生物學概念表征評價指標初探

李紫虹 張瑩 胡薇

【摘 要】在文獻分析認知心理學理論和實證研究的基礎上，從生物學概念特點出發，結合前人相關研究成果，提出了生物學概念表征層次（即：文字表征、具體表征、抽象表征和形象表征）及其評價指標。根據評價指標設計生物學概念表征問卷，對福建省部分不同級別達標學校高二學生進行問卷調查，采用SPSS21.0統計軟件對數據進行統計分析，結果顯示：以本研究提出的評價指標設計的生物學概念表征問卷，具有較好的信度、效度和區分度。

【關鍵詞】生物學概念表征 評價指標 信度 效度

生物學概念表征是指生物學概念在人腦中的記載和呈現形式，生物學概念的準確表征是成功學習生物的基礎。目前關于概念表征的研究，國內外的專家和學者更多的傾向于對概念的表征特點、方式和層次進行研究。且當前關于概念表征層次的研究大多圍繞數學、化學與物理學科，并以表征的速度、深度與真度作為概念表征的評價指標，而對生物概念表征層次的研究尚未見報道。本研究旨在通過對高中生生物學概念表征層次的分析與驗證，得出各個表征層次的評價指標，將其用于概念教學的評價，進而實現以評價促進學生生物學概念表征能力發展的目標。

一、理論依據

具身概念表征理論認為：概念表征是與人們的知覺運動系統有直觀關系，外界刺激會引發主體知覺、運動和情感的體驗，大腦神經系統會對這些經驗記錄整合存儲在記憶中。概念的表征就是主體在模擬或者還原自己在當時經驗客體時的運動、知覺和內省狀態。李善良認為學生在對數學概念進行表征時存在著從具體材料表征、圖畫表征、圖形表征、語言表征到符號表征等不同的方式，且這些表征形式有層次之分，概念的表征形式一定程度上代表了一定的表征層次；Craig W.Bowen提出研究生解決有機合成問題時使用了七種類型的表征：言語表征、圖像表征、方法學表征、原理定向表征、文獻表征、實驗室定向表征、經濟表征；McDermott和Larkin認為物理問題的表征構建有四步：字面表征、初始表征、科學理論表征）、數學表征。。生物學概念是對一類生物學事實，進行抽象、概括而形成的對其本質屬性或特征的反映的思維形式，而生命本質屬性大多又是抽象的，無形的，更多表現為介于具體概念與抽象概念之間的狀態，因此，根據第二代認知心理學理論和實證研究結果，生物學概念加工，涉及語義加工、情境仿真加工、符號加工和概念隱喻等機制，綜合其它學科概念表征層次研究，本研究提出生物學概念表征分為四個層次，即文字表征、具體表征、抽象表征和形象表征。

二、評價指標的提出

生物學概念表征的評價指標包括相應四個表征層次的評價指標。首先，生物學信息常常以文字、圖形和符號等形式通過視覺感官進入人腦，影響此過程的因素是信息進入人腦的的速度與質量，因此用閱讀生物信息的速度和理解信息的難易度來評定文字表征。其次，具體表征是通過關鍵字、詞的意義轉換得以實現，所以我們用選擇關鍵字、詞的數量和準確性以及所選字、詞可能的判斷（判斷的數量和準確性）測量此表征層次。再次，抽象表征實際上是新舊知識經驗建立聯結并形成意義組塊的過程，因此，所選擇、調用知識的結構與知識的深廣度以及推理能力很大程度上能評價抽象表征。最后，形象表征是將抽象表征外顯化和具體化的過程[5]，因此不可避免地需要利用到文字、語言和符號等外化工具以予呈現，評價形象表征可從概念能力和模型方法以及呈現形式予以區分（見表1）。由于評價指標中各指標的作用及重要程度存在差異，本研究通過向專家咨詢指標的相對權重意見，確定了各個評價指標的權重。

三、評價指標的驗證

1.被試

本研究在福建省3所不同水平的達標學校進行，包括省一級達標學校，市一級達標學校和市二級達標學校。從每個學校各隨機選取一個普通班高二年級學生進行問卷調查。

2.材料

確定上述各表征層次的相應評價指標及各指標權重后，參照《普通高中生物課程標準（實驗）》（2003）中的學習要求，以“細胞是基本的生命系統”和“有氧呼吸”兩個概念為具體內容，編制高中學生“細胞是基本的生命系統”概念表征調查問卷（問卷一），高中學生“有氧呼吸”概念表征調查問卷（問卷二），經初測調整結構效度后，最終形成正式的測試問卷。

