問題解決視野下高中 物理教材重構(gòu)的現(xiàn)狀及思考

高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：“……嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題?！ㄟ^自己的努力能解決學(xué)習(xí)中遇到的一些物理問題；……嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題。”顯然，課程標(biāo)準(zhǔn)不僅把問題解決作為物理學(xué)習(xí)的目標(biāo)，還將其作為一種重要的學(xué)習(xí)方式。有鑒于此，與問題解決思想相關(guān)的各種教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生，盡管這些模式不盡相同，但都是將教材重構(gòu)為引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的“學(xué)材”。但是，在教材重構(gòu)的實踐中，還存在一些比較突出的問題亟待解決。

一、 核心概念的界定

1.問題解決

問題解決是一系列的有目的指向性的認(rèn)知操作活動過程。它包含以下兩層含義，其一是認(rèn)知層面，問題解決是從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的全過程，其目的是通過問題解決來激發(fā)認(rèn)知者的思維，并改善其認(rèn)知結(jié)構(gòu)；其二是教學(xué)層面，問題解決是讓學(xué)生以探究者、發(fā)現(xiàn)者等角色，去分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題。

2.教材重構(gòu)

教材重構(gòu)是指教師在實施課程的過程中，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)科特點對教材內(nèi)容進(jìn)行適度增減、置換及加工，實現(xiàn)對教材創(chuàng)造性、個性化的演繹，使之更好地適應(yīng)具體的教育教學(xué)情境和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求而最終形成教學(xué)內(nèi)容的過程。

問題解決視野下的教材重構(gòu)，是教師在實施課程的過程中，把問題解決作為一種顯性的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式貫穿整個學(xué)習(xí)過程，實現(xiàn)對教材內(nèi)容創(chuàng)造性、個性化的演繹，從而把學(xué)生的學(xué)習(xí)置于具體的、有意義的問題情境之中，促進(jìn)知識內(nèi)化，提升自主學(xué)習(xí)能力。

二、 教材重構(gòu)中存在的問題

1.把“問題解決”等同于“解決問題”

問題解決旨在把認(rèn)知過程當(dāng)作問題解決過程，把學(xué)生學(xué)習(xí)看作是發(fā)現(xiàn)、提出和解決問題的過程，使學(xué)生在獲得知識和技能的同時，突出問題解決過程中的體驗，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出和解決問題的能力以及合作、探究的精神。而解決問題更多的是傾向于教學(xué)的結(jié)果，其目標(biāo)就是為了某個具體問題的解決，以實現(xiàn)相關(guān)知識的應(yīng)用。

在實際重構(gòu)中，存在著用“解決問題”替代“問題解決”的現(xiàn)象，表現(xiàn)為教師把自己對教材的理解、領(lǐng)悟以“學(xué)答”的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，而沒有體現(xiàn)出發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的過程，因而限制了學(xué)生獨(dú)立思考和自由發(fā)展的時空，導(dǎo)致其“發(fā)現(xiàn)問題”、“提出問題”的意識和能力低下。

2.重知識而輕科學(xué)方法熏陶

新課程標(biāo)準(zhǔn)注重知識的形成過程，突出科學(xué)方法在探究性學(xué)習(xí)中的作用，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。但因現(xiàn)行教材是以知識為體系進(jìn)行表述的，而方法又分散隱藏于知識之中，導(dǎo)致對教材的重構(gòu)往往表現(xiàn)為知識的高度濃縮，沒有把物理科學(xué)方法有效地融入到科學(xué)探究之中，導(dǎo)致物理科學(xué)方法教育嚴(yán)重缺失。

3.重實證取向而輕科學(xué)態(tài)度形成

教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要模仿對象，但是教材對于科學(xué)態(tài)度的體現(xiàn)程度卻值得考量。它對大多數(shù)知識的呈現(xiàn)沒有體現(xiàn)出人們對于科學(xué)知識的判斷、選擇和取舍過程，對于學(xué)生科學(xué)態(tài)度的形成缺乏有效的示范。具體表現(xiàn)在新知識引入時，對于其有效解釋觀察到的問題、預(yù)言實驗結(jié)果的功能體現(xiàn)不足，因而無法讓學(xué)生體會學(xué)習(xí)過程中行為上的成功感。

