本科毕业设计（论文）

外文翻译

在科学课堂上解决问题：学生如何探索问题空间

作者：Ken Appleton

国籍：澳大利亚

出处：Research in Science Education, 1995, Vol.25 (4), pp.383-393

中文译文：

摘要：本报告从建构主义的框架，检视学生在科学课程中面对不同的事件问题，如何透过探索问题空间解决问题的过程。在11-13岁的5个班级中，我们采用了三种不同的教学策略进行了三次不同的实验。教学策略分别为采用教师示范，学生向教师提问；教师示范，教师讲解；教师指导下的学生小组的形式。数据收集自课堂笔记、课堂录像和学生访谈，使用刺激回忆的方法来激发学生在课堂上的思考。学生对问题空间的探索程度由所使用的教学策略决定，第一个和最后一个策略更鼓励学生找到自己的见解。每种教学策略都有不同的信息源。也就是说，对问题空间的探索与社会情境是密不可分的，部分取决于教学策略。由于每种教学策略存在施加的限制，没有一种策略是完美无缺的。故将所试验的策略的各个方面结合起来，提出了一项备选策略。

科学教育的一个主要目标是培养学生的思维能力，尤其是解决问题的能力，但许多科学教师并不接受把解决问题作为一种教学方法。它经常被认为是“定量的”，学生们被期望去识别、应用以前学过的算法来解决一个已经表述好的问题，例如化学平衡方程式。相比之下，狄龙认为，解决问题可以让学生从观察到的数据或一系列事件确定要解决的问题。在这种情况下，对于观察数据或事件的学生来说，问题是显而易见的。他们感知，识别，然后识别明显存在的问题。这样的问题在教学过程中通常表现为一个令人困惑的事件，而学生们试图对该事件做出解释。后一种类型的问题解决是本研究的主题。

许多解决问题的模型都借鉴了建构主义学习理论。Gick和Green都讨论了问题解决的初始阶段，包括使用现有的模式构造问题的内部、心理表征。这种心理表征也被称为“问题空间”。从这个观点来看，解决问题的早期阶段是问题求接着在问题空间中寻找相关的图式得到的解决方案。如果没有被标识为相关的图式，就没有找到解决方案，则选择调用搜索策略。一种搜索策略是收集信息。在学校中，由于教室环境和所使用的教学策略，学生信息收集手段可能受到资源或社会环境的限制。鼓励教师使用问题解决教学策略是一个重要的考虑。所选择的教学策略不仅要被教师接受，还应该促进学生的有效学习。科学中提倡的一种解决问题的形式是使用差异或反直觉的事件。差异事件的呈现方式和之后发生的情况可能对社会环境和学生的信息收集行为产生重要影响。本研究以资讯收集为重点，探讨11至13岁中学生对科学课堂上不同事件问题的反应。本文将运用文献中发现的三种不同的教学策略来呈现不同的事件问题。

建构主义框架将解决问题的方法定义为:在一个问题空间移动的过程中，最初的无知状态转变为了解问题解决方案的目标状态。这些状态实际上是关于现实世界或想象世界中的事件状态的知识或信仰状态。

要在问题空间中移动，首先必须确定问题和问题空间或问题的构造。构建问题空间的概念源于建构主义的范例，也包括信息处理方面的工作。它主要从认知的观点得出，所有的理解都被组织成心理图式或微型理论，随着进一步的经验被整合到图式或微型理论中，在此过程中经历了修改。通过图式，一个人能够理解、解释、经历物质世界和社会世界。然而，它并不排除基于维果茨基建构主义的社会方面的内容。社会建构主义强调社会互动和语言在构建图式中的作用，认识到经验都发生在某些社会背景中，并且通常与某些语言成分相关联。用Greeno(1989)的术语来说，问题也可以视作是社会情境。

当学生在课堂上遇到问题时，他们会试图选择与课堂问题情境相关的图式来解释问题。学生们通过这个过程开始构建问题空间。当没有从记忆中回忆出能够充分解释该问题的模式时，他们就会意识到问题的存在。学生可能会通过搜索最初被认为是边缘的其他模式来更广泛地搜索问题空间。Gick(1986)提出，如果问题仍然存在，就开始寻找解决方案。学生常见的反应是搜索信息。这将允许模式的修改，包括解释问题，或者识别问题的各个之前没有注意到的方面，再通过这些方面，将其安装到现有的模式中，从而有效地构建新的问题空间。

这项研究

这一理论框架所产生的问题包括:学生在科学课上遇到问题是如何应对的?他们会像预测的那样搜索信息吗?课堂作业环境(社会情境)会影响搜索的性质吗?

