在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的策略

□王文蓮，李 海

( 1.山西大同大學(xué)大同師范分校,山西 大同 037039;2.山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院,山西 大同 037009)

素質(zhì)教育的核心在于創(chuàng)新，創(chuàng)新的核心在于思維，思維的核心在于問題。創(chuàng)新思維總是在問題的發(fā)現(xiàn)、解決過程中產(chǎn)生，教學(xué)的最終目的是使學(xué)生能獨(dú)立自主地解決各類問題。在美國、加拿大、英國、法國、日本等國家的課程標(biāo)準(zhǔn)中都提出培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，在教材的文本形式中有問題解決原則和問題解決主題等內(nèi)容。問題解決能力的培養(yǎng)是物理教學(xué)的重要目標(biāo)之一，我國物理新課標(biāo)中明確要求學(xué)生應(yīng)具有“分析解決問題的能力”。因此，有必要深入探討物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。

一、物理問題解決能力的內(nèi)涵

問題解決(Problem Solving)一般是指，由一定的情境引起，按照一定的目標(biāo)，應(yīng)用一定的認(rèn)知操作或技能活動(dòng)，使問題得以解決的過程。作為一種思維活動(dòng)，問題解決具有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：目標(biāo)性。問題解決是有明確的目標(biāo)，無目標(biāo)的空想不是問題解決。過程性。問題解決是問題解決者對(duì)其已有的知識(shí)進(jìn)行一系列的認(rèn)知、加工并獲得問題情境答案的過程。同時(shí)，它也是一個(gè)產(chǎn)生新的學(xué)習(xí)的過程，即獲得了某些新知識(shí)或解決問題的一般方法。據(jù)此，物理問題解決是指面臨一個(gè)具有一定新意的物理問題,力圖從原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去尋找有關(guān)的概念、規(guī)律、方法、策略，嘗試在問題的目標(biāo)和條件之間尋找聯(lián)系來解決這一問題的一個(gè)心理過程。

二、 物理教學(xué)中問題解決能力培養(yǎng)策略

1.加強(qiáng)學(xué)生元認(rèn)知能力的培養(yǎng)。元認(rèn)知是一個(gè)人對(duì)自己的學(xué)習(xí)、記憶或思維活動(dòng)的知識(shí)和控制，即對(duì)認(rèn)知的知識(shí)和監(jiān)控調(diào)節(jié)。元認(rèn)知是構(gòu)成智力的最重要成分，其發(fā)展可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的發(fā)展。元認(rèn)知包括：元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)、元認(rèn)知監(jiān)控。三者相互作用，相互聯(lián)系，其中元認(rèn)知監(jiān)控是元認(rèn)知中的核心成分，它是學(xué)習(xí)成功的關(guān)鍵。元認(rèn)知的特點(diǎn)是突出“怎樣思考”,即特別強(qiáng)調(diào)有目的的思考，它可以促進(jìn)探索、發(fā)現(xiàn)問題解決的途徑，“教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)和思維”。物理教學(xué)的最終目的不是為了解決一個(gè)具體問題，而是通過問題解決，激發(fā)學(xué)生思維，豐富學(xué)生的元認(rèn)知知識(shí)，改善其知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高其解決問題的能力。首先，提高元認(rèn)知學(xué)習(xí)的意識(shí)性。在物理教學(xué)中，教師應(yīng)該向?qū)W生展示自己如何解決物理問題的過程、尋找有效解題的方法和策略，將教師思維過程的自我監(jiān)控，自我調(diào)節(jié)展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生體會(huì)教師元認(rèn)知發(fā)揮作用的過程，提高學(xué)生元認(rèn)知學(xué)習(xí)的意識(shí)。其次，培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知學(xué)習(xí)能力。在問題解決教學(xué)中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，讓學(xué)生獨(dú)立的思考分析問題，在學(xué)生思路遇到障礙時(shí)，給予思路的指導(dǎo)和點(diǎn)撥，教會(huì)學(xué)生如何運(yùn)用物理概念知識(shí)或規(guī)律來支配、控制、調(diào)節(jié)自己的分析過程，從而形成一種有效的元認(rèn)知調(diào)控策略，對(duì)問題解決過程進(jìn)行監(jiān)控調(diào)節(jié)，使學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用所學(xué)策略在新的物理情境下達(dá)到正向遷移，高效的解決問題。

2.對(duì)物理問題進(jìn)行多重表征。解決物理問題是一種比較復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)，需要學(xué)生在新情境中推廣、應(yīng)用物理知識(shí)，需要自己構(gòu)想認(rèn)知策略，需要較為復(fù)雜的邏輯判斷和推理。多數(shù)實(shí)際物理問題具有結(jié)構(gòu)不良的特征，常見的有以下幾種情況：來源于學(xué)習(xí)者從真實(shí)情境中自己提出的比較復(fù)雜的問題；需要解決者自己識(shí)別或創(chuàng)造解決條件的問題；目標(biāo)未知，子目標(biāo)確定困難的問題；解決方案受條件和目標(biāo)的多方面限制，需要?jiǎng)?chuàng)造性活動(dòng)的問題；可能沒有被一致認(rèn)可的答案的問題。簡(jiǎn)言之，結(jié)構(gòu)不良物理問題，就是物理學(xué)習(xí)中存在的對(duì)于學(xué)習(xí)者來說結(jié)構(gòu)不夠明確，或涉及知識(shí)比較廣泛，或解決途徑不夠固定，或答案可能不唯一的復(fù)雜問題。顯然，這正是教師所關(guān)注的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的問題。結(jié)構(gòu)不良物理問題的基本特征是它的多維性，問題有多個(gè)側(cè)面，可以從不同的側(cè)面實(shí)現(xiàn)對(duì)問題的認(rèn)識(shí)，而每一個(gè)從單一側(cè)面進(jìn)行的認(rèn)識(shí)都是不完整的。因此，解決結(jié)構(gòu)不良物理問題應(yīng)該采用多重表征的教學(xué)策略。表征是問題解決過程中的一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)，問題表征方式和問題表征程度是問題解決能否成功的決定性因素。采用多重表征教學(xué)策略，就是不滿足于從單一方面入手所確定的目標(biāo)或獲得的正確解釋，還要有足夠的耐心從其他側(cè)面去建立新的目標(biāo)，尋找另外的答案或?qū)σ延写鸢讣右宰C明。

