1、高中學生物理問題解決能力的培養(廈門第一中學福建廈門361003 )【摘要】 本文通過國內外學者對“問題解決”的研究，對“物理問題解決”進行界定，提出 中學生解決物理問題的一般過程和模式，最后闡述高中學生物理問題解決能力培養的幾種有效措 施。【關鍵詞】問題解決物理問題解決教學一、關于“問題解決”的研究問題解決(Problem SoIving )是一種重要的認知活動，對教育理論與實踐及人們日常生活中所 遇到的普遍問題具有重要意義，在一定程度上，也是衡量教育的標準之一。最早對問題解決給予專論的當屬威廉詹姆斯(Willian James),他將解決問題描述成通向結局的手段沒有同時發現時的一種探索。杜

2、威(J Dewey , 1910年)曾談到了解決問題的五階段理論：表征問題、界定問題、提出問題、檢驗假設和選擇最佳假設。格式塔學派心理學家苛勒也提出了五階段理 論：鑒別問題、醞釀、頓悟結果、記憶和概括化。安德森(J.R.Anderson )把問題解決定義為任何受目標指引的認知性操作序列。其中包括三方面 的因素：目標的指引性、操作序列及認知性的操作。問題解決中的認知成分是問題解決活動的一個本 質特點。安德森認為，問題解決可以分常規的和創造的兩種。需要開發出新的步驟的稱為創造性的問 題解決；而使用現成步驟的稱為常規性的問題解決。綜合上述觀點，問題解決就是當個人在面對問題情境而沒有形成的方法可以利用

3、時，指向于將已 知情境轉化為目標情境的認知過程。問題解決能力是指人們順利解決問題的穩定的個性心理特征。二、對“物理問題解決”的界定現代學科問題解決研究的方法通常采用口語報告法或專家與新手的對比來進行，近幾年來，有關 學科中問題解決的研究取得了很大進展，突出表現在物理學和數學方面，并從這些學科問題解決中得 到重要發現。主要有1 問題的表征是解決問題過程中的關鍵因素。2 行家的知識比初學者更深奧抽象，并且行家善于使用抽象知識。3心理對應圖式在問題解決中的成功應用，越來越多的心理對應圖式將會得到儲存，對問題解決將日益發揮促進作用，等等。物理學是一門基礎科學，是整個自然科學和現代技術發展的基礎，在知識

4、經濟中具有不可替代的 作用。物理課程標準明確規定 ：“通過物理概念和規律的學習過程，了解物理學的研究方法，認識物 理實驗、物理模型和數學工具在物理學發展過程中的作用。”“能計劃并調控自己的學習過程，通過自己的努力能解決學習中遇到的一些物理問題，有一定自主學習的能力。”“具有一定的質疑能力，信息收集和處理能力、分析解決問題能力和交流合作能力。”因此，物理教學就是通過引導學生去探索、解決一個個問題，從而達到掌握知識、發展智力、培 養能力的教學。物理問題解決就是：面臨一個具有一定新意的物理問題，力圖尋找有關的概念、 規律、方法去解決這一問題的一個心理過程。三、中學生物理問題解決的一般過程和模式物理問

5、題解決過程中包含有重要的認知成分和一系列操作的心理活動。問題解決者的任務就 在于要找到某種能達到目的的操作序列。操作序列是指心理活動在問題解決過程中的步驟。我國 的查有梁、謝仁根等人通過對物理問題解決的過程思維模式的研究，也提出了物理問題解決的程 序模式、行動模式、過程模式，他們認為物理問題解決過程應經歷的四個基本環節是：讀審=建構：=求解二驗討。根據國內外對于物理問題解決的研究和物理學科的特點，我認為物理問題解決主要要經歷以下四個元認知過程： 辨別和界定物理問題辨別和界定是問題解決的第一步，是通過“眼看、嘴讀、手畫、腦思”等多方面來閱讀、思 考、分析物理問題，界定出物理情景中的“已知”和“目

6、標”，并在大腦里形成一個生動而清晰的物理情景，弄清問題中所涉及的物理量及相關因素，全面系統地掌握有關信息，包括已知的、未 知的、需求的、隱含的、直接的、間接的、多余的。正確識別問題需要學生有良好的閱讀、理解 和分析的習慣。 表征物理問題問題表征是問題解決的關鍵，若問題有了正確的表征，可以說問題已解決了一半。物理問題 的表征構建有下列四步：字面表征；樸素表征；科學理論表征；數學表征。表征物理問題是在頭 腦中形成物理情景和建立物理過程，可以運用圖像、表格、草圖、模擬實驗等方法簡化對問題的 思考，讓問題研究的對象、狀態過程清晰顯現出來，讓問題明朗化、模型化，理順物理問題的復 雜關系。問題表征的正確性

