孫靜 李淑萍 東婉瑩 薛亮

摘要： ?以化學(xué)反應(yīng)原理相關(guān)試題作為測(cè)試材料，采用眼動(dòng)追蹤技術(shù)對(duì)12名化學(xué)師范生進(jìn)行2（自我效能感水平）×3（試題難度）兩因素混合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過口語報(bào)告描述解題思維過程。結(jié)果表明在化學(xué)反應(yīng)原理問題解決過程中，自我效能感水平高的師范生，信息加工速度快、關(guān)鍵信息注視度高、更堅(jiān)信自己提取信息的正確性，對(duì)于信息的提取具有較強(qiáng)針對(duì)性;低水平的師范生信息加工速度慢、關(guān)鍵信息注視度較為廣泛，不夠堅(jiān)信自己所獲取的信息和加工結(jié)果的正確性，需要做反復(fù)檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： ?眼動(dòng)追蹤; 自我效能感; 師范生; 問題解決

文章編號(hào)： ?1005 6629（2022）08 0024 06

中圖分類號(hào)： ?G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ?B

1 問題的提出

科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的當(dāng)代社會(huì)，各國力求培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才，這其中發(fā)現(xiàn)和解決問題能力、批判思維能力處于核心地位[1]?；趯W(xué)科的問題解決是問題解決能力的重要組成，是問題解決發(fā)展的高階階段[2]，上世紀(jì)七十年代，“問題解決”的研究就開始展現(xiàn)出認(rèn)知心理學(xué)理論與學(xué)校教學(xué)實(shí)踐密切結(jié)合的特點(diǎn)?；瘜W(xué)是基本科學(xué)科目，對(duì)化學(xué)問題解決的研究，就是對(duì)自然科學(xué)問題解決的研究。多項(xiàng)研究表明，問題解決能力除了受基礎(chǔ)知識(shí)、記憶、思維能力等智力因素影響之外，還受興趣、意志力、信念等非智力因素的影響[3]。其中，班杜拉提出的自我效能感理論是重要的非智力因素，是行為主體對(duì)自身能否順利完成某項(xiàng)工作的主觀判斷。國內(nèi)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生自我效能感和學(xué)業(yè)成績(jī)呈顯著正相關(guān)[4]，并對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)策略有重要影響[5]。教師是培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的關(guān)鍵因素，師范生是未來的教師，可塑性強(qiáng)，因此研究自我效能感對(duì)師范生的問題解決能力的影響是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵。

整理現(xiàn)有文獻(xiàn)，侯曉莉在探究非智力因素對(duì)中學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力的影響時(shí)，用調(diào)查問卷測(cè)評(píng)非智力因素和問題解決能力[6];李博在探究高中生化學(xué)信息轉(zhuǎn)換能力培養(yǎng)策略時(shí)，用問卷調(diào)查法測(cè)評(píng)高中生信息轉(zhuǎn)換能力[7]。由此可見，目前對(duì)于問題解決能力的研究主要是口語報(bào)告法，該方法一定程度上能夠反映被試內(nèi)部思維能力，但是受到記憶偏差等各種外部因素影響，會(huì)存在擾亂思維的現(xiàn)象，停留在質(zhì)性研究階段，缺乏較為客觀的、科學(xué)的量化研究數(shù)據(jù)[8]。

眼動(dòng)追蹤技術(shù)是通過紅外技術(shù)在被試不接觸屏幕的情況下收集眼球運(yùn)動(dòng)信息，從而得到被試的信息獲取、建模與模擬。眼睛-心理假設(shè)認(rèn)為： 人的眼睛收集外界80%以上的信息，眼睛活動(dòng)過程體現(xiàn)大腦處理信息的過程。因此，可以通過眼球運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析被試的信息加工和認(rèn)知過程[9]。對(duì)于問題解決研究，問卷調(diào)查和口語報(bào)告是常用方法，但該方法缺乏一定的客觀性，容易受外界因素影響。隨著心理研究技術(shù)發(fā)展，眼動(dòng)追蹤技術(shù)剛好可彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，使問題解決研究過程更科學(xué)、客觀[10]。目前，眼動(dòng)追蹤技術(shù)廣泛應(yīng)用于心理學(xué)、商業(yè)廣告等，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用較少且對(duì)象都為中學(xué)生。 師范生是未來的教師，他們所具備的問題解決能力會(huì)對(duì)學(xué)生發(fā)展產(chǎn)生舉足輕重的影響，因此對(duì)于師范生問題解決思維過程的科學(xué)研究至關(guān)重要。

