1、高中生化学问题表征中信息识别深度差异的研究2008 年,第 2 期教师论坛 13高中生化学问题表征中信息识别深度差异的研究李芳.王祖浩(华东师范大学化学系,上海 200062)摘要:问题信息识别的深度差异决定了问题表征层次的差异 ,对问题解决起到重要的先决作用.本文通过化学问题分类实验研究不同年级,同年级不同学力水平的高中学生在化学问题表征过程中表现出的信息识别深度差异,并分析推测此种差异存在的性质,程度及影响因素.关键词:化学问题分类;信息识别;问题表征;深度差异文章编号:10056629(2008)02 001304 中图分类号:G633.8 文献标识码:B重视学生问题解决能力的培养是化学
2、新课程的要求,也是化学教育的主要目的之一.心理学研究表明,问题信息识别的深度影响到问题表征的层次,进而影响问题解决策略的选择和结果的正确性.本文通过对化学问题分类的实验测试来研究分析不同学生存在的信息识别深度差异.1 问题提出问题表征是对问题的理解状态.一般遵循由浅入深的两个环节,一是字面理解,即理解问题表述的语言,从中找到问题提供的条件和要求的目标;二是深层理解,即理解问题的实质,要能识别问题的类型【“.问题信息识别是在问题表征过程中对信息的识取和甄别过程.从已有的研究成果看,问题表征有内在和外在层次的体现,问题信息识别也有识取的范围宽窄,甄别的程度深浅之分.问题信息识别深度是指能理解把握问
3、题信息内在关系的最高层次.由于对化学问题类型的识别能反映学生的深层认知结构.因而是问题信息识别深度的一种具体表现.我们在实践中发现,优秀学生似乎比困难学生更善于归纳和积累问题类型,从而能在见到问题时迅速将其纳入自己头脑中已经形成的问题类型中去.学生一旦将问题归人某一类别,一个解决问题的特定图式就被激活了.这个图式将引导对有关信息的注意,并能预期正确答案应该是什么样的.在问题信息识别时,如果对问题类型不能有较深层次的判别,那么会徒费许多精力在寻找筛选有效信息上,影响解题效率和准确性.受此启发,本研究以化学问题分类为实验内容,考察不同年级,同年级不同学力水平的高中生在化学问题表征过程中表现出的信息
4、识别深度差异并展开分析.2 研究过程本研究依据认知心理学中有关理论的表述.参考了相关研究较为丰富的数学网,物理3等学科中的一些具体实验方法,进行实验设计,操作和分析.特别重视在原方法上针对化学学科特色进行改进.2.1 目的化学问题分类实验的目的是考察学生信息识别的深度,即考察学生在“第一眼 “看问题时的角度和深度,可以预示他们如何理解问题的本质,对问题的认识能达到什么层次.2.2 依据解决问题的第一步是确定问题到底是什么.学生对问题认识越深刻,越是倾向于挖掘问题本质,也就越不会拘泥于表面无关信息:所以在对问题分类时,就越少出现浅层分类(按表面特征分),而代之以出现越多的深层分类(按深层结构分)
5、.2.3 内容从高中化学作业和练习册中选出的一般难度,有典型意义的 12 个化学问题编制成问卷,它们中有些有相似的表面特征,如出现相同的药品名称,操说:“很抱歉 ,现在不能作出确切的回答,待我课后查阅资料后再回答你们.“这得到了学生的谅解,教学计划也仍能顺利地完成.欲对实验教学中出现的意外情况作出巧妙处理.最根本的还在于施教者在课前能深入钻研教材,认真准备实验,周密思考可能发生的意外情况及预防措施.14 化学教学 2008 年,第 2 期作名称,化学量,化学符号,题型等;有些有共同的深层结构.如可用同一化学原理解释,涉及同一化学概念,能用同种思路或方法解决问题等.不要求被试解题.只要求在规定时
6、间内对问题进行分类并写出具体的分类理由.统计学生浅层分类和深层分类的数目.2.4 程序被试初选:上海市某重点高中抽取各年级学生共 349 名(高一 103 名.高二 137 名.高三 109 名)作为被试.同年级尽量选择由同一位化学教师授课,整体学习风格相近的几个班级学生(高三选择 3+1 选修化学的学生作为被试),参考他们该学年的化学成绩在每个年级中又分为优,中,差三个学力水平.主测培训:选择被测学生的化学教师或班主任作为主测.事先召集备选教师进行培训.说明详细的监测要求.统一,规范施测流程指令.施测安排:测试时间安排在学年末.此时各年级已经或快要学习完成本学年的全部化学课程内容;以班级为单
