一、引言
隨著社會的變革，具備良好的問題解決能力是個體有效參與學習、工作以及主導自身生活的基礎，在未來學習中，問題解決能力是學習結果所包含的核心元素，是學生學習與創新所需的核心素養之一。問題解決能力(Problem Solving Competency)是指當面對不具有顯而易見解決方案的問題情境時，個人經過認知加工以理解和解決問題的能力，它還包含個人面對和處理問題的意願(Willingness)，具有這種意願意味著具備成為一個建設性的、具有反思精神公民的潛力。近年來，基礎教育領域越來越多地利用資訊技術構建複雜任務情境培養學生的問題解決能力，在教育測評領域，大型國際測驗組織基於計算機測評學生的問題解決能力。國際學生評價專案(Program me for International Student Assessment，以下簡稱PISA)於2012年基於計算機的形式測驗了15歲學生的問題解決能力，2013年，國際成人能力評估專案(Program me for the International Assessment of Adult Competencies，PIAAC)測量了成人在豐富技術環境下的問題解決能力。在這種基於計算機的問題解決能力測驗中，利用資訊科技構建的複雜任務情境可以更加有效、可靠的測量問題解決能力，其任務情境的設計、學生問題解決的互動過程與資訊科技環境下的問題解決教學非常相似，ICT(Imformation and Communication Technology)工具的使用是完成任務不可或缺的技能，但其對問題解決表現是否有影響是需要特別重視的問題。此外，問題解決是一項複雜的認知活動，個體認知表現與動機、情感、認知風格等心理品質緊密相關，問題解決能力的表現需要考慮個體的動機水平(如堅持性)、認知風格(如開放性)等個體心理品質的影響。本文綜合考慮這兩方因素，將它們置於統一模型中進行分析，以全新的視角考察它們對問題解決能力測驗表現的影響。
二、問題的提出
(一)PISA 2012問題解決能力測驗
PISA 2012利用計算機構建的複雜任務情境測驗了學生的問題解決能力，將問題解決的認知過程分為探究與理解、表徵與形成、計劃與執行、監控與反思，構建了動態和靜態兩類問題情境，考察學生在真實情境下的問題解決能力。PISA 2012共設計了16個測試單元(每個單元一個情境)，並被分成4組，每組測試時間為20分鐘，根據是否參加其他基於計算機的測驗專案，每位學生完成1~2組問題情境的測驗。此外，PISA 2012在背景問卷中調查了學生ICT使用情況、可利用的ICT資源以及問題解決的堅持性和開放性等，這些調查問卷為開展各種研究提供了詳實、豐富的資料。本文不具體討論基於計算機的問題解決能力測評設計問題，具體的設計框架可以檢視“PISA 2012測評與分析框架”中的問題解決部分。
(二)ICT的簡單使用與基於計算機的問題解決能力
在PISA 2012關於學生的背景因素調查問卷中，ICT的使用是指日常學習與生活中應用資訊科技工具完成相關任務，主要強調對ICT工具的一般應用，如傳送郵件、瀏覽網頁、線上聊天等，而不牽涉使用ICT工具進行復雜認知加工，根據有關學者對資訊科技與課程整合的層次劃分，可以將其歸結為ICT工具的簡單應用(本文所有關於ICT的使用都特指ICT工具的簡單應用)。基於計算機的學生問題解決需要較多的互動，不能排除學生ICT使用的熟練程度對問題解決表現的影響。依據直覺經驗，學生使用ICT工具越頻繁，則對ICT工具越熟練，其基於計算機的問題解決能力表現可能會更好。目前關於ICT的使用對問題解決能力影響的研究較少，Greiff，Kretzschmar等人的研究表明ICT素養與基於計算機的問題解決能力呈現弱或中等程度相關，認為問題解決具有獨特的複雜認知過程。Liem，Martin，Sudmalis等人基於PISA 2003年問題解決能力測驗資料的研究認為ICT的使用頻率對問題解決能力有負向預測作用。此外，在關於“紙筆測驗”和“基於計算機的測驗”比較分析中，Clariana 和Wallace在回顧已有研究的基礎上，依據自己的研究結果認為學生對計算機的熟練程度與測驗表現差異沒有相關，同時強調隨著基於計算機的測驗增多，需要警惕可能的測驗模式效應。
(三)問題解決堅持性、開放性與問題解決能力
