原型_原型结构

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2002 年 第 5 期 学 科 教 育(Jou rna l of Sub ject Educa tion)

N o.5 2002

・学科教育理论研究・

“原型”在高中生化学问题解决活动中的作用

王磊, 岳波

(北京师范大学 化学系, 北京 100875)

[ 关键词 ] 问题解决;原型;化学教学

[ 摘要 ] 问题解决能力是科学素养的重要组成部分。提高学生的问题解决能力是科学教育的重要任务,也是理科教学实践中长期面临的难题。本文通过“电化学”化学问题解决对比教学实验和访谈的方法, 研究证 实可以通过心理模拟将专家和优秀学生的化学问题解决经验外显为“原型”并经过原型定向、,原型操作、原型 内化的教学过程使大量中等学生的相应的问题解决能力有显著性提高, 说明问题解决过程中原型经验的重 要作用。同时本文辩证地分析了原型的利与弊, 指出原型定向阶段应该提倡师生共同建构, 原型不应该被固 定化和僵化。

[ 文献标识码 ] A

[ 文章编号 ] 1002-5308(2002)05-0039-0

5[ 中图分类号 ] G 63318

在学科教学实际中, 经常发现很多学生面对综合性习题或实际问题时束手无策, 即使经过 大题量的训练, 效果仍然很差。在教学中是否有可能运用更为有效的方法和策略解决这一问 题, 人们正在积极探索。

有许多研究认为, 学生头脑中是否拥有问题解决的经验原型, 以及原型的内容和水平如何 对其问题解决活动的过程和质量具有重要影响, 专家与新手问题解决能力的重要差别之一就 在于此。学科教学心理的有关研究表明, 通过心理模拟方法将专家或优秀学生的问题解决过程 和心理历程外化或物质化成心智活动操作程序, 即问题解决活动原型, 然后经过原型定向、原 型操作和原型内化的学习过程, 可以帮助中差水平的学生形成好的问题解决经验原型, 从而使 更多学生的问题解决能力得到提高。

但是在高中生解决科学问题的活动过程中原型及其原型的教学将发挥怎样的影响与作

用, 还存在什么值得教师注意的问题, 尚无研究报道。本文采用心理模拟法和教学对比实验对 此进行初步探索。

为了考察原型在高中学生解决化学问题的活动过程中的作用, 本研究选择了北京市某中

学高三年级两个平行班进行对比实验, 教学内容是高三化学新课“电化学”部分, 共 7 8 课时。～ 两个教学班均由同一位教师任教, 学生水平非常接近, 大多数考试成绩无显著性差异。确定其 中成绩稍差的班为实验班, 另一班为控制班。

一、实验过程原型定向阶段

“原电池”问题: 先讲清与原电池相关的基本概念, 做一些简单的练习加以巩固, 如写出给

定电极的反应方程式, 给定电池确定正负极等。然后逐步给学生演示原电池类问题解决的一般 方法: 将实际问题识别为“原电池”理论问题, 认定问题性质与任务后如何分析, 采取相应的解

[ 收稿日期 ] 2002-03-20

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题行动, 这显然是一系列程序性知识。结合实例分析以后, 将问题解决概括为操作序列, 成为一 种符号化的动作原型。“电解池”问题采用与上面类似的教学策略, 总结的心智动作原型如图 1 所示。

图 1 电解池问题解决原型图原型操作阶段

结合所总结的动作原型, 让学生进行相关的练习。解题时投影出相应的流程图, 让学生有 意识地监控自己的行为, 并可以大声说出所采取的步骤或进行到哪个阶段。经过练习强化了解 决电化学问题的一般程序, 达到能熟练解析、有意识地监控自己的解题行为并且达到自动化水 平。

原型内化阶段

通过原型操作, 使学生外部的言语与动作相配合、统一, 促进了问题解决行为向内部言语 水平转化, 学生在解决问题时已能自觉选择步骤, 而无需外部言语提醒, 甚至一系列动作简约 化, 此时无疑原型得到内化。教师此时适时地将“电化学”两类问题加以整合: 对于一个具体问 题而言, 如何迅速判定其问题实质——属“原电池”问题还是“电解池”问题(看有无外电路), 然 后依照已建立起来的原型系统解决两类问题, 如图 2 所示。通过整合, 使学生对此类问题有完 整认识, 巩固了已建立的原型, 并加强了两个原型之间的联系, 促进了原型内化。

