依據(jù)程序性知識的心理學(xué)規(guī)律提高初中物理習(xí)題課的教學(xué)效果

摘要：物理概念和規(guī)律是一種“陳述性知識”，是回答事物“是什么”和“為什么”的問題；而應(yīng)用物理知識解決問題的技能和策略是一種“程序性知識”，是回答“怎么做”的問題。這兩種知識的心理操作不同，有著不同的心理結(jié)構(gòu)和形成規(guī)律。因此，習(xí)題課的教學(xué)只有按照“程序性知識”形成的心理學(xué)規(guī)律對學(xué)生進行相應(yīng)的訓(xùn)練，才能提高習(xí)題課的教學(xué)效果。本文將結(jié)合初中物理習(xí)題課教學(xué)，介紹技能和策略的心理學(xué)規(guī)律以及促進這種心理結(jié)構(gòu)形成的教學(xué)訓(xùn)練方法。

關(guān)鍵詞：程序性知識；習(xí)題課；教學(xué)策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)10(S)-0007-3

1 解題能力中的心理學(xué)規(guī)律

1.1 知識應(yīng)用技能和解題策略

信息加工心理學(xué)認為，智力技能（范型識別技能）的內(nèi)部表征是以“如果／則（IF/THEN）” 的規(guī)則形式編碼的。它的信息加工操作是在問題解決的情境中，對知識的應(yīng)用條件進行識別判斷（模式識別），一旦判斷成功，則根據(jù)知識中各成分之間的關(guān)系進行操作（程序操作）。由此可見，知識應(yīng)用時的信息加工與知識獲得時的認識活動是不同的。例如，功的概念是：“功是力與物體在力的方向上移動的距離的乘積。”但在應(yīng)用這一知識解決問題時，并不是以“什么或是什么”的陳述方式加工信息的，而是以“IF/THEN”的方式對問題作出判斷，并應(yīng)用知識進行變量間的轉(zhuǎn)換。即“如果以下條件同時滿足：①有力始終作用在物體上；②物體通過了一段距離；③力與物體運動方向一致（垂直不做功），則功＝力×距離?！庇纱丝梢姡锢碇R的應(yīng)用技能是對知識應(yīng)用條件的建構(gòu)。

例：有一個小女孩在水平的雪地上拉雪橇，上面坐著她的弟弟，共重500N；姐姐用100N的力與地面成30°角拉著雪橇勻速運動，如圖1(a)所示，求地面與雪橇間的摩擦因數(shù)。

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一個問題解決的過程如下：首先確定這是一個質(zhì)點動力學(xué)的問題，將該問題納入這一知識范疇中，先分析機械能是否守恒。（因為若機械能守恒，問題處理起來比較方便）由于質(zhì)點運動涉及摩擦，所以機械能不守恒；再分析有無加速度，若有加速度就應(yīng)用牛頓第二定律，由于題目中物體做勻速運動，所以這是一個有滑動摩擦的共點力平衡的問題；接著依據(jù)共點力平衡和滑動摩擦力的知識體系進行具體的操作，即確定研究對象（雪橇和上面的弟弟）、進行受力分析、建立直角坐標系、將各個力進行正交分解。如圖1(b)所示，在x、y方向上分別列出相應(yīng)的方程：

x方向：Fcos30°=f；

y方向：N+Fsin30°=W；f=μN；

則：μ=Fcos30°/(W-Fsin30°)。將已知數(shù)據(jù)代入，解出μ值。

由此看出，策略的程序性加工活動應(yīng)是：首先按照學(xué)科知識的結(jié)構(gòu)化體系對問題進行定位、整體分析與搜索，選擇所需要的知識，構(gòu)成當前解決問題的結(jié)構(gòu)，然后在每一知識組塊中執(zhí)行系列化的技能程序操作，解出最終答案。

1.2 技能、策略形成的規(guī)律

為什么同樣是做題，有些學(xué)生可以形成較強的解題能力，而許多學(xué)生則不能？區(qū)別就在于他們各自形成的解題經(jīng)驗的概括程序不同。

在題海戰(zhàn)術(shù)中，許多學(xué)生形成的解題經(jīng)驗是一個個具體問題的經(jīng)驗。這種經(jīng)驗既有一般方法的成分，也有具體問題特征的成分，所以具體經(jīng)驗無法靈活應(yīng)用。若僅僅憑這種具體經(jīng)驗解題，就需要學(xué)生見過各種可能的題型，并經(jīng)過大量的重復(fù)練習(xí)才能提高成績。這種能力形成過程主要是靠重復(fù)和記憶。這種解題經(jīng)驗也是一種IF/THEN的編碼，只不過這里的判斷條件是具體的題型。所以有不少學(xué)生說：“不怕復(fù)雜的問題，就怕沒見過的問題?！笨梢娺@種解題方法的效果不太理想。

