化學(xué)教材圖表認(rèn)知難度分析量表的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

占小紅+周少江

摘要：圖表是化學(xué)教材的重要組成部分，屬于非連續(xù)性文本范疇。化學(xué)教材中包含函數(shù)關(guān)系、數(shù)據(jù)等表征信息的非連續(xù)性文本型圖表（數(shù)據(jù)表格和坐標(biāo)圖）占有較大比例，并存在較大的認(rèn)知難度。本研究通過理論分析建立化學(xué)教材中非連續(xù)性文本型圖表的認(rèn)知難度分析量表，并嘗試進(jìn)行教材圖表認(rèn)知難度分析實(shí)踐，為教材圖表優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：非連續(xù)性文本型圖表；認(rèn)知難度；化學(xué)教材

文章編號(hào)：1005–6629（2015）4–0010–05 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文本是知識(shí)傳遞的重要載體，根據(jù)國(guó)際性學(xué)生評(píng)價(jià)項(xiàng)目PISA（Programme for International Students Assessment）的理論觀點(diǎn)，文本可以被區(qū)分為連續(xù)性文本和非連續(xù)性文本[1]。非連續(xù)性文本是有組織的矩陣格式、基于組合的列表，表現(xiàn)為單一或系列的表格、圖形、目錄、索引等形式?；瘜W(xué)教材中包含了大量的圖表內(nèi)容，而從非連續(xù)性文本的定義出發(fā)，化學(xué)教材中的表格或圖形等屬于非連續(xù)性文本范疇，在教材中占有著相當(dāng)比例并發(fā)揮著重要的作用?！渡虾Ｊ兄袑W(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中通過對(duì)實(shí)物、模型、圖形、圖表的觀察，獲取一定的感性認(rèn)知，并進(jìn)一步整理和加工，有序存儲(chǔ)，在分析和解決問題時(shí)能對(duì)實(shí)物、模型、圖形、圖表等表達(dá)作出解釋的能力[2]。而實(shí)際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍表現(xiàn)出對(duì)非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知的困難，特別是在閱讀和應(yīng)用教材圖表時(shí)存在明顯的問題。為此，本文著眼于探討影響非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知的因素，設(shè)計(jì)針對(duì)教材中非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度的分析量表，為化學(xué)教材圖表認(rèn)知難度的分析和把握提供依據(jù)。

1 非連續(xù)性文本型圖表及其特征

“非連續(xù)性文本”又稱“間斷性文本”，是相對(duì)于以句子和段落所組成的“連續(xù)文本”而言的閱讀材料，是基本由單一或系列數(shù)據(jù)表格、曲線圖、圖解文字組成的文本[3]?；瘜W(xué)圖表通常是用來描述函數(shù)關(guān)系、呈現(xiàn)科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)以及具體說明科學(xué)理論的表征信息的視覺圖像形式[4]，屬于非連續(xù)性文本的范疇，在此統(tǒng)稱為非連續(xù)性文本型圖表。本研究主要關(guān)注化學(xué)教材中包含函數(shù)關(guān)系、數(shù)據(jù)等表征信息的非連續(xù)性文本型圖表，主要涉及數(shù)據(jù)表格和坐標(biāo)圖。此類圖表利用最簡(jiǎn)單和直接的形式（點(diǎn)、線、數(shù)據(jù)等視覺圖像形式）表征事物錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，揭示事物或過程的本質(zhì)或特征，具有直觀性、簡(jiǎn)潔性和信息豐富性的特征。

2 非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度分析工具設(shè)計(jì)

本研究以非連續(xù)性文本型圖表的認(rèn)知過程為基礎(chǔ)，針對(duì)圖表認(rèn)知的若干階段，探討此類圖表認(rèn)知的影響因素，據(jù)此構(gòu)建適用于教材中非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度的分析量表。