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图 2 电化学问题解决原型图

二、实验结果

按上述方法进行实验教学后, 进行统一的问题解决测试。实验前后两个班情况见表 1。数据统计不只看平均分, 而是采用均数差异显著性检验。以往成绩显示两个班一直非常稳 定, 水平也较为接近, 而且对照班比实验班程度稍好。从教学对比实验情况看, 采用心理模拟法 明确建立问题解决的原型, 规范解题程序, 使学生有“法”可依, 很显著地提高了学生整体解决 相关问题的水平。这说明“原型”在中学生问题解决过程中的作用确实存在, 且地位举足轻重。

表 1 实验前后两班成绩对照表

人数

实验班 对照班 差异 N 1 = 32 N 2 = 43

x 1 = 77.3 x 1 = 79.0

实验前

Ρ1 = 8.091 Ρ2 = 9.543

x 1 = 85.6 x 2 = 81.4

实验后

Ρ1 = 5.073 Ρ2 = 8.718

0= 1.96

p > 0.05, 即差别不够显著

Z = 0.833

05 = 2.576

p

Z = 2.628> Z 0.— 41 — 2002 年 第 5 期 学 科 教 育(Jou rna l of Sub ject Educa tion)

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三、讨论

通过本阶段的实验研究, 可以有力地说明“原型”在问题解决中的明显作用和突出地位, 也

证明了心理模拟方法和原型定向、原型操作、原型内化的问题解决技能教学的方法对于提高学 生问题解决能力的作用。

在对实验班一些同学的访谈中发现, 大多数同学认为“电化学问题解决流程图”起了重要

作用, 尤其在学习本部分内容的初期。到后来, 运用熟练了, 学生发现一些问题不需要完整地进 行上述流程即可解决。可以看出, 他们已经能够针对不同的问题要求灵活地使用该原型, 进入 了问题解决的高级阶段, 原型对于问题解决的作用已经由学生发挥到较高水平。还有的同学提 出, 有些时候需要逆向使用该流程, 比如: 已知某些电池反应的总方程式来推电极变化或溶液 的变化, 已知反应现象或量的关系反过来推断原电池正负极(比较金属的活泼性)或电解池外 接电源的情况, 还有已知一个新的问题情景(信息题), 也许是非常规电池(如燃料电池), 但由

总反应结果也可以反过来推断两极物质, 写出电极反应。据此, 他们主动提出可修改已有的原 型, 双向驱动, 使其更具有灵活性。

仔细分析本阶段研究的情况, 有几点值得思考与注意。

(1)实验前, 两个班的 Ρ 值相差不大, 说明两个班同学的离散程度均不大, 都还算整齐。但 教学改变后, 实验班的 Ρ 值较小, 而对照班的 Ρ 值则相对较大。这说明建立原型对迅速而大面 积地提高学生集体的成绩作用突出, 教学效率是很高的。其中的主要原因可能是在问题解决活 动中, 分析问题时经常需要将问题信息与已有的经验原型进行匹配, 这种匹配过程属于模式识 别过程。

模式识别有三种基本类型: 模板匹配, 原型匹配和特征匹配。原型的多少、原型的形成质量 以及原型匹配的熟练程度都可能影响到问题解决的速度, 而随着问题解决经验的积累, 会使原 型不断丰富, 概括性更强, 即原型的特征性更强, 反过来利于识别和解决更复杂的问题。教学初 始阶段时所接受的外部的问题解决原型经过了定向、操作和内化过程, 转化到学习者头脑内部 的“原型”就形成了他自己的有效心智活动模式和经验, 有利于学生顺利地解决化学问题。