基于教材在科學(xué)態(tài)度體現(xiàn)程度上的不足，加之目前教師對此沒有引起應(yīng)有的重視，導(dǎo)致其在對教材重構(gòu)時，實證主義傾向更為嚴(yán)重。

三、 問題解決視野下教材重構(gòu)的策略

鑒于以上問題，在對教材進(jìn)行重構(gòu)時，首先，須以《課程標(biāo)準(zhǔn)》為前提，因為課程標(biāo)準(zhǔn)是物理教育目標(biāo)的具體化，體現(xiàn)了物理學(xué)科對學(xué)生的基本要求，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的依據(jù)，具有政策指導(dǎo)性。其次，要最大限度地促進(jìn)學(xué)生的身心發(fā)展，實現(xiàn)學(xué)科知識的邏輯順序和學(xué)生的心理特征間的平衡。最后，要以學(xué)生發(fā)展為核心，在科學(xué)方法、科學(xué)知識、科學(xué)態(tài)度等方面追求和諧平衡。

為實現(xiàn)上述要求，需要對學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇、組織和呈現(xiàn)方式進(jìn)行重構(gòu)，以凸顯問題解決是一種顯性的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式，其具體的策略如下。

1.內(nèi)容選擇——“貼近學(xué)生，貼近生活，貼近社會”

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)不僅僅是記憶和表面上理解別人研究出來的現(xiàn)成的概念和原理，而是一個積極主動的建構(gòu)過程。在這一過程中，學(xué)生通過不斷激活原有知識經(jīng)驗，進(jìn)而對外在信息進(jìn)行主動的選擇和加工，達(dá)到對知識的深層次理解。

要促進(jìn)學(xué)生積極地參與學(xué)習(xí)，實現(xiàn)知識意義的主動建構(gòu)，必須讓學(xué)生具備主動學(xué)習(xí)的心理。為此，需將知識的意義建構(gòu)置于問題解決背景之下，并在內(nèi)容選擇上“貼近學(xué)生，貼近生活，貼近社會”，以便搭起教材內(nèi)容通向?qū)W生生活世界的橋梁，從而把教學(xué)目的、要求轉(zhuǎn)化為學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在需求，激發(fā)學(xué)生參與探究活動的強(qiáng)烈愿望和興趣，并在真實的問題情境中經(jīng)歷過程與方法，獲得豐富的情感體驗。

當(dāng)然，在內(nèi)容選擇上“貼近學(xué)生，貼近生活，貼近社會”，決不是簡單羅列一些生活中的物理現(xiàn)象，而要選擇那些既與實際生活密切相關(guān)，又具有一定內(nèi)在邏輯聯(lián)系的內(nèi)容來促進(jìn)知識的意義建構(gòu)，即在內(nèi)容選擇上體現(xiàn)“源于生活—高于生活—提升生活—學(xué)會生活”，從而為學(xué)生未來參與社會生活奠定基礎(chǔ)。

2.內(nèi)容組織——“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會”

在內(nèi)容組織上，從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從身邊物理現(xiàn)象入手，進(jìn)行自主探究性學(xué)習(xí)，然后運(yùn)用所學(xué)的物理知識解決生活中的有關(guān)問題，從而在問題解決中獲得鮮活的知識，完成知識的意義建構(gòu)和科學(xué)價值觀的形成，真正體會到探究的樂趣和價值，充分體現(xiàn)“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會”這一新課標(biāo)理念。

在內(nèi)容組織形式上，要突出自主合作探究的學(xué)習(xí)方式。不要平鋪直敘地將學(xué)習(xí)內(nèi)容一覽無遺地展現(xiàn)在學(xué)生面前，而要給學(xué)生充分思考的空間，讓學(xué)生經(jīng)歷各種各樣的探究性活動，如提出假設(shè)、實驗、調(diào)查、討論等活動，主動體驗探究的過程，掌握探究的方法，體會探究的樂趣。

例如，在人教版教材必修1中安排了《探究小車速度隨時間變化的規(guī)律》的實驗，教材設(shè)置此實驗的目的是為構(gòu)建勻變速直線運(yùn)動模型提供感性材料，并在其中滲透科學(xué)方法教育。但在內(nèi)容選擇和組織上，讓學(xué)生感到勻變速直線運(yùn)動似乎距離我們生活很遠(yuǎn)，造成了學(xué)習(xí)內(nèi)容與日常生活現(xiàn)象脫節(jié)，實驗探究的內(nèi)在需求不足。

