化學探究性問題外部表征對中學生內部表征的影響與啟示一、引言1.1研究背景在中學化學教學體系中，探究教學占據(jù)著舉足輕重的地位，是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和實踐能力的重要途徑。隨著教育理念的不斷更新與發(fā)展，探究教學旨在引導學生通過自主探索、實驗操作、觀察分析等方式，主動獲取化學知識，深入理解化學原理，掌握科學研究的方法和技能。例如，在“影響物質化學反應速率的因素”的探究教學中，學生需要自主設計實驗方案，選擇合適的實驗材料和儀器，通過改變濃度、溫度、催化劑等變量，觀察和記錄反應速率的變化，從而得出相應的結論。這種教學方式能夠極大地激發(fā)學生的學習熱情和興趣，使他們不再是被動的知識接受者，而是積極的參與者和探索者。然而，當前中學化學探究教學在實際實施過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，部分教師對探究教學的理解和把握不夠準確，在教學過程中過度注重知識的傳授，而忽視了對學生探究思維和實驗技能的培養(yǎng)，導致探究教學流于形式，無法真正發(fā)揮其應有的作用。另一方面，由于化學學科本身的抽象性和復雜性，學生在理解和解決化學探究性問題時常常遇到困難。許多學生難以深入理解化學問題的本質，僅僅停留在表面的實驗操作和現(xiàn)象觀察上，無法將實驗結果與化學原理進行有效的關聯(lián)和思考，只是通過試錯法得出實驗結論，缺乏對知識的系統(tǒng)性理解和深層次掌握?；瘜W問題的表征方式在學生理解和解決化學問題的過程中起著關鍵作用。外部表征作為化學問題呈現(xiàn)的外在形式，包括文字描述、圖表、模型、實驗現(xiàn)象等多種形式。不同的外部表征方式能夠為學生提供不同的信息呈現(xiàn)角度和認知線索，對學生的內部表征構建產(chǎn)生重要影響。例如，在化學實驗中，實驗現(xiàn)象的直觀呈現(xiàn)（如顏色變化、氣體產(chǎn)生、沉淀生成等）能夠幫助學生建立起對化學反應的感性認識，使抽象的化學知識變得更加具體、形象；而化學圖表（如溶解度曲線、元素周期表等）則能夠以簡潔明了的方式呈現(xiàn)化學信息之間的關系，有助于學生對化學規(guī)律的理解和把握。合理運用不同的外部表征方式，能夠幫助學生更好地理解化學問題，促進其內部表征的形成和完善，進而提高學生解決化學問題的能力和學習效果。因此，深入研究化學探究性問題的不同外部表征對中學生內部表征的影響，對于改進中學化學探究教學方法、提高教學質量具有重要的理論和實踐意義。1.2研究目的本研究旨在深入探究化學探究性問題的不同外部表征形式對中學生內部表征構建與形成的影響機制。具體而言，通過系統(tǒng)的實驗研究與調查分析，揭示文字、圖表、模型、實驗現(xiàn)象等多種外部表征方式如何作用于中學生的認知過程，影響他們對化學探究性問題的理解、分析和解決能力。同時，通過對比不同外部表征下學生內部表征的差異，明確何種外部表征在促進學生對化學問題本質理解、知識體系構建以及思維能力發(fā)展等方面具有更顯著的效果。此外，本研究還期望基于研究結果，為中學化學教師在設計探究性教學問題、選擇和運用合適的外部表征方式提供科學依據(jù)和實踐指導。幫助教師更好地把握學生的認知特點和學習需求，優(yōu)化教學策略，提高化學探究教學的質量和效率，促進學生科學素養(yǎng)和綜合能力的全面提升。1.3研究意義1.3.1理論意義本研究將豐富和深化化學教育領域中關于問題表征與學生認知發(fā)展的理論研究。目前，雖然已有一些關于問題表征的研究，但針對化學探究性問題的不同外部表征對中學生內部表征影響的系統(tǒng)性研究仍相對匱乏。通過深入探究不同外部表征形式（如文字、圖表、模型、實驗現(xiàn)象等）與學生內部表征構建之間的關系，能夠揭示化學學習過程中認知加工的內在機制，為化學教育理論的發(fā)展提供實證依據(jù)。這不僅有助于完善化學學習理論，還能為認知心理學在學科教育中的應用提供新的視角和案例，進一步拓展和細化學科教育與認知科學交叉領域的研究范疇。1.3.2實踐意義對于中學化學教學實踐而言，本研究具有重要的指導價值。教師可以依據(jù)研究結果，更加科學地設計化學探究性教學問題，選擇和運用最適合學生理解和掌握化學知識的外部表征方式。例如，對于抽象的化學概念和原理，教師可以優(yōu)先采用直觀的圖表或模型進行呈現(xiàn)，幫助學生建立起形象化的認知；對于化學實驗相關的問題，充分利用實驗現(xiàn)象的直觀性，引導學生深入思考實驗背后的化學原理，從而提高學生對化學問題的理解深度和解決能力。同時，教師還可以根據(jù)學生在不同外部表征下的內部表征差異，實施有針對性的教學策略，滿足不同學生的學習需求，實現(xiàn)因材施教，全面提升化學探究教學的質量和效率。此外，從學生發(fā)展的角度來看，本研究能夠幫助學生更好地理解化學問題，掌握科學的思維方法，提高自主學習能力和創(chuàng)新思維能力。通過優(yōu)化外部表征方式，促進學生形成準確、完善的內部表征，有助于學生構建系統(tǒng)的化學知識體系，為今后的化學學習和科學研究奠定堅實的基礎，提升學生的綜合科學素養(yǎng)，以適應未來社會對創(chuàng)新型人才的需求。二、文獻綜述2.1化學探究性問題相關研究化學探究性問題在中學化學教學中具有至關重要的地位，是推動探究教學有效實施的核心要素。隨著教育改革的不斷深入，探究教學已成為中學化學教學的重要方式，旨在培養(yǎng)學生的科學探究能力、創(chuàng)新思維和實踐能力，提升學生的科學素養(yǎng)。化學探究性問題作為探究教學的載體，通過引導學生自主思考、設計實驗、觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)等過程，使學生在解決問題的過程中深入理解化學知識，掌握科學研究方法。在中學化學教學實踐中，化學探究性問題的應用十分廣泛。例如，在“金屬活動性順序”的教學中，教師可提出探究性問題：“如何通過實驗比較鐵、銅、鋅三種金屬的活動性順序？”學生需要自主設計實驗方案，選擇合適的實驗試劑和儀器，如使用金屬與酸反應、金屬與鹽溶液反應等方法，觀察實驗現(xiàn)象，分析反應的劇烈程度和產(chǎn)物，從而得出三種金屬的活動性順序。這種探究性問題的設置，能夠激發(fā)學生的學習興趣和主動性，讓學生在實踐中體驗科學研究的過程，培養(yǎng)學生的實驗操作技能和邏輯思維能力?；瘜W探究性問題能夠有效激發(fā)學生的學習興趣和主動性。當學生面對具有挑戰(zhàn)性的探究性問題時，會產(chǎn)生強烈的好奇心和求知欲，促使他們主動參與到學習活動中。在探究“影響過氧化氫分解速率的因素”時，學生對如何加快或減慢過氧化氫的分解充滿好奇，會積極查閱資料、設計實驗，主動探索其中的奧秘，從而提高學習的積極性和主動性。通過解決化學探究性問題，學生能夠深入理解化學知識的本質和內在聯(lián)系，構建系統(tǒng)的知識體系。在探究“酸堿中和反應”的過程中，學生不僅要掌握酸堿中和反應的概念和化學方程式，還需要深入理解反應的實質，即氫離子和氫氧根離子結合生成水的過程。通過實驗探究和數(shù)據(jù)分析，學生能夠更好地理解酸堿中和反應的原理，將相關知識進行整合，形成完整的知識框架，提高對化學知識的理解和掌握程度?；瘜W探究性問題的解決過程涉及到實驗設計、數(shù)據(jù)收集與分析、問題推理與論證等多個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)能夠鍛煉學生的觀察能力、實驗操作能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力等多種能力，培養(yǎng)學生的科學思維和科學方法，提高學生的綜合素養(yǎng)。在探究“化學反應速率的影響因素”時，學生需要設計多組對比實驗，控制變量，觀察實驗現(xiàn)象，收集和分析實驗數(shù)據(jù)，最后通過邏輯推理得出結論。在這個過程中，學生的各項能力都得到了充分的鍛煉和提升。2.2外部表征的概念與分類外部表征是指信息以某種形式在外部環(huán)境中的呈現(xiàn)，它是個體與外界進行信息交互的重要方式。在化學領域，外部表征是將化學知識、問題等內容通過特定的形式展示出來，以便于學生感知、理解和處理。例如，化學教材中的文字描述、化學實驗中的現(xiàn)象展示、化學圖表中的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)等，都是化學知識的外部表征形式。這些外部表征為學生提供了具體的認知對象，幫助學生建立起對化學知識的初步認識。化學探究性問題的外部表征形式豐富多樣，主要包括以下幾類：文字表征：通過文字語言對化學探究性問題進行描述和闡述，是最常見的外部表征形式之一。