7、與學生是否能夠準確、快速解決問題有密切關系，是學生問題解決過 程的一個重要組成部分。 選擇解題策略當學生面對物理問題時，總是通過觀察物理問題，抓住問題的主要特征進行方法的聯想，檢 索和回憶儲存的信息，憑借已有的知識和經驗，在元認知知識的基礎上，激活認知結構，根據物 理問題在認知結構中的相似性，尋找物理認知結構中的“相似塊”，把問題改組成為適合原有知識組塊的形式，或把原有知識組塊中的知識、經驗重新加工改組整理成為適合問題的形式，從而制 訂解題策略。 解題后的反思與評價沒有反思的學習是沒有意義的學習。這包括反思對問題的表征、問題歸類、求解的思路和操 作過程，只有通過反思與總結，才能真正提高自己分析

8、問題與解決問題的能力。解題后的評價通 常是通過自評、互評、他評來完成的，這些評價的方法都可以幫助學生調整思路，解決問題，讓 學生在交流、合作中，學會分享，體驗學習的樂趣。在總結國內外研究的基礎上，針對新課程理念下物理學科的特點，結合學生實際情況，提出 新課程背景下中學生物理問題解決的一般模式如下，這五個步驟中的每個步驟都是在與解題者的 元認知結構的相互作用中進行的，并且問題解決的全過程都受著元認知監控的控制和調節。嘗試探究合作交流會學質疑體驗快樂猜測反饋四、高中學生物理問題解決能力的培養1、重視解題方法與技巧的滲透對于一些特定的物理習題，人們在長期的問題解決實踐中，總結出一些特殊的解決方法，如

9、微元法、等效法、估算法、對稱法、圖像法、極值法、極限法、電像法等，這些方法與技巧，不 僅新穎、巧妙，而且應用廣泛，學生一旦掌握并能靈活運用這些方法與技巧，就能提高分析和解 決物理問題的能力，加快解題速度，減少解題失誤，提高解題效率。例如：如圖所示，有一帶電荷量為+q的點電荷與均勻帶電圓形薄板相距為2d，此點電荷到帶電薄板的垂線通過板的圓心若圖中a點處的電場強度為零,則圖中b點處的電場強度大小是A. kk -q29d2 d2B.C. 0D.(宀9d2kAkd2)k_lkd2b7: EJ:/ /i ddd【解析】選A。由a點處的電場強度為零， 知薄板帶正電荷,在a處產生的電場強度大小為方向向右，根

10、據對稱性，在b處產生的電場強度大小為q2方向向左，故 b點處的電場強度qqE=k9Tk即，知A項正確。2、重視物理模型的建立物理學所研究的對象是極其復雜的，對于每一個研究對象來說，它涉及的因素是相當多的。通過物理建模可以抓住問題的主要方面，排除非本質因素的干擾，舍棄次要因素與無關因素，從 而便于尋求客觀事物的本質特征。物理建模的過程實質上是一種創造性的腦力勞動過程，其一般思維流程可以概括為如下圖所示的四個階段:物理建模的一般思維流程物理模型是一個理想化的形態，從不同的角度研究可以有不同的區分方法，為便于理解和應用，據中學物理教學的特點及模型的主要教學功能，可分為四類：對象模型、條件模型、過程模

11、 型和數學模型等。正確建立理想化模型，對“問題解決”起著至關重要的作用。例如：如圖所示，半徑 R = 10cm的光滑凹球面容器固定在地面上，有一小物塊在與容器最低點P相距5mm的C點靜止無摩擦滑下，則物塊自靜止下滑到第二次通過P點時所經歷的時間是多少？若此裝置放在以加速度 a向上運動的實驗中，上述所求的時間又是多少？解析：本題中的小物塊是在重力、彈力作用下做變速曲線運動，我們若抓住物體受力做0 v5°往復運動的本質特征，便可以進行模型等效，即把小物塊在凹球面上的運動等效為單擺模型。將上述裝置等效為單擺，根據單擺的周期公式:t么得：_3_冬RT =242 g若此裝置放在以加速度 a向上

