化學教學中問題解決學習的元分析探索

摘要：采用元分析方法，從“問題提出和表征”、“問題解決”兩方面對《化學教學》期刊中的相關論文進行研究，發現關于問題解決學習的研究越來越被重視。目前研究對問題解決中部分概念的理解有所偏差，研究方法的科學性不夠，關于問題表征、教師的提問話語方式、問題解決心理模式的研究較少。

關鍵字：化學教學；問題解決學習；元分析；問題表征

文章編號： 1005–6629(2012)6–0020–04 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

從認知心理學家的觀點來看，問題解決就是認知操作的一個過程。正如安德森所描述的，問題解決是任何指向目標的認知操作程序[1]。紐厄爾與西蒙從問題的特性出發，將問題解決過程劃分為三個主要部分：當前狀態、目標狀態、從當前狀態向目標狀態轉化所需的一系列操作[2]。由于問題解決過程受許多因素影響，對問題解決的描述和界定也不斷豐富。問題解決常被理解為是一種能力、一種教學過程、一個教學目的、一個認知過程、一個創造性活動、一種教學模式、一種教學方式、一種心理活動[3]。

問題解決學習，也稱基于問題的學習（problembased learning，PBL）。這種學習方式以問題解決過程為載體，學習者需要學習怎樣解決問題，獲得解決問題的能力。因此，在問題解決學習過程中，學生需要在特定的學習情境中，解決“真實”的問題，經歷解決問題的過程[4]。從這個意義上講，化學教學中的問題解決學習應是以化學學科的學習作為問題解決的背景，學生探索問題的學與教的過程。

在我國的理科教育的研究中，從學科學習的角度探索問題解決學習是研究的熱點之一。在這些研究中，人們對“問題解決學習”的探索，包括在概念的使用和理解、問題解決學習的研究方法和問題解決學習的理論基礎等多方面都存在差異。另外，作為理科新課程的主要目標之一，問題解決能力的培養也是一個亟待探究的議題。本研究試圖從當前化學教育領域中問題解決學習的研究現狀出發，明確問題解決研究的特征，以及可能存在的問題，以進一步深入探索問題解決學習。

1 研究過程

1.1 研究對象

本研究以《化學教學》期刊中關于問題解決學習的論文為研究對象。利用問題、問題解決等關鍵詞篩選近十年所有論文（2000-2010），獲得67篇相關論文。

1.2 元分析思路

本研究的元分析進程主要依據認知心理學中對問題解決的一些基本概念，同時兼顧化學教學的學科特征，對論文進行分析和解構。本研究的分析模型由“問題提出和表征”、“問題解決”兩個單元組成（見圖1）。

圖1 本研究的元分析模型

在真實的基于問題解決的學與教的過程中，對于“問題”意義的辨別是尤為重要的。為了明確化學教學中真實的“問題”，本研究將從以下兩個方面進行分析：（1）提問者的身份。教師和學生所提出的問題，由于他們所處的問題情境以及話語方式都存在差異，導致“問題”在學習過程中具有不同的意義。（2）問題的表征方式。既考慮學科存在的特性，也考慮不同的問題表征所導致的學生學習狀態的變化。問題的有效表征與學生的學習水平[5]、認知方式等都存在著相關。

本研究的分析模型中還包括對“問題解決”模式的確認。要讓學生順利地解決一個問題，就要選擇正確的教學策略。同時，不同的心理模型無疑會決定不同的問題解決過程，心理模型往往出現在問題解決過程之前，指導著問題解決的進行。

1.3 統計比較

以元分析微觀數據為基礎，采用Excel 2003對所得數據進行統計分析，探索化學教學過程中問題解決學習的理論和實踐研究的狀況，并思考進一步改進的方向。

2 整體分析

對本研究中所收集的全部文獻進行整體分析，結果顯示有關問題解決學習的文章或內容呈總體上升趨勢。特別是在2008年達到峰值，占總量的20.9 %（如表1）。這一現象初步表明，隨著新課程的推行，作為理科新課程重要目標的問題解決能力培養得到了更多重視。

表1 各年有關問題解決學習的論文篇數

進一步的分析可以發現，2000至2010年間問題解決學習的研究重點在于問題情境創設、問題解決過程、學習過程和教學策略等方面（如圖2）。有關問題情境創設的論文占所有論文的比例為14.19 %，問題解決和學習過程的論文都占16.63 %，教學策略的論文占14.19 %。該結果表明本研究模型中各個主要因素或組成部分都是目前問題解決學習研究關注的焦點，特別是問題情境創設的研究受到了更多的關注。

從文獻的總體數據分析來看，大多數研究集中在化學問題解決學習的教學環節中。盡管對問題本身特性的研究以及學習者問題的認知特性等方面還不是很多，但人們也正將目光轉向這些方向。為了進一步了解化學教育領域中這類研究的更深層次的特征，本研究在問題的定義和表征以及解決問題的過程兩個方面進行了更深入、更具體的分析和探索。

3 問題的定義和表征分析

在問題解決學習過程中，明確“問題”的構成是其首要任務。在本研究所分析的文獻中，對問題的定義和表征體現在三個方面：

第一，提出問題者及其問題的特點。根據認知心理學家的觀點，問題解決起始于一個問題的表述或已知的初始狀態[6]。在實際的學科教學中，教師和學生提出問題的差異在一定程度上決定了問題的起始狀態。目前，在理科領域的問題解決學習中的問題強調其真實性[4]。為此，在學習過程中學生提出的問題更能夠促成有效的問題解決學習或教學。

