注：覺得這篇文章對教學很有幫助，有時覺得這樣的教學方式好,，如果能知道為什么好,，則更有助于教學的主動行為,。

摘要:問題的表征是問題解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié),可分為內(nèi)部表征和外部表征.在問題解決過程中,外部表征可以激活長時記憶中的圖式或樣例,完成科學理論表征,同時在元認知的監(jiān)控下,最終完成問題之解決.問題的表征與解決過程給物理教學的幾點啟示是:讓學生形成高度概括的圖式和樣例;注重學生元認知監(jiān)控的培養(yǎng);教會學生如何對問題進行表征;鼓勵學生進行反思和評價.

關(guān)鍵詞:問題表征;圖式;元認知監(jiān)控

   美國心理學家紐厄爾與西蒙認為:“問題是這樣一種情景,個體想做某件事,但不能即刻知道做這件事所采取的一系列行動.”^[1]張春興解釋為“個人在有目的待追求而尚未找到適當手段時感到的心理困境.”^[2]問題皆可用問題空間,、初始狀態(tài)、目標狀態(tài)和算子加以描述.“所謂問題空間,是問題解決者內(nèi)部(或心理)對問題解決的表征,包括初始狀態(tài),、當前狀態(tài)和目標狀態(tài),還包括使問題從一種狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的算子.”^[3]因此問題空間是一種心理空間,

它可外化為對問題各種狀態(tài)和心理或行為上的操作.

1　問題的分類

標準不同,對問題類型的劃分也不同.例如根據(jù)需要的知識質(zhì)量,可分為知識貧乏型問題和知識豐富型問題;根據(jù)不同的目標,可分為目標明確型問題和目標生成型問題;根據(jù)問題的復雜性,可分為定義明確的問題和定義不明確的問題等等.本文在這里僅介紹兩種與物理問題相關(guān)的分類.

1.1　明確限定問題和非明確限定問題

明確限定問題是對問題的初始狀態(tài),、目標狀態(tài)以及其他必備信息進行了說明,并且具有至少一個正確答案的問題.否則,就為非明確限定問題.如果從答案的性質(zhì)而言,前者也可以稱為封閉問題,后者可以稱為開放問題.封閉問題是具有至少一個正確答案的問題,開放問題則沒有限定的答案.

1.2　知識豐富型問題和知識貧乏型問題

知識豐富型問題“需要大量特定學科領(lǐng)域的知識和訓練,問題解決受到的限制更多”,而知識貧乏型問題“所需要的特定領(lǐng)域的知識相對比較少”.^[4]根據(jù)以上分析,我們可以得出,物理問題屬于特定學科問題,當屬于知識豐富型問題,大多數(shù)物理問題乃是明確限定問題.

2　問題的表征

表征是問題解決的一個中心環(huán)節(jié).“如果一個問題得到了正確的表征,可以說它已解決了一半.”^[5]問題表征是人們在解決問題時所使用的一種認知結(jié)構(gòu);是通過一系列算子,對信息進行記錄,、儲存和描述以致改進信息的結(jié)構(gòu)方式.人們解決問題時,通常采用一種類比方法,即將源問題與靶問題作比較以便產(chǎn)生遷移,從而達到問題解決.Zhang J.在研究中認為,表征分為內(nèi)部表征和外部表征,他把外部表征定義為問題情景的成分和結(jié)構(gòu),包括物理符號、物體,、維度以及外部規(guī)則,、約束條件或邊界條件等.外部表征是由知覺系統(tǒng)直接覺察到的情景信息,它激活知覺操作,覺察問題結(jié)構(gòu)所從屬的結(jié)構(gòu)類型,對問題的內(nèi)部表征具有引導或定向作用;內(nèi)部表征則激活深層認知操作,激活記憶中某種認知機制,經(jīng)過想象、推理等操作過程形成對問題的內(nèi)部表征,進而形成對問題結(jié)構(gòu)的理解和問題解決的構(gòu)想.外部表征激活知覺操作是在工作記憶系統(tǒng)中完成.^[6]對問題的內(nèi)部表征是能否解決問題的關(guān)鍵,而快速形成正確的內(nèi)部表征需要以知識圖式為基礎(chǔ),這些知識圖式是通過樣例學習建立起來的,往往結(jié)合了大量的專門領(lǐng)域知識和一般的問題解決策略和方法,即也結(jié)合了大量的程序性知識,它可以使對問題的理解或表征類型化.^[7]

