三、初中自然科学解题策略比较的调查研究
1.问题提出
对学生获得的知识进行测量与评价是教学研究的一个重要内容。初中自然科学课程实施以来，教师一直运用布鲁姆的目标分类理论对学生获得的知识进行测量与评价，有关测验的设计是以课程内容为依据，没有考虑到学生是如何建构这些知识的。同时布鲁姆的目标分类理论主要是为教学的测量与评价制定的，对指导教学尤其是指导教师如何帮助学生去建构知识就显得不足，这样就使学生的学习、教师的教学与测量、评价相分离。这一问题从表面上看是只知道分数而不了解存在差异的原因，从深层意义上讲就是没有了解学习机制就进行盲目学习、测量与评价，所以效度与信度不很理想。
现代认知心理学主张通过说明学习者头脑内部的知识表征、结构与过程来设计测量与评价学习，同时它注意到知识的获得是一个积极主动的建构过程，是在新知识内部和新旧知识之间建立联系的过程。因而在测量与评价时还要注意对学习者建构知识时所采用的策略或方法加以评定，这些很可能是学习者在知识建构上的缺陷所在，教学设计应在对此了解后并所提出补救性措施才能真正实现促进学习的目的。因此，对解题策略的研究就显得十分必要。
2.理论构想
策略是高层次的信息处理方法，是一种高级智力活动过程。策略在问题解决中的作用是减少尝试的任意性，节约解题所需的时间和精力，使成功具有更大的可能性。策略性知识可提供建议性或启发性的规则，它的有效运用，需要条件性知识的支持。心理学研究表明，人的心理活动具有不同水平，这可在问题解决活动中有所表现。西蒙指出解题策略有两种类型：①内部指导策略。即以记忆中已有信息为指导而达到目标，如机械记忆策略、模式策略、目标传递策略。这些策略的运用主要靠内部已存储的信息来指导解题的行为顺序和行为模式，思维的特点是侧重于以题型和算法对问题进行识别和判断；②外部指导策略。这是解题者用其感觉器官感知问题情境，从而引出下一步该怎么做。思维特点是侧重于对问题提供的信息进行搜索、获取和加工。
测量与评价解决问题目标宜采用建构式测验。具体的测量可从认知课题、表征课题、联想与匹配及反思结果4个相互联系的环节等方面展开。评价上可采用“口语报告”或“专家与新手”比较模式来研究，这种测量与评价学习者解题能力远比多做几道题目有意义。
3.研究方法：
目的：采用测试和口语报告相结合的方法，主要是通过不同被试解决相同问题过程的比较，探讨策略性知识的作用机制，探查学生在解题策略应用中的问题。
（1）被试
抽取初三第一学期试卷30份(两个测试题都做对的学生)他们刚完成初中自然科学新课教学任务，尚未进入复习阶段，这些都是各班中比较优秀的学生。
（2）测试形式和内容
要求被测学生，独立完成解题任务，写清解题步骤，并大声说出思维过程。
具体测试题：
①在体积为V升的密闭容器中，通入a克CO和b克O2，在一定条件下点燃反应，则反应后容器内的物质所含碳原子和氧原子个数之比是多少？
②在底面积为200cm2的圆柱形容器中装有适量的水，距底面5cm处的A点压强为P，当将一重为10N的木块放在水中，问A点处的压强增大了多少？(g取10N/kg)
（3）测试程序
施测前老师向被测试学生说明测查的目的并告知学生在试卷上的答案基本上是对的，使被试没有任何精神担。然后，给每位被试两道测试题目，让学生重做一次，并要求完整地写出解题步骤。教师在观测记录过程中可随时向被试提问，以便了解学生的思维过程及采取的策略。施测完毕，由研究者统一对被试的答卷，口语报告及教师记录进行整理、分析和总结。
4.研究结果分析
（1）第一题整理如下：
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策略一 |
策略二 |
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第一条：阅读题目。
第二条：重复题目中的信息“密闭容器”及问题所求，产生兴奋的情绪。
第三条：分析用质量守恒法，认为“反应后C原子的个数不变，O原子个数也不变”，找到了解题的思绪，情绪稳定。
第四条：得出结果，一种成功的感受溢于言表。
对被试的“第三条”提问，被试者回答为“因在密闭容器中反应，质量守恒，即反应前后原子个数守恒。”
时间：为3分钟 |
第一条：阅读题目。
第二条：写出化学方程式2CO+O2＝2CO2产生兴奋。
第三条：判断是否完全反应，产生焦虚。
第四条：已知CO的质量为a克，O2的质量为b克。
第五条：假设1，设O2过量，由CO计算完全反应的O2的质量为32/56a，生成的CO2的质量为88/56a克。则得出结果
第六条：假设2，设CO过量，由O2计算完全反应的CO的质量为56/32b克，生成CO2的质量为88/32b。则得出结果
时间为：10分钟 |
（2）第二题整理如下：