從前面“功”的知識應(yīng)用技能的例子可以看出，有效的技能程序性知識是對某一知識在應(yīng)用中的各種正反兩方面具體經(jīng)驗的總結(jié)概括。由于這種知識的條件化建構(gòu)體現(xiàn)了全面性和概括性，所以保證了技能的有效性和普適性。教學(xué)實踐表明，只有少數(shù)學(xué)生能夠自發(fā)地形成這種抽象概括的程序性知識，而大多數(shù)學(xué)生往往停留在具體經(jīng)驗的水平上。

1.3 習(xí)題課教學(xué)的任務(wù)

首先我們了解到，物理概念、物理規(guī)律是一種陳述性知識，而解題能力中的技能和策略是一種程序性知識。因此，在教學(xué)中僅僅對具體問題中的概念、規(guī)律進行反復(fù)強調(diào)和講解，并不能有效地發(fā)展學(xué)生的解題能力。其次，僅僅讓學(xué)生記住典型例題中的具體解法，也不能使大多數(shù)學(xué)生形成系統(tǒng)分析、判斷和有序推理的概括性解題能力。所以要使多數(shù)學(xué)生形成技能和策略，習(xí)題課的核心任務(wù)不應(yīng)該單單是使學(xué)生記住一些典型例題的解法，而應(yīng)該是對某類問題解決的程序性知識的概括性建構(gòu)。這種程序性知識是教材中所沒有的，對多數(shù)學(xué)生來講也是很難自發(fā)形成的，所以需要教師首先概括出這些程序性知識，然后圍繞這個核心來選擇例題，并進行練習(xí)。

由此可見，習(xí)題課的核心任務(wù)是對相應(yīng)的程序性知識的建構(gòu)。這些程序性知識需要教師提前總結(jié)概括出來，并在課堂上以外顯的方式傳授給學(xué)生。與體育訓(xùn)練相似，這些外在的程序性知識需要通過教師的示范和學(xué)生的遷移、應(yīng)用才能內(nèi)化為學(xué)生的能力。與傳統(tǒng)的題海戰(zhàn)術(shù)不同的是，這里的練習(xí)是圍繞概括出來的程序性知識進行的，而不是圍繞大量的物理知識展開的。

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2 習(xí)題課中的“技能”教學(xué)

習(xí)題課中的技能教學(xué)目標應(yīng)該是促進學(xué)生對物理知識應(yīng)用的條件化建構(gòu)。圍繞這一核心，選擇例題；從一組例題中總結(jié)概括出技能的“IF/THEN”表征，并以外顯的方式傳授給學(xué)生；教師對技能知識的應(yīng)用進行解題示范；學(xué)生仿照示范應(yīng)用技能知識進行遷移應(yīng)用的練習(xí)。下面以“摩擦力”的習(xí)題教學(xué)為例，介紹這種技能教學(xué)的方法。

例題1 如圖2所示，一個重為100N的物體放在水平面上，當物體在水平方向上受向右的拉力F1、向左的拉力F2及摩擦力f的作用時，物體處于靜止狀態(tài)。若F1=10N，F(xiàn)2=4N，則A、B。

A.f=6N，方向向左

B.F1與f合力的大小是4N，方向向右

C.F2與f合力的大小是2N，方向向左

D.在物體上疊放一個重100N的物體，拉力不變，物體仍靜止，f將增大。

(在教學(xué)中還列舉了若干與此類似的例題。)

從教學(xué)中了解到，靜摩擦力和滑動摩擦力知識在應(yīng)用中會互相干擾。孤立地講解這幾道題雖然可以加深學(xué)生對知識的理解，但不能有效地使學(xué)生形成應(yīng)用這一知識的解題技能，所以在例題的基礎(chǔ)上，應(yīng)該概括出應(yīng)用摩擦力知識的IF/THEN程序性知識：

①如果物體靜止，且當除摩擦力以外的已知合外力不為零時，必然存在靜摩擦力，則靜摩擦力的大小取決于同一直線上其它合外力的大小，與物體間的正壓力大小無關(guān)（最大靜摩擦力除外）。

②如果物體間有相對滑動，一般存在滑動摩擦力（除強調(diào)絕對光滑外），則滑動摩擦力與物體間的表面情況有關(guān)，與物體間的正壓力有關(guān)，其表達式為：f=μN，而與其它外力的大小無關(guān)、與物體間的接觸面積無關(guān)。

③如果靜止的物體在不斷增大的外力作用下由靜止到滑動，則在這一過程中，靜摩擦力隨著外力的增大而增大，最大的靜摩擦力等于滑動摩擦力。（實際上最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力，若不作精確要求，一般認為兩者相等。）

在習(xí)題課中，教師還將對這一程序性知識進行應(yīng)用示范，并組織學(xué)生進行遷移練習(xí)。

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3 習(xí)題課中的“策略”教學(xué)

