普通物理實驗教學中的“提出問題”

王 震,丁永文,杜 木

(遼寧師范大學物理與電子技術學院,遼寧大連116029)

1 引 言

本文所涉及的“問題”,有其特定的科學內涵,由認知心理學、教育心理學原理可知,“問題”是指在目標確定的情況下,卻不明確達到目標的途徑或手段.運用自己的已有知識去成功地尋找達到目標的手段或途徑的過程,就是“問題解決”[1].所有問題都含有3個基本成分:

1)給定.一組已知的有關問題條件的描述,即問題的起始狀態.

2)目標.有關構成問題結論的描述,即問題要求的答案或目標狀態.問題解決就是要把問題的給定狀態轉化為目標狀態.

3)障礙.正確的解決方法不是直接的、顯而易見的,必須通過一定的思維活動才能找到答案,達到目標狀態.如果沒有障礙,問題解決實質上成了回憶,而不是真正的思維過程[2].

任何一個真正的問題,都是由這3個成分組成的.問題的條件和目標之間有著內在的聯系,但是要把握這種聯系,其間存在著障礙,需要進行思維活動.因此,在最終的問題解決之前,可能會有一些錯誤和曲折,要經過許多的步驟.大學普通物理實驗課是大學生接受系統科學實驗方法和實驗技能訓練的開端[3],也是學生日后進行綜合性和設計性實驗的基礎.綜合性與設計性實驗的內容從問題的提出到問題的解決,都需要學生具備較好的思維能力.發現問題、提出問題,是解決問題的前提,也是創造性思維的重要組成部分.實驗離不開思維,依靠思維設計實驗方案,依靠思維分析實驗結果,依靠思維進行嚴密的推理,依靠思維總結物理理論等[4].我們在對學生進行基本實驗訓練的同時,要展開對學生思維能力的培養.

2 思維與提出問題

2.1 實驗教學中學生思維上存在的不足

筆者通過實驗教學以及學生在課堂上的表現,發現學生思維上存在的不足主要表現在:實驗思路不清晰,對于實驗中要做什么、該如何去做、應該得到什么現象,沒有清晰的思路;思路過于局限,除了教師講的思路外,很少再去思考其他思路;不善于運用物理思維的基本方法,如比較、抽象、概括等方法來思考問題;思維時常處于無問題的意識,缺少主動發現問題的精神,很少或幾乎沒有向教師和同學提出過問題;缺少對思維過程的自我檢查和自我調節,表現為過多地把功夫用在儀器的操作上,習慣于用反復嘗試錯誤的方法來解決問題,總是在遇到問題時才尋找原因;不能主動地對實驗結果進行自我評價;不善于反思實驗中的收獲和教訓.學生思維上存在的這些不足與學生理論知識的掌握程度、學生的學習動機、教師的教學方式等多方面有關,我們認為教學方式是影響學生思維發展的一個重要方面.

2.2 實驗教學中的提出問題

思維總是與問題聯結在一起,問題是思維發展的動力.以往的實驗教學中,教師常常只注重讓學生去做實驗,遇到問題時再進行指導,而較少會去考慮精心地設計、提出一些指向學生思維的問題.在我國,早在兩千多年前,孔子就提出“疑是思之始,學之端”、“學而不思則罔,思而不學則殆”,他要求學與思要相結合,高度評價了問題在思維活動中的重要性.可見與思維聯結的問題需要具有一定的難度,能夠引起學生的認知失衡,需要經過仔細思考才能夠解答的疑難或矛盾.而一些只需要簡單記憶檢索或沒有重要認知成份參與就可解答的問題,如“實驗預習了嗎?”“測得的數據是多少?”等,這類問題難以促進學生思維的展開,不是認知心理學所特指的“問題”的概念,以下所論述的“問題”,均為認知心理學中定義的“問題”概念.

在實驗的課堂上,我們把提出問題作為一種有效的教學活動,通過有意地提出問題,讓學生思考、設計和解決,教學的主要目的是對思維的訓練,同時學生也逐步地學會了在探究的情境中提出問題,使提出問題又成為了學生的一種學習活動,促進了自身思維的發展.下面就以普通物理實驗中全息照相術實驗為例,談談提出問題對學生思維培養所起到的積極意義.