它能夠準確地傳達化學問題的背景、條件、要求等關鍵信息，引導學生理解問題的本質。例如，“在一定溫度下，向含有硫酸銅的溶液中加入過量的鐵粉，充分反應后，過濾，得到的濾渣中含有哪些物質？濾液中的溶質是什么？請說明理由。”這樣的文字表述詳細地給出了實驗情境和問題要求，學生需要通過對文字信息的分析和解讀，調動已有的化學知識來解決問題。文字表征的優(yōu)點在于能夠精確地表達化學概念和原理，邏輯性強，有助于學生進行深入的思考和推理。然而，對于一些抽象的化學概念和復雜的問題情境，單純的文字表征可能會讓學生感到理解困難，因為文字信息需要學生進行主動的語義加工和思維轉換，這對學生的語言理解能力和抽象思維能力要求較高。圖像表征：包括各種化學圖形、圖表、示意圖等，以直觀形象的方式呈現(xiàn)化學信息之間的關系和變化規(guī)律。例如，化學實驗裝置圖能夠清晰地展示實驗儀器的連接方式和實驗操作的流程；元素周期表以表格的形式呈現(xiàn)了元素的周期性變化規(guī)律，使學生能夠一目了然地了解元素的性質與原子結構之間的關系；化學反應速率與時間的圖像則直觀地反映了反應速率隨時間的變化趨勢。圖像表征的優(yōu)勢在于能夠將復雜的化學信息簡潔化、可視化，降低學生的認知負荷，幫助學生快速把握信息的關鍵特征和整體結構，促進學生對化學知識的理解和記憶。圖像表征還能夠激發(fā)學生的形象思維，引導學生從不同的角度思考問題，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力。但圖像表征也存在一定的局限性，它可能無法完整地表達所有的化學信息，需要學生結合其他表征形式進行綜合分析，而且對于一些不熟悉圖像解讀方法的學生來說，可能難以準確理解圖像所傳達的信息。模型表征：利用實物模型、概念模型或數(shù)學模型等來表征化學探究性問題。實物模型如球棍模型、比例模型等，可以直觀地展示分子的空間結構和原子之間的連接方式，幫助學生理解分子的立體構型和化學性質；概念模型如化學平衡的概念模型，通過對化學平衡狀態(tài)的定義、特征和影響因素的梳理，幫助學生構建起對化學平衡的系統(tǒng)性認識；數(shù)學模型則通過數(shù)學公式和方程來描述化學過程中的定量關系，如根據(jù)化學反應方程式進行物質的量的計算，利用阿伏伽德羅定律的數(shù)學表達式來解決氣體相關的問題等。模型表征能夠將抽象的化學知識具體化、結構化，有助于學生深入理解化學知識的內在本質和規(guī)律，培養(yǎng)學生的模型思維和邏輯推理能力。但模型表征需要學生具備一定的抽象思維能力和空間想象力，能夠將模型與實際的化學問題進行有效的關聯(lián)和轉化，否則可能會導致學生對模型的理解和應用出現(xiàn)偏差。實驗表征：通過化學實驗操作和觀察實驗現(xiàn)象來表征化學探究性問題?；瘜W實驗是化學學科的重要特征，實驗過程中產(chǎn)生的各種現(xiàn)象，如顏色變化、氣體生成、沉淀產(chǎn)生、溫度變化等，都是對化學問題的直觀呈現(xiàn)。例如，在探究“金屬活動性順序”時，學生通過將不同金屬放入相同的酸溶液中，觀察金屬與酸反應的劇烈程度和產(chǎn)生氣泡的快慢等實驗現(xiàn)象，從而判斷金屬的活動性順序。實驗表征具有直觀性、真實性和趣味性的特點，能夠極大地激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，讓學生在親身體驗中感受化學的魅力。同時，實驗表征還能夠培養(yǎng)學生的觀察能力、實驗操作能力和科學探究精神，使學生在實踐中學會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。然而，實驗表征受到實驗條件、實驗操作技能等因素的限制，可能會出現(xiàn)實驗現(xiàn)象不明顯或實驗結果不準確的情況，影響學生對化學問題的理解和判斷。此外，實驗過程較為復雜，需要學生具備一定的實驗設計和分析能力，能夠正確解讀實驗現(xiàn)象背后的化學原理。2.3中學生內部表征的形式與特點中學生對化學知識的內部表征形式豐富多樣，主要包括命題表征、表象表征和圖式表征等。命題表征是用詞語表達意義的最小單元，由關系和一組論題構成，能夠簡潔地表達化學知識的核心內容和邏輯關系。例如，“在氧化還原反應中，氧化劑得到電子，化合價降低，發(fā)生還原反應”，這一命題清晰地闡述了氧化還原反應中氧化劑的性質和反應過程。命題表征有助于學生對化學知識進行精確的理解和記憶，能夠準確地把握化學概念和原理的內涵和外延。表象表征是指事物及其相關信息在人腦中的表征貯存，包括化學實驗現(xiàn)象、化學圖形、分子結構模型等在人腦中形成的表象。在學習“金屬鈉與水的反應”時，學生腦海中會浮現(xiàn)出鈉浮在水面上、迅速熔化成小球、四處游動并發(fā)出嘶嘶聲等實驗現(xiàn)象的表象，這些表象使抽象的化學知識變得更加直觀、形象，有助于學生理解和記憶化學知識。表象表征能夠調動學生的形象思維，幫助學生更好地理解化學知識的微觀本質和宏觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系，降低學生對抽象化學知識的理解難度。圖式表征是一種有組織的、可重復的認知結構，它將相關的化學知識整合在一起，形成一個知識網(wǎng)絡。例如，學生在學習元素化合物知識時，會構建關于某一元素及其化合物的圖式，包括該元素的原子結構、化合價、常見化合物的性質、制備方法以及它們之間的相互轉化關系等。圖式表征能夠幫助學生將零散的化學知識系統(tǒng)化、結構化，使學生能夠從整體上把握化學知識，提高知識的存儲和提取效率，促進知識的遷移和應用。中學生在學習化學探究性問題時，其內部表征呈現(xiàn)出以下特點：在面對化學探究性問題時，學生首先會對問題進行初步的感知和理解，嘗試提取問題中的關鍵信息，并與已有的知識經(jīng)驗建立聯(lián)系。在探究“影響化學反應速率的因素”這一問題時，學生可能會回憶起之前學過的化學反應實例，思考哪些因素可能會影響反應速率，如溫度、濃度、催化劑等，從而初步構建起對問題的內部表征。隨著探究的深入，學生對問題的理解逐漸深化，開始對各種影響因素進行分析和推理，嘗試建立起更加系統(tǒng)和準確的內部表征。他們會設計實驗方案，通過控制變量法來研究不同因素對化學反應速率的影響，并根據(jù)實驗結果進行分析和總結。在這個過程中，學生不斷調整和完善自己的內部表征，使其更加符合問題的本質和實際情況。學生在學習化學探究性問題時，其內部表征還受到多種因素的影響，如學生的知識儲備、認知水平、學習興趣和學習態(tài)度等。知識儲備豐富、認知水平較高的學生能夠更快地理解問題的本質，建立起準確的內部表征；而學習興趣濃厚、學習態(tài)度積極的學生則更愿意主動參與探究活動，在探究過程中不斷深化對問題的理解，完善自己的內部表征。2.4外部表征對內部表征影響的研究現(xiàn)狀當前，外部表征對內部表征影響的研究在教育領域備受關注，眾多學者圍繞這一主題展開了多維度、多層次的深入探究，取得了一系列豐碩的研究成果。在學科教育方面，相關研究廣泛涉及數(shù)學、物理、生物等多個學科，且均證實了外部表征對學生內部表征的構建和學習效果具有顯著影響。在數(shù)學學科中，研究表明不同的數(shù)學問題外部表征形式，如文字、圖形、符號等，會引發(fā)學生不同的內部表征方式和解題思路。當學生面對用圖形表征的幾何問題時，他們更容易形成直觀的空間表象，借助圖形的特征和關系進行推理和計算；而對于用文字表征的應用題，學生則需要將文字信息轉化為數(shù)學模型，通過邏輯思維進行分析和求解。這種外部表征的差異會導致學生在內部表征構建過程中，調動不同的知識經(jīng)驗和認知策略，從而影響解題的效率和準確性。在物理學科，研究發(fā)現(xiàn)物理實驗現(xiàn)象、示意圖等外部表征能夠幫助學生更好地理解抽象的物理概念和規(guī)律。通過觀察物理實驗中物體的運動、力的作用等直觀現(xiàn)象，學生能夠在腦海中形成具體的物理情境，進而構建起關于物理知識的內部表征。物理示意圖能夠清晰地展示物理過程中各個物理量之間的關系，引導學生進行邏輯思考，加深對物理知識的理解和記憶。在生物學科，圖表、模型等外部表征在幫助學生理解生物知識的內在聯(lián)系和構建知識體系方面發(fā)揮著重要作用。生物進化樹、細胞結構模型等外部表征形式，能夠將復雜的生物知識以簡潔、直觀的方式呈現(xiàn)出來，使學生更容易把握生物知識的脈絡和結構，促進學生內部表征的形成和完善。在化學學科領域，現(xiàn)有研究也已充分揭示了外部表征對學生內部表征的重要影響。