培養(yǎng)學生問題解決能力的課例研究*
——以一節(jié)高三物理題型專題復習課為例

程柱建

(如皋市教育局教研室 江蘇 南通 226500)

1 引言

《普通高中物理課程標準(2017年版)》的教學建議之一是“通過問題解決促進物理學科核心素養(yǎng)的達成”[1]．物理教學應該從哪些方面來提升學生的問題解決能力呢？國際學生評估項目(PISA)問題解決能力的結構對物理學科教學有重要的指導作用．

PISA的問題解決能力的結構由理解、分析、推理、實踐、反思和表達等6種要素構成[2]．結合物理問題解決的實際，我們將各要素進行了“物理學科化”的表述：理解指閱讀問題文本，構建物理情境；分析指獲取問題信息，尋找物理條件；推理指理清解題思路，選擇物理規(guī)律；實踐指自主解決問題，進行計算或實驗；反思指審視問題結果，完善解題過程；表達指規(guī)范書寫結果，積極展示交流．另外，我們還認為，學生問題解決能力的培養(yǎng)需要堅持學生的主體地位，讓學生處于課堂的中心．

本研究以同一位教師在不同的平行班級針對同一課題連續(xù)3次的“施教-研討-改進”，對學生問題解決能力六要素進行課堂觀察，發(fā)現(xiàn)問題并進行改進，探討培養(yǎng)學生問題解決能力的教學策略．

2 教學準備

2.1 研究主題

培養(yǎng)學生問題解決能力的教學策略．

2.2 確定課題

高考江蘇物理卷具有穩(wěn)定的題型設置．縱觀近年江蘇高考物理試卷，第二道計算題均為多物體的力學問題，主要考查學生對受力分析、共點力的平衡、運動的合成與分解、牛頓第二定律、動能定理、機械能守恒定律等知識的準確理解和靈活運用．試題通過接觸面、細繩、輕桿、彈簧等對物體的約束限制、相互牽連，考查學生的理解能力、分析綜合能力、推理能力和應用數(shù)學處理物理問題的能力，對學生的問題解決能力提出較高的要求．

高三第二、三輪復習中穿插題型專題復習，既可以減輕備考負擔，提高復習效率，又可以培養(yǎng)學生的問題解決能力．基于以上認識，江蘇省白蒲高級中學高三物理組設計了“力學計算題專題(一)——牽連體問題”題型專題復習課．

2.3 設計導學案

首先，確定學習目標．備課組深度剖析了江蘇和全國近年牽連體類型的高考試題，界定了專題復習的知識范圍和能力要求，確定了如下的學習目標：能在規(guī)范作受力示意圖的基礎上熟練解決物體的平衡問題；會用運動的合成與分解規(guī)律處理牽連體問題；會分析繩、桿對系統(tǒng)能量的影響，能正確運用系統(tǒng)機械能守恒解決相關問題．

其次，編寫導學案．根據學習目標，備課組精心選擇了3道題目，第1道是2015年高考全國卷Ⅱ第21題(改編成3小問的計算題)，第2道是2018年高考江蘇卷第14題，第3道是2016年高考江蘇卷第14題，編寫了“活動方案”．遵循“先做再評”及“練習即考試”的原則，在專題標題的下方標注了“總分48分，時間45 min”的字樣．

最后，設置計劃課時．本節(jié)復習課計劃用時2課時．第1課是學生自主限時練習．第1課課后，教師對學生的答題情況進行批閱，統(tǒng)計學生的答題情況，并將典型錯誤和優(yōu)秀解答拍了照片．第2課時用于導學案的講評．

3 課堂觀察

3.1 第一次課試教

教學的大致流程：首先，教師進行了學情通報，表揚了部分做題優(yōu)秀和進步顯著的學生；其次，學生根據下發(fā)的答案自主訂正；最后，師生根據3道題目的設問進行了分類討論和交流．

3.1.1 教學優(yōu)勢

(1)分析與推理要素方面．教師對3道題目的設問進行分類講評，可以有效提高學生根據物理條件，選擇不同規(guī)律或方法分析靜力學問題、動力學問題或力學中的能量問題．

(2)反思要素方面．教師給學生留出了自主學習和反思的時間．如，每題的第(1)問，均考查了學生受力分析和共點力的平衡知識．從學生答題的反饋看，正確率比較高，教師采用了學生對照答案自主訂正、學習小組組長督查的方式．教師還及時對相關問題解決的思路或方法進行了總結．如，教師對牽連體速度、加速度的關系進行了總結，強調了分析合運動和分運動的重要性；總結了對于多物體應用機械能守恒定律的注意點．