2.1 非連續(xù)性型圖表認(rèn)知過程分析

奈瑟爾認(rèn)為，“認(rèn)知就是通過對(duì)感覺輸入進(jìn)行簡(jiǎn)化、轉(zhuǎn)換、加工、存儲(chǔ)和提取的全部過程”[5]。圖表的認(rèn)知能力是人類智能的組成部分之一。結(jié)合一般的認(rèn)知過程，可以將圖表認(rèn)知看作由如下若干階段構(gòu)成：（1）對(duì)于圖表中的視覺圖像形式進(jìn)行編碼，將重要的視覺信息編碼、識(shí)別。（2）將已經(jīng)編碼的視覺特征與其表達(dá)的概念聯(lián)系起來，即一般認(rèn)知過程的加工階段。（3）確定視覺對(duì)象之間的關(guān)系（函數(shù)關(guān)系），是加工與運(yùn)用階段[6]。概括而言，圖表的認(rèn)知過程主要包括編碼（識(shí)別）、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)用。非連續(xù)性文本型圖表的認(rèn)知過程遵循圖表認(rèn)知理論，主要包括對(duì)非連續(xù)性文本型圖表視覺特征信息進(jìn)行提取、識(shí)別、加工、儲(chǔ)存和運(yùn)用。根據(jù)非連續(xù)性文本型圖表的特征，信息的提取和加工為認(rèn)知過程的最核心階段，其中信息的獲取是指對(duì)圖表中的視覺圖像形式進(jìn)行編碼并識(shí)別出重要信息，信息的加工是指學(xué)生對(duì)已編碼的信息進(jìn)行抽象、聯(lián)系、比較和概括，準(zhǔn)確全面獲取圖表的概括性或結(jié)論性的信息。

2.2 非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度構(gòu)成及因素分析

結(jié)合文獻(xiàn)分析[7～9]，影響化學(xué)圖表認(rèn)知能力的因素有很多，有化學(xué)圖表自身?xiàng)l件所產(chǎn)生的影響，也涉及學(xué)生已有化學(xué)知識(shí)水平、心理因素等。本研究主要關(guān)注非連續(xù)性文本型圖表設(shè)計(jì)本身對(duì)學(xué)生認(rèn)知產(chǎn)生的影響。鑒于信息的提取和加工是非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知的核心環(huán)節(jié)，學(xué)生在觀察圖表、識(shí)別表征信息以及作出概括性或結(jié)論性判斷的過程中，非連續(xù)性文本型圖表自身質(zhì)量和內(nèi)容信息表征的效果成為影響圖表認(rèn)知的關(guān)鍵。據(jù)此，我們初步提出了非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度的兩個(gè)基本維度，即質(zhì)量難度與內(nèi)容難度。質(zhì)量難度是由圖表設(shè)計(jì)發(fā)行環(huán)節(jié)所決定的，包括圖表的清晰度、形式和色彩等因素所引起的認(rèn)知難度；內(nèi)容難度包括關(guān)聯(lián)要素、關(guān)聯(lián)類型、關(guān)聯(lián)的呈現(xiàn)方式和無關(guān)要素等方面產(chǎn)生的認(rèn)知難度。具體如表1所示。

2.2.1 質(zhì)量難度

圖表質(zhì)量是指圖表設(shè)計(jì)的優(yōu)劣程度，通常考慮圖表是否規(guī)范、清晰、美觀等方面，這些直接影響到學(xué)生對(duì)圖表信息的識(shí)別和編碼。鑒于化學(xué)非連續(xù)性文本型圖表中涉及點(diǎn)、線、數(shù)據(jù)等信息，圖表的清晰度、形式和色彩三個(gè)因素會(huì)對(duì)學(xué)生圖表認(rèn)知產(chǎn)生關(guān)鍵作用。

（1）清晰度。圖表清晰度是指圖表上各細(xì)部影紋及其邊界的清晰程度。非連續(xù)性文本型圖表中的物理量、數(shù)據(jù)、圖線、細(xì)部影紋及其邊界分明，表明清晰度高，清晰度高的圖表有利于學(xué)生對(duì)圖表信息進(jìn)行識(shí)別和編碼。我們將圖表清晰度區(qū)分為三水平，相應(yīng)的表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)見表2相關(guān)內(nèi)容。

