基于GeoGebra的高中物理问题表征能力研究

作     者：翟瑨 

作者单位：宁夏师范学院 

学位级别：硕士

导师姓名：马艳

授予年度：2022年

学科分类：0401[教育学-教育学] 04[教育学] 

主      题：GeoGebra 物理问题表征 问题表征态理论 认知作业法 

摘      要：物理问题表征,通俗来说就是对物理问题的解释,当一个物理问题被完全表征时,就说明该问题已被完美解决了。而在教学实践中,学生解决物理问题时存在着各种问题表征障碍:如在审题时,无法根据题中信息建立完整的问题模型,从而放弃解答;再如理解题意后,无法建立问题与物理知识的有效联系。这些障碍反映出学生在物理学习时,由于物理学本身的高度概括和抽象性,学生难以建立物理模型来表征物理问题。因此,寻找一种可视化的物理模型建立工具对解决学生物理问题表征障碍显得非常重要。近年来GeoGebra作为一款功能强大的教学软件进入了物理教育研究者的视野,这款软件涵盖了高中阶段所有的代数与几何知识,可以对抽象的物理模型进行动态可视化呈现,符合高中生在形象化思维向抽象化思维过渡期的认知特点。因此在物理教学中利用GeoGebra软件,能够帮助学生对物理问题情境构建可视化物理模型,对物理问题进行多种形式的表征,进而构建物理现象与物理本质之间的联系。上述过程对于培养学生的问题表征能力具有巨大的实践价值。本研究首先使用认知作业分析法,选取固原一中高二年级三个班共186名学生作为研究对象,首先对学生的物理问题表征能力进行教学前测研究。从测试结果中发现:学生的物理问题表征错误集中于初步内部表征和范畴表征这两个阶段,且物理问题表征能力普遍偏低。随后,本研究针对学生在前测中的问题表征障碍,基于使用GeoGebra工具设计并制作了相关教学案例,对研究对象进行了教学干预。经过教学干预后,再对学生的物理问题表征能力进行教学后测研究。通过对比前后测数据发现:对于同类型的物理问题表征,学生的后测成绩明显高于前测成绩。研究结果表明:利用基于GeoGebra工具的物理教学可以有效提升不同层次学生的物理问题表征水平。基于上述研究结果,本研究提出了基于GeoGebra工具提升学生物理表征能力的教学策略:对于内部表征能力较弱的学生,一、教师需要在平时的教学中引导学生用多种表征方式分析物理问题;二、教师需要在平时作业中训练学生的外部表征能力;三、教师要在平时教学中引导学生发现和挖掘物理问题的关键信息。对于范畴性表征能力较弱的学生,一、在教学中要减轻认知负荷,促进图式形成;二、提供样例对比,促进图式巩固;三、采用半开放型问题,促进图式运用。