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策略一 |
策略二 |
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第一条：阅读题目。
第二条：画出草图，找到A点，压强为P。
第三条：重复圆柱形容器，并对木进行受力分析。
第四条：木块受到水对它的浮力，水也 同样受到块对它的压力，由于是圆柱形容器，这个力必是大小不变地向底部传递，因此，放入木块后，容器底面增大压力一定等于木块的重力。
第五条：放入木块后，底面增大的压强为
第六条：因为放入木块后，A点和底面上增大的深度相同，因此，两处增大的压加强也相同。
时间为2分钟 |
第一条：阅读题目。
第二条：画出草图，找到A点，压强为P。
第三条：放入10N的木块，由于液面上升导致A点压强增大。
第四条：找到液面上升的原因，且得出
V排＝V水
第五条：因为木块漂浮，F浮＝G
第六条：V水=S△h（Ｓ为圆柱形底面积，△h为水面上升的高度）
第七条：根据△P＝ρ水g△h
=1×103kg/m3×10N/kg×0.05m
=500Pa
时间为11分钟 |
（3）分析
对两解题策略比较分析：从数据上可见，两者所用时间及操作步数有着显著差异。对于第一题，记录的第一条――第三条为知识巩固、技能应用、方法构建。策略一在阅读完问题信息后就及时重复了“密闭容器”等关键信息且通过补充的问题回答表明，其已将该问题归纳为“质量守恒定律，原子个数守恒”类的问题，第三条即为其启动的思维与所构建的方法相匹配的解题图式，质量――守恒，原子数守恒――C和O原子守恒――分别求算原子个数，据此展开解题操作得到结果；策略二则显然只是凭借经验尝试“通过反应方程式求结果”，因而其也启动了思维与构建的一般方法相匹配的样例解法，“判断反应是否进行完全――假设CO与O2之一过量――分别求算原子个数”,据此展开解题操作得到结果。
对于第二题，记录的第一条――第三条为初三时所学知识的巩固、应用和方法的构建。策略一在阅读完题目信息后，重复了圆柱形容器，并想到作出木块的受力分析，表明其已将问题归纳为“产生压强的本质”类概念和原理，对液体内部压强产生的原因及计算有了实质性的理解，把液体压强的繁锁计算转化为固体压强的一步到位；策略二显然是“就事论是”，只从液体压强产生原因表面考虑问题，没有把原有固体压强、受力分析等知识与新学习的液体压强知识联系起来，虽然也解得了正确的结果，但所选的解题策略不利于程序性知识的掌握。
从解题的外显为所显示，被试学生对同一问题建构起两种不同策略的解决问题模式，策略二根据掌握的知识，仅凭问题的表面特征（具体的化学反应、液面升高等）的分析就对问题展开了解析，凭借对样例解法模式的联想记忆的恢复，调动了与之匹配的具体操作。尽管其后来匹配的解题操作基本无误，但思维束缚已影响了创新意识的培养。策略一则凭借语义加工突破了覆盖在问题表面的条件而认识到了问题的真实结构（表现为对问题进行了归类）。说明其形成的知识是建立在抽象水平和概括水平较高的原理、定律的基础上，有很好的适应性和迁移性，很容易转化成自己的技能和能力，有利于增强学生的创新意识。
5．讨论
北京师范大学王磊教授在问题解决的心理机制研究中指出：问题解决过程可分为3个相互联系的环节，即审题活动、解析活动、实际解决活动。在这一过程中，相应的基础知识、问题类型结构知识及有关的策略性知识发挥着定向调节作用。而各活动环节相对应的高级心智技能（程序性知识）对解题起着执行调节作用。上述简单例题表明，解题是一个探索的过程。被试在解题过程中的确经历了3个环节：问题表征、问题解析、实际解决。但在两种不同解题策略中，被试在各环节中表现的水平不同。
（1）关于问题表征。两种策略都能快速而正确地阅读题给信息，可见被试都具备较清晰的基础知识，但在搜索题目关键词上出现了绝然不同的两种表现，表明启动思维的知识起点不一样。
（2）关于问题解析。策略一对2道题目的解析分别调用了“质量守恒定律”和“帕斯卡原理”等归类的程序性知识，正确地确定为计算问题类型与任务实质，通过分析后，找到了解题的途径。而策略二对2道题目的解析只调用了“化学反应”和“液体内部压强”等零碎的陈述性知识，通过分析也找到了解题的途径，但两种策略的思维方式存在着明显差异。
（3）关于实际解决。策略一根据定律和原理等的深层次表征，将认识转化为对问题进行归来，调动的是一组或几组具有丰富内容的解题图式，主体可灵活选择进行最佳匹配。策略二只根据一般概念性知识的浅层次表征，将认识转化为联想记忆的恢复，只有当记忆中有与之完全相似的样例解法才能进行匹配。
6．结论
实验研究显示，我们的初中学生（当然包括优秀学生）知识应用能力较差，特别是对程序性知识、策略性知识的应用能力亟待提高，表明对解题策略的研究还要深入进行。
（本文发表在《教学月刊》2003年第6期）
