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外部表征是物理问题解决中不可缺少的，如问题要用外部表征来描述，在解决大量物理题时都要画受力分析图、草图等等。前人在研究多元表征时，对多元外部表征进行了研究。但是，在物理问题解决中尚无人明确研究过外部表征的作用。对其进行研究，一方面可以理解物理问题解决中外部表征和非专门领域问题解决中外部表征的作用的异同，一方面可以解释已有多元外部表征的研究成果，揭示它们的共同原因。
本文借鉴认知科学中外部表征参与的问题解决的理论框架，考虑到物理问题解决和非专门领域问题解决的不同，以资源模型为基础，初步提出物理问题解决中的外部表征的理论框架。基本内容包括：解决物理问题过程伴随着表征不断发展、变化的过程，直到解决问题。在解题过程中，外部表征和内部表征、解题者拥有的物理知识的组织情况等都会影响知识的激活，从而影响表征的发展和深入，进一步影响解题。如果无法正确激活解题所需的知识，根据陈述问题的外部表征的某些特征，可能激活某些推理本原，造成解题错误。而解题时的各种认知加工活动都是在短时记忆中完成的，受短时记忆容量的限制。外部表征有帮助记忆、减轻认知负荷的作用，从而促进解题。
接下来，应用该理论框架解释了已有多元外部表征的研究成果。认为多元表征的作用：多元表征既反映了对物理知识全面的认识（从知识及其组织的角度来看，掌握多元表征的学生的知识更容易被激活），不同的外部表征也有作为激活的线索和减轻认知负荷的作用。脱离了具体的知识、内容，或者没有考虑到问题解决者本身的知识及其组织，而仅仅将使用多元表征作为一种技巧，这种对多元表征的认识是片面的。
然后，本文通过测验和口语报告的方法，进行实证研究检验框架中的两个关键假设：外部表征作为激活的线索的作用和减轻认知负荷的作用。
测验采用不同外部表征的同构测试题，分别组成A、B卷，对株洲市一中高一的两个班级（一个中等班，一个较差班）共67人进行考试。测验结果证明了表征作为激活的线索的假设，并得到了一些其它可以用外部表征的理论框架解释的结果，这些结果值得进一步深入研究。
对北京师范大学物理系的两位专业成绩优秀的毕业生进行口语报告，分析结果证明了外部表征的减轻认知负荷的作用。