为了探究这些问题，我们调查了11到13岁的学生对科学课上出现的问题的反应。Suchrnan(1966)设计了一些称为差异或反直觉事件的问题，可以用来启动科学课程。这些活动旨在揭示一些意想不到的事情，从而使参与该活动的学生能够很明显地发现问题。因此，学生们倾向于“拥有”问题，并高度积极地解决它。对Suchrnan（1966年）、Liem（1987年）和Friedl（1986年）共有的三个差异事件进行了调整，以便对每个策略使用相同的差异事件。

教学策略

为了涵盖课堂教学策略的范围，并调查课堂环境，从差异事件文献中确定了三种不同的使用差异事件的教学策略。所选择的策略涵盖了一系列不同事件可能使用的教学方法：教师示范、实践活动、学生提问、教师提问注重内容、教师提问注重思考过程和小组讨论。运用这些教学策略，还可以研究学生对使用不同教学策略的课堂情境的反应的差异。Suchman(1966)使用差异事件作为教师演示，然后让学生向教师提问。学生们可以互相讨论他们的想法，但老师只回答“是”或“不是”，不肯定或否认学生提出的任何解决方案。Liem(1987)也使用了类似的教师演示，但演示后是由教师主导的讨论。老师会问学生问题，并提供解释和例子，引导学生找到解决方案。Friedl(1986)将离散事件作为小组学生活动。在老师的指导下，学生们也在小组中讨论了此事件，老师提出问题使他们的注意力集中在思考的过程上，帮助他们找到问题的解决方案。

样本和数据收集

本研究选择了澳大利亚昆士兰州两所城市小学的5个平行班作为研究对象，并向教师简要介绍了他们将采用的教学策略。第一所学校的两个班级被分成三组，每组根据“潜水瓶”差异事件(见附录)使用不同的教学策略上一节课。在第二所学校，每个班级都进行了所选的全部活动，而每个老师自始至终都采用相同的教学策略。所有的课程过程都被录制下来，再使用一种刺激的回忆技巧对各个班级的一些学生进行采访。这包括在采访中重播这节课的录像，以此帮助学生回忆他们在课堂上的想法和感受。采访同样被录制下来。第一所学校中，每组有四名学生接受采访，在第二所学校，则在每个班级选出两名学生。

本研究利用课堂录像、访谈录音和访谈笔录，确定学生对不同活动课程的反应。采用归纳法对学生的回答进行分类。这是基于对录像带中课程的访谈、课堂处理和学生行为的话语分析。检查与探索问题空间相关的回答，提出了一种与探索问题空间相关的两层递阶响应分类系统。

结果

每节课中，每个学生都试图对差异事件提出一个令人满意的(即“正确”的)解决方案。学生的回答分为五大类:

1. 通过在存储器中搜索合适或看起来可能相关的解释来搜索问题空间。

2. 利用一种搜索策略，使用学生能够使用的任何手段，包括从材料中获得更多的信息。

3.学生对老师或同学的口头回答。这也可以看作是搜索策略的一部分。口头回答的过程可能需要概念上的清晰，而其他人，尤其是老师的口头回答可以提供关于他人观点的信息。

4. 从社会环境中接收信息。信息搜索策略的一部分，包括通过他人口头和非口头互动信息保持开放的态度。

5. 使用应对策略作为搜索策略。在某些课堂情境下，课堂受到教师的强烈控制，一些学生缺乏积极参与课堂的信心。在这样的课堂环境中，学生们经常使用策略(我称之为应对策略)来应对课堂的需求。例如，一个学生会选择不积极参与课堂，等待老师给出答案。在一些教学策略中，这种应对策略被认为是一种可行的搜索策略。

在一些教学策略中，这种应对策略被认为是一种可行的搜索策略。

学生的反应模式，以及探索问题空间的方式，都因呈现差异事件问题的教学策略而异。

然而，其他类别的回答取决于所使用的教学策略。例如，在第2类中，只有在弗里德尔(1986)战略中才可能直接探讨这个问题，因为它本身就包括实际行动。在其他类别中，由教学策略所决定的社会环境强烈影响了学生的反应。

在Suchman(1966)的策略中，获得深入信息的途径是通过观察差异事件的演示、与其他学生交谈(仅限有限的机会)和问老师问题。即使获取信息的过程是在学生的控制之下，问一些只能用“是”或“不是”回答的问题使获取信息变得更加困难。在Liem(1987)战略中，信息来源包括教师和其他学生（在一定程度上）的示范。学生们无法把握信息获取的速度和性质。学生可以直接访问Friedl(1986)策略中的材料，因此他们可以通过自己探索差异事件问题获得第一手信息。