事實上，物體沿斜面下滑、重物從空中下落等日常生活中常見的現(xiàn)象，它們在一定條件下可近似看作是勻變速直線運(yùn)動。為此，建議將實驗內(nèi)容重構(gòu)為《探究重物下落速度隨時間變化的規(guī)律》，在內(nèi)容組織上，以遞進(jìn)性的問題鏈來展示研究的過程和方法。

（1）觀察諸如紙張、紙團(tuán)、粉筆等重物下落現(xiàn)象，說明其運(yùn)動形式各不相同的原因，在這些運(yùn)動中最簡單的運(yùn)動形式對應(yīng)于什么情況？

（2）如何通過實驗方式獲得近似的最簡單的運(yùn)動形式？

（3）試設(shè)計一個實驗方案，探究最簡單運(yùn)動形式中重物下落速度和時間的關(guān)系？

（4）設(shè)計一個表格，記錄實驗數(shù)據(jù)，并討論實驗數(shù)據(jù)的處理方法。

學(xué)生在對眾多的重物下落運(yùn)動的研究中，為了抽象出最簡單的運(yùn)動形式，需要忽略次要因素，突出主要因素，體現(xiàn)了源于生活、高于生活的特性，讓學(xué)生體會到如何對實際問題進(jìn)行簡化、純化，從而為學(xué)生的探究過程進(jìn)行了有效的示范，也為以后的自由落體模型構(gòu)建提供可靠的素材。

3.內(nèi)容呈現(xiàn)——體現(xiàn)問題解決過程

學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過程實際上就是問題解決過程，因此，在對教材進(jìn)行重構(gòu)時，要體現(xiàn)問題解決的過程，即如何發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題，如何能使得學(xué)生對問題解決的過程與方法及情感上有更為深刻的體驗。為此，在將教材內(nèi)容重構(gòu)為學(xué)習(xí)內(nèi)容時，在內(nèi)容呈現(xiàn)方式上要著眼于以下幾個方面進(jìn)行。

（1）搭建支架，發(fā)現(xiàn)問題

愛因斯坦曾說過：“提出（發(fā)現(xiàn)）一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決一個問題也許只是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募记蓡栴}。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度看舊問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。”但在現(xiàn)行教材中，實證主義傾向較為嚴(yán)重，表現(xiàn)在陳述知識時，往往不是以實驗的真實結(jié)果為依據(jù)，而是在陳述了實驗之后，以先知者的身份直接告訴學(xué)生將會得出什么結(jié)論，從而把物理學(xué)中最有魅力的部分變成了“陽關(guān)大道”。因而不利于對學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題能力的培養(yǎng)。

為此，在對教材進(jìn)行重構(gòu)時，需要還原知識產(chǎn)生的背景，將學(xué)生置于還原后的真實情境之中，從而為學(xué)生搭建起發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的“腳手架”，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)生、發(fā)展過程。

例如，在對《質(zhì)點 參考系》教學(xué)中，如果我們簡單地設(shè)置諸如什么是質(zhì)點、參考系等“學(xué)答式”問題，學(xué)生通過預(yù)習(xí)教材能清楚質(zhì)點、參考系等概念，但是喪失了質(zhì)點模型的建構(gòu)過程以及研究問題的方法，喪失了問題解決過程中的情感體驗。

為此，在對其進(jìn)行重構(gòu)時，首先，列舉如何研究人的行走過程中的運(yùn)動軌跡問題，從而引出物體大小、形狀等因素對運(yùn)動情況的影響。

其次，要設(shè)置具有長成性、啟發(fā)性的問題，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，從而抽象質(zhì)點模型。如一長為500m的列車，從北京到上海，路程為500km，求所用的時間，請互相交流所得結(jié)果。從而引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，從中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題進(jìn)而構(gòu)建質(zhì)點模型。學(xué)生在問題解決中，有的考慮列車的長度，有的沒有，但在對所求結(jié)果進(jìn)行交流時發(fā)現(xiàn)，考慮與否對研究問題影響可以忽略不計，從而抽象出質(zhì)點模型。

最后，設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生在問題解決中完善對質(zhì)點模型的認(rèn)識。如果此列車通過長為1000m的大橋時，所用的時間又為多少？在這兩個問題中，你對質(zhì)點模型有怎樣的認(rèn)識？在問題解決中，學(xué)生體會到同一物體，在不同情況下，有時能抽象成質(zhì)點，有時則不能，從而深化了對質(zhì)點模型的認(rèn)識。