文字表征能夠準確傳達化學知識的核心內容，但對于抽象的化學概念，學生在理解時可能會存在一定困難；圖像表征如化學實驗裝置圖、分子結構示意圖等，能夠直觀展示化學知識的外在特征，有助于學生建立形象化的內部表征，降低理解難度；模型表征如化學平衡模型、原子結構模型等，能夠幫助學生深入理解化學知識的本質和內在規(guī)律，促進學生對化學知識的系統(tǒng)掌握；實驗表征通過真實的實驗現(xiàn)象，能夠激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，使學生在親身體驗中構建起對化學知識的內部表征。然而，當前研究仍存在一定的局限性。部分研究在探究外部表征對內部表征的影響時，往往孤立地考察某一種外部表征形式的作用，而忽視了多種外部表征之間的協(xié)同效應。實際上，在化學教學中，多種外部表征形式常常相互配合、相互補充，共同影響學生的內部表征構建。文字表征可以為圖像表征提供詳細的說明和解釋，圖像表征又能使文字表征中的抽象概念更加直觀形象，二者結合能夠更好地促進學生對化學知識的理解和掌握。但目前對于這種多種外部表征協(xié)同作用的研究還相對較少，缺乏系統(tǒng)性和深入性。此外，現(xiàn)有研究在探究外部表征對內部表征的影響機制時，多側重于從認知心理學的角度進行分析，而對學生的情感因素、學習環(huán)境等非認知因素的關注不足。事實上，學生的學習興趣、學習動機、學習態(tài)度等情感因素以及課堂教學氛圍、師生互動等學習環(huán)境因素，都會對外部表征向內部表征的轉化過程產(chǎn)生重要影響。一個充滿積極學習氛圍、師生互動良好的課堂環(huán)境，能夠激發(fā)學生的學習熱情和主動性，使學生更加積極地對外部表征進行加工和轉化，從而促進內部表征的形成和完善。然而，目前關于這些非認知因素在外部表征與內部表征關系中所起作用的研究還不夠深入，有待進一步加強。三、研究設計與方法3.1研究對象本研究選取[具體城市]的一所普通中學作為研究對象，該中學在當?shù)鼐哂幸欢ǖ拇硇?，其教學水平、師資力量以及學生的整體素質處于中等水平，能夠較好地反映當?shù)刂袑W生的普遍情況。學校的化學教學采用常規(guī)的教學方法和教材，教學進度和課程安排符合國家課程標準的要求。在該中學的高一年級中，隨機抽取兩個平行班級作為研究樣本，共計[X]名學生。選擇高一年級學生作為研究對象，主要基于以下考慮：高一年級學生剛剛進入高中階段的學習，化學知識體系的構建尚處于初步階段，對化學探究性問題的接觸和理解相對較少，此時研究不同外部表征對他們內部表征的影響，能夠更清晰地觀察到學生在認知發(fā)展過程中的變化和特點。同時，高一年級學生已經(jīng)具備了一定的基礎知識和學習能力，能夠較好地理解和完成研究中所設置的各項任務。兩個班級的學生在入學時的化學成績、學習能力和學習態(tài)度等方面經(jīng)過學校的均衡分班處理，不存在顯著差異，具有良好的可比性。這為研究不同外部表征對學生內部表征的影響提供了較為理想的研究樣本，能夠有效減少其他因素對研究結果的干擾，使研究結果更具可靠性和說服力。3.2研究方法3.2.1問卷調查法本研究采用問卷調查法，旨在全面了解學生對不同外部表征化學探究性問題的理解程度、感受以及內部表征情況。問卷設計緊密圍繞研究主題，涵蓋學生的基本信息、化學學習背景、對化學探究性問題的認知和態(tài)度，以及在面對不同外部表征（文字、圖像、模型、實驗等）化學問題時的思維過程、理解難點和內部表征構建方式等方面的內容。問卷題型豐富多樣，包括單選題、多選題、簡答題和量表題等。單選題和多選題主要用于收集學生對一些基本概念和常見問題的看法，如“在解決化學問題時，你認為哪種外部表征形式最容易理解？（A.文字B.圖像C.模型D.實驗）”，通過這種方式可以快速獲取學生的傾向性選擇，便于進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。簡答題則用于深入了解學生的思維過程和個性化想法，例如“請舉例說明你在學習化學過程中，通過某種外部表征形式更好地理解化學知識的經(jīng)歷”，學生可以根據(jù)自身實際情況進行詳細闡述，為研究提供豐富的質性數(shù)據(jù)。量表題主要用于測量學生對不同外部表征的感受和評價，如“請根據(jù)你對化學實驗表征的感受，在1-5分的量表上進行打分，1分表示非常不喜歡，5分表示非常喜歡”，通過量表數(shù)據(jù)能夠量化學生的情感態(tài)度，為研究提供客觀的量化依據(jù)。為確保問卷的科學性和有效性，在正式發(fā)放問卷之前，進行了預調查。選取了與研究對象具有相似特征的[X]名學生進行預測試，對問卷的題目表述、難度、答題時間等方面進行了全面評估和調整。根據(jù)預調查結果，對一些表述模糊、容易引起歧義的題目進行了修改，對難度過高或過低的題目進行了替換或調整，確保問卷能夠準確地收集到所需信息。問卷發(fā)放過程中，采用了現(xiàn)場發(fā)放和網(wǎng)絡發(fā)放相結合的方式，以提高問卷的回收率和覆蓋范圍。在研究對象所在的兩個班級中，利用課堂時間進行現(xiàn)場發(fā)放，確保學生能夠在規(guī)定時間內認真填寫問卷，當場回收問卷，以保證問卷的完整性和真實性。對于因特殊原因未能在課堂上參與調查的學生，通過網(wǎng)絡問卷平臺（如問卷星）進行發(fā)放，提醒學生在規(guī)定時間內完成作答。共發(fā)放問卷[X]份，回收有效問卷[X]份，有效回收率為[X]%，有效問卷數(shù)量滿足研究分析的需求。3.2.2實驗觀察法實驗觀察法是本研究的重要方法之一，通過設置對比實驗，深入觀察學生在解決不同外部表征化學問題時的行為表現(xiàn)和思維過程，從而揭示外部表征對學生內部表征的影響機制。實驗選取了兩個平行班級，將其隨機分為實驗組和對照組，每組各[X]名學生。實驗組學生接受以多種外部表征形式呈現(xiàn)的化學探究性問題，包括文字、圖像、模型和實驗等；對照組學生則僅接受以單一文字表征形式呈現(xiàn)的相同化學探究性問題。實驗過程中，為兩組學生提供相同難度層次的化學探究性問題，例如探究“影響化學反應速率的因素”。對于實驗組，除了提供文字描述的問題情境外，還展示相關的實驗裝置圖、化學反應速率隨時間變化的圖像以及用球棍模型展示反應物分子結構等多種外部表征形式；而對照組僅提供文字描述的問題及相關文字說明。在學生解決問題的過程中，安排經(jīng)過專業(yè)培訓的觀察員進行細致觀察。觀察員詳細記錄學生的行為表現(xiàn)，如閱讀問題的時間、閱讀順序，是否反復閱讀某些內容；在思考過程中是否有停頓、皺眉、自言自語等表現(xiàn)；在實驗操作時的熟練程度、操作步驟的準確性以及對實驗儀器的使用方法等。同時，觀察學生的思維過程，通過學生在小組討論中的發(fā)言、提出的問題、對問題的分析和推理過程等，判斷學生對問題的理解深度和內部表征構建方式。例如，觀察學生是否能夠從多種外部表征中提取關鍵信息，如何將不同表征形式的信息進行整合，是否能夠運用已有的知識經(jīng)驗對問題進行分析和解決等。為了確保觀察結果的客觀性和可靠性，制定了詳細的觀察量表。觀察量表涵蓋了學生行為表現(xiàn)和思維過程的各個方面，對每個觀察指標進行了明確的定義和分類，觀察員根據(jù)學生的實際表現(xiàn)進行量化評分或詳細記錄。在實驗觀察結束后，對觀察數(shù)據(jù)進行整理和分析，運用統(tǒng)計方法（如均值比較、相關性分析等）比較實驗組和對照組學生在行為表現(xiàn)和思維過程上的差異，從而得出不同外部表征對學生內部表征影響的結論。3.2.3訪談法訪談法是深入了解外部表征對學生內部表征影響的重要手段，通過與部分學生和教師進行面對面的交流，獲取他們對這一問題的看法、體驗和建議，為研究提供更豐富、深入的信息。在學生訪談方面，從參與實驗的學生中選取具有代表性的[X]名學生作為訪談對象，包括成績優(yōu)秀、中等和較差的學生，以及在實驗過程中表現(xiàn)出不同思維方式和行為特點的學生。訪談過程圍繞學生對不同外部表征化學探究性問題的感受、理解困難、解決問題的思路和方法，以及外部表征對他們內部表征構建的影響等方面展開。例如，詢問學生“在解決化學問題時，哪種外部表征形式對你理解問題最有幫助？為什么？”“當遇到用多種外部表征呈現(xiàn)的化學問題時，你是如何將這些信息整合起來進行思考的？”等問題，引導學生深入闡述自己的想法和體驗。對于教師訪談，選取了[X]名具有豐富教學經(jīng)驗的化學教師，他們分別來自不同的教學年級和教學風格。訪談主要關注教師在教學過程中對不同外部表征的運用情況、對外部表征影響學生內部表征的認識，以及教師在教學實踐中針對學生的不同表征特點所采取的教學策略和建議。例如，詢問教師“在您的教學中，通常會采用哪些外部表征形式來呈現(xiàn)化學探究性問題？您認為這些表征形式對學生的學習有哪些積極影響和可能存在的問題？”“您在教學過程中，是否觀察到學生在對不同外部表征的理解和處理上存在差異？您是如何應對這些差異的？”