基于以上特點(diǎn)，本研究采用眼動(dòng)追蹤技術(shù)，對(duì)自我效能感做水平劃分，研究化學(xué)師范生問題解決時(shí)的認(rèn)知加工過程，揭示問題解決思維過程。研究的問題主要是： 不同自我效能感水平的師范生解決相同難度問題的差異;相同自我效能感水平的師范生解決不同難度問題的差異。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

測(cè)量50名化學(xué)師范生自我效能感，根據(jù)測(cè)試成績(jī)的相對(duì)高低分為低水平和高水平自我效能感，在兩個(gè)水平基礎(chǔ)上分別選擇六名師范生進(jìn)行眼動(dòng)技術(shù)追蹤;通過完成化學(xué)反應(yīng)原理試題時(shí)的眼動(dòng)追蹤來了解不同效能感水平師范生化學(xué)問題解決的思維過程，試題難度分為簡(jiǎn)單問題、中等難度問題和復(fù)雜問題。

2.2 被試

采用隨機(jī)分層抽樣法在陜西某高校選取高水平自我效能感（≥25分，占54%）、低水平自我效能感（<25分，占46%）各6名、共12名化學(xué)師范生，所有被試雙眼矯正視力或裸眼視力均大于1.0，無散光等視力問題。

2.3 實(shí)驗(yàn)材料

本文用一般自我效能感量表（GSES）做水平劃分，該量表由德國心理學(xué)家編制，我國張建新教授翻譯，王才康等人修訂，其內(nèi)部一致性系數(shù)為0.87，表明中文版GSES已經(jīng)具有良好的信度和效度。該量表共有10個(gè)題目，采取四級(jí)評(píng)分制，得分越高水平越高。本研究中，內(nèi)部一致性α系數(shù)為0.844，信度良好。

眼動(dòng)追蹤測(cè)試選取毛彥鴻編制的化學(xué)反應(yīng)原理試題[11]，該試題總體樣本呈正態(tài)分布，正確率大于70%的作為簡(jiǎn)單題目，正確率低于30%的為復(fù)雜題目，介于中間的為中等難度題目。

2.4 實(shí)驗(yàn)儀器

Tobii Pro眼動(dòng)儀和Tobii Pro Lab 1.152.3002軟件。該眼動(dòng)儀準(zhǔn)確度≤0.3°，精確度≤0.1°，采樣率≥60Hz，采用遙測(cè)式設(shè)計(jì)，被試不需要任何束縛性裝備便可準(zhǔn)確采集眼睛運(yùn)動(dòng)視線和軌跡，眼睛距離設(shè)備50cm左右，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，視線不能離開屏幕。

2.5 實(shí)驗(yàn)程序

在陜西某高校智慧教室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由2名主試共同完成。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，一名主試向被試簡(jiǎn)短說明實(shí)驗(yàn)過程，引導(dǎo)其進(jìn)行眼動(dòng)儀定標(biāo)和校準(zhǔn)，然后進(jìn)行測(cè)試;另一名主試負(fù)責(zé)記錄所選答案，并在后期對(duì)被試進(jìn)行口語訪談，要求被試簡(jiǎn)單口述其思維過程。

2.6 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)時(shí)，Tobii Pro眼動(dòng)儀會(huì)自動(dòng)記錄被試解題過程眼動(dòng)模式。由于各種原因得到的無效數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)將其剔除。完成實(shí)驗(yàn)后，采用眼動(dòng)儀自帶Statistics功能將所有數(shù)據(jù)以Excel形式輸出，為了增加分析準(zhǔn)確度，取同一難度水平的2道題目所有指標(biāo)的平均值代表該難度的指標(biāo)指數(shù)，最后采用SPSS26.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 總注視時(shí)間

總注視時(shí)間指落在解題范圍內(nèi)的所有注視點(diǎn)時(shí)間的總和，反映了對(duì)信息表征和加工的總時(shí)間，能反映被試的認(rèn)知加工深度[12]。不同自我效能感水平師范生在解決不同難度水平試題的注視時(shí)間情況見表1。多因素方差分析結(jié)果表明： 試題難度主效應(yīng)顯著（F=65.368， P<0.01），自我效能感水平主效應(yīng)顯著（F=16.130， P<0.01）。

比較自我效能感水平對(duì)注視時(shí)間的影響，結(jié)果表明在三種水平的試題難度上，高水平（P<0.01）和低水平（P<0.01）的師范生均有顯著性差異，兩水平間（P<0.01）存在顯著差異。做均值比較分析，高水平自我效能感下的均值和檢驗(yàn)值（整體均值）間（P<0.01）存在顯著差異，其明顯高于整體水平，低水平自我效能感為省略類別。

