基于多元表征理论的高中物理解题辅导系统MR-PPSTS的设计与开发

随着物理教育研究的不断深入,如何提高学生解决问题的能力始终是研究的热点。物理教学不仅要求学生关注物理现象,掌握相关的理论知识,同时要求学生能够运用这些理论解决实际的问题。学生通过学习在解答平时练习、考试中的简单的题目或者曾经做过的原题、同类型题目时,一般可以顺利解决,但是当碰到新的物理情景,特别是一些不熟悉的问题时,便不知如何下手。为了解决这个问题,笔者开发了一个解题辅导系统,称之为基于多元表征物理解题辅导系统(Multiply Representation Based Physics Problem Solving Tutoring System,简称为MR-PPSTS)。在文中,笔者提出了一个理论模型,基于物理问题解答的多元表征模型MR-PS.作为指导MR-PPSTS系统开发的理论模型,MR-PS认为,物理问题解答的本质是表征转换的过程,即文字表征向方程表征转换的过程。简单问题的表征转换比较容易,单纯依靠内部表征就可以实现。不过,由于工作记忆容量的限制,复杂问题的表征就不能单纯依靠内部表征解决。解答复杂问题就需要内部表征和外部表征的共同介入。MR-PS给出了一个指导开发MR-PPSTS的核心原则,即尽可能地利用中介性、图形化的外部表征工具,以减轻工作记忆的压力,降低表征转换的难度。MR-PPSTS由多个模块组成,主要的模块是基于模型跟踪的自动解题模块PSM、解题向导PSW、示意图工具。MR-PPSTS采用java语言开发,具有跨平台的优点。经过验证,MR-PPSTS可以自动解答高考难度级别的力学方面的压轴大题。