（2）構(gòu)建“樣例-探究”模式，引導(dǎo)學(xué)生自主探究

基于問題解決視野下的教材重構(gòu)，其價值取向是讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，這就要求我們在對教材進(jìn)行重構(gòu)時，要為學(xué)生構(gòu)建范例，以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

有鑒于此，在對教材重構(gòu)時，應(yīng)將樣例學(xué)習(xí)和問題解決有機(jī)結(jié)合起來，構(gòu)建“樣例-探究”模式，引導(dǎo)學(xué)生通過“樣例”自主探究，從而有效體驗知識發(fā)生、發(fā)展和發(fā)現(xiàn)過程。那么，如何設(shè)計樣例才能促進(jìn)學(xué)生的問題解決呢？

樣例設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，它既考慮學(xué)生問題解決的心理，又考慮物理教學(xué)對促進(jìn)知識遷移的實際要求。研究表明，在樣例設(shè)計中，將樣例與問題臨近給出，且采用帶有“空白”的不完整樣例（漸省樣例）時能明顯提升問題解決的效率。

當(dāng)然，本文中的樣例不僅僅是狹義上的例題，而應(yīng)為所有能為學(xué)生自主探究提供示范的素材。現(xiàn)以《速度變化的快慢 加速度》為例，說明“樣例-探究”模式的構(gòu)建方式。

①運(yùn)用圖表方式，呈現(xiàn)感性材料

以下為一組運(yùn)動物體的速度變化的數(shù)據(jù)，思考如何比較它們速度變化的快慢程度？它與我們學(xué)習(xí)過的什么物理量的建立方式相似？

通過圖表方式，對眾多現(xiàn)象進(jìn)行比較，便于學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)問題，感受到建立描述速度變化快慢物理量的必要性。同時，從兩個層面探究該物理量的建立方式，一是針對圖表中的數(shù)據(jù)特點，建立一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來反映速度變化的快慢；二是類比于速度概念的建構(gòu)方法，建立加速度的概念。

②運(yùn)用類比方法，建構(gòu)加速度的矢量性

根據(jù)速度、加速度的意義，你對加速度概念能提出多少自己的觀點？簡要說明你的依據(jù)。

關(guān)于矢量性問題，是學(xué)生進(jìn)入高中階段首先遇到的較易出現(xiàn)錯誤的問題，通過類比方法引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)，并有效將其納入到已有的知識結(jié)構(gòu)中。

③運(yùn)用類比方法，加深對加速度的理解

在以上呈現(xiàn)方式中，運(yùn)用圖表方式，把速度與加速度的相關(guān)知識對應(yīng)起來，減弱了學(xué)生的分散注意效應(yīng)。同時，在樣例中省去的內(nèi)容和插入的空白，驅(qū)動學(xué)生對空白部分進(jìn)行自我解釋，有效促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，并完善了學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

從上面的案例研究可以看出，以“樣例-探究”模式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，能為學(xué)生創(chuàng)造一種探究情景，引導(dǎo)學(xué)生模仿樣例學(xué)習(xí)相關(guān)原理，同時也訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用歸納、類比方法發(fā)現(xiàn)知識的能力。

（3）設(shè)置問題鏈，重演知識的形成過程

在當(dāng)前的物理課程改革中，已不再將結(jié)構(gòu)化的物理概念、規(guī)律作為物理課程內(nèi)容的惟一來源，還將物理概念、規(guī)律的發(fā)生和發(fā)展過程以及與此同時產(chǎn)生的文化作為課程開發(fā)和實施的資源。但是，在實際教學(xué)中，考慮到學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，我們往往不能將原始的知識形成過程直接呈現(xiàn)給學(xué)生，此時需要我們重演知識的形成過程。

為引導(dǎo)學(xué)生完成知識的自主建構(gòu)，最有效的方法是將學(xué)習(xí)內(nèi)容問題化。因為問題是思維的源泉，更是思維的動力。但也要注意到，教材內(nèi)容的問題化決不是簡單地將教材內(nèi)容轉(zhuǎn)化為一個個的問題，否則，將使學(xué)生更為關(guān)注學(xué)習(xí)的結(jié)果，忽視學(xué)習(xí)的過程，這也正是目前教材重構(gòu)中所表現(xiàn)出的最大問題。而應(yīng)該基于問題解決思想構(gòu)建以物理科學(xué)方法為節(jié)點的問題鏈，重演知識的形成過程，讓學(xué)生在問題解決中建立概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)。下面以《動能 動能定理》為例，說明問題鏈的設(shè)計方式。