Mayer認為問題解決的'過程不僅受問題解決者的知識、策略等認知因素的影響，同時受個人的動機和情感因素的影響，特別是在較複雜的問題解決過程中，需要學生較強意志力、自我調控能力等。PISA 2012首次考慮了動機與情感因素對問題解決能力的影響，主要關注問題解決的堅持性(Perseverance)和開放性(Openness)，並將堅持性和開放性歸結為解決問題的意願，認為堅持性和開放性與問題解決測驗表現強相關。彭聃齡認為堅持性是指個體能夠很長一段時間相信其決定是合理的，不逃避困難，不屈服壓力，通過不懈地努力來實現其決策，描述的是個人相對較穩定的意志品質。也有研究將堅持性作為動機品質來考量，張林和張向葵認為學習堅持性是指學生遇到學習困難與障礙或外界無關刺激影響時堅持努力的程度，許多研究表明學習堅持性對學業成就之間有顯著影響。
開放性主要描述的是認知風格，有開放性人格特質的人，其思維常常不同於常規思維，表現出新異、靈動、變革的成分，偏愛抽象思維，興趣愛好廣泛，與封閉型的人相比，其資訊加工廣度、深度、強度表現更好，開放性顯著與學業成績相關，也有研究認為開放性與發散思維顯著正相關。總的來看，現有研究較多考察了堅持性和開放性對學業成績等因素的影響，而關於堅持性、開放性對問題解決能力影響的研究較少。
綜觀以上的分析，在基於計算機的問題解決過程中，學生ICT的使用情況、問題解決堅持性和開放性是需要著重考慮的因素，但根據現有的研究，還有較多的問題需要進一步分析：首先，堅持性和開放性屬於相對穩定的心理品質，ICT的使用是能在較短時間內習得的操作技能，這兩類因素雖然對問題解決的表現都有影響，但它們對問題解決的影響方式、影響程度是否不同?如何不同?需要將它們置於統一模型中進行考察。其次，已有研究關於學生ICT的使用情況對問題解決能力的影響沒有一致的結論，特別是較少有關於堅持性和開放性對問題解決能力影響的研究。再次，現有研究都是從學生層面反應了ICT使用、堅持性和開放性的部分因素對問題解決成績的影響，而沒有從學校層面進行分析，也就是需要考察不同學校之間學生平均ICT使用情況、平均堅持性、平均開放性對學生問題解決能力的影響。最後，已有的研究缺乏不同國家之間的比較分析。因此，本研究採用PISA 2012年新加坡、中國上海、澳大利亞、德國四個國家(地區)關於中學生問題解決的測驗資料，使用兩水平線性模型分步考察學生ICT的使用、問題解決堅持性、問題解決開放性以及相關背景因素對基於計算機的問題解決能力的影響，以期能解決現有研究所存在的問題。
三、討論與結論
(一)相關背景變數對問題解決能力的影響
研究顯示男女生在問題解決的表現上差異顯著，與PISA報告的結果一致，大部分國家男生問題解決能力比女生高;學生ESCS與問題解決的表現關係同樣密切，學生家庭社會經濟地位越高的學生，其問題解決能力也越高，這在四個國家(地區)表現高度一致性。學生在家中和學校可用的資訊化設施裝置對問題解決成績有顯著負向預測作用，即家庭、學校中學生可用的資訊化裝置設施越多，其問題解決的成績反而會越低，這可能與該階段的學生自控能力較差，傾向於使用資訊化裝置設施從事非學習活動有關。學校層面，大部分國家的計算機學生比與ICT資源缺乏程度兩個變數對問題解決沒有顯著影響，說明學校資訊化資源的豐富與否對學生問題解決成績沒有直接影響。
(二)問題解決堅持性和問題解決開放性對問題解決能力的影響
從學生層面和學校層面總體來看，學生問題解決堅持性與問題解決開放性對問題解決能力有積極影響。越具有堅持性和開放性認知傾向的學生，其問題解決的表現越好，這與大部分關於堅持性和開放性對學業成績影響的研究結果是一致的。具有堅持性品質的學生，在問題解決過程中更具有持續穩定克服困難的意志，能更好地自我調控、自我管理和應用策略與資源解決問題，所以更可能完成問題的解決。具有開放性認知傾向的學生，更傾向於發散思維，能深入加工資訊、處理複雜事物，因而更可能解決複雜問題，其問題解決能力會更強，問題解決成績表現相對更好。中國上海學生問題解決堅持性對問題解決成績出現負的影響，這是由於中國上海學生的堅持性與開放性相關較高造成的(r=0.509, p<0.001)，在不加入開放性變數的情況下，其堅持性對問題解決的影響係數為正，由此說明中國上海越傾向於開放性的學生，其堅持性傾向也越明顯，且主要通過開放性影響問題的解決。
(三)學生ICT使用情況對問題解決能力的影響
與Liem等人的研究結果一樣，在學生層面，ICT使用頻率對問題解決能力表現呈現負向預測作用。學校層面除了平均校外使用ICT學習外，其他兩個變數對問題解決同樣呈負向預測作用，這表明ICT使用頻率越高的學生，其問題解決能力成績並沒有顯著提升。PISA 2012主要測量了學生對ICT的簡單使用的熟悉程度，不牽涉到複雜認知的測量，ICT的簡單使用並不能提升個人的複雜認知能力，相反，其使用頻率越高，反而減少進行復雜認知加工的時間影響複雜認知能力的提升，因此ICT使用頻率對問題解決能力成績呈現負向預測作用。同時，我們注意到學校平均校外使用ICT學習的頻率越高，學生問題解決的成績越高，這可能是平均校外使用ICT學習頻率越高的學校，其教學方式、教學過程較多的利用資訊科技工具，較注重學生應用工具自主探究、動手實踐和問題解決，學生的問題解決能力在平時得到了較好的鍛鍊。