然而，傳統課堂教學的大班授課制度以及教師的主導地位都限制了學生提問的可能性以及提問的質量。實際上，絕大多數的化學課堂還是以教師提問為主。本研究所選取論文中，有49篇以教師作為問題提出的主導者，有12篇以學生為主導者，有3篇認為應該學生和老師共同討論，還有2篇未提到提問者。其中，以教師作為問題提出的主導者的研究表明，教師設計問題時要考慮學生認知水平、激發學生興趣、配合相應的問題情境，目前大多數研究者都比較重視學生對教師設計問題的重要作用。

第二，問題提出的學科情境對問題表征的影響。在教師問題呈現的過程中，問題所處的情境是一個很重要的部分。這里的問題情境是指問題對應的學科情境。創設問題情境是問題解決學習的必要途徑，能讓學生感受到問題的存在，并進入解決問題的思考狀態[7]。涉及問題情境創設的22篇文獻主要從四個方面描述：（1）創設問題情境的作用；（2）問題情境的素材；（3）創設問題情境需要滿足的條件；（4）創設問題情境的方式。從各自所占比例（見圖3）來看，有關創設問題情境需要滿足的條件和創設問題情境的方式的研究還較少，需要給予更多的重視。

第三，教師提問的話語方式。教師提問的話語方式也會直接影響學生接受和轉換信息的有效性，促使學生對問題進行不同層級的表征。教師的提問方式包括話語內容的科學性以及問題呈現方式的合理性。由于教師對于問題解決理論理解的局限性，目前幾乎沒有研究涉及這個方面。

4 解決問題過程

學生對問題進行了有效表征，可謂在問題解決學習過程中有了一個好的開始。接下來，就要面臨問題解決學習的主體部分——解決問題。問題解決的過程具有復雜性，步驟的不同直接影響著問題能否順利解決。在所選論文中，17.39 %的論文要求學生通過設計實驗來解決問題，表明目前教師讓學生解決問題的方法依然以實驗為主，體現了化學的學科特征。17.39%的論文要求學生在解決問題過程中構建自己的知識體系，表明知識體系仍然占據重要地位（如表2）。然而，在解決問題的過程中，對學生元認知的控制以及運用合適思維方式的重視程度還較低。

表2 問題解決學習過程的各個步驟所占的篇數

在問題解決學習的教學過程中，教學策略指導著具體過程[8]，它的作用主要是指導學生如何順利地解決問題，從而更好地進行教學。在所選取論文中研究的教學策略中主要有以下兩類：第一類是指出問題解決的主要過程，即提問、解決、反饋。第二類是用具體的化學習題來解釋問題解決過程中可以運用的策略，其中類比、分解、逆推、探究、程序、整體、模型、推理信息、反思這十個策略[9]是比較具代表性的。選取的論文普遍比較重視教授學生和新手教師如何解題，多為教師的經驗總結。把問題解決學習過程視為解決練習的過程，而不是教學過程。這與真實的問題解決學習中的啟發式教學策略還有較大的區別。

此外，解決問題過程中學習者的心理模型也決定著問題解決。人的心理機制非常復雜，內部因素和外部因素都會對其產生影響[3]。所選取的文章中多數強調學習者的內部思維過程，約有44 %關于思維的文章認為問題解決學習過程中需要學生具有創造性思維。但在理科教學中，學生心理機能的科學性以及外部因素對問題解決的影響也不可忽視。

5 研究結論反思

基于先前分析，可以總結出當前研究的一些特點：第一，問題解決研究的受重視程度正逐步提高，研究重點主要集中于問題情境創設、問題解決過程、學習過程和教學策略等方面。第二，問題主要以教師設計為主，重視問題情境的創設。第三，問題解決過程體現化學學科特征，重視知識體系的構建。

當然，這些研究仍然存在一定局限性，需要后續研究突破。具體表現為：

首先，在化學教學中，大多數的研究者對問題以及問題解決的本質和特性沒有給予很準確的定義，有關問題解決學習的理論比較缺乏（如表3），有55.22 %的論文沒有明確的理論基礎，依據認知心理學和建構主義理論的論文相對較多。看來，研究者所理解的問題解決學習可能還有所偏差。

表3 2000-2010各年論文的理論基礎

其次，研究方法不夠科學，極少有研究用較為可靠的科學方法來進行研究（如表4）。多數文章都運用了所謂的案例法，表現為在實踐中發現規律，利用經驗解釋問題。歸納出的結果僅為經驗之談，科學性不夠，缺乏可遷移性。

表4 2000-2010各年論文的研究方法

最后，關于問題表征、教師的提問話語方式、問題解決心理模式的研究還較少。在結合目前認知領域的研究成果方面還嫌不足，多數停留在教學活動的表面。在問題解決過程、教學策略、教學模式方面的研究較為經驗化和應試化，依靠并強化記憶和算法的教與學模式仍然盛行，高水平思維技能找不到生長的土壤[3]，啟發式的教學難覓蹤影。絕大多數的研究依舊把問題解決的策略簡化為做題方式，這與真實的問題解決學習大相徑庭。同時，在自我監控和元認知方面的研究頗為欠缺。

總之，化學學科中問題解決學習研究已不是一個新生事物，但仍然處于萌芽階段，需要進一步的深入探索。

參考文獻：

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