（2）形式。圖表形式是指圖表的外形，包括表格、折線圖、條形圖、柱狀圖、餅圖、框圖、數(shù)軸圖等。不同的教學(xué)材料適用不同的圖表形式表達(dá)。1989年，英國(guó)的教育科學(xué)測(cè)驗(yàn)部對(duì)多種圖表進(jìn)行比較，得出其各有特色。比如，框圖與坐標(biāo)圖相比：框圖易于提取主要信息，但不突出被描述對(duì)象間的關(guān)系；數(shù)軸圖易于比較橫縱坐標(biāo)間的關(guān)系；餅圖易于展示各對(duì)象的比例關(guān)系。所以，要根據(jù)具體的教學(xué)信息選擇最合適的圖表形式，以降低認(rèn)知難度。圖表形式因素的三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)見表2相關(guān)內(nèi)容。

（3）色彩。圖表的色彩是指使人們得以區(qū)分在形狀、大小或結(jié)構(gòu)等方面皆完全相同的物體的視覺或知覺現(xiàn)象。圖表要激發(fā)讀者學(xué)習(xí)的欲望，必須要滿足讀者的視覺心理，即要使人能感覺出色彩的差異（即圖片的層次感）。當(dāng)色彩差異越豐富，越適應(yīng)人的辨析能力；顏色的選擇越能增強(qiáng)版面美觀，越符合讀者的認(rèn)知習(xí)慣，認(rèn)知難度越低。圖表色彩因素的三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)見表2相關(guān)內(nèi)容。

2.2.2 內(nèi)容難度

非連續(xù)性文本型圖表內(nèi)容是指圖表中的物理量或變量、點(diǎn)、線、數(shù)據(jù)、文字等。物理量或變量（又稱要素）是非連續(xù)性文本型圖表的核心部分，圖表通常側(cè)重于表達(dá)多個(gè)要素及其關(guān)系的信息，而要素的多少、要素間關(guān)聯(lián)的復(fù)雜程度和提示強(qiáng)弱等會(huì)直接影響學(xué)生對(duì)圖表信息的識(shí)別和編碼以及對(duì)信息的加工。

（1）關(guān)聯(lián)要素。通常情況下，非連續(xù)性文本型圖表中關(guān)聯(lián)要素越多，圖表反映信息的復(fù)雜程度越高，認(rèn)知難度越大。關(guān)聯(lián)要素的三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)如表2相關(guān)內(nèi)容所示。

（2）關(guān)聯(lián)類型。包含關(guān)聯(lián)要素的圖表中，要素關(guān)聯(lián)可以區(qū)分為邏輯關(guān)聯(lián)和非邏輯關(guān)聯(lián)兩種。邏輯關(guān)聯(lián)是指各對(duì)象間存在順序或?qū)傩躁P(guān)系，可進(jìn)一步區(qū)分為簡(jiǎn)單邏輯關(guān)聯(lián)和復(fù)雜邏輯關(guān)聯(lián)。簡(jiǎn)單邏輯關(guān)聯(lián)是指只存在簡(jiǎn)單的因果、從屬、對(duì)比等關(guān)聯(lián)，通?？梢灾庇^地看出描述對(duì)象間的關(guān)系。復(fù)雜邏輯關(guān)聯(lián)則是指要素之間的關(guān)聯(lián)建立在數(shù)學(xué)計(jì)算之上?？梢哉J(rèn)為，圖表要素存在邏輯關(guān)聯(lián)較之非邏輯關(guān)聯(lián)的認(rèn)知難度要低，存在邏輯關(guān)聯(lián)的圖表中，涉及簡(jiǎn)單邏輯關(guān)聯(lián)的圖表較之復(fù)雜邏輯關(guān)聯(lián)的圖表認(rèn)知難度要低。關(guān)聯(lián)類型的三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)如表2相關(guān)內(nèi)容所示。

