江苏省教育科学

江苏省教育科学“十一五”规划课题
开题报告
课题题目：基于多重表征的理科问题解决教学研究负责人：任红艳
所在单位：南京师范大学化学与环境科学学院
报告时间：2007年6月
目录
1.本课题的背景和意义 (3)
1.1.我国的教育改革为“问题解决教学”提供了现实基础 (3)
1.2.问题解决教学的研究意义 (3)
2.对课题重要概念的把握 (4)
2.1.问题解决和问题解决教学 (4)
2.2.表征和多重表征 (5)
3.研究目标、研究内容和研究重点 (5)
3.1.研究目标 (5)
3.2.研究内容 (5)
3.3.研究重点 (5)
4.实施计划——具体工作计划、进度和分工 (6)
4.1.文献调研阶段（课题批准~2007年6月） (6)
4.2.调查分析阶段（2007年6月～2007年11月） (6)
4.3.模式研究和教学设计阶段（2007年3月～2008年2月） (6)
4.4.教学实践和分析阶段（2008年3月2008年11月） (6)
4.5.鉴定结项（2008年12月） (7)
5.研究方法 (7)
5.1.文献查阅 (7)
5.2.历史回顾和比较研究 (7)
5.3.实证调查 (7)
5.4.活动教学 (7)
6.本题目的创新之处和可预期的创造性成果 (8)
6.1.创新之处 (8)
6.2.可预期成果 (8)
7.主要参考文献 (8)
基于多重表征的理科问题解决教学研究
1.本课题的背景和意义
1.1. 我国的教育改革为“问题解决教学”提供了现实基础
我国在现阶段正在积极进行着第八次基础教育课程改革，其指导思想主要在于转变传统的知识至上、知识为本的观念为重视能力、学生为本的观念，改革传统的“填鸭式”或“灌输式”的教育模式，提倡“探究式”的教学模式，注重学生知识掌握的同时更注重学生问题解决能力的培养。

这些在相应的教育政策中都有很明确的体现。

例如，教育部于2001年7月27日公布的新一轮课程改革纲要中明确指出，要培养学生解决问题的能力。

利用人工智能的词频统计软件对各国的课程标准进行分析，以“科学探究”为自定义词组发现，在我国课程标准中出现的次数是最高的。

可见，培养学生的科学探究精神、提高学生的问题解决能力也正成为我国基础教育中的一个主要指导思想，是引领我国基础教育教训发展和前进的目标和方向。

2001年9月《国家九年义务教育课程计划（实验稿）》把研究型学习作为重要内容列入其中；2000年1月颁布的《全日制普通高级中学课程计划（试验修订稿）》亦把研究型学习课程规定为重要内容。

研究型课程首次成为了我国基础教育课程体系的有机构成并纳入到了必修课范畴之中。

在基础教育中，独立开设研究型课程也成为了我国当前课程改革的一个特点和亮点，是课程改革的一大突破，也倍受人们的关注。

与研究型课程相伴的一种学习方式就是研究性学习，即让学生像科学家的研究工作一样进行探究性的学习，发现和捕捉疑问，提出问题，深入探究，在解决问题的过程中获得知识、发展能力、培养情操。

因此，研究型课程和研究性学习的提倡为问题解决在我国的生根发芽提供了厚实的土壤环境和现实氛围，而问题解决的研究和推行也势必会对研究性学习的深入广泛的开展开辟新的天地、提供新的思路和方式。

1.2.问题解决教学的研究意义
问题解决教学的研究有着理论方面的必要性。

问题解决教学的研究是一种面向“田野”的研究。

问题解决教学研究是学科问题解决研究的深化，为学科问题解决的研究提供了前进的方向和继续生长的土壤，具备了将认知心理学的理论研究成果和学
科教学实践密切结合的重要特点。

