作为化学教育研究的理论基石,三重表征理论指导着化学教师的教学以及教材、课程、软件编制者的工作,为化学的教学提供了一条具有化学学科特色的教学和学习思路。培养学生的三重表征及转换的化学思维是有效化学学习的关键。三重表征转换能力是学好化学必备的核心能力之一,对化学学习十分重要。目前国内关于三重表征转换的研究侧重于研究学生的三重表征转换能力,研究表明学生的三重表征转换能力整体较弱。如何提高学生的三重表征转换能力?改善基于三重表征转换的学习效果?这是本研究解决的主要问题。综合国内外相关研究,本研究从信息可视化和认知心理学的视角出发,结合可视化技术在多媒体课件中的应用,率先尝试将焦点-背景技术引入化学三重表征教学的多媒体课件,提出基于F+C课件的“三重外部表征呈现策略”,从三重外部表征角度使表征过程外显化,帮助学生完成三重内部表征的建构,实现在三种表征之间灵活转换。研究选取人教版必修二《化学键》为主要教学内容,以三重外部表征呈现策略为依据制作课件,形成两种类型的课件:F+C课件和传统课件。以三重表征及转换理论和学习迁移理论为基础,编制了化学键三重表征转换测试题;经过初测,利用Rasch模型的Winsteps软件和SPSS检验测试题的质量,形成质量合格的测评工具,对高一年级学生利用不同类型课件学习后的三重表征转换学习效果进行有效地测评。选取C市J中学高一年级水平相当的两个班级进行班级对照实验,从学习结果的角度研究基于F+C课件的三重外部表征呈现策略对学生三重表征转换学习效果的影响。结果表明,基于F+C课件的三重外部表征呈现策略对学生的三重表征转换学习效果有显著的促进作用;具体来说,显著提高学生的三维转换、顺向迁移水平、逆向迁移水平的学习效果。同时,三重外部表征呈现策略对不同学业水平、不同性别学生三重表征转换学习效果的影响没有显著差异。接着,对三重外部表征呈现策略如何优化学习者表征信息的获取和三重表征加工过程进行眼动实验研究,揭示F+C课件影响学习者认知加工过程的机制。利用眼动仪记录被试学习过程中的眼动数据,分析三重外部表征呈现策略对学习者三重表征转换学习效果、注意分配以及认知负荷的影响。眼动实验学习效果与班级对照实验一致,三重外部表征呈现策略对三重表征转换学习效果有显著的促进作用。当三种表征信息和知识标题信息以视觉形式呈现时,学习者不仅在听觉通道加工语言信息,而且在视觉通道加工相应的视觉信息,使学习者的认知资源得到有效地利用。关于学习过程中的注意分配,无论有无三重外部表征呈现策略,学习者对焦点区信息的关注程度相同;有三重外部表征呈现策略时,实验组(F+C课件)被试眼跳次数显著增加,将部分注意分配到背景区,背景区A的三种表征信息更吸引学习者的注意。实验组被试三重表征转换测试总得分与背景区A的总注视时间显著正相关,即被试在背景区A的总注视时间越长,三重表征转换测试总得分越高,说明三重外部表征呈现策略有效地引导了学习者的注意力,帮助学习者合理分配认知资源,使学习者在有限的时间内将认知加工资源更多地集中于三种表征信息的理解和整合。关于学习过程中的认知负荷,PAAS自主评价量表和瞳孔面积标准差表明,三重外部表征呈现策略对学习者的整体认知负荷不产生显著影响,结合访谈资料,本研究认为三重外部表征呈现策略在传统课件的基础上适当地添加了提示信息,使学习者合理分配认知资源,在一定程度上降低了妨碍学习的外在认知负荷。对于不同学业水平学生,外在认知负荷的降低对认知加工过程的影响存在差异,促进作用由大到小依次为学优生、学中生、学困生。最后,结合本研究的结论,提出教学建议:结合教学内容特点,合理使用三重外部表征呈现策略;合理设计多媒体课件,提高多媒体课堂教学效率;基于学习者个体差异进行教学;以学生为主体,主动建构三重表征转换认知图式;利用先进的教育研究技术,揭示学生的认知加工过程。