比較試題難度水平對(duì)注視時(shí)間的影響，結(jié)果表明： 兩個(gè)水平師范生在解決三種難度試題（P<0.01）時(shí)整體差異顯著，其中，中等難度試題與復(fù)雜試題之間（P<0.01）存在顯著差異。做均值比較分析，困難問題下的均值和檢驗(yàn)值（整體均值）間（P<0.01）存在顯著差異，其所用時(shí)間高于整體水平，中等難度試題與整體時(shí)間水平之間（P>0.05）不存在顯著性差異，整體平均時(shí)間處于中等難度試題所消耗時(shí)間左右，簡(jiǎn)單問題為省略類別。

3.2 眼動(dòng)軌跡圖

眼動(dòng)軌跡清晰記錄了被試觀察實(shí)驗(yàn)材料時(shí)的眼球運(yùn)動(dòng)軌跡，一定程度上反映了被試的思維活動(dòng)，體現(xiàn)被試在解決問題時(shí)的信息加工過程。研究分析不同自我效能感水平師范生解決不同難度問題時(shí)的眼動(dòng)軌跡圖。

通過自我效能感高水平和低水平師范生解決簡(jiǎn)單問題的眼動(dòng)軌跡圖（圖1）可直觀看出，所有師范生均關(guān)注題干的閱讀與關(guān)鍵信息的提取，從信息加工策略上可以看出根據(jù)題干信息便可加工得出答案，對(duì)照選項(xiàng)

直接選出正確選項(xiàng)，其中還可以看到高水平師范生在選項(xiàng)區(qū)的軌跡主要集中在尋找正確答案，選出“A”為正確選項(xiàng)后，僅對(duì)“B”進(jìn)行排除或不排除則直接選擇答案;而低水平師范生在仔細(xì)讀完題干后，還會(huì)對(duì)四個(gè)選項(xiàng)依次進(jìn)行判斷和排除，確定最終答案。

根據(jù)師范生解決中等難度問題時(shí)的眼動(dòng)軌跡圖（圖2）可以看出，低水平師范生的眼動(dòng)軌跡多于高水平師范生的眼動(dòng)軌跡，從信息加工策略角度來講低水平師范生對(duì)中等難度問題的信息加工略困難于高水平師范生，前者會(huì)反復(fù)觀看題干信息、選項(xiàng)區(qū)以及圖中的信息。從軌跡圖可見，低水平師范生在解決中等難度問題時(shí)會(huì)依次排除四個(gè)選項(xiàng)，而高水平師范生則會(huì)關(guān)注到關(guān)鍵信息，并且堅(jiān)信自己所提取的信息，不會(huì)反復(fù)觀看。通過觀察師范生解決復(fù)雜問題的眼動(dòng)軌跡圖（圖3），可以看出，高水平師范生注視點(diǎn)集中在圖像信息和正確選項(xiàng)A上，幾乎不關(guān)注錯(cuò)誤選項(xiàng)，而低水平學(xué)生注視點(diǎn)集中在題干、圖像信息及A、 B、 C選項(xiàng)。從信息加工策略可以看出高水平師范生主要根據(jù)圖像直接得出答案，觀察A并直接選擇A，對(duì)其他選項(xiàng)之間的轉(zhuǎn)化較少，其信息加工效率高，低水平師范生也是主要根據(jù)圖像獲取加工信息，但是從圖中可以明顯看到注視點(diǎn)相

對(duì)于高水平師范生較多，圖像與其他選擇之間的轉(zhuǎn)化也較多，信息加工效率低。

3.3 熱點(diǎn)圖

熱點(diǎn)圖可以直觀反映被試者注視試題的頻率和關(guān)注點(diǎn)分布情況，注視頻率越高，該區(qū)域顏色越深，表明該區(qū)域的受關(guān)注程度越高，也說明內(nèi)容的難度大，獲取信息時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)。

解決簡(jiǎn)單問題時(shí)，低水平和高水平師范生的熱點(diǎn)圖（圖4）在題干部分較相近，深色和淺色面積不相上下，在選項(xiàng)部分可以看到低水平師范生的紅色部分明顯多于高水平師范生。表明兩個(gè)水平師范生解決簡(jiǎn)單問題時(shí)提取信息的過程的關(guān)注點(diǎn)相似，信息加工以題干為主，但在選擇答案時(shí)，高水平師范生會(huì)根據(jù)所加工信息直接獲取答案，低水平師范生則還會(huì)仔細(xì)觀察各選項(xiàng)，根據(jù)每個(gè)選項(xiàng)檢驗(yàn)自己獲取和加工的信息。

