生物学概念表征评价指标初探

李紫虹 张莹 胡薇

【摘 要】在文献分析认知心理学理论和实证研究的基础上，从生物学概念特点出发，结合前人相关研究成果，提出了生物学概念表征层次（即：文字表征、具体表征、抽象表征和形象表征）及其评价指标。根据评价指标设计生物学概念表征问卷，对福建省部分不同级别达标学校高二学生进行问卷调查，采用SPSS21.0统计软件对数据进行统计分析，结果显示：以本研究提出的评价指标设计的生物学概念表征问卷，具有较好的信度、效度和区分度。

【关键词】生物学概念表征 评价指标 信度 效度

生物学概念表征是指生物学概念在人脑中的记载和呈现形式，生物学概念的准确表征是成功学习生物的基础。目前关于概念表征的研究，国内外的专家和学者更多的倾向于对概念的表征特点、方式和层次进行研究。且当前关于概念表征层次的研究大多围绕数学、化学与物理学科，并以表征的速度、深度与真度作为概念表征的评价指标，而对生物概念表征层次的研究尚未见报道。本研究旨在通过对高中生生物学概念表征层次的分析与验证，得出各个表征层次的评价指标，将其用于概念教学的评价，进而实现以评价促进学生生物学概念表征能力发展的目标。

一、理论依据

具身概念表征理论认为：概念表征是与人们的知觉运动系统有直观关系，外界刺激会引发主体知觉、运动和情感的体验，大脑神经系统会对这些经验记录整合存储在记忆中。概念的表征就是主体在模拟或者还原自己在当时经验客体时的运动、知觉和内省状态。李善良认为学生在对数学概念进行表征时存在着从具体材料表征、图画表征、图形表征、语言表征到符号表征等不同的方式，且这些表征形式有层次之分，概念的表征形式一定程度上代表了一定的表征层次；Craig W.Bowen提出研究生解决有机合成问题时使用了七种类型的表征：言语表征、图像表征、方法学表征、原理定向表征、文献表征、实验室定向表征、经济表征；McDermott和Larkin认为物理问题的表征构建有四步：字面表征、初始表征、科学理论表征）、数学表征。。生物学概念是对一类生物学事实，进行抽象、概括而形成的对其本质属性或特征的反映的思维形式，而生命本质属性大多又是抽象的，无形的，更多表现为介于具体概念与抽象概念之间的状态，因此，根据第二代认知心理学理论和实证研究结果，生物学概念加工，涉及语义加工、情境仿真加工、符号加工和概念隐喻等机制，综合其它学科概念表征层次研究，本研究提出生物学概念表征分为四个层次，即文字表征、具体表征、抽象表征和形象表征。

二、评价指标的提出

生物学概念表征的评价指标包括相应四个表征层次的评价指标。首先，生物学信息常常以文字、图形和符号等形式通过视觉感官进入人脑，影响此过程的因素是信息进入人脑的的速度与质量，因此用阅读生物信息的速度和理解信息的难易度来评定文字表征。其次，具体表征是通过关键字、词的意义转换得以实现，所以我们用选择关键字、词的数量和准确性以及所选字、词可能的判断（判断的数量和准确性）测量此表征层次。再次，抽象表征实际上是新旧知识经验建立联结并形成意义组块的过程，因此，所选择、调用知识的结构与知识的深广度以及推理能力很大程度上能评价抽象表征。最后，形象表征是将抽象表征外显化和具体化的过程[5]，因此不可避免地需要利用到文字、语言和符号等外化工具以予呈现，评价形象表征可从概念能力和模型方法以及呈现形式予以区分（见表1）。由于评价指标中各指标的作用及重要程度存在差异，本研究通过向专家咨询指标的相对权重意见，确定了各个评价指标的权重。