7、位.在同一时间内进行测试;测试时间为 20 分钟.预估大部分学生在此时间段内能够做完该项实验的全部测试题.实验处理:采用 EXCEL2o03 和 SPSS14.0 对问卷测试中浅层分类数,深层分类数两项数据进行统计分析处理.通过学生浅层分类数和深层分类数的相对比较了解其“第一眼“ 看问题时所能达到的层次;通过深层分类数的绝对比较了解不同水平学生对问题本质认识的程度.3 分析与结果本节通过对实验结果的分析得出不同年级学生,相同年级不同学力水平学生的化学问题信息识别深度差异是否存在及存在的性质,程度.并推测对其有影响的因素.3.1 描述性统计分析各年级各学力水平学生的两项数据的描述性统计结果显示有
8、以下几个特点:最低值(Min):深层分类数最低值各年级各学力水平几乎都为“0“.浅层分类数的最低值只有高三全部为“0“.最高值(Max):深层分类数的最高值高二 ,高三年级都为“5“.高一为“3“.各年级按学力水平层次递减有减少趋势;浅层分类数的最高值高三为“7“.明显低于高一,高二的“12“,各年级中按学力水平层次看并无明显规律.平均数(Mean): 深层分类平均数随年级由低到高呈由小到大的规律变化.其中高三均数明显要比高一,高二均数大得多.每个年级中随着学力水平层次的递减该项均数也大致递减:浅层分类平均数就年级来说,高一,高二均数非常接近.且明显大于高三均数.就每个年级的学业层次来说.看不
9、出有什么明显规律.标准差(SD):各年级各学力水平层次的学生浅层分类数数据分布集中程度相当.深层分类数数据分布集中程度则有参差.以上几个数据特点较好地符合了研究者的实验设计预想.即:浅层分类不能体现问题解决者对问题信息识别的深度要求.对问题解决也起不了多大作用.一般学生或多或少都能进行浅层分类.浅层分类数目的多少受到学生对问卷要求的领悟,对实验测试的态度,对自己的学习要求等个体因素的影响较大.所以不会随学生认知结构,学习能力的变化产生规律性变化;而深层分类能够很好体现问题解决者对问题信息识别的深度要求.深层分类数目越多.说明学生对问题表征越完善.越接近于问题的本质.也就越有利于问题的解决.从学
10、生的问题类型识别实验问卷记录中可以看到.对这 12 个问题.学生浅层分类理由具体涉及的有:要通电,生活化学,含氯元素,硫酸盐,溶液中的反应,浓度,消毒,求化合价,求物质的量,写反应方程式,要用文字表述,选择题,计算题等等;学生深层分类理由具体涉及的有:氧化还原反应原理,原电池,电解池,用守恒法解题,原子守恒,电子守恒,电荷守恒,化合价升降守恒等等.3-2 不同年级学生信息识别深度差异分析3.2.1 作图分析用 EXCEL 作图可以更为直观的观察各年级学生之间的浅层分类,深层分类数目对比关系.图 1蔟状柱形图显示出不同年级两种分类数目的绝对比较关系;图 2 百分比堆积柱形图显示出不同年级两种分类
11、数目各占本年级分类总数的百分比关系.O?UU5.004.OO3.OO2.OO1.OOO.OO高一高二高三一浅层分类平均数 5.1O5.222.76圈深层分类平均数 0.48O.822.41图 1 不同年级两种分类数目均值比较2008 年,第 2 期教师论坛 151()0%鲨 Il80%60%40%20%0%高一高二高三I 一浅层分类平均数 0.480.822.41圈深层分类平均数 5.105.222.76图 2 不同年级学生两种分类平均数的酉分比比较由图 1,图 2 可以看出不同年级的分类有如下特点:从整体看,每个年级的学生都出现了以题型,药品名,操作名,求解内容等为划分依据的浅层分类方式和以
12、化学原理,概念,方法等深层结构为依据的深层分类方式.各年级的浅层分类数目相对都比深层分类数目要多.从分类类型上看,高一,高二年级以浅层分类为主,深层分类较少,说明对于问题信息识别多数停留在表面特征,识别的深度较浅;高三年级深,浅两种分类几乎并重,说明整体对于问题信息的深度识别能力要强于前两者.从分类平均数目上看,高一,高二对应的两类分类数目都比较接近,高二的分类数两种都略高于高一;高三在浅层分类数目上远低于高一,高二.而在深层分类数目又远高于高一,高二.说明随年级升高,知识结构完整性增加,对问题信息识别的层次也随之加深,尤其到了高三,知识结构趋于完整,逐渐会忽略对浅层信息的识别,而着重于对问题