從縱向角度來看，對(duì)關(guān)鍵信息區(qū)域的認(rèn)知加工，高水平師范生的深色板塊少，低水平師范生的紅色板塊多。說明高水平自我效能感的師范生信息加工速度快、深度淺、難度小，低水平自我效能感的師范生信息加工慢、深度深、難度大。選項(xiàng)區(qū)域低水平師范生的深色點(diǎn)多，說明關(guān)鍵點(diǎn)較分散，所用時(shí)間較長(zhǎng)，與眼動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相吻合。

不同水平師范生解決中等難度問題熱點(diǎn)圖（圖5）與解決簡(jiǎn)單問題熱點(diǎn)圖有明顯不同，低水平師范生的關(guān)注點(diǎn)較多，圖中深色區(qū)域分布比較廣泛，題干、圖像以及選項(xiàng)中均有，而高水平師范生的深色區(qū)域則主要分布在其中一個(gè)不太熟悉的圖像部分，對(duì)于前面熟悉的圖像僅幾眼掃描獲取信息即可。

從縱向來看，對(duì)于關(guān)鍵信息區(qū)域的認(rèn)知加工，高水平師范生的深色區(qū)域最少，顏色最淡，說明高水平師范生能抓住關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行信息加工，快速形成問題解決思路;低水平師范生深色區(qū)域較多，顏色對(duì)高水平來講較淡，說明低水平師范生對(duì)關(guān)鍵信息提取較為模糊，所關(guān)注的信息較為廣泛，思維信息加工不夠精準(zhǔn)。在非關(guān)鍵區(qū)域選項(xiàng)部分，很明顯低水平師范生的關(guān)注點(diǎn)較多，猜測(cè)可能是對(duì)關(guān)鍵信息部分的思維加工進(jìn)行驗(yàn)證，通過后面的口語報(bào)告驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)。眼動(dòng)熱點(diǎn)圖反映出，即使眼動(dòng)軌跡相似、注視時(shí)間相近，不同水平下的信息加工策略也不同。

通過師范生解決復(fù)雜問題熱點(diǎn)圖（圖6）可以直觀看到，高水平師范生關(guān)注點(diǎn)更集中、準(zhǔn)確，知道該關(guān)注什么;而低水平師范生的關(guān)注點(diǎn)則比較廣泛和混亂，重點(diǎn)區(qū)域多，不太確定自己在解決復(fù)雜問題時(shí)需要什么信息，信息加工是否正確。解決復(fù)雜問題的區(qū)別，在選項(xiàng)部分體現(xiàn)最明顯，高水平師范生直接選取正確答案后就不再觀察其他選項(xiàng)，相信自己的判斷，而低水平師范生要先檢驗(yàn)，排除其他選項(xiàng)，最后確定正確選項(xiàng)。

從縱向來看，對(duì)題干關(guān)鍵部分的信息加工同中等難度問題的高、低水平自我效能感的師范生相似;對(duì)于選項(xiàng)部分的關(guān)鍵信息，低水平師范生的紅色區(qū)域面積大，顏色深，分布在選項(xiàng)“A、 B、 C”上，高水平師范生的紅色區(qū)域只集中在正確選項(xiàng)“A”上，說明低水平師范生難以抓住關(guān)鍵信息、注意分散，高水平師范生對(duì)于選項(xiàng)的信息關(guān)注較少，與眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析相符合。

4 綜合討論與分析

4.1 不同自我效能感水平師范生關(guān)于相同難度問題解決的差異

整體分析發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)反應(yīng)原理簡(jiǎn)單問題上，不同自我效能感水平師范生眼動(dòng)軌跡圖和熱點(diǎn)圖眼動(dòng)指標(biāo)差異性不顯著，但注視時(shí)間差異顯著，筆者推測(cè)可能是低水平自我效能感師范生在關(guān)鍵信息部分注視時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致總時(shí)間上與高水平師范生產(chǎn)生顯著性差異，后期采訪也證實(shí)了這一猜想。這是因?yàn)楹?jiǎn)單問題主要考察基本概念，主要是知識(shí)的記憶，要求并不高。但在中等難度問題和復(fù)雜問題上，低水平和高水平師范生的各項(xiàng)眼動(dòng)指標(biāo)有顯著性差異，低水平師范生注視時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)注信息較廣泛，高水平師范生關(guān)注時(shí)間短、關(guān)注信息較集中，并且在做選擇時(shí)十分確定自己對(duì)信息的提取與加工，會(huì)直接選擇正確選項(xiàng)，不會(huì)檢驗(yàn)其他選項(xiàng)。