三、评价指标的验证

1.被试

本研究在福建省3所不同水平的达标学校进行，包括省一级达标学校，市一级达标学校和市二级达标学校。从每个学校各随机选取一个普通班高二年级学生进行问卷调查。

2.材料

确定上述各表征层次的相应评价指标及各指标权重后，参照《普通高中生物课程标准（实验）》（2003）中的学习要求，以“细胞是基本的生命系统”和“有氧呼吸”两个概念为具体内容，编制高中学生“细胞是基本的生命系统”概念表征调查问卷（问卷一），高中学生“有氧呼吸”概念表征调查问卷（问卷二），经初测调整结构效度后，最终形成正式的测试问卷。

3.程序

主试提示被试阅读理解样例后完成问卷，在规定时间达到时停止测试，回收问卷。两份问卷分别发放160份，回收后各获得有效问卷142份。根据问卷评分标准评分，测试数据

用SPSS21.0进行处理、分析。

4.结果与分析

第一，信度和效度的检测。将收集到的数据，使用SPSS21.0软件，采用Cronbachs系数法对两份问卷进行了内部信度检测，对两份问卷的内容效度进行了Pearson相关系数分析，分析结果见表2、表3。

2对问题中出现的关键词进行可能的判断（判断的数量、准确性）

抽象表征 在头脑中选择、激活、调用原有认知结构中有关的生物学的抽象概念、原理和理论。把工作记忆中独立的、分散的信息点或信息片段整合起来，建立联系，形成有意义的信息组块。 所选择、调用知识的内容及其深度、科学性和出现时间

1知识结构及知识的深广度

2推理能力

1概念能力

2模型方法

（1）概念模型指标

（2）呈现形式

信度主要评价量表的精确性、稳定性和一致性，Cronbachs系数一般要求达到0.7以上。问卷一的Cronbachs系数为0.706，问卷二的Cronbachs系数为0.718，符合探索研究对系数的要求，两份问卷的信度较好。

效度主要评价量表的准确度、有效性和正确性，其中Pearson系数<0.05为有显著性意义。内容效度指所选的条目是否能够代表所要测量的内容或主题，本研究通过计算问卷的各题得分与总得分的相关系数来进行评价。两份问卷的各题得分与总分之间均有极显著相关（P<0.01），“細胞是基本的生命系统”概念表征调查问卷中每题得分与总分的相关系数为0.273～0.927，“有氧呼吸”概念表征调查问卷每题得分与总分的相关系数为0.373～0.905，问卷的内容效度较好。

第二，問卷检测。除了对问卷的信度、效度进行分析之外，本研究还对该问卷的区分度作了实证研究。运用SPSS21.0软件，对不同类型学校各表征层次的平均得分进行统计，并进行单因素方差分析（以问卷一为例），分析结果见表4。

根据预期，相较于其他级别达标学校学生，省一级达标学校学生由于拥有更好的知识基础、能力水平及学习资源等因素，在概念表征各个层次及总体上应有更优表现。问卷结果显示：在四个表征层次上，学生平均得分均呈省一级>市一级>市二级的趋势，且省一级学校学生和市一级学校学生在各个层次上均呈极显著的差异，三个学校在具体表征和形象表征上的差异尤为明显。可见，不同级别达标学校学生，在两份生物学概念表征水平测试问卷上，呈显著差异，符合预期。说明本研究所提出的评价指标能够有效区分不同学生对生物学概念的表征水平。

四、结论

对以本研究确定的生物学概念表征评价指标为依据设计的两份生物学概念表征问卷，采用Cronbachs系数法对其内部信度进行检测，采用SPSS21.0统计软件对其内容效度进行Pearson相关系数分析，采用问卷实测对其区分度进行实证分析，结果显示，两份生物学概念表征问卷具有较好的信度、效度和区分度，说明本研究提出的生物学概念表征评价指标的有效性。

参考文献

[1]殷融，曲方炳，叶浩生. 具身概念表征的研究及理论评述. 心理科学进展，2012（20）

[2]李善良. 关于数学概念表征层次的研究. 数学教育学报，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]李广洲，任红艳，余嘉元. 高中学生解决计算类化学问题的表征及其与策略关系的研究[J]. 心理发展与教育，2001，（3）：33-38