13、本质的认识.受图 2 的启发.笔者还试图以“深浅比“(深浅比=深层分类数目/浅层分类数目 )这样一个关系量值来考察不同年级学生的信息识别深度.因为对深层结构越关注会令深层分类越多,对表面特征越忽视会令浅层分类越少,亦即“深浅比“ 值越大.则对问题信息识别层次越高,反之则“深浅比“ 值越小,信息识别层次越低(表 1).表 1 三个年级学生的“深浅比 “值从深浅比值的大小似乎可以较明显地看出三个年级的信息识别深度差距.3.2.2 方差分析用 SPSS14.0 统计软件对三个年级两种分类数目的方差分析显示存在极其显着差异,见下表 2:表 2 三个年级学生两种分类数的方差分析结果显着性水平 pO.05
14、比较分析可知(表 3),除了在浅层分类上高一,高二没有显着差异外,其他都存在显着差异.正如我们在上文中分析的那样,浅层分类比较随意,缺乏实际比较的意义;深层分类则与问题解决息息相关,是信息识别能力的真实体现;高三学生已经具备相当的信息识别深度,所以反而会相对轻视浅层分类,而更习惯于对问题进行深层分类.表 3 不同年级学生两种分类数目的两两比较(LSD)显着性水平 PO.053.3 相同年级不同学力水平学生信息识别深度差异分析3.3.1 作图分析用 EXCEL 对各年级不同学力水平学生的浅层分类数目,深层分类数目作蔟状柱形图(图 3)和百分比堆积图(图 4),可以观察到高一,高二年级中随学力水平
15、降低浅层分类均数无规律,浅层分类数占比有规律递增,而深层分类均数和深层分类数占比都呈规律性递减.高三年级中随学力水平降低浅层分类均数,深层分类均数都有规律递减.浅层分类数,深层分类数占比基本接近.O?UU5.004.003.002.00一一嗣 1.00嘲鞫一 0.00 一优一中 l 一困 I 二优 l 二中 l 三困 I 三优 l 三中 I 三困l 一浅层分类数 4.765.33l5.07l5.17l5.00l5.692.93l2.88I2.38J 圈深层分类数 1.070.28l0.18J1.2810.77J0.43l2.86I2.29I2.17图 3 不同年级不同学力水平学生两种分类平均数
16、在计算各年级不同学力水平学生的“深浅比“值时却发现,对于高一,高二年级不同学力水平学生,“ 深浅比 “值仍然能较好的区分差距,但在高三年级却出现了意外的结果,学困生的“深浅比“16 化学教学 2008 年,第 2 期值反而比学中生的更大,接近于学优生的水平.究其原因发现,学困生的深浅比值高并不是由于其深层分类均数(分子) 更大引起的,而是由于其浅层分类均数(分母)更小引起的.经过对问卷的重审,发现高三学困生浅层分类数目为“O“的人数比例(17.24%)大大超过其他两类学生 f 学中生 7.84%,学优生 O%):再对部分高三生进行深入访谈,了解到不少学困生因为高三比较繁忙.出于对付一下的心理写
17、了几个或者干脆空白.这再次证明浅层分类因为与问题解决关系不大而带有很大随机性.不能用于度量学生信息识别的深度,因此用“深浅比“ 这个值来衡量是有缺陷的,信息识别的深度还是直接用深层分类数目的差异来衡量比较合适.因此.以下的差异分析中研究者只对深层分类数目进行统计分析.1OO%i 薹 8o%霪 6O%l40%lIl2O%_O%一优卜冲一困 l 二优 I 二中 i 三困 I 三优 l 三中 I-=1I 蕾深层分类数 1.O7IO.28l0.8l1.28l0.77l0.43l2.862.29l2.17I浅层分类数 4.76I533I5.07i5.17l5.00l5.692.93l2.88l2.38图 4 不同年级不同学力水平学生两种分类平均数的百分比3.3.2 差异分析表 4 为各年级不同水平学生群的深层分类平均数,横行反映年级间的变化递增规律,纵行反映同年级不同学力水平学生之间的变化递减规律.表 4 不同学力水平(相同年级)学生深层分类平均数的差异表 5 表明,在每个年级,学困生与其他不同学力水平的学生群间在深层分类平均数上均存在显着的差异.表 5 不同学力水平(相同年级)学生深层分类平均数的差异(LSD)显着性水.平 pO.O53.4 结论实验结果显示,高中生在化学问题识别深度上存在一定差异.