結(jié)合各項(xiàng)眼動(dòng)指標(biāo)，知識(shí)儲(chǔ)備和認(rèn)知能力相同時(shí)，自我效能感水平低的師范生會(huì)猶豫，尤其在解決復(fù)雜問題時(shí)，重點(diǎn)過多，不夠相信自己所做的信息處理，會(huì)反復(fù)觀察采取過多無用的解決策略，導(dǎo)致解決時(shí)間較長(zhǎng)并且會(huì)自我懷疑;而高水平師范生會(huì)結(jié)合正向加工和逆向排除的高效率解決策略，對(duì)于不重要的信息一掃而過，對(duì)信息的提取和加工十分堅(jiān)信，看到正確選項(xiàng)會(huì)立即下結(jié)論，因此解決問題的結(jié)構(gòu)明確、重點(diǎn)突出。

4.2 相同自我效能感水平師范生解決不同難度問題的差異

整體分析發(fā)現(xiàn)，無論師范生自我效能感水平如何，解決化學(xué)反應(yīng)原理問題，注視時(shí)間會(huì)隨問題難度的增加而顯著增加。三種試題難度的眼動(dòng)軌跡圖和熱點(diǎn)圖具有顯著性差異，在軌跡圖方面，簡(jiǎn)單問題的眼動(dòng)軌跡較為分散，證明簡(jiǎn)單問題所考察的知識(shí)點(diǎn)少，信息簡(jiǎn)單，沒有十分需要關(guān)注的關(guān)鍵信息;中等難度問題和復(fù)雜問題的眼動(dòng)軌跡較為集中，可以看出主要集中在圖像部分，證明中等難度問題和復(fù)雜問題考察的信息較多，更重要的是對(duì)圖像的信息加工能力，因此，師范生便將精力集中在圖像和關(guān)鍵信息部分;在熱點(diǎn)圖方面可以看到，中等難度問題的深色區(qū)域最少，面積最小，簡(jiǎn)單問題和復(fù)雜問題的深色區(qū)域較多，且面積較大，由此可以看出中等難度問題的重點(diǎn)以及關(guān)鍵信息較為明顯好觀察，簡(jiǎn)單問題和復(fù)雜問題需要關(guān)注的信息則較多。

結(jié)合各項(xiàng)眼動(dòng)指標(biāo)，試題難度不同時(shí)，由于問題難度增加，考察知識(shí)點(diǎn)增多，需要進(jìn)行的信息提取和采用的解題策略也會(huì)變得復(fù)雜多變，這就需要準(zhǔn)確且堅(jiān)定的信息獲取，因此所需時(shí)間也會(huì)隨試題難度的增加而增長(zhǎng)。從軌跡圖和熱點(diǎn)圖來看，對(duì)于試題關(guān)鍵信息的提取是消耗時(shí)間的關(guān)鍵，因此在解決問題時(shí)，要多關(guān)注關(guān)鍵信息，加強(qiáng)試題結(jié)構(gòu)的分析與理解，防止過多關(guān)注無用信息。

5 研究結(jié)論與啟示

基于以上，筆者發(fā)現(xiàn)，自我效能感水平高的師范生，對(duì)自己的信息提取能力自信，這類師范生信息加工速度快，信息加工策略完整，很明顯這類特征有利于化學(xué)問題的解決。自我效能感是師范生成長(zhǎng)時(shí)期的易改變因素，因此，在日常培養(yǎng)師范生的課程中應(yīng)注重自我效能感的培養(yǎng)。

由此可推，自我效能感對(duì)中學(xué)生的化學(xué)問題解決也有較大的影響，因此，在日常的教學(xué)中教師也應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮自我效能感，采用教學(xué)策略培養(yǎng)學(xué)生自我效能感。如采取比賽、教學(xué)活動(dòng)表揚(yáng)的形式提高學(xué)生自信心，進(jìn)而提高中學(xué)生自我效能感，以幫助在知識(shí)儲(chǔ)備相同的情況下中學(xué)生提高學(xué)習(xí)信念，從而幫助中學(xué)生更加準(zhǔn)確快速解決化學(xué)問題。此外，教師在日常教學(xué)中還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生獲取關(guān)鍵信息的能力，在本研究中提取關(guān)鍵信息所耗時(shí)間是最主要的，高水平自我效能感的師范生總是能快速找出關(guān)鍵信息進(jìn)行問題解決，因此，中學(xué)生也要進(jìn)行關(guān)鍵信息提取能力訓(xùn)練，以便順利解決問題。

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