12、運動的實驗中，比較兩種情形中物體受力運動的特征，可以等效為單擺的重力加速度為g'= g+ a的情形，經類比推理可得:Rtr It' T':42 g a3、強化學生實踐如何把各種能力真正內化成學生自己掌握的能力，必須強化學生實踐。這一點勿容置疑。美國著名的心理學家羅杰斯認為：“大多數有意義的學習是從做中學”。加強學生實踐有利于學生創新精神與創新能力的培養。這種實踐有兩種形式：（1）課堂上，圍繞“問題解決”這個中心，教師通過問題情景的創設，弓I導學生在思索、求解的親身體驗、探索中，鍛煉思維的深刻性、靈活 性、批判性、敏捷性和創造性，這本身就是一種實踐。（2）課后做一些有針對

13、性的小實驗，寫小論文，做一些簡單的課題研究。例如，在完成了測定玻璃的折射率實驗后，可以給學生額外 增加一個研究性學習的內容，即自來水折射率的測定，要求他們采用盡可能多的方法進行測定， 對不同的方法進行比較，分析其優缺點和實驗操作過程的難易程度，并總結出常用的測定固體折 射率和液體折射率的方法各有哪些，最后撰寫小論文。在完成了光學部分的教學后，又增加一個 研究性學習的內容，即用激光筆做光學實驗，學生對這個實驗的興趣極高，我要求他們先查閱資料，了解激光原理、特性及其重要用途，了解激光筆的原理，最后學生成功地用激光筆完成了 光的直進、光的反射、光的全反射、光的折射、光的干涉、光的衍射等實驗。4、培養

14、學生的科學態度前蘇聯教育家蘇霍姆林斯基指出：“當學生體驗到一種親自參與掌握知識的情感，乃是喚起青少年特有的對知識的興趣的重要條件。”在課堂教學中應重視培養學生的科學態度，注意呈現物理學史上科學巨匠們探索自然奧秘的原始的思想，揭示其思維過程，激發學生的“情感智力”。在物理教學中滲透一些物理學發展的精彩事例，能促使學生養成獨立思考的習慣，提高善于 提出科學問題的靈性和聰慧，使他們的思想沉浸在好奇之中，永不閉塞懷疑的目光。例如，伽利 略對亞里士多德的懷疑和批判，推翻了錯誤的落體定律和強迫運動定律，得出了慣性定律，為牛 頓力學的建立打下了理論基礎；亨利大膽反對愛迪生的直流輸電理論，提出了交流輸電理論；

15、愛 因斯坦拋棄了牛頓的絕對時空觀，得出了相對論；普朗克否定了傳統的能量是連續的觀點，得出 了量子論5、掌握物理學科的“問題結構”教學原則之結構能力原則告訴我們：“在任何一門學科的教學中要獲得成功，師生都必須重視掌握學科結構，發展各種能力。要遵照整體優化，多樣統一地進行教學。”在物理問題解決教學中, 作為教師本身還應該努力形成一個重要的結構一一問題結構。教師在教學中要注意收集各種問題，形成自己的題庫，有了題庫后，還要認真選擇，根據學生的實際，將最具有典型意義，最具有針 對意義，對當前教學最具實際意義的問題鑒別出來，組成一個最必需的、最少量的習題庫，以使 學生能通過最少量的習題練習，取得最好的效果

16、。如果將收集到的各種問題而形成的題庫稱之為 “最大問題集”的話，則選擇最必需的問題而建立的習題庫應稱之為“最小問題集” 。“最小問題 集”的建立較之“最大問題集”更有意義。另外，教師還應該選擇物理學科中尚未解決的有理論 和實際意義的問題， 建立一個“未知問題集” ，這有利于激勵學生創造， 促進學生思考。 這三個“問 題集”形成了一個結構問題結構，教師只有掌握本學科的問題結構，才不至于使學生陷入到 “題海”之中，對于提高學生物理問題解決能力具有直接的重要的意義。綜上所述，以“問題解決”為中心的教學模式，是在傳統教學方式基礎上做出切實可行的改 進，教師要切實轉變觀念，根據學生的實際和現有的條件，依據各種現實情況做出靈活的應變， 課堂教學要圍繞“怎樣有利于問題解決”這個中心展開，注意培養學生的思維能力，培養其分析 和解決問題的能力，以滿足時代發展的需要。參