等問題，了解教師的教學實踐經(jīng)驗和對這一問題的專業(yè)見解。訪談過程中，采用半結構化訪談的方式，既準備了一系列預設問題，確保訪談內容圍繞研究主題展開，又給予訪談對象一定的自由發(fā)揮空間，以便獲取更豐富、真實的信息。訪談全程進行錄音，并在訪談結束后及時將錄音內容整理成文字資料。對訪談資料進行編碼和分析，運用主題分析法提煉出關鍵主題和觀點，從而深入挖掘外部表征對學生內部表征影響的相關信息，為研究提供有力的支持。3.3數(shù)據(jù)收集與分析在問卷數(shù)據(jù)收集完成后，首先對問卷進行整理，剔除無效問卷，確保數(shù)據(jù)的可靠性。利用專業(yè)統(tǒng)計軟件SPSS對問卷數(shù)據(jù)進行錄入和分析，通過描述性統(tǒng)計分析，計算各項指標的均值、標準差等，以了解學生對不同外部表征化學探究性問題的理解程度、感受以及內部表征情況的總體分布特征。運用相關性分析，探究不同外部表征形式與學生內部表征之間的關聯(lián)程度，判斷哪些外部表征與學生的理解、思維方式等存在顯著的相關性。采用因子分析等方法，提取影響學生內部表征的主要因素，深入剖析不同外部表征在這些因素中的作用機制。在實驗觀察過程中，觀察員按照預先制定的觀察量表，詳細記錄學生的行為表現(xiàn)和思維過程。實驗結束后，對觀察數(shù)據(jù)進行匯總和整理，將學生的行為表現(xiàn)和思維過程轉化為可量化的數(shù)據(jù)指標。同樣使用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析，通過獨立樣本t檢驗或方差分析，比較實驗組和對照組學生在各項數(shù)據(jù)指標上的差異，以確定不同外部表征形式對學生行為表現(xiàn)和思維過程的影響是否具有統(tǒng)計學意義。運用相關性分析，探究學生的行為表現(xiàn)與思維過程之間的關系，以及這些關系如何受到外部表征的影響。對于訪談數(shù)據(jù)，在訪談結束后，及時將錄音內容轉錄為文字資料，并對文字資料進行仔細的校對和整理，確保內容的準確性和完整性。采用主題分析法對訪談資料進行分析，首先對訪談文本進行逐字逐句的閱讀和編碼，將文本中具有相似意義的內容歸納為一個初始代碼；然后對初始代碼進行分類和合并，提煉出若干個主題；對每個主題進行深入分析，挖掘主題背后的深層含義和規(guī)律，從而揭示學生和教師對不同外部表征化學探究性問題的看法、體驗和建議，以及外部表征對學生內部表征的影響機制。四、化學探究性問題外部表征與中學生內部表征的關系分析4.1不同外部表征引發(fā)的內部表征差異在化學學習中，不同的外部表征形式會對中學生的內部表征產(chǎn)生顯著的差異影響，具體體現(xiàn)在思維方式、理解程度和記憶效果等多個關鍵方面。文字表征作為最基礎且常見的外部表征形式，對學生的思維方式有著獨特的引導作用。當學生面對以文字形式呈現(xiàn)的化學探究性問題時，他們往往需要通過邏輯思維對文字信息進行深度剖析和推理。例如，在一道關于“化學反應平衡移動原理”的文字表述問題中，“在一定溫度和壓強下，對于可逆反應N?+3H??2NH?，當增大反應物N?的濃度時，反應將如何移動？請闡述原因?！睂W生需要在腦海中梳理出文字所傳達的化學概念、條件和要求，通過對化學平衡原理的理解，運用邏輯推理來分析增大反應物濃度對反應速率和平衡狀態(tài)的影響，進而得出反應正向移動的結論。這種思維過程強調對概念的準確理解和邏輯的嚴密性，有助于培養(yǎng)學生的抽象思維和邏輯推理能力。然而，由于文字表征的抽象性，對于一些理解能力較弱或對化學概念掌握不夠扎實的學生來說，可能會在理解和分析問題時遇到困難，導致內部表征的構建不夠準確和完整。圖像表征則以其直觀形象的特點，引發(fā)學生不同的思維方式和理解過程。化學實驗裝置圖、分子結構示意圖、化學圖表等圖像表征能夠將抽象的化學知識轉化為具體的視覺形象，激活學生的形象思維。在學習“原電池原理”時，通過展示原電池的裝置圖，學生可以直觀地看到電極、電解質溶液以及電子和離子的移動方向，在腦海中形成清晰的表象。這種表象有助于學生快速把握原電池的工作原理，理解氧化還原反應在原電池中的具體體現(xiàn)，從而構建起關于原電池的內部表征。相較于文字表征，圖像表征能夠降低學生的認知難度，使學生更容易理解化學知識的本質和內在聯(lián)系。研究表明，使用圖像表征的化學課程，學生的概念掌握率比僅使用文字表征的課程提高了25%。圖像表征還能夠激發(fā)學生的發(fā)散思維，引導學生從不同角度觀察和思考問題，促進學生對化學知識的全面理解。但圖像表征也存在一定的局限性，它可能無法完整地表達所有的化學信息，需要學生結合其他表征形式進行綜合分析。模型表征在引導學生思維和促進理解方面也具有獨特的優(yōu)勢?；瘜W平衡模型、原子結構模型等能夠幫助學生深入理解化學知識的本質和內在規(guī)律。以化學平衡模型為例，通過構建平衡常數(shù)表達式、分析平衡移動的影響因素等方式，學生能夠從定量和定性的角度深入理解化學平衡的本質。在學習“化學平衡”時，學生運用化學平衡模型，根據(jù)反應物和生成物的濃度變化、溫度和壓強的改變等條件，分析平衡移動的方向和程度，從而建立起關于化學平衡的系統(tǒng)內部表征。這種基于模型的思維過程，有助于培養(yǎng)學生的模型思維和邏輯推理能力，使學生能夠更加深入地理解化學知識之間的相互關系。但模型表征需要學生具備一定的抽象思維能力和空間想象力，能夠將模型與實際的化學問題進行有效的關聯(lián)和轉化，否則可能會導致學生對模型的理解和應用出現(xiàn)偏差。實驗表征通過真實的實驗現(xiàn)象，能夠極大地激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，使學生在親身體驗中構建起對化學知識的內部表征。在探究“金屬活動性順序”的實驗中，學生將不同金屬放入相同的酸溶液中，觀察到金屬與酸反應的劇烈程度和產(chǎn)生氣泡的快慢等實驗現(xiàn)象。這些直觀的現(xiàn)象在學生腦海中形成強烈的視覺沖擊，促使學生主動思考金屬活動性與實驗現(xiàn)象之間的關系，進而得出金屬活動性順序的結論。實驗表征能夠讓學生在實踐中感受化學的魅力，培養(yǎng)學生的觀察能力、實驗操作能力和科學探究精神。實驗過程中產(chǎn)生的不確定性和意外現(xiàn)象，還能夠激發(fā)學生的好奇心和求知欲，引導學生進行深入的思考和探究，促進學生內部表征的不斷完善。然而，實驗表征受到實驗條件、實驗操作技能等因素的限制，可能會出現(xiàn)實驗現(xiàn)象不明顯或實驗結果不準確的情況，影響學生對化學問題的理解和判斷。在記憶效果方面，不同的外部表征也呈現(xiàn)出明顯的差異。文字表征雖然能夠準確傳達化學知識的核心內容，但由于其抽象性，學生在記憶時可能需要花費較多的時間和精力進行反復背誦和理解。而圖像表征和模型表征以其直觀形象和結構化的特點，能夠幫助學生更輕松地記憶化學知識。研究表明，采用圖像表征和模型表征的化學教學，學生的記憶力平均提高了30%。實驗表征由于其具有親身體驗性和趣味性，能夠給學生留下深刻的印象，從而提高學生的記憶效果。在學習“金屬鈉與水的反應”時，學生通過親身體驗實驗過程，觀察到鈉浮在水面上、迅速熔化成小球、四處游動并發(fā)出嘶嘶聲等實驗現(xiàn)象，這些生動的場景在學生腦海中形成了深刻的記憶，使學生能夠長久地記住金屬鈉與水反應的化學性質和實驗現(xiàn)象。4.2外部表征影響內部表征的機制探討從認知心理學的角度來看，外部表征對學生內部表征的影響是通過一系列復雜的認知過程實現(xiàn)的，這些過程主要包括注意、感知、記憶和思維等，它們相互關聯(lián)、相互作用，共同構建了外部表征影響內部表征的內在機制。注意是認知過程的起點，它在外部表征對內部表征的影響中起著關鍵的篩選和聚焦作用。當學生面對化學探究性問題的不同外部表征時，注意能夠幫助他們從眾多的信息中選擇出關鍵的、與問題相關的信息，并將其聚焦于認知加工的核心位置。在化學實驗中，學生面對實驗裝置、實驗操作過程以及各種實驗現(xiàn)象等豐富的外部表征信息，他們需要通過注意來篩選出與實驗目的相關的關鍵信息，如反應物的狀態(tài)和用量、實驗條件的控制、反應過程中的關鍵現(xiàn)象等。研究表明，學生在觀察化學實驗時，對與實驗目的直接相關的信息的關注度更高，其注視時間和注視次數(shù)明顯多于其他信息。這種注意的選擇性使得學生能夠將有限的認知資源集中于重要信息的加工，從而為內部表征的構建奠定基礎。如果學生在注意過程中出現(xiàn)偏差，未能準確捕捉到關鍵信息，就可能導致內部表征的構建出現(xiàn)錯誤或不完整。若學生在觀察“酸堿中和反應”的實驗時，只關注到溶液顏色的變化，而忽略了溶液溫度的變化以及反應過程中物質的量的關系等關鍵信息，那么他們在構建關于酸堿中和反應的內部表征時，就可能只停留在表面的現(xiàn)象層面，無法深入理解反應的本質和內在規(guī)律。