（3）關(guān)聯(lián)的呈現(xiàn)方式。關(guān)聯(lián)的呈現(xiàn)方式是指圖表中關(guān)聯(lián)要素之間的排列方式、要素關(guān)系的說明或提示等。根據(jù)要素關(guān)系提示的強(qiáng)弱可將關(guān)聯(lián)的呈現(xiàn)方式分為直接呈現(xiàn)、隱性提示和不提示。直接呈現(xiàn)是指通過要素排列、文字說明等方式直觀表現(xiàn)要素之間的關(guān)聯(lián)。隱性提示是指觀察圖表內(nèi)容無法直接獲取要素的關(guān)聯(lián)信息，但圖表中借助提示性的語言或強(qiáng)調(diào)方式，引起讀者注意進(jìn)而分析判斷要素的關(guān)聯(lián)。不提示即代表圖表中無任何針對(duì)要素關(guān)聯(lián)的提示性信息，需要讀者自主分析判斷。通常情況下，提示越少，越不明顯，認(rèn)知難度越大。關(guān)聯(lián)的呈現(xiàn)方式的三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)如表2相關(guān)內(nèi)容所示。

（4）無關(guān)要素。無關(guān)要素是指在圖表中包含干擾要素，需要經(jīng)過分析排除干擾因素的影響才能建立正確的圖表要素關(guān)聯(lián)?？梢妶D表中無關(guān)要素越少，認(rèn)知難度越低。無關(guān)要素的三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)如表2相關(guān)內(nèi)容所示。

2.3 非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度分析量表的生成

根據(jù)以上對(duì)非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度構(gòu)成及因素分析，以及各因素三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)的確立，形成了如表2的非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度分析量表。其中各因素的賦值方式為：達(dá)到水平3賦值為“3”，水平2賦值為“2”，水平1賦值為“1”，每張圖表認(rèn)知難度最低分值為7分，最高可達(dá)21分。評(píng)價(jià)者根據(jù)各因素三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖表認(rèn)知難度水平進(jìn)行分析判斷，并進(jìn)行相應(yīng)評(píng)分。

3 高中化學(xué)教材中非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度分析

本研究選取國(guó)內(nèi)某版高中化學(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教材為研究對(duì)象，采用上述量表對(duì)該教材中的非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度進(jìn)行嘗試性分析。根據(jù)化學(xué)非連續(xù)性文本型圖表的界定，對(duì)教材圖片進(jìn)行識(shí)別和編碼，確定教材中22個(gè)圖表為分析對(duì)象，并按照認(rèn)知難度因素對(duì)各圖表進(jìn)行逐一分析和判斷，其結(jié)果見表3。

由表3可知，22個(gè)非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度平均分值為10.7，整體認(rèn)知難度不高。在兩個(gè)認(rèn)知難度維度中，內(nèi)容難度大于質(zhì)量難度。在質(zhì)量難度維度中，清晰度對(duì)認(rèn)知難度的影響最小，色彩產(chǎn)生的認(rèn)知難度最大。而在內(nèi)容難度維度中，關(guān)聯(lián)要素的影響最為突出，它也是在所有因素中影響最大的。各因素的結(jié)果分析具體如下：

3.1 質(zhì)量難度

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，質(zhì)量難度各因素的平均分值達(dá)到31.3，其中色彩因素產(chǎn)生的認(rèn)知難度影響最大。

（1）清晰度。由22張圖表的分析結(jié)果可知，所有圖表的清晰度都達(dá)到水平1，清晰度上得到了保障。

（2）形式。從分析結(jié)果可以看出，大部分圖表的形式與表達(dá)主旨相匹配，但有少數(shù)圖表形式不能突顯其主旨，造成了認(rèn)知困難。如教材第21頁圖1-26，采用條形圖表現(xiàn)第三周期各元素電負(fù)性變化的效果不如曲線圖更為切合。

（3）色彩。從分析結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，教材中色彩豐富、能引起讀者興趣的非連續(xù)性文本型圖表并不多，大多數(shù)圖表色彩單一，對(duì)于各要素的區(qū)分較難。如教材第6頁表1-1包含大量元素基態(tài)原子的電子排布信息，卻使用單一色調(diào)，造成了辨識(shí)困難，也易引起閱讀疲勞。