根據(jù)物理問題的表征深度和層次,McDermott和Larkin認為物理問題的表征構(gòu)建有下列4步:(1)文字表征,主要與問題的文字描述有關(guān);(2)樸素表征,與問題的整體框架及具體物體等有關(guān),主要是由問題的表面特征決定;(3)科學理論表征,即“物理”表征,產(chǎn)生于問題解決者對物理概念的理解,主要由問題的深層特征決定;(4)數(shù)學表征,與問題的物理公式和有關(guān)推導有關(guān).^[8]

廖伯琴、黃希庭認為物理問題的表征層次及相互聯(lián)系影響著物理問題的解決.面對新的物理問題,優(yōu)生能應(yīng)用已有知識結(jié)構(gòu),對問題進行一系列不同層次的表征,在整體上能對問題構(gòu)建出有機統(tǒng)一的抽象表征.在此基礎(chǔ)上,優(yōu)生便能對目標問題進行深層次的本質(zhì)分類,即以物理原理分類,迅速地用正向推理的方法建立目標問題與源問題之間的聯(lián)系(這主要是在科學理論表征層次中完成),致使其產(chǎn)生遷移,達到問題解決的目的(即在數(shù)學表征層次中得出所求量).而差生雖然具有一定的知識結(jié)構(gòu),也能建立不同層次的問題表征,但是其各個層次的表征還未能形成有機的整體.他們較多地受文字表征和初始表征的影響,其所作的科學理論表征和數(shù)學表征并不完善.因此差生不可能從整體上對目標問題形成抽象表征,他們通常只能建立具體表征,這便導致其在實行物理問題分類時以問題的表面特征為基礎(chǔ),在科學理論表征層次上只能采取手段—目的法,進行逆向推理.^[9]

對于表征的各種觀點,結(jié)合物理問題解決的實際,我們可以得出:依據(jù)表征的工作系統(tǒng),可分為內(nèi)部表征和外部表征,外部表征主要在工作記憶系統(tǒng)中進行操作,內(nèi)部表征是通過工作記憶所知覺到的刺激,從長時記憶中提取范疇性和高度系統(tǒng)化的命題結(jié)構(gòu),或者說是包容性很強的圖式、樣例,使之與外部表征進行比對,進而形成科學理論表征,即物理表征.最后應(yīng)用數(shù)學表征,進行一系列程序性知識的操作,最終達到問題的解決.由于工作記憶容量有限,問題解決者在讀題時,通過畫草圖,標注各已知量,挖掘隱含約束條件,把文字表征轉(zhuǎn)換為適合分析的樸素表征,通過對物理過程的分析和轉(zhuǎn)換,使之類似于儲存在長時記憶中的圖式或樣例.只要問題解決者找到了匹配的圖式或樣例,問題表征就進入了物理表征,便可列出有關(guān)公式,最后運用數(shù)學知識解決問題;如果在長時記憶中搜索不到合適的圖式或樣例,問題解決者會重新審題,再次對文字表征進行轉(zhuǎn)換,這一系列操作都要通過紙筆畫圖等來完成.

3　問題的解決過程

問題的解決過程實際上是學生自我監(jiān)控的過程,即“確定解決問題目標或子目標,決定要解決問題的性質(zhì),選擇信息的表征方式,決定問題解決過程中時間的分配,選擇解題策略,監(jiān)察解題過程,產(chǎn)生反饋并對解題過程作出調(diào)節(jié),、控制,、修正的過程^[10].

皮連生在《學與教的心理學》中把數(shù)學問題解決的過程

分解為問題表征、設(shè)計解題計劃,、執(zhí)行解題計劃、監(jiān)控4個過程.(1)問題表征.指解題者形成問題空間的過程,表現(xiàn)為明確問題給定的條件、目標及允許的操作等等;(2)設(shè)計解題計劃.完成問題表征后,就要確定一套解題方案,包括把終點目標分解成一系列子目標,建立問題的子目標層次;(3)執(zhí)行解題計劃.指解題者一系列行動貫徹解題計劃的過程,也就是利用數(shù)學計算規(guī)則進行一系列運算,最后得出正確結(jié)果的過程;(4)監(jiān)控.這一過程實際上貫穿解決問題的整個過程,它包括考察問題的表征是否正確,、解題計劃是否能達到最終目標、計劃的執(zhí)行過程是否正確,以及最終解答是否符合要求等等.在這個過程中,學習者主要應(yīng)用自己的策略性知識及反省認知能力.^[11]