感知是學生對外部表征信息進行初步加工的過程，它通過感覺器官將外部的化學信息轉化為神經(jīng)沖動，并傳遞到大腦皮層的感覺中樞，進而形成對化學現(xiàn)象和知識的初步認識。不同的外部表征形式會引發(fā)學生不同的感知體驗，從而對內部表征產(chǎn)生不同的影響。文字表征主要通過語言符號刺激學生的聽覺和視覺感受器，學生需要通過對文字語義的理解來感知化學信息。由于文字表征的抽象性，學生在感知過程中需要進行較多的語義轉換和思維加工，這對學生的語言理解能力和抽象思維能力要求較高。而圖像表征則以直觀的視覺形象刺激學生的視覺感受器，使學生能夠直接感知到化學信息的外在特征和空間關系?；瘜W分子結構示意圖能夠讓學生直觀地看到分子中原子的排列方式和化學鍵的連接情況，這種直觀的感知方式能夠幫助學生快速建立起對分子結構的初步認識，降低認知難度。模型表征通過實物模型或概念模型等形式，讓學生能夠從多個角度感知化學知識的結構和特征。原子結構模型能夠讓學生通過觀察和觸摸，直觀地感受原子的內部結構和電子云的分布情況，這種多感官的感知方式能夠增強學生對化學知識的理解和記憶。實驗表征則通過學生的親身參與和觀察，調動多種感官進行感知。在“金屬與酸的反應”實驗中，學生不僅可以通過視覺觀察到金屬表面產(chǎn)生氣泡、溶液顏色變化等現(xiàn)象，還可以通過觸覺感受到反應過程中的溫度變化，通過聽覺聽到反應產(chǎn)生的聲音等。這種豐富的感官體驗能夠使學生對化學知識形成更加全面、深刻的感知，從而促進內部表征的構建。記憶是認知過程中的重要環(huán)節(jié)，它在外部表征向內部表征的轉化過程中起著信息存儲和提取的作用。外部表征信息經(jīng)過學生的注意和感知加工后，會被存儲在記憶系統(tǒng)中，形成學生對化學知識的初步內部表征。不同的外部表征形式在記憶的存儲和提取過程中表現(xiàn)出不同的特點。文字表征由于其邏輯性和系統(tǒng)性，在記憶存儲時通常以命題的形式進行編碼，這種編碼方式有利于準確表達化學知識的核心內容和邏輯關系，但相對較為抽象，記憶難度較大。學生在記憶化學方程式時，需要記住反應物、生成物以及反應條件等信息，這些信息以文字和符號的形式組成命題，學生需要通過反復背誦和理解來強化記憶。圖像表征和模型表征則以形象化的方式進行編碼，能夠利用大腦的形象記憶功能，降低記憶難度?；瘜W實驗裝置圖、分子結構模型等圖像和模型表征能夠在學生腦海中形成生動的視覺形象，這些形象更容易被記住，且在提取時能夠快速喚起相關的化學知識。實驗表征由于其親身體驗性和趣味性，能夠激發(fā)學生的情感記憶，使學生對實驗過程和結果留下深刻的印象。學生在參與“氧氣的實驗室制取”實驗后，對實驗操作步驟、實驗現(xiàn)象以及實驗過程中遇到的問題和解決方法等都有深刻的記憶，這些記憶能夠為他們構建關于氧氣制取的內部表征提供豐富的素材。此外，記憶的提取過程也受到外部表征的影響。當學生在解決化學問題時，外部表征能夠作為線索，幫助學生從記憶中提取相關的化學知識，從而構建起解決問題的內部表征。在解答關于化學實驗的問題時，實驗裝置圖、實驗現(xiàn)象等外部表征能夠喚起學生對實驗過程的記憶，幫助他們回憶起實驗中涉及的化學原理、實驗操作要點等知識，進而分析和解決問題。思維是認知過程的核心，它在外部表征影響內部表征的過程中起著深度加工和整合的作用。學生在對外部表征信息進行注意、感知和記憶的基礎上，需要通過思維對這些信息進行深入分析、推理、歸納和演繹，從而構建起系統(tǒng)、準確的內部表征。不同的外部表征形式能夠激發(fā)學生不同的思維方式和思維過程。文字表征能夠引導學生進行邏輯思維，通過對文字信息的分析和推理，學生能夠深入理解化學知識的內涵和外延。在學習“化學平衡移動原理”時，學生通過對文字表述的問題進行邏輯分析，如分析反應物和生成物濃度的變化、溫度和壓強的改變等因素對化學平衡的影響，從而運用邏輯推理得出平衡移動的方向和結果，進而構建起關于化學平衡移動原理的內部表征。圖像表征和模型表征則能夠激發(fā)學生的形象思維和空間思維，幫助學生從直觀的角度理解化學知識的本質和內在聯(lián)系。在學習“晶體結構”時，通過觀察晶體結構模型，學生能夠運用形象思維和空間思維，想象晶體中原子或分子的排列方式以及它們之間的相互作用，從而深入理解晶體的性質和特點，構建起關于晶體結構的內部表征。實驗表征能夠激發(fā)學生的探究思維和創(chuàng)新思維，促使學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，不斷完善自己的內部表征。在探究“影響化學反應速率的因素”的實驗中，學生通過設計實驗方案、觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗數(shù)據(jù)等過程，不斷提出假設、驗證假設，運用探究思維和創(chuàng)新思維來深入理解化學反應速率的影響因素，構建起關于化學反應速率的系統(tǒng)內部表征。思維還能夠幫助學生將不同外部表征形式所獲取的信息進行整合，形成完整的內部表征。在學習“有機化學”時，學生可以通過文字表征了解有機物的命名規(guī)則、化學性質等知識，通過圖像表征觀察有機物的分子結構和空間構型，通過實驗表征親身體驗有機物的反應過程和現(xiàn)象，然后運用思維將這些不同形式的信息進行整合，構建起關于有機化學的全面、深入的內部表征。4.3中學生個體差異在外部表征與內部表征關系中的作用中學生在學習化學探究性問題時，其個體差異在外部表征對內部表征的影響過程中發(fā)揮著重要作用，這些個體差異主要體現(xiàn)在學習能力、知識基礎和認知風格等方面。學習能力較強的學生在面對化學探究性問題的不同外部表征時，能夠更加迅速、準確地對信息進行加工和處理，從而構建起更加完善和深入的內部表征。在解決關于“化學反應速率影響因素”的探究性問題時，學習能力強的學生能夠快速理解文字表征中所描述的實驗條件和問題要求，通過邏輯推理分析出各個因素對反應速率的影響機制。當呈現(xiàn)圖像表征（如化學反應速率隨時間變化的圖像）和模型表征（如用碰撞理論模型解釋反應速率的影響）時，他們能夠迅速將這些外部表征與已有的知識體系進行關聯(lián)，深入理解其中的化學原理，進而在腦海中形成清晰、系統(tǒng)的內部表征。研究表明，學習能力強的學生在面對多種外部表征結合的化學問題時，其內部表征的構建準確率比學習能力較弱的學生高出30%。這是因為他們具備較強的信息提取、整合和分析能力，能夠充分利用外部表征所提供的信息，快速把握問題的本質，形成準確的內部表征。知識基礎豐富的學生在處理化學探究性問題的外部表征時，具有更廣闊的知識背景和更多的知識儲備可供調用，從而能夠更好地理解和解釋外部表征所傳達的化學信息，構建出更加準確和全面的內部表征。在學習“有機化學”部分的知識時，對于描述有機化學反應機理的文字表征，知識基礎扎實的學生能夠聯(lián)想到之前學過的有機化合物的結構、性質以及相關的反應類型等知識，從而深入理解反應機理。當看到有機分子的結構模型等外部表征時，他們能夠根據(jù)已掌握的知識，準確判斷分子中原子的連接方式、化學鍵的類型以及分子的空間構型，進而更好地理解有機化合物的性質和反應規(guī)律。例如，在研究“苯的取代反應”時，知識基礎豐富的學生能夠結合苯分子的特殊結構（通過模型表征直觀呈現(xiàn)），理解為什么苯容易發(fā)生取代反應而不易發(fā)生加成反應，從而在內部表征中形成關于苯取代反應的完整認知。而知識基礎薄弱的學生可能由于對相關知識的掌握不足，在面對同樣的外部表征時，難以建立起有效的內部表征，對問題的理解和解決也會受到較大限制。認知風格的差異也顯著影響著中學生在外部表征與內部表征之間的轉化過程。場獨立性較強的學生在解決化學問題時，更傾向于獨立思考，能夠自主地從外部表征中提取關鍵信息，較少受到外界干擾。在面對化學實驗現(xiàn)象等外部表征時，他們能夠冷靜地觀察和分析，運用自己的思維能力獨立得出結論，構建出具有邏輯性和系統(tǒng)性的內部表征。而場依存性較強的學生則更依賴外部環(huán)境和他人的指導，在理解外部表征時，可能需要更多的提示和引導才能把握關鍵信息，構建出較為準確的內部表征。直觀型認知風格的學生善于通過直觀的圖像、模型和實驗現(xiàn)象等外部表征來理解化學知識，他們能夠快速將這些直觀信息轉化為腦海中的表象，從而構建起形象化的內部表征。在學習“分子結構”時，通過觀察分子結構模型，他們能夠迅速在腦海中形成分子的空間構型表象，更好地理解分子的性質。而抽象型認知風格的學生則更擅長運用抽象思維來處理文字和符號等外部表征，能夠從抽象的化學概念和原理中構建出深入的內部表征。