3.2 內(nèi)容難度

內(nèi)容難度各因素的平均分值為35.5，高于質(zhì)量難度，其中關(guān)聯(lián)要素的影響較為明顯。

（1）關(guān)聯(lián)要素。由分析結(jié)果可知，反映三個(gè)及以上要素關(guān)聯(lián)的圖片比例達(dá)到了60%，造成了一定的認(rèn)知困難。如教材第6頁表1-1，涉及原子序數(shù)、元素名稱、元素符號(hào)以及電子分層排布等要素，信息量大且復(fù)雜，加重了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。

（2）關(guān)聯(lián)類型。分析結(jié)果顯示，多數(shù)圖表以簡(jiǎn)單邏輯為主。如教材第19頁圖1-21通過折線描繪了元素第一電離能的周期性，只需經(jīng)過簡(jiǎn)單對(duì)比分析即可發(fā)現(xiàn)和概括圖表信息的意義。

（3）關(guān)聯(lián)的呈現(xiàn)方式。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，50%的圖表采用在圖表前后位置給予文字說明的直接呈現(xiàn)方式，降低了認(rèn)知難度。

（4）無關(guān)要素。教材在設(shè)置圖表要素時(shí)幾乎未涉及干擾要素，不包含無關(guān)要素的圖表比例達(dá)到了100.0%。

4 結(jié)論及啟示

4.1 研究結(jié)論

本研究在界定化學(xué)教材非連續(xù)性文本型圖表和進(jìn)行特征分析的基礎(chǔ)上，探討了該類圖表認(rèn)知的過程，并結(jié)合文獻(xiàn)分析提煉了非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度的構(gòu)成因素和三水平表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)體系，據(jù)此形成了適用于分析化學(xué)教材非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度的分析量表。在對(duì)某版本高中化學(xué)選修3教材非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度的進(jìn)行嘗試性分析的同時(shí)，不僅檢驗(yàn)了該分析量表的適用性，也發(fā)現(xiàn)了一些需要進(jìn)一步完善的問題。主要包括是否只需考察內(nèi)容難度維度，因?yàn)橘|(zhì)量難度維度所涉及的因素均依據(jù)一定的出版發(fā)行要求，有相應(yīng)的規(guī)范制約，整體而言教材圖表設(shè)計(jì)在這方面表現(xiàn)較好，尤其是清晰度因素；在內(nèi)容難度維度中，由于教材圖表設(shè)計(jì)幾乎很少涉及無關(guān)要素，從指標(biāo)設(shè)置的現(xiàn)實(shí)意義出發(fā)，無關(guān)要素因素也可以考慮去除。此外，對(duì)于一些因素表現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)的描述需要進(jìn)一步清晰化以增強(qiáng)判斷的準(zhǔn)確性，如圖表形式與表達(dá)主旨的一般對(duì)應(yīng)關(guān)系是什么、隱性提示的表現(xiàn)包含哪些方面，等等。

4.2 研究啟示

通過對(duì)某版本高中化學(xué)選修3教材非連續(xù)性文本型圖表認(rèn)知難度的嘗試性分析發(fā)現(xiàn)，化學(xué)教材非連續(xù)性文本型圖表中色彩、關(guān)聯(lián)要素、關(guān)聯(lián)類型、關(guān)聯(lián)的呈現(xiàn)方式等因素引起的圖表認(rèn)知難度較為突出，這為教材圖表設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了有益的參考?；瘜W(xué)教材非連續(xù)性文本型圖表設(shè)計(jì)需要切實(shí)關(guān)注使用恰當(dāng)?shù)纳?、形式表征信息，以增?qiáng)圖表信息的辨識(shí)效果、契合不同的表達(dá)主旨；教材圖表旨在為學(xué)生提供科學(xué)研究獲得的數(shù)據(jù)或結(jié)果，因此不需要設(shè)置過多的認(rèn)知障礙，可考慮盡量避免涉及復(fù)雜邏輯推理的思維操作，并盡可能直接呈現(xiàn)或提示要素的關(guān)聯(lián)，以便學(xué)生準(zhǔn)確有效地獲取圖表信息，形成良好的圖表閱讀習(xí)慣。

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