宋其爭,、沃建中,、林崇德認為“中學生物理解題自我監(jiān)控能力的最佳模型是5因素結(jié)構(gòu),即計劃、調(diào)節(jié),、監(jiān)察,、檢驗和反思.”^[12]其5個成分的含義歸納如下:(1)計劃,即了解題目的已知和未知條件,挖掘題目的隱含條件,排除多余因素的干擾,抓住問題的關(guān)鍵語句,從長時記憶系統(tǒng)中檢索熟悉的已經(jīng)解決的問題,初步認知問題的模型,以順向或逆向的方式組織自己對具體題目的理解,形成解決具體問題的大致的思維路線.(2)調(diào)節(jié),即在物理解題過程中,學生根據(jù)自己的認知結(jié)構(gòu),以恰當?shù)姆绞浇M織信息,對問題作出恰如其分的分解,對問題的類型、問題的關(guān)鍵,始終保持適度的警覺,如果一條思路走不通,就重新審題或考慮其他思路.它能使學生有意識地,、自覺地對自己的解題過程進行調(diào)節(jié)和修正,以達到最佳效果.(3)監(jiān)察,即在物理解題的過程中,學生對自己解題方法和策略有效性的判斷.自我監(jiān)控能力要求學生不斷地獲取解題進程的有關(guān)信息,審視自己解題活動的效果,并據(jù)此對解題過程作出及時調(diào)節(jié).(4)檢驗,主要是指解題結(jié)束后運用恰當?shù)姆椒▽忸}正確與否進行判斷,也包括對解題方向正確性的判斷.(5)反思,指在解題過程中或在解題結(jié)束后,回味解題過程中最重要最精彩的處理方法,強化對這種處理方法的敏感性;思考還有沒有更簡捷的解題方法;用多種方法解題;多考慮幾種與該問題有關(guān)的過去已做過的習題,分析比較它們的異同;對解題結(jié)果或收獲作出演繹的或歸納的推論,考慮自己知識結(jié)構(gòu)和思想觀念上的優(yōu)點和缺陷,等等.

4　問題的表征和解決過程對物理教學的啟示

問題的表征和解決過程的成果給物理教學提供了堅實的認知心理學基礎(chǔ),它論證了物理問題解決的思維流程,并為問題解決的策略性知識的教學提供理論指導.從中我們可得到以下啟示.

4.1　物理教學應(yīng)讓學生形成高度概括的圖式和樣例

問題解決的科學理論表征是從長時記憶中提取物理概念,、原理和問題解決模式,結(jié)合樸素表征對問題進行分類和指引,繼而達到問題的解決.由于物理概念和原理及問題解決模式是高度結(jié)構(gòu)化的,并以不同形式存儲在長時記憶中,有些是以陳述性知識形式出現(xiàn),有些是以程序性知識形式存儲,它們共同組成了高度概括和包容的認知結(jié)構(gòu),其中也包括了大量問題解決的圖式和樣例.這些圖式和樣例可以在適當?shù)闹X刺激下被激活,從而加快了問題解決的速度,提高問題解決的效率.因此,教師應(yīng)注重物理知識的系統(tǒng)性教學,通過練習和指導,讓學生熟練掌握各個物理原理的適用情境和約束邊界,并形成相關(guān)的圖式和樣例,將之系統(tǒng)化,納入學生自己的認知結(jié)構(gòu)之中.只有如此,學生在面臨有關(guān)問題時才能迅速從長時記憶中提取出恰當?shù)膱D式和樣例,形成正確的物理表征.

4.2　物理教學應(yīng)注重學生元認知監(jiān)控的培養(yǎng)

元認知監(jiān)控屬于一般策略性知識,貫穿于問題解決的始終.元認知系統(tǒng)具有負責監(jiān)控、評價和調(diào)節(jié)所有其他思維成份的功能,元認知系統(tǒng)具有4種功能:目標細化,、過程監(jiān)控,、清晰度監(jiān)控、精確性監(jiān)控.^[13]

(1)目標細化:元認知系統(tǒng)的一個基本任務(wù)就是建立目標.自我認知(self-system)決定個體是否參與活動,一旦作出決定,就會由元認知系統(tǒng)建立活動的目標.元認知系統(tǒng)要確定清晰的最終目標,并組織資源,、制定時間表以保證各中間目標及最終目標的實現(xiàn).