3.程序

主試提示被試閱讀理解樣例后完成問卷，在規定時間達到時停止測試，回收問卷。兩份問卷分別發放160份，回收后各獲得有效問卷142份。根據問卷評分標準評分，測試數據

用SPSS21.0進行處理、分析。

4.結果與分析

第一，信度和效度的檢測。將收集到的數據，使用SPSS21.0軟件，采用Cronbachs系數法對兩份問卷進行了內部信度檢測，對兩份問卷的內容效度進行了Pearson相關系數分析，分析結果見表2、表3。

2對問題中出現的關鍵詞進行可能的判斷（判斷的數量、準確性）

抽象表征 在頭腦中選擇、激活、調用原有認知結構中有關的生物學的抽象概念、原理和理論。把工作記憶中獨立的、分散的信息點或信息片段整合起來，建立聯系，形成有意義的信息組塊。 所選擇、調用知識的內容及其深度、科學性和出現時間

1知識結構及知識的深廣度

2推理能力

1概念能力

2模型方法

（1）概念模型指標

（2）呈現形式

信度主要評價量表的精確性、穩定性和一致性，Cronbachs系數一般要求達到0.7以上。問卷一的Cronbachs系數為0.706，問卷二的Cronbachs系數為0.718，符合探索研究對系數的要求，兩份問卷的信度較好。

效度主要評價量表的準確度、有效性和正確性，其中Pearson系數<0.05為有顯著性意義。內容效度指所選的條目是否能夠代表所要測量的內容或主題，本研究通過計算問卷的各題得分與總得分的相關系數來進行評價。兩份問卷的各題得分與總分之間均有極顯著相關（P<0.01），“細胞是基本的生命系統”概念表征調查問卷中每題得分與總分的相關系數為0.273～0.927，“有氧呼吸”概念表征調查問卷每題得分與總分的相關系數為0.373～0.905，問卷的內容效度較好。

第二，問卷檢測。除了對問卷的信度、效度進行分析之外，本研究還對該問卷的區分度作了實證研究。運用SPSS21.0軟件，對不同類型學校各表征層次的平均得分進行統計，并進行單因素方差分析（以問卷一為例），分析結果見表4。

根據預期，相較于其他級別達標學校學生，省一級達標學校學生由于擁有更好的知識基礎、能力水平及學習資源等因素，在概念表征各個層次及總體上應有更優表現。問卷結果顯示：在四個表征層次上，學生平均得分均呈省一級>市一級>市二級的趨勢，且省一級學校學生和市一級學校學生在各個層次上均呈極顯著的差異，三個學校在具體表征和形象表征上的差異尤為明顯?？梢?，不同級別達標學校學生，在兩份生物學概念表征水平測試問卷上，呈顯著差異，符合預期。說明本研究所提出的評價指標能夠有效區分不同學生對生物學概念的表征水平。

四、結論

對以本研究確定的生物學概念表征評價指標為依據設計的兩份生物學概念表征問卷，采用Cronbachs系數法對其內部信度進行檢測，采用SPSS21.0統計軟件對其內容效度進行Pearson相關系數分析，采用問卷實測對其區分度進行實證分析，結果顯示，兩份生物學概念表征問卷具有較好的信度、效度和區分度，說明本研究提出的生物學概念表征評價指標的有效性。

參考文獻

[1]殷融，曲方炳，葉浩生. 具身概念表征的研究及理論評述. 心理科學進展，2012（20）

[2]李善良. 關于數學概念表征層次的研究. 數學教育學報，2005（4）

[3]Craig W. Bowen. Representational Systems Used Graduate Students while Problem Solving Synthesis. Journal Science Teaching，1990，27（4）：351-370

[4]McDermott，J. & Larkin，J. H. Re-representing textbook physics problems. Proceedings of the 2nd National Conference of the Canadian Society for Computational Studies of Intelligence. University of Toronto Press，1978

[5]李廣洲，任紅艷，余嘉元. 高中學生解決計算類化學問題的表征及其與策略關系的研究[J]. 心理發展與教育，2001，（3）：33-38