张金宝　李晓晓　阴国恩

摘要：以三套分别含有按照解题方法可以分为二类、三类、四类的物理学科问题分类实验材料，对济南市6所中学3个年级766名中学生进行研究，结果表明：不同年级、不同学业水平学生分类表征层次的差异显著，呈现随年级升高而升高的趋势，学优生的水平明显高于学困生，学优生更多地倾向内在分类表征：随着分类任务的类别数量增多，更多学生倾向外在分类表征；不同性别学生的分类表征层次没有显著差异：不同物理学科问题分类表征层次学生的物理成绩之间存在显著差异。

关键词：物理学科问题，分类表征层次，中学生，学优生，学困生。

分类号 B849：G44

1引言

物理学科问题分类表征通常是指按照有利于问题解决的标准把物理学科问题分为不同的种类，并对同一类问题的特征进行概括，决定问题所属范畴的过程。问题分类表征是问题表征过程的重要认知活动。从问题表征过程来看，傅小兰（2006）将表征划分为内在表征和外在表征，内在表征是问题解决的关键。问题解决实质上是问题表征从外在表征向内在表征的转换。McDermott和Larkin（1978）认为物理问题解决通常要经历四个表征步骤：文字表征、朴素表征、科学表征、数学表征。邓铸（2003）根据Larkin等的理论，在研究中区分出学生在物理问题解决过程中有六种表征状态：无表征状态、外部表征状态、初级内部表征状态、低层次范畴表征状态、高层次范畴表征状态和符号化表征状态。

学科问题分类经常被用来评价被试对问题的表征是否正确以及被试运用学科知识解决不同类型问题的能力。罗奇、唐剑岚（2013）认为，要提高学生数学解题能力需要加强其数学问题图式建构能力和问题表征能力。路海东、董妍（2003）通过对40名小学五年级学生进行数学应用题表征策略的研究探讨，发现个体表征方式对问题解决有着重要影响。程海龙、黄兴丰（2003）通过调查发现。学生对数学问题的表征存在程序性表征、发展性表征、概念性表征三种不同的水平。冯虹、阴国恩、安蓉（2007）对算术应用题的分类结果研究发现。数学成绩优生倾向于按照题目的深层特征进行分类，而数学成绩差生倾向于按照题目的表层结构进行分类。

研究学生对学科问题的分类表征对提高学生解决问题的能力，改进教学具有重要的意义。基于问题表征过程的研究成果，本研究提出了文字分类表征、外在分类表征、内在分类表征三个对物理学科问题的分类表征层次，用来评测和分析学生分类表征水平。从有利于促进问题解决的角度，按内在分类表征的层次最高，其次外在分类表征，再次文字分类表征。本实验的主要目的是运用认知作业法探查中学生物理学科问题分类表征层次及其与物理学业成绩的关系，并在此基础上提出相关教学建议。

2方法

2.1被试

按照分层随机抽样法在济南市抽取好、较好、一般3所高中和3所初中学校。在每所初中学校抽取九年级学生108人。共324人，其中物理学优生54人、学困生54人，实获有效被试273人。在每所高中学校抽取高一学生84人，共252人，其中物理学优生42人、学困生42人，实获有效被试233人；抽取高二年级理科班学生96人，共288人，其中物理学优生48人、学困生48人，实获有效被试260人。实际有效被试共计766人。被剔除的无效被试主要原因是信息缺乏真实性、信息不全等。

物理学优生、学困生的界定：主要以上学期期末物理考试成绩为依据，学优生是在每所学校的年级排名前100名的学生，智力正常：学困生是在每所学校的年级排名后100名～200名学生，智力正常。

2.2实验材料

由5名中学物理教学专家和教师共同编制的三套分类测验题及答题纸。依据专家、教师对物理学科问题类别分类的一致性，选出了四类应用题：利用物理公式比值解决问题，通过控制变量进行物理实验解决问题，利用图示法解决问题，利用物理属性概念解决问题。从大量的九年级物理学科问题中按专家的分类标准筛选出4类应用题，每类15道题，共60道题。经过难度测评，每类选取10道一般难度的题目作为正式实验用题。最后，随机从四类题中抽取相同数量的题目，按二类、三类、四类编成二三套含有12道物理应用题的分类测验题，每套题中的题目随机排列。

2.3实验设计

采用3（年级：九年级、高一、高二）×2（学业水平：学优生、学困生）×2（性别：男、女）×3（类别数量：二类、三类、四类）的实验设计。

2.4实验程序

在每所学校里，把抽取的每个年级的物理学优生和学困生分别集合到两个教室，将相同份数的含有二类、三类、四类的物理学科分类测验题随机分发给两个教室的被试。教室环境保持安静。

发放分类测验题和答题纸后。主试宣读指导语：“同学你好！我们在做题的时候常常要分析这个题目属于哪一类，从而找到解题方法。每位同学都有一份含有12道题目的分类测验题，根据测验题中的指导语的要求，这12道物理题可以分为两类、三类或者四类。请你对这些题目认真分析后进行分类（不用做题），并在答题纸上写出类别及对应题号和分类理由。如果有多种分类方法，欢迎你把它们都写出来。本测验不记名。时间不超过20分钟。”

要求学生在答题纸上填写自己上学期期末物理学科考试成绩。并要求学校提供参加测试学生的上学期期末的物理成绩单，以便核对学生自己提供成绩信息的真实性。测试于学年第二学期开学5周后进行，一周内完成。

2.5因变量的评测及统计

实验的因变量为被试对物理学科问题的分类表征层次。

分类表征层次评价标准：如果被试的分类类别标签和分类理由是基于题目文字描述中个别相似的字词、符号、图形而做出的分类和解释，记为文字分类表征，例如把题目中有图表分为一类，无图表的分为另一类。如果被试的分类类别标签和分类理由是基于题目的表面含义，以文字描述的问题情境的成分和结构进行的，没有按照题目的解题思路的相似性进行分类，记为外在分类表征，例如把题目按电磁学、力学、光学、热学等进行分类。如果被试的分类类别标签和分类理由是基于题目的内在关系、深层结构、解决问题思路方法或数学模型进行分类，记为内在分类表征，例如按图像法、控制变量法、公式法等解决问题方法进行的分类。有效被试进行的这3种以外的分类结果均记为其它分类。