(2)過程監(jiān)控:元認知系統(tǒng)中過程監(jiān)控成份的特殊功能是控制任務(wù)中運用算法(algorithm),、策略(tactic)和程序(process)等程序性知識在執(zhí)行中的效率.過程監(jiān)控只涉及智慧技能和心因動作技能的程序性知識,并不涉及到陳述性知識.

(3)清晰度和精確性的監(jiān)控:清晰性和精確性監(jiān)控屬于“心向”(dispositional)所產(chǎn)生的一系列的功能.“心向”表示個體是否愿意接受知識的清晰性監(jiān)控和精確性監(jiān)控的方式.個體在清晰性和準確性監(jiān)控的同時,達成所給定的任務(wù).

在物理問題解決過程中,元認知監(jiān)控可以起著調(diào)節(jié)問題解決方向,通過不斷轉(zhuǎn)換問題的表征形式,監(jiān)察程序性知識的執(zhí)行,對目標進行有步驟、有計劃的分解,直至目標達成.元認知的監(jiān)控作用使得解題者能夠在整個過程中隨時對自己所采取的行動表現(xiàn)出清醒的意識,對目前的問題和解決方法及時作出評估,并對自己的行為作出相應(yīng)的調(diào)整.其主要過程如下:首先,是對物理問題解決的總體方向的監(jiān)控,它是根據(jù)題目信息,、解題目標和自己已有認知水平而做出的方向性選擇,它在物理思維發(fā)展中起著指揮作用,是物理問題解決的首要問題;其次,是對物理問題解決的方法,、策略、步驟和程序的監(jiān)控,看所用的方法,、策略是否最優(yōu),步驟,、程序是否合理,這是對物理問題解決監(jiān)控的中心環(huán)節(jié);再次,是在解題后檢查其結(jié)論是否和題目目標相一致,若不一致,就要利用反饋信息糾正偏向、改變策略,使思維活動回到正確的軌道上來.

因此,物理教學應(yīng)該在問題解決過程中,不能僅僅局限于問題的解決,而更應(yīng)該讓學生體驗在問題解決過程中各種認知策略的運用及自身認知過程的調(diào)整策略,教會他們正確的思維方法.

4.3　物理教學應(yīng)教會學生如何對問題進行表征

對物理問題的正確表征是解決問題的重心,學生只有在對問題正確的表征情況下,才能激活長時記憶中的物理概念,、基本原理及過去相關(guān)的圖式和樣例,才能對物理問題進行更深層次的表征,即科學理論表征.因此,物理教學中的問題解決,應(yīng)該讓學生在讀題的同時通過畫草圖,在草圖上進行相關(guān)物理量的標注,把文字表征轉(zhuǎn)化為圖像表征,并通過合理的轉(zhuǎn)換,使之與長時記憶中的圖式相類似.這種做法實質(zhì)上是工作記憶對外部表征的操作,一方面可以減輕工作記憶的負擔,另一方面通過紙筆操作可以把認知過程外化,這樣就更有利于對自身認知的監(jiān)控和調(diào)節(jié).

4.4　物理教學應(yīng)鼓勵學生進行反思和評價

物理問題解決的完成,并不意味著整個教學過程的終止,此時教師應(yīng)該幫助學生總結(jié)和反思問題解決的整個過程,并對自己解決問題過程進行合理的評價.讓學生對自己進行提問:這個問題我是如何解決的?我是如何對問題進行表征的?我使用了哪些策略?哪些策略是有效的?哪些策略是無效的?如何注意問題中的隱含條件?我是如何分析物理過程的?這個問題我可以通過怎樣的轉(zhuǎn)換,改變其初始條件,把問題變成另外一種問題,也即平時所說的舉一反三,這種做法可以擴大圖式的包容性和靈活性.通過如此反思和評價,一方面可以對問題解決過程中的一般策略性知識進行概括,另一方面可以把問題解決過程中特定學科領(lǐng)域的知識納入原有認知結(jié)構(gòu)中,并對原有的認知結(jié)構(gòu)進行重組.

問題解決的教學是一項長期培養(yǎng)的過程,因為它屬于復雜的程序性知識,也屬于“弱方法”,只有通過不斷的練習,并對自身認知過程進行深入的反省,才會收到良好的教學效果.

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