(3)表達要素方面．教師利用拍攝的典型錯誤和優(yōu)秀解答照片，適時地對解題規(guī)范性進行了示范和糾正．

3.1.2 問題發(fā)現(xiàn)

(1)理解要素方面．3道題目均來自于歷年的高考試題，有一定的難度，從答題結果統(tǒng)計得出3道題目總體的難度為0.4．

(2)實踐要素方面．在課堂教學中，教師引導講評的時間偏長，相應的學生自主學習、小組學習的時間仍偏少．

(3)表達要素方面．雖然教師在教學過程中總結了規(guī)律或方法，但是由于僅僅采用的是口頭表達的方式，學生留下的印象不太深刻．

3.1.3 改進建議

(1)理解要素方面．對難度大的問題進行改編，給學生搭建理解和分析問題的思維臺階，例如，將第2題第(3)問改為“由于系統(tǒng)機械能守恒，小球運動到與A，B相同高度后，恰好能向下運動到初始位置，小球向下運動到最低點時物塊M所受的拉力大小T．”，將第3題第(2)問改為，“A滑動的位移為x時，求：(1)B的水平位移大小s1；(2)B的豎直位移大小s2；(3)B的位移大小s．”

(2)實踐要素方面．思維型教學一般包括以下的學生學習活動：自主學習、合作探究、成果展示和自我完善．為了保證講評過程中學生活動的效果，可以搭建腳手架，設置具體的問題讓學生活動．如，在學生探究第2題第(3)問時，設置如圖1所示的4個具體問題，讓學生通過4個問題，進行自主學習與合作探究，教師在學生進行成果展示時僅僅進行引導評價和點評提升．

(3)表達要素方面．題型專題復習的目的是幫助學生有效建構相關題型的解題思維模型，掌握解題的規(guī)律與方法．課堂上，教師可以讓學生先自主總結與展示，然后再通過板書或PPT進行提煉．規(guī)律與方法應從可操作性(程序性知識)的角度去考慮，并注意表述的直觀性和簡潔性．

圖1 針對第2題第(3)問設計問題

3.2 第二次課改進

3.2.1 積極變化

(1)理解和分析要素方面．通過改編，3道題目的總體難度由0.4提升到0.51，學生對物理情境的構建與物理條件的挖掘發(fā)生了可喜的變化，提升了學生學習的自信心．

(2)推理和實踐要素方面．在難點問題的突破上，通過搭建臺階，將學習內容從學習的恐慌區(qū)移到學習區(qū)，有效地加強了學生學習的參與度和達成度，活躍了課堂學習氣氛．

(3)反思和表達要素方面．學生在解決問題的過程中對牽連體的速度、加速度規(guī)律進行了總結，并積極在小組內和班級內進行了展示和交流．教師不僅利用課前拍攝的典型錯誤和優(yōu)秀解答照片對解題規(guī)范性進行了示范和糾正，還在課前手寫了第2道題目的完整規(guī)范答案，課堂上進行了投影，并留足時間給學生自主完善解答過程．

3.2.2 問題發(fā)現(xiàn)

(1)理解和分析要素方面．題目講評過程中，教師僅強調了解題過程，未能對學生存在的錯誤尋根溯源，忽視了審題的重要性．

(2)實踐要素方面．除了計算外，是否還有其他的方法來驗證推理？

(3)反思要素方面．在3道題目中輕繩、輕桿的長度未發(fā)生變化，說明它們在整個過程中對整個系統(tǒng)的能量無影響，同時不計一切摩擦力，系統(tǒng)的機械能是守恒的．如果題目出現(xiàn)輕彈簧，能量又會如何轉化呢？有必要進行適當?shù)耐卣?，提升學生解決問題時思維的深刻性．

3.2.3 改進建議

(1)理解和分析要素方面．教師培養(yǎng)學生的審題能力，會將題目的文字轉換成物理情境，由物理情境、物理條件選擇相關的規(guī)律，目的讓學生從會解一道題到會解一類題，提升學生的表征問題解決能力．教師可以在導學案的頁腳標注關鍵詞來提醒學生，如“注重審題，正確進行受力分析、運動分析、功能分析，規(guī)范解答．”

(2)實踐要素方面．實驗可以提升學生的實踐能力，例如，教師可以制作出第2題的實驗裝置，在學生表征問題與構建運動情境后，讓學生通過實驗來呈現(xiàn)小球和小物體的實際運動情況．

