问题解决是数学教育的核心。20世纪90年代以来,随着现代信息技术在教育领域的应用,视觉化表征的研究成了认知科学等领域的热门话题。同样的,表征特别是视觉化表征的研究成为国际数学教育心理(PME)研究的主题。这为问题解决的教学研究提供了新的思路。虽然这样,但综观国外研究,无论是理论研究,还是实践应用,众多研究问题亟待探讨。本研究主要从理论研究和实证两个方面展开,综合运用多种方法三角验证,增强研究的信度和效度。在理论方面的工作,基于认知负荷理论,以理论思辨的方法为主,以经验总结、个案分析方法为辅,提出了数学问题解决视觉化教学策略:将问题隐含的条件视觉化;将解题的思想方法视觉化;促进和增强学生的自我监控和信息打包策略。在实证方面的工作,通过教学实验方法,结合个案分析、问卷调查、访谈方法,验证了问题解决视觉化教学策略的意义与价值。实验研究表明:比较平常的教学策略,视觉化教学策略能够显著提高学生问题解决学习的成绩;能够显著降低学生在问题解决学习中的认知负荷。