3 提出問題對學生思維能力的培養

3.1 提出問題有助于觸發學生注意的喚醒水平,啟動思維

喚醒水平是一種一般的警覺程度,能使我們的注意系統活躍起來,去接受知覺的輸入.思維的進行離不開注意,注意使思維集中地指向認知活動的對象[5].心理學的實驗證明[5],適度的喚醒水平能使學生的注意力集中,思維靈活運用,容易發現事物的關鍵線索,解決問題.為此,我們在教學中提出難度適宜,具有新穎性和獨特性的問題,讓學生保持高度的喚醒水平,投入較多的注意資源,調動思維積極參與來解決問題.例如,照完全息片后,教師問學生,如果3個照相底片混在一起,其中一個是全息照相片,一個是光柵常量大的光柵片,一個是光柵常量小的光柵片,在不利用參考光和顯微鏡的情況下,如何分辨這3個片子各是什么?這個問題既聯系到當前的實驗,又涉及到學生已經學過的有關光柵方程的理論知識,難度適宜.而且從3個相片在感知水平上看完全相同,這對學生來說更具有濃厚的吸引力.學生此時增加了注意資源的投入,思維內部會產生一種自我刺激、自我發展,促進已有知識的提取,來解決問題.

3.2 提出問題有助于促進學生思維的層層深入

在實驗教學中,常常會把實驗內容中關鍵性的、難于理解的問題分解為一個個小問題,一環扣一環地提出問題.分解后的小問題,會變得簡單、層次清楚,有益于學生運用比較、判斷、推理等思維形式解決問題.在教師提問的過程中,學生的注意力集中,大腦皮層處于活躍激發狀態,對事物感受性提高,思維表現出更為深入地、邏輯清晰地思考問題.例如,全息照相的重點是需要學生在對干涉原理理解的基礎上,正確地調出物光束和參考光束的相干光束的光路.實驗中,先讓學生動手調節光路,待學生調節了一段時間,頭腦中對光束有了感性認識之后,我們逐步地提出問題.比如,一個好的干涉光路需要滿足哪些條件?為什么要滿足這些條件?你是否弄清楚了儀器臺上各鏡的性質?具體如何調節光路?如何檢查和判斷光路已經調好?教師提出的這些問題向學生展示了一個清晰的調節思路,既要求學生善于把握住光路調節的本質,又需要學生聯想到已經學過的干涉原理,弄清楚儀器臺上各鏡的性質,還需要學生運用判斷、推理等思維形式來檢查和判斷光路.問題的運用對思維的刺激程度遠超過了教師的一般講解,讓學生的思維得到深入地發展.

3.3 提出問題有利于發揮學生思維的獨創性

美國創新思維學者迪伯諾曾言:“思維的目的不在于求正確,而在于求有效.”對于同一個問題,教材中一般只介紹一種解決問題的方法,但為達到解決問題的目的,其中可能隱含著多種方法.教學中我們引導學生不依賴于現成的說法,鼓勵學生要善于采用新的思維方法來理解問題,發表不同見解.

教師在能引起學生發散性思維或學生認識上易發生矛盾、有爭議性的地方設計好問題,組織學生討論.在參與學生的討論時,教師主要是傾聽學生的思路,對學生的回答要暫緩評價,以促進學生們踴躍發言,借此引出多種想法.我們發現在討論中,學生們會有意識地注意到他人的思維過程,體會思路上的差異,正確地評價別人和進行自我評價.例如,拍攝完全息光柵片后,學生認為完成了任務,沒有學生再對片子做更進一步的探究.此時教師提出問題,有哪些方法可以測量光柵片的光柵常量?問題的提出對學生的思維具有一定的拓展性,誘導學生進一步地探究.在這個問題的激勵下,學生又進行了獨立思考,提出了多個新穎的測量方法,體現出了思維的獨創性.