(3)反思要素方面．在講評導學案中，可以進行適當?shù)耐卣够蜓a充，增強學生解決具有差異化問題的能力．如，在第2道題目講評結束后，可以補充如下的拓展問題：如圖2所示，輕質彈簧一端固定，另一端與質量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連，彈簧水平且處于原長．圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，到達C處的速度為零，AC=h，彈簧彈性勢能Ep，求此過程由于摩擦產生的內能.從能量轉化的角度，有重力勢能、彈性勢能、內能間的轉化，運動過程還有動能產生，豐富了能量的形式，可以提升學生的分析問題的能力和認知水平．

圖2 拓展問題情境圖

3.3 第三次課提高

第三次改進課是面向如皋市高三全體物理教師的一節(jié)公開課，聽課教師對本節(jié)課中問題解決能力培養(yǎng)的評價有以下4個方面.

3.3.1 教師將學生放在課堂的中心

學生思維活動的時間充分，學生間的交流活躍，成果展示時精彩紛呈，如，學生在展示第二題的斜面與物塊的位移關系時共形成了4種不同的思路．學生自主學習時，教師對學困生的個性化輔導，有效地增強了學困生的學習信心．

3.3.2 學生的理解與分析能力得到了提升

雖然題目的難度不小，但是從審題，到明確物理情境，到構建物理模型并選擇合適規(guī)律解題這一系列解題思維的訓練，讓學生碰到新問題時，能有條不紊地的分析和解決問題．

3.3.3 學生的推理能力與實踐意識得到了加強

教師對相關問題搭建腳手架，并適當?shù)刈兪胶屯卣?，提升了學生的思維品質和實踐意識．學生利用實驗驗證第2題中物體運動情境的猜想，強化了實驗與邏輯推理相結合的思維方式與研究方法．

3.3.4 學生反思與表達能力得到了提升

教師對相關模型的思維方法進行了精準的總結，有助于學生掌握方法并應用、遷移方法解決問題．教師從審題、畫示意圖、列表達式等各個方面，強化了學生認真、規(guī)范解題的習慣．

4 結論

問題解決能力是一個人成長過程中必備的一種關鍵能力，是學科教學的一個重要目標．問題解決能力的結構分為理解、分析、推理、實踐、反思、表達.為了操作方便，可以將學生問題解決能力劃分為如下3種子能力：表征問題的能力、找到解決問題的方法與結果的能力和自我評價與反思的能力，問題解決能力的各要素可以對應到以上3種能力中，對應關系如表1所示.

表1 問題解決能力的3種子能力及目標指向

為了有效培養(yǎng)學生問題解決能力，在教學中，教師需要重點關注以下4個方面.

4.1 堅持學生的主體地位——學生能力發(fā)展的途徑

學生是學習的主體，課堂中的合作探究、成果展示、自我完善均是建立在學生自主學習的基礎之上的．同時，教師還應該鼓勵學生善于發(fā)現(xiàn)問題，敢于提出問題，積極解決學習與生活中的問題，提升解決問題的實踐能力．

4.2 優(yōu)化問題的設置——表征問題能力的抓手

學生問題解決能力是在解決問題的過程中逐漸形成的，所以問題的設置是培養(yǎng)學生問題解決能力的基礎．教師在設計導學案時，需要根據學情和教學目標，精心選擇問題，并設置好問題的呈現(xiàn)方式．情境化問題可以激發(fā)學生解決問題的積極性，培養(yǎng)學生的學習興趣．

4.3 搭建思維的腳手架——體驗問題解決的過程

問題解決的本質是一種思維活動，思維貫穿于學生表征問題和找到解決問題的方法與結果的全過程．教師要搭建學生問題解決過程中的腳手架，注重物理情境的分析和物理模型的構建，形成解決問題的程序性知識，同時，要養(yǎng)成學生解決問題時的科學態(tài)度和良好習慣．

4.4 提供反思的平臺——豐富問題解決的策略

教師應盡可能多途徑地給學生提供自我評價與反思的平臺，合作探究、成果展示、自我完善、實驗操作等均是較好的平臺，除此之外，教師還要幫助學生加強對問題解決過程的認識，引導學生自覺地運用元認知知識調節(jié)與監(jiān)控問題解決過程，豐富學生的元認知體驗．

教師在教學活動中，注意到以上4個方面，對培養(yǎng)學生問題解決能力會有很大的幫助.