作为小组成员，他们可以和小组中其他人交流想法。在课程结构、提问和非语言线索方面，老师是这些学生的另一个信息来源。本研究中没有一种教学策略使用书籍作为信息源，不过这在随后的课程中是可能实现的。

以答案结束课程

研究中注意到，老师和学生似乎都更喜欢用一个“正确”的方法来解决问题。

然而，学生们不希望老师直接简单地告诉他们答案。下面这段对史蒂文(12岁)的采访表明了他的感受:

史蒂文:当老师没有给出答案时，你必须多思考，你会想得更多，即便知道最终你不会得到答案，你依旧很想知道答案。你并不是坐在那里，什么也不做(就像有些课上发生的那样)。

面试官:你认为老师应该给你解释(答案)吗?

史蒂文:不是解释全部的过程，但是当你真的毫无头绪时候，解释一下，或者给你一点提示。

面试官:如果你的想法和科学家的想法不一样，这有关系吗?

史蒂文:嗯，如果你真的对自己的想法有信心的话，你会有点失望的。

面试官:如果你从来没有发现呢?

史蒂文:你会失望的。我宁愿发现错误，也不愿得到正确的肯定却没搞清问题。

讨论

来自Suchman(1966)、Liem(1987)和Friedl(1986)策略都有自己的一套社会动态和“规则”。不管学生自己的个人偏好是什么，社会动态和规则都可能被确定，特别是学生如何在问题空间中进行搜索以获取更多信息。也就是说，问题空间的不仅是根据实际差异事件的内部表示来定义，而且是根据嵌入其中的教学策略。因此，可以根据课堂环境、特定的教学策略和使用的差异事件来确定信息搜索策略，以优化或重新定义问题空间。如果在记忆中找不到合适的解释概念，学生们就需要进一步了解问题的本质，并开始寻求解决方案。Suchman策略中的学生只能通过间接的方式来探索问题空间，即通过观看演示和向老师提问。在Liem策略中，学生只能通过教师的讲解和观看演示来探索问题空间。Friedl策略中的学生可以通过与材料的互动，通过同学和老师的语言，直接探索问题空间。

因此，在解决问题方面取得的进展因教学策略的不同而有所不同，因为每个策略都具有信息可用性。Suchman策略中提供的受限信息意味着，任何学生在课程结束前都不太可能达到令人满意的解决方案，尽管这不是Suchman的意图，但他希望通过一系列课程获得解决方案。学生在Liem策略中的解决方案的进展取决于教师的技能以及学生是否参与并理解教师的解释。学生应对策略在这里也发挥了重要作用。这三个不一致事件的大部分Liem课程都是由教师主导的，整个班级都在响应老师而积极参与。因此，等待提供信息的应对策略经常被学生调用。除非学生们确信他们的答案是正确的，否则他们往往不回答，而是等待另一个学生或老师提供“答案”。在Friedl策略中，解决方案的进展取决于学生以有意义的方式将现有信息与想法联系起来的能力。如果一个小组成员提供了令人困惑或不正确的信息，这种情况就会加剧。

教学启示:寻找有效的差异事件教学策略

所讨论的理论立场表明，如果学生能够更充分地探索问题空间，他们就更有可能找到问题的解决方案。这包括通过自己的记忆和经验来搜索相关的想法，并使用适当的搜索策略，如寻找进一步的相关信息。因此，最能结合这两种特点的教学策略应该是最有效的。由于不同的学生可能会喜欢使用不同的信息源，因此应该首选允许多种信息源的策略。学生和教师期望通过课程结论找到解决方案，这表明在讨论有效的差异事件教学策略时也应该考虑这方面。

如前所述，本研究中使用的每一种教学策略都有自己的社会背景，影响了学生的寻找信息的行为。在提供能够满足上述标准的社会环境方面，没有做到完全令人满意。例如，尽管Suchman策略迫使学生寻找自己的想法，但它的信息来源非常有限，学生们还必须在没有帮助的情况下确定哪些信息是相关的。Liem策略只提供了有关资料，在很大程度上要求学生依赖老师作为信息来源，这对鼓励学生寻找自己的想法帮助甚少。Ftiedl战略提供了更广泛的信息来源，教师对活动的安排提供了一些相关性的提示。学生们也被鼓励去寻找他们自己的想法。

将本研究所用策略的各个方面结合起来产生一组新的

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