(四)ICT的使用、堅持性與開放性對問題解決能力總的影響程度分析
學生層面，學生問題解決堅持性和開放性影響程度要大於ICT的使用，而在學校層面則相反。由前面表4中模型3和模型4解釋率的結果可以看出，在學生個體層面，澳大利亞、德國、中國上海學生的問題解決堅持性和開放性對問題解決能力的影響程度明顯比ICT使用要大;在學校層面，新加坡、澳大利亞、德國學校學生平均ICT使用情況對問題解決能力的影響程度比學校學生平均問題解決堅持性和開放性要大，這說明校際之間的差異主要是由ICT的應用引起的。這可能是因為問題解決堅持性__和開放性描述的是學生個體心理品質，其表現相對穩定，短期內較難受學校層面因素的影響，而ICT使用的熟練程度較容易受學校教學與管理方式的影響，對於技術應用豐富、技術與教學整合程度高的學校，其學生ICT使用越熟練，問題解決能力也越高。所以在個體層面，學生問題解決能力主要受其自身堅持性和開放性心理特質的影響，而在學校層面，學生問題解決能力主要與學校教學與管理方式的不同而導致的ICT使用熟練程度不同有關。
四、研究啟示
基於本研究對數字化環境中的問題解決能力測驗表現的影響因素分析，我們對開展數字化環境下的問題解決能力培養和測評提出以下建議。
(一)注重提升資訊科技的應用層次
利用資訊科技支撐學生學習方式的轉變，是推進資訊科技應用的重要途徑。但技術的應用是否能有效促進教學是需要著重研究的問題。本研究表明，ICT工具的簡單使用對提升學生問題解決能力沒有顯著作用，學校、家庭中的資訊化資源豐富程度對學生問題解決能力的直接提升也沒有明顯作用。鑑於當前教育實踐的實際情況，我們認為這一方面是由於資訊化資源未得到有效利用，另一方面ICT的簡單應用難以有效促進學生高階認知能力的發展，學生的思維品質、思維深度和廣度難以得到有效提升。所以在開展資訊科技環境下的問題解決培養活動時，要注重提升技術工具的應用層次，利用資訊科技工具促進合作問題解決、協同知識建構，有效支撐學生複雜思維活動過程，支援複雜任務的完成，進而促進其高階認知能力的發展。
(二)注重培養學生堅持性和開放性心理品質
多個國家(地區)的資料分析非常一致的表明：學生問題解決的堅持性和開放性對問題解決能力有顯著的正向影響，這說明培養學生問題解決能力不僅要關注其複雜認知能力的發展、思維品質的提升，還要關注學生的動機與情感因素。從學生的實質心理過程出發，學生在數字化環境中的學習實際是一個問題解決過程，鑑於堅持性和開放性對問題解決的顯著影響，因此數字化環境中的學習設計不能忽略動機與情感因素對學習的影響，要求我們在設計任務情境和問題解決過程時要充分考慮學生的堅持性和開放性心理規律，促進學生問題解決的完成。這對於解決數字化環境中自主學習(如慕課)完成率較低的問題，有重要的參考價值。此外，堅持性和開放性作為相對穩定的心理品質，在短時間內難以有較大的改變，需要在日常的教育教學活動中採取多方面的策略加以培養。
(三)關於問題解決培養策略方面的建議
本研究發現男生問題解決能力比女生普遍較高，社會經濟地位得分越高的學生問題解決能力表現也越好。因此，在開展基於問題解決的教學活動時，要考慮學生性別和社會經濟地位的實際情況，給予女生更多關注，給予家庭條件較差的學生更多關注，促進學生個體之間問題解決能力的均衡發展。此外，在影響程度分析時，多個國家的實證資料比較一致的表明校際之間的學生問題解決能力差異受由ICT使用的影響更大。我們認為支撐該資料關係的可能情況是：校際之間的ICT使用的差異反映了學校之間教學方式的差異，校際之間學生問題解決能力的差異實際上受學校教學方式差異的影響更大。這說明改進學校教育教學方式重要性，學校需要加強資訊科技在教育教學中的應用，基於新的技術、新的教學理念才能更有效地促進學生問題解決能力的提升。
(四)對基於計算機的測驗開發建議
隨著資訊科技的發展，利用計算機開展教育測評是教育測評領域的發展趨勢。基於計算機的測驗首先需要明確的是：學生的ICT操作熟練程度是否會影響測驗的表現?本研究表明ICT簡單使用的熟練程度不會制約學生在數字化環境中的問題解決能力測驗表現，這為開展基於計算機的測驗提供一定參考。但是，我們需要注意的是，PISA 2012基於計算機的問題解決測驗假設所有學生都具有基本的計算機操作技能，滿足其測驗的操作要求，即本文特指的“ICT簡單使用”。因此，在開發基於計算機的測驗時，要確保所有被測學生都具備該測驗所要求的操作技能，對於基於計算機的測驗存在操作複雜的情況，在測驗開始之前，要對參與測驗的學生進行培訓、指導，確保測驗對於所有的學生都公平，以此提升測驗的效度。