(2)该次考试中几个较高分数均出现在控制班。这一点值得注意, 而且通过对这一部分同 学的访谈发现, 他们解决“电化学”问题有自己的程序, 思维很清晰, 只不过有时很简约、跳跃性 大, 若将其思维过程逐步还原, 可以发现其问题解决过程与给实验班建立起来的“原型”十分相 似。而对控制班较差同学的访谈中则发现, 他们知识的掌握较为僵化, 而且解决问题时没有清 晰的思路, 有一些同学甚至连问题的目标也说不太清楚, 对于电极的名称以及哪一个电极上发 生氧化或还原反应的认识则更为混乱。对这些同学来说, 若让他们写出某个熟悉的具体电化学 过程中的电极反应还可以完成, 但在解决某个问题时其实用到的就是这个反应, 而他们却很难 意识到。

这种两极分化的现象从反面也说明了“原型”的存在和作用。程度好的同学在学习过程中

总结概括能力强, 可以通过解决一些问题后主动地总结出一套行之有效的、符合个人特点的程 序, 并经巩固后进入长时记忆, 成为个人的问题解决的“原型” 而程度较差、。学习不主动的同 学, 总结概括的能力较差, 只会被动地接受知识, 不习惯去钻研或发现学习中的规律, 需要教师 加以引导, 实验班内程度较差的同学, 正是因为有了现成的“原型”可以模仿, 成绩才会提高, 否 则也可能会陷于茫然的境地。

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(3)建立“原型”对于提高程度较好的学生的问题解决能力是否有利?在教学中建立原型，也就是原型定向阶段采用什么样的教学方式更有利? 是靠教师简单灌输, 还是师生共同建构? 这些问题是值得反思的。通过心理模拟, 建立问题解决的“原型”对于提高学生整体的、尤其是 程度较差同学的成绩作用很明显, 但也似乎使原本程度较好的同学体现不出来了, 表现出一种 “拉平效应”。由于要强调“原型”要给学生行为的准则, 学生,“依计而行”容易按部就班。有些, 内容, 学生原本靠自己能分析出来的东西, 现在老师主动给出来了, 学生只要模仿、接受就可以 完成任务了。这样留给学生个人的思维空间就很狭小了, 在建立问题解决程序的过程中, 学生 心理和思维的参与程度也变小了, 不利于程度较好学生的发展。

我们认为在现实的教学过程中, 应该在教师引导下, 师生共同参与“建构”起一个问题解决的程序, 而不是由教师单方面给予。这样的学习结果是在教师与同学的共同努力下获得的, 学 生的心理参与程度大, 也容易明白为什么会有这样的程序。理解了程序性知识的原因, 对于执 行程序性知识是很有帮助的。从教师给予原型而让学生被动记忆原型到师生共同建构, 这种转 变无疑是十分有益的。

参考文献

[ 1 ] 冯忠良.结构化与定向化教学心理学原理[M ].北京: 北京师范大学出版社, 1998.[ 2 ] 王磊.化学学科能力结构构建教学理论及其实验研究[D ].北京师范大学博士学位论文, 1998.[ 3 ] 李维.认知心理学研究(M).杭州: 浙江人民出版社, 1998.Sen ior h igh school studen ts’ problem s solv ing

W AN G L ei, YU E Bo

(D ep an tm en t of Chem istry, Beijing N o rm al U n iuersity, Beijing 100875, Ch ina)

Key words: p rob lem so lving;p a t tern recogn it ion p ro to typ es;chem ist ry teach ing Abstracts: P rob lem so lving(PS)is the im po rtan t con ten t of science educa t ion and the PS ab ility is the m a jo r com ponen t of science literacy.T herefo re , PS shou ld be an im po rtan t

M en ta l sim u la t ion m ethod is adop ted in th is resea rch to study the m en ta l p roce of studen t s’rm of science teach ing and a lso be the co re of the studen t s’ science lea rn ing in schoo l

w o rk ing ou t chem ist ry p rob lem s.T he resea rch p roves the ex istence of the m en ta l p roce of

“p ro to typ es ”and the im po rtance of the p roce fo r studen t s to so lve p rob lem s fluen t ly.W ha t’s m o re , in th is resea rch , w e ana lyze the advan tages and d isadvan tages of“ ro to typ es”p d ia lect ica lly by teach ing p ract ices.— 43 —

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