福建师范大学

1、高中学生物理问题解决能力的培养(厦门第一中学福建厦门361003 )【摘要】 本文通过国内外学者对“问题解决”的研究，对“物理问题解决”进行界定，提出 中学生解决物理问题的一般过程和模式，最后阐述高中学生物理问题解决能力培养的几种有效措 施。【关键词】问题解决物理问题解决教学一、关于“问题解决”的研究问题解决(Problem SoIving )是一种重要的认知活动，对教育理论与实践及人们日常生活中所 遇到的普遍问题具有重要意义，在一定程度上，也是衡量教育的标准之一。最早对问题解决给予专论的当属威廉詹姆斯(Willian James),他将解决问题描述成通向结局的手段没有同时发现时的一种探索。杜

2、威(J Dewey , 1910年)曾谈到了解决问题的五阶段理论：表征问题、界定问题、提出问题、检验假设和选择最佳假设。格式塔学派心理学家苛勒也提出了五阶段理 论：鉴别问题、酝酿、顿悟结果、记忆和概括化。安德森(J.R.Anderson )把问题解决定义为任何受目标指引的认知性操作序列。其中包括三方面 的因素：目标的指引性、操作序列及认知性的操作。问题解决中的认知成分是问题解决活动的一个本 质特点。安德森认为，问题解决可以分常规的和创造的两种。需要开发出新的步骤的称为创造性的问 题解决；而使用现成步骤的称为常规性的问题解决。综合上述观点，问题解决就是当个人在面对问题情境而没有形成的方法可以利用

3、时，指向于将已 知情境转化为目标情境的认知过程。问题解决能力是指人们顺利解决问题的稳定的个性心理特征。二、对“物理问题解决”的界定现代学科问题解决研究的方法通常采用口语报告法或专家与新手的对比来进行，近几年来，有关 学科中问题解决的研究取得了很大进展，突出表现在物理学和数学方面，并从这些学科问题解决中得 到重要发现。主要有1 问题的表征是解决问题过程中的关键因素。2 行家的知识比初学者更深奥抽象，并且行家善于使用抽象知识。3心理对应图式在问题解决中的成功应用，越来越多的心理对应图式将会得到储存，对问题解决将日益发挥促进作用，等等。物理学是一门基础科学，是整个自然科学和现代技术发展的基础，在知识

4、经济中具有不可替代的 作用。物理课程标准明确规定 ：“通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物 理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。”“能计划并调控自己的学习过程，通过自己的努力能解决学习中遇到的一些物理问题，有一定自主学习的能力。”“具有一定的质疑能力，信息收集和处理能力、分析解决问题能力和交流合作能力。”因此，物理教学就是通过引导学生去探索、解决一个个问题，从而达到掌握知识、发展智力、培 养能力的教学。物理问题解决就是：面临一个具有一定新意的物理问题，力图寻找有关的概念、 规律、方法去解决这一问题的一个心理过程。三、中学生物理问题解决的一般过程和模式物理问

5、题解决过程中包含有重要的认知成分和一系列操作的心理活动。问题解决者的任务就 在于要找到某种能达到目的的操作序列。操作序列是指心理活动在问题解决过程中的步骤。我国 的查有梁、谢仁根等人通过对物理问题解决的过程思维模式的研究，也提出了物理问题解决的程 序模式、行动模式、过程模式，他们认为物理问题解决过程应经历的四个基本环节是：读审=建构：=求解二验讨。根据国内外对于物理问题解决的研究和物理学科的特点，我认为物理问题解决主要要经历以下四个元认知过程： 辨别和界定物理问题辨别和界定是问题解决的第一步，是通过“眼看、嘴读、手画、脑思”等多方面来阅读、思 考、分析物理问题，界定出物理情景中的“已知”和“目

6、标”，并在大脑里形成一个生动而清晰的物理情景，弄清问题中所涉及的物理量及相关因素，全面系统地掌握有关信息，包括已知的、未 知的、需求的、隐含的、直接的、间接的、多余的。正确识别问题需要学生有良好的阅读、理解 和分析的习惯。 表征物理问题问题表征是问题解决的关键，若问题有了正确的表征，可以说问题已解决了一半。物理问题 的表征构建有下列四步：字面表征；朴素表征；科学理论表征；数学表征。表征物理问题是在头 脑中形成物理情景和建立物理过程，可以运用图像、表格、草图、模拟实验等方法简化对问题的 思考，让问题研究的对象、状态过程清晰显现出来，让问题明朗化、模型化，理顺物理问题的复 杂关系。问题表征的正确性