習(xí)題課中的策略教學(xué)目標應(yīng)該是促進學(xué)生對某一范疇的知識進行結(jié)構(gòu)化的組織，在此基礎(chǔ)上總結(jié)概括出問題特征，利用知識結(jié)構(gòu)進行判斷、搜索提取的策略執(zhí)行步驟，并以外顯的方式傳授給學(xué)生。與技能訓(xùn)練一樣，策略的程序性知識除了傳授外，還需要教師進行示范操作和學(xué)生進行遷移練習(xí)。下面以“串并聯(lián)電路”的解題策略教學(xué)為例，介紹“策略”教學(xué)的一般方法。

串并聯(lián)電路中的基本原理并不復(fù)雜，只有歐姆定律和電功率（與時間有關(guān)的電功問題不在習(xí)題課上討論）。但在兩個以上元件組成的電路中，涉及的變量多，變量間的關(guān)系、支路與干路的關(guān)系復(fù)雜，這使得解題思路靈活多變，導(dǎo)致許多學(xué)生在這類問題前不知所措。針對這些特點，習(xí)題課上教師應(yīng)首先幫助學(xué)生梳理知識，鞏固已有的知識技能，在此基礎(chǔ)上概括出一般性的分析判斷和推理的策略方法。具體做法如下：

3.1 梳理知識進行結(jié)構(gòu)化的建構(gòu)

3.2 通過典型例題概括出解題策略

首先分析得出一個電阻涉及四個變量：Ri、Ui、Ii、Pi(電流的功不考慮)，而且一個電阻可以列出兩個獨立方程，所以若對一個電阻已知兩個變量，則一定能夠求出另外兩個變量。

再分析兩個電阻組成的串（并）聯(lián)電路涉及的變量：串聯(lián)電路中的電流相同，I是一個變量（并聯(lián)電路中電壓相同，U是一個變量），除電流I(并聯(lián)電路中的U)外每個電阻還有三個變量，兩個電阻共六個變量，總電路的R、U、P（并聯(lián)電路干路的R、I、P）三個變量，所以共有十個變量。分析知涉及這十個變量的獨立方程個數(shù)是七個，即兩個電阻、四個方程，在總分關(guān)系中還有三個關(guān)系方程，所以共有七個獨立的方程，可知在兩個電阻構(gòu)成的電路中，共有十個變量。若已知其中3個變量，就可以求出其余的7個變量。在第一次習(xí)題課中，暫不利用分壓關(guān)系和分流關(guān)系求解，待學(xué)生形成了初步的策略后，再利用這些關(guān)系進一步提高解題的效率。

分析如圖3所示的兩個例題，概括出解題策略1。

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解題策略1 如果已知的三個變量中有兩個集中在一個電阻上，或利用三個已知變量間的關(guān)系可以得到一個電阻上的兩個變量（如例2，U1=U-U2），則先從這個電阻開始，利用I=U/R和P=UI（或?qū)С龅年P(guān)系P=U2/R=I2R）求出其余的兩個變量，尤其要注意求出電流I（對于并聯(lián)電路求出U），然后再利用串聯(lián)電路I=I1=I2（并聯(lián)電路U=U1=U2）的關(guān)系和其余的方程求出另外5個變量。

分析如圖4所示的兩個例題，概括出解題策略2。

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解題策略2 如果三個已知變量是分散的，則對于串聯(lián)電路，設(shè)I為未知量（對于并聯(lián)電路設(shè)U為未知量），利用總分關(guān)系列方程求出I(U)；則其它變量可以通過I(U)解出。

如在例3中，已知變量R是總電阻，所以利用相應(yīng)的總分關(guān)系R=R1+R2，設(shè)未知變量I，列出方程：R=U1/I+P2/I2，代入數(shù)據(jù)得：32=4/I+6/I2 。當然也可以利用電壓的總分關(guān)系：U=U1+U2，即RI=U1+P2/I，代入數(shù)據(jù)得：32I=4+6/I，這與前面的方程是相同的。

并聯(lián)電路的解題策略與串聯(lián)電路是完全類似的，只是關(guān)鍵變量變?yōu)閁，解題的總體思路也是通過集中變量法或列方程法解出U，然后利用U解出其它變量，具體例題就不再列舉。

研究和實踐表明，在習(xí)題課教學(xué)中，向?qū)W生傳授并訓(xùn)練程序性的解題知識，可以有效地提高學(xué)生對這部分知識的解題能力，但不能保證學(xué)生在其它知識的應(yīng)用中自己也能夠形成這樣的能力。教學(xué)的最高境界是不用教。為使學(xué)生能夠自己形成解決問題的程序性知識，還需要引導(dǎo)他們掌握教師概括程序性知識的方法，主動地對自己的解題過程進行分析概括，并在實踐中不斷地調(diào)整，形成具有個人特點的技能和策略。

參考文獻

［1］孫立仁.初中物理課堂教學(xué)設(shè)計［M］.同心出版社，2007年9月.

［2］孫立仁.教學(xué)實踐是教學(xué)設(shè)計研究的源泉與歸宿［J］.電化教育研究，2006年2期.

(欄目編輯趙保鋼)