動能定理是運(yùn)用微積分知識按演繹推理方式建立起來的。顯然，這種建立方式不符合高中學(xué)生的認(rèn)知水平。同時，現(xiàn)有教材中的呈現(xiàn)方式也存在邏輯問題，因此，需要對動能定理的形成過程進(jìn)行重構(gòu)，具體方式如下。

①由特殊模型初步建立功與■mv2的關(guān)系

在教材中，由圖1所示的特殊物理模型（光滑水平面、單個恒力作用），運(yùn)用牛頓第二定律F=ma與運(yùn)動學(xué)公式v22-v12=2ax進(jìn)行理論演繹，得出W=■mv22-■mv12。教材由此類比于重力勢能建立動能概念，并將其稱之為動能定理。

但從演繹推理的規(guī)則考察上面的知識呈現(xiàn)方式，不難發(fā)現(xiàn)其中隱含的邏輯問題，因為按特殊模型是不能建構(gòu)起一般的動能概念和動能定理的。因此，這種呈現(xiàn)方式初步建立功與■mv2間的關(guān)系，而對■mv2和W=■mv22-■mv12的意義需要學(xué)生在問題解決中建構(gòu)。

②以問題為載體、科學(xué)方法為主線，重演知識的形成過程

對于一般的運(yùn)動模型、作用模型，是否仍有這樣的規(guī)律？為此，設(shè)置以物理科學(xué)方法為節(jié)點的問題鏈，重演定理的形成過程，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)動能概念、“發(fā)現(xiàn)”動能定理。

問題一，如果圖1中水平面是粗糙的，則合外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關(guān)系？

問題二，如圖2所示，物體在粗糙的水平面運(yùn)動，在l1、l2段分別受到的水平力F1、F2作用，則外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關(guān)系？

問題三，如果物體在粗糙的水平面上運(yùn)動時，受到的水平作用力F是變化的，則外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關(guān)系？

問題四，如果物體從高為H處以速度ν0沿水平方向拋出，落地速度為ν，重力對物體所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關(guān)系？

問題五，如果物體做曲線運(yùn)動，且受到的作用力F是變化的，則外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關(guān)系？

問題六，由直線運(yùn)動、曲線運(yùn)動中所得結(jié)論，你對物體動能概念有什么樣的理解？能歸納出什么樣的物理規(guī)律？

在以上問題系統(tǒng)中，物理科學(xué)方法是其內(nèi)在主線，是連接各個問題的節(jié)點，具體脈絡(luò)如圖3。其中Ⅰ、Ⅱ是分類方法（Ⅰ按運(yùn)動軌跡來分類，Ⅱ是按作用方式來分類），它為自主探究指明了方向；Ⅲ是演繹推理，Ⅳ是歸納推理，借助于兩種推理方法，建構(gòu)起動能概念、歸納出動能定理。

通過以上重演方式，完善了動能概念、動能定理的建構(gòu)過程，消除了教材隱含的邏輯問題。同時，很好地解決了教材重構(gòu)中的預(yù)設(shè)與生成問題，即通過教師的“點石成金”，把知識學(xué)習(xí)與方法體驗有機(jī)地融合起來。另外，以上重演方式中，既是概念、定理的建構(gòu)過程，也是動能定理的應(yīng)用過程，從而把概念建立、定理“發(fā)現(xiàn)”過程有機(jī)融合在“做中學(xué)”、“用中學(xué)”之中，有效提升了教學(xué)效益。

參與文獻(xiàn)

[1] 張正嚴(yán).論新課程背景下中學(xué)物理教師對教材內(nèi)容的重構(gòu).物理教師，2007（6）.

[2] 肖敏.從物理教材的知識呈現(xiàn)方式談科學(xué)觀念的培養(yǎng).物理教學(xué)探討，2007（1）.

[3] 周棟梁.對人教版幾個物理規(guī)律的重構(gòu)建議.教學(xué)月刊，2012（5）.

（責(zé)任編輯 郭振玲）