7、与学生是否能够准确、快速解决问题有密切关系，是学生问题解决过 程的一个重要组成部分。 选择解题策略当学生面对物理问题时，总是通过观察物理问题，抓住问题的主要特征进行方法的联想，检 索和回忆储存的信息，凭借已有的知识和经验，在元认知知识的基础上，激活认知结构，根据物 理问题在认知结构中的相似性，寻找物理认知结构中的“相似块”，把问题改组成为适合原有知识组块的形式，或把原有知识组块中的知识、经验重新加工改组整理成为适合问题的形式，从而制 订解题策略。 解题后的反思与评价没有反思的学习是没有意义的学习。这包括反思对问题的表征、问题归类、求解的思路和操 作过程，只有通过反思与总结，才能真正提高自己分析

8、问题与解决问题的能力。解题后的评价通 常是通过自评、互评、他评来完成的，这些评价的方法都可以帮助学生调整思路，解决问题，让 学生在交流、合作中，学会分享，体验学习的乐趣。在总结国内外研究的基础上，针对新课程理念下物理学科的特点，结合学生实际情况，提出 新课程背景下中学生物理问题解决的一般模式如下，这五个步骤中的每个步骤都是在与解题者的 元认知结构的相互作用中进行的，并且问题解决的全过程都受着元认知监控的控制和调节。尝试探究合作交流会学质疑体验快乐猜测反馈四、高中学生物理问题解决能力的培养1、重视解题方法与技巧的渗透对于一些特定的物理习题，人们在长期的问题解决实践中，总结出一些特殊的解决方法，如

9、微元法、等效法、估算法、对称法、图像法、极值法、极限法、电像法等，这些方法与技巧，不 仅新颖、巧妙，而且应用广泛，学生一旦掌握并能灵活运用这些方法与技巧，就能提高分析和解 决物理问题的能力，加快解题速度，减少解题失误，提高解题效率。例如：如图所示，有一带电荷量为+q的点电荷与均匀带电圆形薄板相距为2d，此点电荷到带电薄板的垂线通过板的圆心若图中a点处的电场强度为零,则图中b点处的电场强度大小是A. kk -q29d2 d2B.C. 0D.(宀9d2kAkd2)k_lkd2b7: EJ:/ /i ddd【解析】选A。由a点处的电场强度为零， 知薄板带正电荷,在a处产生的电场强度大小为方向向右，根

10、据对称性，在b处产生的电场强度大小为q2方向向左，故 b点处的电场强度qqE=k9Tk即，知A项正确。2、重视物理模型的建立物理学所研究的对象是极其复杂的，对于每一个研究对象来说，它涉及的因素是相当多的。通过物理建模可以抓住问题的主要方面，排除非本质因素的干扰，舍弃次要因素与无关因素，从 而便于寻求客观事物的本质特征。物理建模的过程实质上是一种创造性的脑力劳动过程，其一般思维流程可以概括为如下图所示的四个阶段:物理建模的一般思维流程物理模型是一个理想化的形态，从不同的角度研究可以有不同的区分方法，为便于理解和应用，据中学物理教学的特点及模型的主要教学功能，可分为四类：对象模型、条件模型、过程模

11、 型和数学模型等。正确建立理想化模型，对“问题解决”起着至关重要的作用。例如：如图所示，半径 R = 10cm的光滑凹球面容器固定在地面上，有一小物块在与容器最低点P相距5mm的C点静止无摩擦滑下，则物块自静止下滑到第二次通过P点时所经历的时间是多少？若此装置放在以加速度 a向上运动的实验中，上述所求的时间又是多少？解析：本题中的小物块是在重力、弹力作用下做变速曲线运动，我们若抓住物体受力做0 v5°往复运动的本质特征，便可以进行模型等效，即把小物块在凹球面上的运动等效为单摆模型。将上述装置等效为单摆，根据单摆的周期公式:t么得：_3_冬RT =242 g若此装置放在以加速度 a向上