在學習“化學平衡常數(shù)”的概念時，他們能夠通過對文字定義和數(shù)學表達式的理解，深入把握化學平衡常數(shù)的本質和應用，構建起關于化學平衡常數(shù)的抽象內部表征。綜上所述，中學生的學習能力、知識基礎和認知風格等個體差異在化學探究性問題的外部表征與內部表征關系中起著關鍵的調節(jié)作用。了解這些個體差異，有助于教師在教學過程中更加有針對性地選擇和運用外部表征方式，滿足不同學生的學習需求，促進學生內部表征的有效構建，提高化學探究教學的質量和效果。五、案例分析5.1案例選擇與介紹本研究精心選取了具有代表性的化學探究性問題，通過多種外部表征形式呈現(xiàn)，旨在深入剖析其對中學生內部表征的影響。“探究影響過氧化氫分解速率的因素”是一個典型的化學探究性問題。此問題具有明確的探究目標和豐富的影響因素，能夠全面考查學生對化學反應速率相關知識的理解和應用能力，適合作為研究案例。在文字表征方面，該問題可描述為：“過氧化氫在常溫下能緩慢分解產(chǎn)生氧氣，但分解速率較慢?，F(xiàn)有若干實驗材料，如過氧化氫溶液、二氧化錳、氧化銅、熱水、冷水等，請設計實驗探究影響過氧化氫分解速率的因素，并分析各因素是如何影響分解速率的。”這段文字詳細闡述了實驗的背景、可使用的材料以及需要達成的目標，學生需通過對文字信息的解讀，理解實驗要求，明確需要探究的是哪些因素會對過氧化氫分解速率產(chǎn)生影響，并思考如何利用給定材料設計實驗進行探究。這種文字表征形式較為抽象，要求學生具備一定的閱讀理解能力和邏輯思維能力，能夠從文字中提取關鍵信息，并將其轉化為具體的實驗思路。圖像表征則通過實驗裝置圖和反應速率隨時間變化的圖表來呈現(xiàn)。實驗裝置圖清晰展示了實驗所需的儀器，如錐形瓶、分液漏斗、導管、集氣瓶等，以及它們的連接方式，使學生能夠直觀了解實驗的操作流程。反應速率隨時間變化的圖表以時間為橫軸，過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣的速率為縱軸，通過曲線的變化直觀反映出不同條件下過氧化氫分解速率的差異。在橫坐標為時間（分鐘），縱坐標為氧氣產(chǎn)生速率（毫升/分鐘）的圖表中，分別繪制出在常溫下、加入二氧化錳催化劑、加熱等不同條件下的曲線。學生通過觀察圖像，能夠迅速獲取不同條件下反應速率的變化趨勢，如加入二氧化錳催化劑后，曲線斜率明顯增大，表明反應速率顯著加快；加熱時曲線也會呈現(xiàn)上升趨勢，但與加入催化劑的情況有所不同。這種圖像表征形式將抽象的化學反應速率變化以直觀的視覺形象呈現(xiàn)出來，降低了學生的認知難度，有助于學生理解不同因素對反應速率的影響機制，同時也能夠激發(fā)學生的形象思維，引導學生從多個角度思考問題。模型表征采用了分子結構模型和化學反應機理模型。通過分子結構模型，學生可以直觀地看到過氧化氫分子的結構，了解其化學鍵的特點，從而為理解過氧化氫的分解反應奠定基礎。化學反應機理模型則以示意圖的形式展示了過氧化氫分解過程中分子的變化，以及催化劑在反應中的作用機制。在化學反應機理模型中，用箭頭表示分子的變化方向，詳細展示了過氧化氫分子在催化劑作用下如何斷裂化學鍵，生成水和氧氣的過程。這種模型表征形式能夠幫助學生深入理解化學反應的本質，將抽象的化學概念和原理轉化為具體的模型，使學生能夠從微觀層面把握化學反應的過程，培養(yǎng)學生的微觀思維能力和模型思維能力。實驗表征通過實際的實驗操作和觀察實驗現(xiàn)象來體現(xiàn)。學生在實驗中親自將過氧化氫溶液加入不同的反應容器中，分別加入二氧化錳、氧化銅等催化劑，或者改變反應溫度，然后觀察實驗現(xiàn)象，如氣泡產(chǎn)生的快慢、溶液顏色的變化等。在實驗過程中，學生可以看到加入二氧化錳后，過氧化氫溶液中迅速產(chǎn)生大量氣泡，而加入氧化銅時，氣泡產(chǎn)生的速率相對較慢；將過氧化氫溶液加熱時，也能觀察到氣泡產(chǎn)生速率加快。這些直觀的實驗現(xiàn)象能夠給學生留下深刻的印象，使學生在親身體驗中感受化學的魅力，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。同時，實驗表征還能夠培養(yǎng)學生的觀察能力、實驗操作能力和科學探究精神，讓學生在實踐中學會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。5.2案例中學生內部表征的具體表現(xiàn)在思考過程方面，面對文字表征的案例問題，學生主要運用邏輯思維進行分析。在解決“探究影響過氧化氫分解速率的因素”中關于實驗設計的文字描述問題時，學生需要仔細梳理文字信息，明確實驗目的、實驗材料以及需要控制的變量等關鍵要素。通過對文字內容的邏輯推理，學生嘗試構建實驗方案，思考如何通過改變不同因素（如催化劑種類、溫度等）來觀察過氧化氫分解速率的變化。在分析過程中，學生需要在腦海中形成清晰的實驗步驟和邏輯框架，考慮每個步驟的先后順序以及可能出現(xiàn)的問題和解決方案。有的學生在閱讀文字后，會先在紙上列出實驗所需的材料和儀器，然后逐步分析每個因素如何改變以及如何測量反應速率，展現(xiàn)出較為嚴謹?shù)倪壿嬎伎歼^程。當面對圖像表征時，學生則更多地借助形象思維。在觀察過氧化氫分解速率隨時間變化的圖表時，學生能夠直觀地看到曲線的走勢，通過對曲線斜率的分析，快速判斷出反應速率的變化情況。學生會根據(jù)曲線的上升或下降趨勢，思考在不同時間段內過氧化氫分解速率的快慢，以及不同條件（如加入催化劑、改變溫度）對曲線的影響。在觀察到加入二氧化錳催化劑后曲線斜率明顯增大的圖像時，學生能夠直觀地理解二氧化錳對過氧化氫分解速率的促進作用，通過形象思維將圖像中的信息轉化為對化學反應速率影響機制的理解。在實驗操作階段，實驗表征對學生的內部表征產(chǎn)生了直接影響。在進行“探究影響過氧化氫分解速率的因素”的實驗時，學生親自操作實驗儀器，如用量筒量取過氧化氫溶液，用天平稱取催化劑等。這些實際操作讓學生對實驗過程有了更深刻的體驗，在頭腦中形成了關于實驗步驟和操作要點的清晰表象。學生在操作過程中，會根據(jù)實驗目的和要求，不斷調整自己的操作方法和步驟，以確保實驗的準確性和可靠性。在加入催化劑時，學生會注意催化劑的用量和加入方式，觀察加入催化劑后反應現(xiàn)象的變化，這些親身體驗使學生對實驗過程的理解更加深入，有助于構建更加準確和完整的內部表征。在結果分析環(huán)節(jié)，不同外部表征也促使學生展現(xiàn)出不同的內部表征表現(xiàn)。對于實驗表征得到的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，學生首先會對實驗現(xiàn)象進行直觀的描述和記錄，如氣泡產(chǎn)生的快慢、溶液顏色的變化等。然后，學生嘗試將這些現(xiàn)象與所學的化學知識進行聯(lián)系，分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因。在分析過程中，學生可能會結合文字表征中關于過氧化氫分解反應的原理知識，以及圖像表征中反應速率變化的趨勢，綜合考慮各種因素對實驗結果的影響。學生觀察到加入二氧化錳后氣泡迅速產(chǎn)生，會聯(lián)想到二氧化錳作為催化劑能夠降低反應的活化能，從而加快過氧化氫的分解速率，進而在內部表征中形成對催化劑作用機制的深入理解。而對于圖像表征中的數(shù)據(jù)，學生則會運用數(shù)學思維進行分析。在分析過氧化氫分解速率隨時間變化的圖表時，學生通過計算不同時間段內的反應速率，比較不同條件下反應速率的大小，從而得出關于影響過氧化氫分解速率因素的結論。學生通過讀取圖表中不同時間點的反應速率數(shù)據(jù)，計算出加入催化劑和未加入催化劑時反應速率的差值，以此來定量分析催化劑對反應速率的影響程度，進一步完善自己對該化學探究性問題的內部表征。5.3基于案例的外部表征對內部表征影響的深入剖析以“探究影響過氧化氫分解速率的因素”這一案例為切入點，我們可以清晰地看到不同外部表征在學生理解、分析和解決化學問題過程中所發(fā)揮的獨特作用，以及對學生知識建構產(chǎn)生的深遠影響。從理解層面來看，文字表征為學生提供了問題的基本框架和關鍵信息，但由于其抽象性，學生在理解時需要花費一定的時間和精力進行語義轉換和邏輯分析。對于一些化學基礎薄弱或抽象思維能力較差的學生來說，理解文字表征的化學探究性問題可能存在一定困難。然而，一旦學生能夠準確理解文字信息，他們就能在腦海中構建起較為系統(tǒng)的知識框架，為后續(xù)的分析和解決問題奠定基礎。在理解“探究影響過氧化氫分解速率的因素”的文字表述時，學生需要明確實驗目的、實驗材料以及需要探究的因素，通過對文字信息的分析，他們能夠初步構建起關于實驗的整體認知，理解實驗的基本原理和操作流程。圖像表征則以直觀形象的方式幫助學生快速把握問題的關鍵特征和整體結構。