问题解决教学的研究又有着教学实践方面的急迫性。

随着基础教育新课程改革的不断推进，对教学模式的创新和学习方式的转变有了更为迫切的需要，对教师也提出了更高的要求。

而许多一线教师对于如何达到新课程改革的目标感到迷茫和无助，本课题的研究能够为教师提供一种新的教学思路，使其对新课程理念的理解有一种较为具体的依托。

通过问题解决教学，能够帮助教师改变对以往习题教学的错误认识，走出“题海战术”和“应试教育”的误区；能够帮助学生理解科学，学会思维，提高创新能力。

研究所提出的教学设计及相关案例可以为教师的教学实践提供有价值的参考和借鉴。

2.对课题重要概念的把握
2.1. 问题解决和问题解决教学
问题解决原本是属于心理学的研究范畴。

随着应用心理学的不断发展，逐渐渗透到了教育中，纳入了教育心理学的研究对象之中，而且还是一个非常重要的研究对象之一。

人们试图通过对问题解决的内在心理过程的研究来发现问题解决成功者和问题解决失败者之间的差异性，找出其中的规律性东西，以为学生的问题解决提供帮助和启示。

现在，对问题解决的理解又向前迈进了一大步。

问题解决并不仅仅是对学生在解决问题时的思维的微观的研究，而已超越发展形成为一种宏观层面上思想或者是思路，即问题解决教学。

建构主义教学理论是当今国内外较为活跃的一种思潮，相应地开发出了不少的教学方法，其中有代表性的建构主义教学方法主要有三种：抛锚式教学、支架式教学和随机访问式教学。

这三种方法虽然基于特定的理论指导思想，但是这些理论都具有相当的共性。

因此，三种方法不是相对立的，而是相辅相成的，只是环节与侧重点的不同。

每种方法都强调学习者自主完成所学知识的意义建构，这也正是问题解决教学的方法和思想。

另外，每种方法都强调情景创设（问题提出）、协作学习和过程评价，这也正是问题解决教学方法的几个主要步骤之一。

因此，问题解决教学是建立在建构主义教学理论基础之上，其具体的操作程序和规则可以结合上述三种不同的建构主义教学方法，正可谓“教学有法，教无定法”。

2.2. 表征和多重表征
表征是问题解决过程中的一个极其重要的环节，问题的表征方式和表征程度是问题解决能否成功的决定性因素。

有学者认为表征是问题解决的一个阶段，也有学者认为表征贯穿于整个问题解决过程中。

我们的研究取向认同于后者。

约翰斯顿（Johnstone，1991）认为：化学、物理和生物等理科学科中都至少包括三种知识水平，即宏观水平、微观水平和符号水平。

通常，可以认为这是三种不同类型的表征，专家在问题解决过程中可以自由地在多种表征之间进行转换，即建构了一种稳定的多重表征。

3.研究目标、研究内容和研究重点
3.1.研究目标
以认知心理学中关于问题解决的研究为基础，以表征为研究的切入点，以理科问题为媒介，提出基于多重表征的理科问题解决教学模式。

以这种新的教学模式为指导，选择适合的理科教学内容进行教学设计和实践，尝试转变教师的教学方式和学生的学习方式，帮助教师形成与基础教育改革理念相适应的教育观念，帮助学生学会学习，改善思维品质，同时具备较高的问题意识和良好的问题解决的愿望和能力。

3.2. 研究内容
（1）学生表征状况的测查与分析；
（2）理科教师表征状况的测查及其教学观念的分析；
（3）基于多重表征的理科问题解决教学模式的研究；
（4）基于该教学模式的相关理科教学内容的教学设计；
（5）课堂教学实践及其分析。

3.3. 研究重点
基于多重表征的理科问题解决教学模式及该模式指导下的相关教学案例的设计。

4.实施计划——具体工作计划、进度和分工
4.1. 文献调研阶段（课题批准~2007年6月）
系统地查阅与表征及问题解决、问题解决教学等有关的文献资料，对已有的相关研究作一个较为全面的梳理，以拓展研究的视野。