案例：汽車上的物理知識(shí)。對(duì)這一案例要想獲得比較全面的認(rèn)識(shí)，可以從力學(xué)角度、熱學(xué)角度、光學(xué)角度、電學(xué)角度、聲學(xué)角度、健康與環(huán)境保護(hù)角度、研究性學(xué)習(xí)等不同側(cè)面進(jìn)行多重表征。如從力學(xué)角度表征：為什么使用安全氣囊比較安全？為什么高速行車時(shí)，車禍容易發(fā)生傷亡？為什么汽車爬坡時(shí)要調(diào)為低速？為什么坐客車的后部座位比較顛？為什么在行進(jìn)的車上喝水容易被嗆？

3.培養(yǎng)學(xué)生“提出問題”的能力。培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力，是促進(jìn)個(gè)體認(rèn)識(shí)發(fā)展的重要途徑。正如愛因斯坦所說:“提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要”。

首先，在物理課堂中，精心設(shè)置問題情境，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)。創(chuàng)新始于問題的發(fā)現(xiàn)，而發(fā)現(xiàn)問題又源于強(qiáng)烈的問題意識(shí)。教學(xué)內(nèi)容的處理應(yīng)具有探索性、發(fā)展性、新異性、趣味性。課堂教學(xué)中給予學(xué)生充分思考的時(shí)間，教師要善于營(yíng)造平等和諧的教學(xué)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的疑問。例如，在學(xué)習(xí)萬有引力定律后，可以播放神舟六號(hào)錄像資料。讓學(xué)生根據(jù)剪輯的影片片段提出自己感興趣的問題。課堂氣氛會(huì)變得熱鬧，很多同學(xué)會(huì)熱情高漲地表達(dá)自己的想法，提出如下不同的問題：宇航員看到的天空還是藍(lán)色的嗎？在太空中宇航員如何與同伴交流？如何飲食生活？宇航員如何行走？宇航員是否受地球引力作用？宇航服為什么會(huì)防宇宙射線的輻射？返回艙為什么會(huì)成為一團(tuán)紅色的火球？火球的速度為什么慢了下來？為什么點(diǎn)燃反推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)？還需測(cè)定哪些量，能求出飛船離開地面得高度? 神舟五號(hào)、神舟六號(hào)、神舟七號(hào)有何不同? 了解我國航天事業(yè)的發(fā)展歷程及世界各國的航天事業(yè)的發(fā)展情況。許多問題學(xué)生可以利用所學(xué)的知識(shí)自己解決，還有一些問題超出了所學(xué)的知識(shí)范疇，學(xué)生可以自己上網(wǎng)查搜集資料解決。這樣，通過問題激活課堂氣氛，利用課堂激活學(xué)生的思維，使學(xué)生帶著問題和對(duì)科學(xué)探究的好奇走出課堂。其次，引導(dǎo)學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中提出問題。通過演示實(shí)驗(yàn)或分組實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生觀察、比較，積極思考，鼓勵(lì)學(xué)生從多角度發(fā)現(xiàn)問題，提出問題。例如，進(jìn)行“自感”教學(xué)時(shí)，演示通電自感(圖1)和斷電自感(圖2)現(xiàn)象。學(xué)生通過觀察演示，就會(huì)對(duì)這個(gè)問

題產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣，并且很自然地產(chǎn)生疑問： 開關(guān)S接通時(shí)，燈泡2立刻正常發(fā)光，而燈泡1確是逐漸亮起來的，為什么？把開關(guān)S斷開時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？如果以很快的頻率反復(fù)打開、閉合開關(guān)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn) 象？當(dāng)開關(guān)斷開的瞬間，與線圈并聯(lián)的燈泡沒有立即熄滅，反而會(huì)很亮的閃一下，為什么？燈泡閃亮一下，表明在開關(guān)斷開這一瞬間，燈泡兩端的電壓比原來大。為什么？線圈本身并不是電源，它又是如何提供高電壓的？開關(guān)斷開，電源已不再給燈泡提供電。燈還閃亮, 這些能量是哪里來的？

總之，物理課堂教學(xué)要讓學(xué)生掌握獲取新知識(shí)的方法和技能，增強(qiáng)其解決問題的能力。從多變的事物中發(fā)現(xiàn)問題，用科學(xué)的思維方法解決問題。

圖1 通電自感實(shí)驗(yàn)

圖2 斷電自感實(shí)驗(yàn)

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