在面對過氧化氫分解速率隨時間變化的圖表以及實驗裝置圖時，學生能夠直觀地看到反應速率的變化趨勢和實驗操作的具體步驟，這種直觀的視覺沖擊能夠極大地降低學生的認知難度，使他們更容易理解問題的本質。學生通過觀察圖表中曲線的斜率變化，能夠迅速判斷出不同條件下過氧化氫分解速率的快慢，從而直觀地理解各種因素對反應速率的影響。實驗裝置圖能夠讓學生清晰地了解實驗儀器的連接方式和使用方法，為學生進行實驗操作提供了重要的指導，有助于學生更好地理解實驗過程和實驗原理。模型表征深入揭示了化學問題的微觀本質和內在規(guī)律，幫助學生從微觀層面理解化學反應的過程和機制。過氧化氫分子結構模型和化學反應機理模型，能夠讓學生直觀地看到過氧化氫分子的結構特點以及在分解過程中分子的變化情況，從而深入理解過氧化氫分解的本質。通過對模型的觀察和分析，學生能夠從分子層面理解催化劑的作用機制，即催化劑如何降低反應的活化能，從而加快反應速率。這種微觀層面的理解有助于學生構建起更加深入、系統(tǒng)的知識體系，提高學生對化學知識的理解和掌握程度。實驗表征通過學生的親身體驗，使學生對化學問題有了更加直接和深刻的感受。在實驗過程中，學生親自操作實驗儀器，觀察實驗現(xiàn)象，如氣泡產(chǎn)生的快慢、溶液顏色的變化等，這些直觀的實驗現(xiàn)象能夠激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，使學生更加主動地參與到學習過程中。實驗過程中產(chǎn)生的各種現(xiàn)象能夠讓學生直觀地感受到化學反應的發(fā)生和變化，從而加深學生對化學知識的理解和記憶。在進行過氧化氫分解實驗時，學生通過觀察加入催化劑后氣泡迅速產(chǎn)生的現(xiàn)象，能夠更加深刻地理解催化劑對反應速率的促進作用，這種親身體驗式的學習方式能夠使學生對化學知識的理解更加深入、牢固。在分析和解決問題方面，不同的外部表征也為學生提供了不同的思路和方法。文字表征引導學生運用邏輯思維進行分析和推理，學生通過對文字信息的梳理和分析，能夠制定出合理的實驗方案，設計實驗步驟，并對實驗結果進行預測和分析。在解決“探究影響過氧化氫分解速率的因素”的問題時，學生根據(jù)文字描述，能夠分析出需要控制的變量，如催化劑的種類和用量、溫度等，然后設計相應的實驗進行探究，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析和推理，得出不同因素對過氧化氫分解速率的影響規(guī)律。圖像表征則激發(fā)學生運用形象思維進行分析和比較，學生通過對圖表和圖像的觀察和分析，能夠快速發(fā)現(xiàn)不同條件下反應速率的差異，并通過比較不同圖像之間的特征，找出影響反應速率的關鍵因素。在分析過氧化氫分解速率隨時間變化的圖表時，學生能夠通過比較不同曲線的斜率和走勢，直觀地判斷出不同條件下反應速率的快慢，從而分析出各種因素對反應速率的影響程度。實驗裝置圖能夠幫助學生分析實驗過程中可能出現(xiàn)的問題和注意事項，為學生解決實驗中遇到的實際問題提供了重要的參考。模型表征培養(yǎng)學生運用模型思維進行分析和解釋，學生通過對模型的理解和運用，能夠從微觀層面解釋化學反應的現(xiàn)象和規(guī)律，為問題的解決提供理論依據(jù)。在解釋過氧化氫分解反應中催化劑的作用時，學生可以運用化學反應機理模型，從分子層面分析催化劑如何改變反應的路徑，降低反應的活化能，從而加快反應速率，使學生能夠更加深入地理解化學反應的本質和規(guī)律，為解決相關問題提供有力的理論支持。實驗表征促使學生運用探究思維和實踐能力進行分析和解決問題，學生在實驗過程中通過觀察實驗現(xiàn)象、收集實驗數(shù)據(jù)，不斷提出問題、假設和驗證，從而逐步解決問題。在探究過氧化氫分解速率的影響因素時，學生在實驗中發(fā)現(xiàn)問題，如為什么加入二氧化錳后反應速率明顯加快？然后提出假設，如二氧化錳可能降低了反應的活化能，接著通過實驗驗證假設，最終得出結論。這種探究式的學習方式能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，提高學生解決實際問題的能力。從知識建構的角度來看，不同的外部表征相互配合、相互補充，共同促進學生構建起完整、系統(tǒng)的化學知識體系。文字表征為學生提供了化學知識的基本概念和原理，是學生知識建構的基礎；圖像表征和模型表征將抽象的化學知識直觀化、形象化，幫助學生理解和記憶化學知識，促進學生對知識的深入理解和內化；實驗表征則讓學生在實踐中應用化學知識，通過親身體驗加深對知識的理解和掌握，同時實驗過程中產(chǎn)生的新問題和新發(fā)現(xiàn)又能夠促使學生進一步探索和學習，不斷完善自己的知識體系。在學習“探究影響過氧化氫分解速率的因素”的過程中，學生通過文字表征了解實驗的基本原理和方法，通過圖像表征和模型表征深入理解反應速率的變化規(guī)律和微觀機制，通過實驗表征親身體驗各種因素對反應速率的影響，從而將這些不同形式的知識有機地整合起來，構建起關于化學反應速率的完整知識體系。這種知識體系的構建不僅有助于學生更好地理解和掌握化學知識，還能夠提高學生的知識遷移能力和應用能力，為學生今后的化學學習和科學研究打下堅實的基礎。六、研究結果與討論6.1研究結果呈現(xiàn)通過對問卷調查數(shù)據(jù)的深入分析，我們得到了一系列關于學生對不同外部表征化學探究性問題的理解程度、感受以及內部表征情況的重要信息。在對“你認為哪種外部表征形式最容易理解化學探究性問題”這一單選題的回答中，結果如圖1所示：外部表征形式選擇人數(shù)占比文字2020%圖像3535%模型2525%實驗2020%從圖1可以清晰地看出，認為圖像表征最容易理解的學生占比最高，達到35%；其次是模型表征，占比25%；文字表征和實驗表征的選擇人數(shù)相同，均占比20%。這表明在學生的認知中，圖像和模型這種直觀形象的外部表征形式在幫助他們理解化學探究性問題方面具有較大的優(yōu)勢。圖像能夠以直觀的視覺形象展示化學信息，使抽象的化學知識變得更加具體、形象，降低了學生的認知難度；模型則能夠深入揭示化學問題的微觀本質和內在規(guī)律，幫助學生從微觀層面理解化學反應的過程和機制，從而更容易被學生所接受和理解。在簡答題“請舉例說明你在學習化學過程中，通過某種外部表征形式更好地理解化學知識的經(jīng)歷”中，學生的回答豐富多樣。一位學生提到：“在學習有機化學時，通過球棍模型，我清楚地看到了有機物分子中原子的連接方式和空間結構，這讓我對有機物的性質和反應有了更深刻的理解。比如，通過模型我明白了甲烷分子是正四面體結構，這就解釋了為什么甲烷的一氯代物只有一種。”另一位學生則分享道：“在學習化學反應速率時，化學反應速率隨時間變化的圖像讓我直觀地看到了反應速率的變化趨勢，不同條件下曲線的斜率變化一目了然，這比單純的文字描述更容易理解?！边@些回答充分體現(xiàn)了不同外部表征形式對學生理解化學知識的積極影響，也反映出學生在學習過程中對不同外部表征的獨特感受和體驗。在量表題“請根據(jù)你對化學實驗表征的感受，在1-5分的量表上進行打分，1分表示非常不喜歡，5分表示非常喜歡”中，統(tǒng)計結果如圖2所示：打分人數(shù)占比1分55%2分1010%3分3030%4分3030%5分2525%從圖2可以看出，大部分學生對化學實驗表征持積極態(tài)度，打4分和5分的學生占比之和達到55%，這表明化學實驗的親身體驗性和趣味性能夠激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，使學生更加積極地參與到化學學習中。實驗表征通過學生的親身參與和觀察，調動多種感官進行感知，讓學生在實踐中感受化學的魅力，從而對化學知識形成更加深刻的理解和記憶。在實驗觀察中，對實驗組和對照組學生在解決化學探究性問題時的行為表現(xiàn)和思維過程進行了細致觀察和記錄。在閱讀問題時間方面，實驗組學生由于面對多種外部表征形式，平均閱讀時間為5分鐘，而對照組學生僅面對文字表征，平均閱讀時間為3分鐘。這表明多種外部表征形式雖然能夠提供更豐富的信息，但也需要學生花費更多的時間去整合和理解。在思考過程中，實驗組學生表現(xiàn)出更多的停頓和反復思考，他們會在不同的外部表征之間進行切換和比較，嘗試將各種信息進行關聯(lián)和整合；而對照組學生則更多地依賴文字信息進行邏輯推理，思考過程相對較為單一。在實驗操作熟練度方面，實驗組學生由于在實驗前通過多種外部表征對實驗有了更全面的了解，操作熟練度較高，平均操作時間為10分鐘；對照組學生在實驗操作時需要花費更多的時間去理解實驗步驟，平均操作時間為15分鐘。在對學生思維過程的觀察中發(fā)現(xiàn)，實驗組學生在面對多種外部表征時，能夠從多個角度思考問題，運用形象思維和邏輯思維相結合的方式進行分析。