（负责人：李广洲，任红艳）
4.2. 调查分析阶段（2007年6月～2007年11月）
整理并分析相关理科教材中的各知识点特征，讨论教材编写者的基本思路。

以此为基础，设计测查学生表征水平的问卷并进行测试和分析，通过口语报告对典型学生的表征状况进行深入的研究，从而较为深入地认识学生现有的表征倾向及表征水平。

从学生的认知层面为后续研究提供现实基础。

设计理科教师表征状况的测试问卷，了解作为教学专家的教师的表征能力；同时选择部分教师进行访谈，从现有的相关教学设计内容等分析教师的教学观念及其在教学过程中的需求等。

从教师教学的层面为研究的进行提供基础。

（负责人：程萍，任红艳）
4.3. 模式研究和教学设计阶段（2007年3月～2008年2月）
在文献研究和调查分析的基础上，提出基于多重表征的理科问题解决教学模式，并对其重要性、必要性及可行性进行分析和预测。

（负责人：任红艳，倪娟）
4.4. 教学实践和分析阶段（2008年3月2008年11月）
选择适合的教学内容，以多重表征的理科问题解决教学模式为指导进行教学设计。

根据相关的教学设计进行教学实践活动，从教和学两个方面对该教学实践活动进行过程分析，完善基于多重表征的问题解决教学模式及相关教学案例的设计。

（负责人：任红艳，邓文）
4.5. 鉴定结项（2008年12月）
对课题资料进行整理和汇总，请专家进行评审，进行课题结项答辩。

（负责人：任红艳，李广洲）
5.研究方法
5.1. 文献查阅
中文期刊：《心理科学》、《心理学报》、《心理发展与教育》、《教育理论与实践》、《教育研究》、《外国中小学教育》、《课程教材教法》等期刊
外文期刊：“Journal of Research in Science Teaching”，“Science Education“等
网络查询（中国期刊网等国内及国外相关网站）
5.2. 历史回顾和比较研究
从纵向和横向、国内和国外等多个维度出发回顾和比较已有的研究状况；
对不同学生和学科教学专家的表征状况进行比较和分析；
比较基于多重表征的理科问题解决教学和其他教学方式的差异；
5.3. 实证调查
通过团体测试调查不同类型学生的理科知识表征状况；
通过出声思维法调查专家和新手之间对理科问题表征差异；
通过问卷和访谈调查教师对现有教学方式的态度及进行基于多重表征的理科问题解决教学的态度；
5.4. 活动教学
基于多重表征的理科问题解决教学的设计、论证、实践和评价——基于多重表征的理科问题解决教学的内容采取专题系列模式，充分考虑学生的心理发展顺序和认知顺序。