12、运动的实验中，比较两种情形中物体受力运动的特征，可以等效为单摆的重力加速度为g'= g+ a的情形，经类比推理可得:Rtr It' T':42 g a3、强化学生实践如何把各种能力真正内化成学生自己掌握的能力，必须强化学生实践。这一点勿容置疑。美国著名的心理学家罗杰斯认为：“大多数有意义的学习是从做中学”。加强学生实践有利于学生创新精神与创新能力的培养。这种实践有两种形式：（1）课堂上，围绕“问题解决”这个中心，教师通过问题情景的创设，弓I导学生在思索、求解的亲身体验、探索中，锻炼思维的深刻性、灵活 性、批判性、敏捷性和创造性，这本身就是一种实践。（2）课后做一些有针对

13、性的小实验，写小论文，做一些简单的课题研究。例如，在完成了测定玻璃的折射率实验后，可以给学生额外 增加一个研究性学习的内容，即自来水折射率的测定，要求他们采用尽可能多的方法进行测定， 对不同的方法进行比较，分析其优缺点和实验操作过程的难易程度，并总结出常用的测定固体折 射率和液体折射率的方法各有哪些，最后撰写小论文。在完成了光学部分的教学后，又增加一个 研究性学习的内容，即用激光笔做光学实验，学生对这个实验的兴趣极高，我要求他们先查阅资料，了解激光原理、特性及其重要用途，了解激光笔的原理，最后学生成功地用激光笔完成了 光的直进、光的反射、光的全反射、光的折射、光的干涉、光的衍射等实验。4、培养

14、学生的科学态度前苏联教育家苏霍姆林斯基指出：“当学生体验到一种亲自参与掌握知识的情感，乃是唤起青少年特有的对知识的兴趣的重要条件。”在课堂教学中应重视培养学生的科学态度，注意呈现物理学史上科学巨匠们探索自然奥秘的原始的思想，揭示其思维过程，激发学生的“情感智力”。在物理教学中渗透一些物理学发展的精彩事例，能促使学生养成独立思考的习惯，提高善于 提出科学问题的灵性和聪慧，使他们的思想沉浸在好奇之中，永不闭塞怀疑的目光。例如，伽利 略对亚里士多德的怀疑和批判，推翻了错误的落体定律和强迫运动定律，得出了惯性定律，为牛 顿力学的建立打下了理论基础；亨利大胆反对爱迪生的直流输电理论，提出了交流输电理论；

15、爱 因斯坦抛弃了牛顿的绝对时空观，得出了相对论；普朗克否定了传统的能量是连续的观点，得出 了量子论5、掌握物理学科的“问题结构”教学原则之结构能力原则告诉我们：“在任何一门学科的教学中要获得成功，师生都必须重视掌握学科结构，发展各种能力。要遵照整体优化，多样统一地进行教学。”在物理问题解决教学中, 作为教师本身还应该努力形成一个重要的结构一一问题结构。教师在教学中要注意收集各种问题，形成自己的题库，有了题库后，还要认真选择，根据学生的实际，将最具有典型意义，最具有针 对意义，对当前教学最具实际意义的问题鉴别出来，组成一个最必需的、最少量的习题库，以使 学生能通过最少量的习题练习，取得最好的效果

16、。如果将收集到的各种问题而形成的题库称之为 “最大问题集”的话，则选择最必需的问题而建立的习题库应称之为“最小问题集” 。“最小问题 集”的建立较之“最大问题集”更有意义。另外，教师还应该选择物理学科中尚未解决的有理论 和实际意义的问题， 建立一个“未知问题集” ，这有利于激励学生创造， 促进学生思考。 这三个“问 题集”形成了一个结构问题结构，教师只有掌握本学科的问题结构，才不至于使学生陷入到 “题海”之中，对于提高学生物理问题解决能力具有直接的重要的意义。综上所述，以“问题解决”为中心的教学模式，是在传统教学方式基础上做出切实可行的改 进，教师要切实转变观念，根据学生的实际和现有的条件，依据各种现实情况做出灵活的应变， 课堂教学要围绕“怎样有利于问题解决”这个中心展开，注意培养学生的思维能力，培养其分析 和解决问题的能力，以满足时代发展的需要。参