解决任务并制定了化学实验问题解决的活 动表现评价表以及学生实验问题解决过程考察表采取大样本团体测试量化研究与典型个 案研究相结合的方法对高中生解决化学实验问题的认知心理进行了实证研究 41 化学学习自我监控水平测试材料 要研究自我监控在化学实验问题解决中的作用有必要首先了解学生化学学习的自我 19 监控能力而学习中的自我监控又是内隐性很强的心理活动其实际过程和影响因素等难 于观察因而其测量和评估具有一定的难度目前关于自我监控评估的方法主要有口语报 告量表测量活动操作表现评价等其中编制自我监控量表是一种广泛应用的方法 同时也是比较简单有效的方法我们认为要以量表测量的形式定量的研究化学问题解决者 自我监控水平的高低就必须突出量表的动态过程的编制特点也就是说要突出 测量的是在化学问题解决过程中问题解决者认知行为背后所隐含的元认知监控活动水平 的高低本研究拟通过自编测试量表对学生的化学学习自我监控能力进行初步评估这里 需要指出的是尽管我们对所编制的自我监控测试材料进行了信度的评估但从严格意义 上说它还不能称作为量表只能算作一种测试问卷用来调查分析学生化学学习的自我监 控水平它的编制过程共分四个阶段 1 查阅文献形成理论基础 查阅文献特别是对国内外对有关自我监控理论研究的综述进行细致研究为测试材料 的编写做好理论基础方面的准备北京师范大学董奇1995从学习这个宏观的角度编制 了学习自我监控量表它将学生学习的自我监控内容划分为学习之前学习之中学习之 后三大块从计划准备意识方法执行反馈补救总结八个纬度编制了自我监 控量表的项目根据文献我们结合高中生化学学习的实际结合具体的情境从学生化学 学习态度学习意识学习计划学习评价等方面来了解学生化学学习的自我监 控情况 2 自我监控材料的编制 根据预想的材料结构我们编制了涵盖学习态度学习意识学习计划学习评价几 个方面关于自我监控能力的测试材料此材料或问卷的编制参考了南京师大孙同明的测试 材料在他原有材料的基础上进行了一些补充和改动使测试材料更加翔实和完整另外 还请教了桂林市一中几位有丰富教学经验的化学教师就有关项目的表述等级是否明确 是否能体现学生化学学习中的自我监控性以及是否还有更合适的测试项目等方面请他们 提出建议经过修改和筛选初步确定了高中生自我监控材料试用稿该测试材料由 40 个项目组成其中第1 个项目是让学生对目前的化学实验教学提出建议以了解学生希望 以什么样的形式上好化学实验课2005 年10 月份在桂林市一中高一的两个班级发放了71 份问卷并让学生对感觉难选出答案的选项在旁边写下自己的真实情况然后对回收的问 卷进行分析在初步了解学生问卷完成情况针对出现问题的基础上再对问卷进行了修整 对个别选项进行小范围修改以显示出等级区别如原问卷中 36 题当你发现自己所做 实验的现象与课本或老师讲的不一致时你是 A 思考可能的原因有针对性的重新做实验 20 B 请教老师然后可能会重做一遍 C 立即重新做实验 D 认为自己做错了 把实验册上的现象记到实验报告上 改为 37 (当你发现自己所做实验的现象与课本或老师讲的不一致时你是 A 思考可能的原因有针对性的重新做实验并把自己观察到的真实的实验现象记录到实 验报告册上 B 请教老师或者和同学讨论然后重新做一遍和实验课本上现象一致后记录和实验课 本上一致的实验现象 C 请教老师或者和同学讨论知道原因后不再重新做了把实验课本上的现象记录到实验报 告册上 D 认为自己做错了不再重新做把实验课本上的现象记录到实验报告册上 因为要对有关选项赋分便于以后统计分析而有关学习态度看法方面的项目属于客观 类型不便于分出等级优劣所以要对原问卷的选项顺序做出调整把这一类选项放在一 起不参与记分这类题目有第2 31011121626 28 29 40 项调整一下试 卷中选项顺序把第2 31011121626 28 29 40 项列为第2 34 56 7891011 项其余的顺序类推其中第 1 个项目是让学生对目前的化学实验教学 提出建议以了解学生希望以什么样的形式上好化学实验课也不参与记分这样参与记 分的项目是从12 到40 共29 个各个项目均设A B CD 四个选项分别计为4 3 2 1 分被试理论上最高得分 116 分最低得分29 分化学学习自我监控材料见附录 91 3 材料试测 材料编制好后于2001 年 11 月中旬对高一6 班进行了试测测试时间1015 分 钟为了使测试结果尽可能地反映出学生的真实自我监控水平测试前特别向学生强调本 次测试不会影响老师对学生的态度只是供我们的研究所用本测试材料的指导语为 同学们 本问卷调查采用不记名的方式目的是要了解你的一些学习习惯以利于我们的研究 调查结果不会影响老师对你的态度每个项目有四个选项各选项无正误之分也无好坏 区别请同学们根据你在日常学习中的实际情况在尊重事实的基础上认真选择最适合 你的选项每个问题只能选择一项另外请把你对第1 个问题的看法写在答题纸空白处 你的回答对于我们的研究具有重要意义谢谢你的合作 回收有效问卷44 份对测试结果做了测试分数分布频率图试测结果见图3 21 10 8 6 4 2 Std Dev 1281 Mean 781 0 N 4400 500 600 700 800 900 1000 550 650 750 850 950 1050 X 图3 自我监控测 试分数分布直方图 从图3 我们可以看出学生成绩基本符合正态分布这说明自我监控材料的编制基本 合理其测试项目内容和高中生的自我监控水平基本符合应该说测试的结构效度和内容 效度应该不会太差 为了验证上表得出的结论我们同时还对测试结果作了P-P概率图见图4 P-P概率图 P-P Probability Plots 是根据变量的累积概率对应于所指定的理论分布累积概率绘制的散 点图它可以直观地 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 样本是否与某个概率分布的统计图形一致如正态分布卡方分 布正态分布对数正态分布等如果被检验的数据符合所指定的分布代表数据的点应 当呈对角线分布为了更仔细地观察正态分布情况可以把正态P-P 图和去势P-P 图结合起 来使用去势P-P 图反映的是按正态分布计算的理论值和实际值之差的分布情况即分布的 残差图如果数据服从正态分布在正态P-P 图中的数据点应和理论直线对角线基本重 合在去势P-P 图中的数据点应较均匀地分布在Y 0这条直线上下 Normal P-P Plot of X 100 Detrended Normal P-P Plot of X 06 75 04 02 50 000 b l o a r m P r o m N -02 u 25 C m o d r f e t n c o -04 i e t p a i x v E 000 e D -06 000 25 50 75 100 00 2 4 6 8 10 Observed Cum Prob Observed Cum Prob