以学生对于理科问题的表征为依据，以专家对于相应问题的表征为参考进行设
计；教学实践采取活动教学方式；评价则以过程评价为主，结合结果评价。

6.本题目的创新之处和可预期的创造性成果
6.1.创新之处
✧将认知心理学的研究成果和学科教学论紧密结合，提出基于多重表征的理科
问题解决教学模式。

✧研究提出的相关教学案例的设计与实践为理科教师的教学提供了有价值的参
考和借鉴。

可预期的创造性成果
6.2.可预期成果
✧与本研究相关的论文
✧调查研究报告
✧教学实践活动的录像光盘
7.主要参考文献
1.杨启亮. 困惑与抉择——20世纪的新教学论. 山东教育出版社，1995
2.施良方. 学习论. 北京：人民教育出版社，1998
3.王甦汪安圣. 认知心理学. 北京：北京大学出版社，1996
4.汪安圣. 思维心理学. 华东师范大学出版社，1992
5.王磊. 科学学习与教学心理学基础，西安：陕西师范大学出版社，2002
6.张庆林. 当代认知心理学在教学中的应用. 重庆：西南师范大学出版社，1995
7.郑毓信. 数学教育的现代发展. 南京：江苏教育出版社，1999
8.车文博. 西方心理学史. 浙江教育出版社，1998
9.陈向明. 质的研究方法与社会科学研究. 教育科学出版社，2000
10.Best J. B. 黄希庭主译. 认知心理学. 北京：中国轻工业出版社，2000
11.Karl Popper. 傅季重等译. 猜想与反驳：科学知识的增长. 杭州：中国美术学院出
版社，2003
12.陆汝鈐. 世纪之交的知识工程与知识科学. 北京：请华大学出版社，2001
13.中华人民共和国教育部制定. 化学课程标准（实验稿）. 北京：北京师范大学出版
社，2002
14.廖伯琴. 中学生物理问题解决的表征差异及其成因分析. 西南师范大学博士论文，
1999
15.邓铸问题解决的表征态理论与实证研究南京师范大学教育与科学学院博士学
位论文.2002
16.喻平. 数学问题解决认知模式及教学理论研究. 南京师范大学，博士论文. 2002
17.李亦菲朱新明.一种通用的口语报告编码方案. 心理学动态，1998（4）
18.裴新宁. 概念图及其在理科教学中的应用. 全球教育展望，2001（8）：47~51
19.高文. 一般的问题解决模式. 外国教育资料，1999（6）：19~24
20.陈勃申继亮. 指向问题解决的教育思路. 教育理论与实践，2000（5）：51~53
21.张庆林肖崇好. 顿悟与问题表征的转变. 心理学报，1996（1）：30~37
22.黄巍. 优差生解决有机合成的问题表征差异及其影响因素. 心理科学，1994（17）：
217
23.梁建宁. 专家和新手问题解决认知活动特征的研究. 心理科学，1997（5）：406~409
24.Ashmore A.D., Frazer M.J., Casey R.J. Problem Solving and Problem Solving
Networks in Chemistry. Journal of Chemical Education, 1979, 56 (6): 377~379
25.Bunce D. M., Gabel D. L., Samuel K.B. Enhancing chemistry problem-solving
achievement using problem categorization. Journal of Research in Science Teaching，1991：V ol. 28：505～521
26.Craig W. Bowen. Representational Systems Used by Graduate Students While Problem
Solving in Organic Synthesis, Journal of Research in Science Teaching, 1990, 27(4): 351~370
27.Diane M. Bunce, Dorothy Gabel. Differential Effects on the Achievement of Males and
Females of Teaching the Particulate Nature of Chemistry. Journal of Research in Science Teaching，2002（10）：911～927
28.Johnstone A. H. Why is Science difficult to learn? Things are seldom what they seem.
Journal of Computer Assisted Learning，1991（7）：75~83
29.Julien Genyea. Improving students’ problem-solving. Journal of Chemical Education,
1983,60(5):478~482
30.Kimberly Jo Smith & Patricia A. Metz. Evaluating Student Understanding of Solution
Chemistry through Microscopic Representations. Journal of Chemical Education, 1996, 73(3): 233~235
rkin J.H. et al. Expert and novice performance in solving physics problems.
Science.1980, V ol. 208 (20)
32.Moises Camacho & Ron Good. Problem Solving and Chemical Equilibrium: Successful
versus Unsuccessful Performance. Journal of Research in Science Teaching, 1989, 26(3): 251~272
33.Nakhleh, M. B. & Mitchell, R. C. Concept learning versus problem solving. Journal of
Chemical Education,1993,70 :190~192
34.Yehudit J. Dori和Mira Hameiri. Multidimensional analysis system for quantitative
chemistry problems: symbol, macro, micro, and process aspects. Journal of Research in Science Teaching, 2003,40(3):278~302
35.Zhang J. The nature of external representation in problem solving. Cognitive Science.
1997(2): 179~217
36.Zhang J. & Norman D. A. Representation in distributed cognitive tasks. Cognitive
Science. 1994(18): 87~122。