在解決“探究影響過氧化氫分解速率的因素”的問題時，實驗組學生通過觀察實驗現(xiàn)象（實驗表征）、分析反應速率隨時間變化的圖像（圖像表征）以及運用化學反應機理模型（模型表征），能夠全面地理解各種因素對過氧化氫分解速率的影響機制，提出更加合理的實驗方案和結論。而對照組學生主要依據(jù)文字描述進行邏輯推理，在分析問題時相對較為局限，對問題的理解深度和廣度不如實驗組學生。在訪談中，學生和教師都表達了對不同外部表征的獨特看法。一位學生表示：“我覺得圖像和模型對我理解化學知識幫助很大，它們讓我能更直觀地看到化學物質的結構和反應過程，比單純的文字更容易懂。比如在學習晶體結構時，晶體結構模型讓我一下子就明白了晶體中原子的排列方式?！绷硪晃粚W生提到：“實驗很有趣，通過自己動手做實驗，我對化學知識的印象特別深刻。在做酸堿中和反應的實驗時，看到溶液顏色的變化，我就對酸堿中和的原理理解得更透徹了?！苯處焸円舱J為不同的外部表征在教學中都具有重要作用。一位教師說：“圖像和模型能夠幫助學生更好地理解抽象的化學概念，在講解分子結構和化學反應原理時，使用分子結構模型和化學反應機理模型，學生的理解程度明顯提高?！绷硪晃唤處焺t指出：“實驗能夠激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，讓學生在實踐中掌握化學知識和實驗技能。但實驗也存在一些問題，比如實驗條件的控制比較困難，實驗結果可能會受到一些因素的影響?！苯處焸冞€提到，在教學過程中，需要根據(jù)學生的實際情況和教學內容，合理選擇和運用不同的外部表征形式，以提高教學效果。6.2結果討論研究結果表明，化學探究性問題的不同外部表征對中學生內部表征存在顯著影響，且不同外部表征形式在促進學生理解、思維和知識建構方面各有優(yōu)勢。從問卷調查結果來看，圖像和模型表征在幫助學生理解化學探究性問題上具有突出優(yōu)勢。圖像能夠以直觀的視覺形象展示化學信息，將抽象的化學知識轉化為具體的視覺符號，使學生能夠快速把握化學問題的關鍵特征和整體結構。在學習“氧化還原反應”時，通過繪制電子轉移的圖像，學生可以清晰地看到氧化劑和還原劑之間電子的得失情況，從而更好地理解氧化還原反應的本質。模型表征則深入揭示了化學問題的微觀本質和內在規(guī)律，幫助學生從微觀層面理解化學反應的過程和機制。以分子結構模型為例，學生可以直觀地看到分子中原子的連接方式和空間構型，從而深入理解分子的性質和化學反應的發(fā)生機制。在學習“有機化學”時，球棍模型和比例模型能夠讓學生直觀地感受到有機分子的立體結構，理解有機化合物的同分異構現(xiàn)象和反應機理。實驗觀察結果顯示，多種外部表征形式雖然能夠提供更豐富的信息，但也需要學生花費更多的時間去整合和理解。在面對多種外部表征時，學生能夠從多個角度思考問題，運用形象思維和邏輯思維相結合的方式進行分析，對問題的理解深度和廣度優(yōu)于僅面對文字表征的學生。在“探究影響過氧化氫分解速率的因素”的實驗中，學生通過觀察實驗現(xiàn)象（實驗表征）、分析反應速率隨時間變化的圖像（圖像表征）以及運用化學反應機理模型（模型表征），能夠全面地理解各種因素對過氧化氫分解速率的影響機制，提出更加合理的實驗方案和結論。這與已有研究中關于多種外部表征協(xié)同作用能夠促進學生對知識的深入理解和應用的觀點一致。訪談結果反映出學生和教師對不同外部表征的看法和需求。學生普遍認為圖像和模型對理解化學知識幫助較大，實驗能夠激發(fā)學習興趣和加深對知識的印象。教師則強調在教學中應根據(jù)學生的實際情況和教學內容，合理選擇和運用不同的外部表征形式，以提高教學效果。這提示教師在教學過程中，需要充分考慮學生的個體差異和學習需求，靈活運用多種外部表征方式，引導學生進行有效的學習。與已有研究相比，本研究進一步驗證了外部表征對學生內部表征的重要影響，同時在多種外部表征的協(xié)同作用以及個體差異在其中的調節(jié)作用方面有更深入的探討。已有研究雖然關注了不同外部表征形式對學生學習的影響，但在多種外部表征如何相互作用以及學生個體差異如何影響這種作用機制方面的研究還不夠深入。本研究通過實驗觀察和訪談，詳細分析了多種外部表征形式下學生的行為表現(xiàn)和思維過程，以及學習能力、知識基礎和認知風格等個體差異在外部表征與內部表征關系中的作用，為該領域的研究提供了更豐富的實證依據(jù)和理論支持。然而，本研究也存在一定的局限性。在研究對象的選取上，僅選擇了一所中學的高一年級學生，樣本的代表性相對有限，可能無法完全反映所有中學生的情況。未來的研究可以擴大研究對象的范圍，涵蓋不同地區(qū)、不同年級的學生，以提高研究結果的普遍性和適用性。在研究方法上，雖然綜合運用了問卷調查、實驗觀察和訪談等多種方法，但每種方法都有其自身的局限性。問卷調查可能存在學生主觀回答偏差的問題，實驗觀察可能受到觀察者主觀因素的影響，訪談結果的分析也可能存在一定的主觀性。未來的研究可以進一步優(yōu)化研究方法，采用更客觀、準確的測量工具和分析方法，以提高研究結果的可靠性和有效性。在研究內容上，雖然對化學探究性問題的不同外部表征對中學生內部表征的影響進行了較為全面的研究，但對于外部表征與內部表征之間的動態(tài)轉化過程以及如何通過教學干預促進這種轉化等方面的研究還不夠深入。未來的研究可以深入探討這些問題，為中學化學教學提供更具針對性的教學策略和方法。6.3研究的局限性本研究在樣本選擇方面存在一定局限性。僅選取了一所普通中學的高一年級學生作為研究對象，樣本的地域范圍和年級范圍較為狹窄，無法全面涵蓋不同地區(qū)、不同學校類型以及不同年級學生的多樣性。不同地區(qū)的教育資源、教學理念和學生的學習環(huán)境存在差異，這些因素可能會影響學生對化學探究性問題外部表征的理解和內部表征的構建。重點中學和普通中學的學生在知識儲備、學習能力和學習方法上可能存在顯著差異，他們對不同外部表征的反應和內部表征的形成過程也可能不同。不同年級的學生由于化學知識體系的完善程度和認知發(fā)展水平的不同，對化學探究性問題的理解和處理能力也會有所不同。因此，本研究的結果可能無法準確推廣到其他地區(qū)和年級的中學生群體，研究結論的普遍性和適用性受到一定限制。在研究方法上，雖然綜合運用了問卷調查、實驗觀察和訪談法，但每種方法都存在一定的局限性。問卷調查主要依賴學生的自我報告，可能受到學生主觀因素的影響，導致回答存在偏差。學生可能會受到社會期望、自身情緒等因素的影響，在回答問題時不能真實地反映自己的想法和感受。有些學生可能為了表現(xiàn)自己對化學學習的積極態(tài)度，在回答關于對不同外部表征的喜好程度時，選擇了自己認為更符合教師期望的答案，而并非自己的真實喜好。實驗觀察雖然能夠直接觀察學生在解決問題過程中的行為表現(xiàn)和思維過程，但觀察者的主觀判斷可能會對觀察結果產(chǎn)生影響。不同的觀察者對學生行為和思維的理解和判斷標準可能存在差異，導致觀察結果的客觀性和準確性受到一定程度的質疑。訪談法雖然能夠深入了解學生和教師的觀點和體驗，但訪談過程受到訪談者提問方式、訪談氛圍等因素的影響，可能會導致訪談結果的片面性。訪談者的提問方式可能會引導訪談對象朝著某個方向回答問題，從而影響訪談結果的真實性和全面性。本研究的時間范圍相對較短，無法跟蹤學生在長期學習過程中外部表征對內部表征影響的動態(tài)變化。化學學習是一個長期的過程，學生的知識體系和認知能力會隨著學習的深入不斷發(fā)展和完善，外部表征對學生內部表征的影響也可能會發(fā)生變化。在學習初期，學生可能對直觀形象的外部表征（如圖像、實驗）更為敏感，能夠較快地構建起內部表征；但隨著知識的積累和認知能力的提高，學生可能逐漸能夠更好地理解和運用抽象的外部表征（如文字、模型），內部表征的構建也會更加深入和全面。由于本研究的時間限制，無法對這種動態(tài)變化進行深入研究，這在一定程度上限制了研究結果的深度和廣度。七、教學啟示與建議7.1對化學探究教學的啟示基于本研究結果，在化學探究教學中，教師應充分認識到不同外部表征對學生內部表征的顯著影響，從而優(yōu)化教學過程，提高教學效果。在設計探究性問題時，教師需綜合考慮問題的性質、學生的認知水平和學習特點，合理選擇和運用外部表征方式。對于抽象的化學概念和原理，如“物質的量”“化學平衡常數(shù)”等，教師可優(yōu)先采用圖像表征和模型表征。在講解“物質的量”時，通過繪制物質的量與微觀粒子數(shù)、質量、氣體體積等物理量之間的關系圖，以及運用阿伏伽德羅常數(shù)的模型，幫助學生直觀地理解這些抽象概念之間的聯(lián)系，降低學習難度。對于實驗探究性問題，如“探究金屬活動性順序”，教師應充分發(fā)揮實驗表征的優(yōu)勢，讓學生親身體驗實驗過程，觀察實驗現(xiàn)象，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。在實驗過程