3.4 提出問題有利于學生對思維過程的監控

在整個實驗過程中,精心設計具有啟發性的問題,將實驗的原理、思想、方法自然而然地滲透到問題中.學生會邊操作邊思考,有意識地將自己的思維活動作為思考的對象,不斷地對其進行反思、調節和修正.比如,學生認為光路已經調節好了,讓教師檢查光路,教師肯定了學生光路調節得還不錯.就在學生自以為結束時,教師發現2束干涉光強度不夠,便不失時機地提出問題,你認為你的光路能得到好的全息圖嗎?學生在問題的啟發下,依據光路調節的要求,重新審視自己的操作,體會出要想得到好的全息圖,干涉光束應強些.如何使光束變強?該怎么改進?學生學會了向自己提出問題,重新動手調整光路.教師反思性問題的提出,使學生自覺地進行反省.解決問題的過程中,學生還學會了向自己的思維主動地提出問題.

3.5 提出問題能促進學生問題意識的形成

愛因斯坦的一段話[6],“提出一個問題比解決問題更重要,問題的解決可能只是涉及數學或實驗技能,但提出新問題、新的可能性或從新角度來關注舊問題,則需要創造性的想象,常常標志著科學的真正進步.”有問題意識才會有積極主動的思維,課堂上有強烈問題意識的學生,能隨時感受和發現認知活動中存在的問題,他們多數表現為好問、深問的思維特點.而有的學生只停留在回答教師提出的問題上,不會質疑,說明這些學生還沒有學會思考.要學會思考,就要養成提出問題的習慣.

在探究規律的過程中,養成提出問題的習慣,這個習慣是一種良好的思維習慣[7].比如,在實驗預習時,學生就應該向自我提問,為了能順利地完成實驗,需要復習哪些知識?實驗需要的技能掌握得熟練嗎?實驗過程中問自己,清楚自己的每一步操作嗎?調節出的光路和要求的情況進行對比分析了嗎?該如何調整?實驗結束時問自己,實驗結果怎么樣?弄清楚了全息照相的基本思想了嗎?全息照相與普通照相的區別是什么?學生需要逐步地具有良好的提出問題的意識.我們精心地提出問題,啟發學生思維的同時,鼓勵學生提出問題.學生經歷思考的過程,會逐漸地形成問題意識.

4 幾點建議

4.1 實驗教師的教學觀念

觀念影響著人們的行為,實驗教師的教學觀念會影響教師對這門課的理解以及所采取的教學行為.以往的實驗教學過多地強調學生“做”實驗,而不是強調學生“學會”做實驗.由于教科書對實驗的目的、內容、方法、步驟乃至記錄表格都一一俱全,學生做實驗大都是機械式地進行,獨立思考問題的時候很少,這就在不同程度上束縛了學生思維的發展.在教學觀念上,教師應該把“提出問題”看作是一種有效的教學手段來運用.

4.2 教師提出的問題

教師在課前需要精心挑選問題.教師提出的問題,要具有較強的探究性,好的問題能夠激發探求意識;問題要有一定的啟發性,有利于學生掌握有關的實驗基本理論知識和實驗的思想方法;問題要有一定的發展空間,能引發學生提出新的問題和多方面的思考;問題難度要適中,問題過于簡單,不富有挑戰性,只需要較低的喚醒水平就可知覺到,不能激發學生的求知欲.問題過于復雜、抽象,需投入較高的喚醒水平,學生尋不到問題的線索,易形成認知障礙.面對問題難于解決所產生的過度緊張,會將認知障礙轉化為情感障礙,使學生對實驗課產生厭惡情緒.因此,教師要不斷地提高提出問題的能力.

4.3 學生進行思維學習

實驗不只是一種知識學習,更是學會思維方法的一種學習活動.教師要積極地鼓勵學生對思維活動進行自我監控,要讓學生意識到自己正在做什么、怎么做的,形成思考的習慣.教師可以采用提示語,例如:你為什么這樣做?你這個方法可行嗎?下一步你要做什么?你的實驗結論怎么樣?讓學生把認知活動自覺地指向思維本身,培養學生的問題意識.

5 結束語

綜上所述,我們在普通物理實驗的教學中,融入以“提出問題”為主的教學策略,感受到了問題在學生思維活動中的重要性,問題能深化學生的思維,能充分地調動思維積極、主動地參與當前的認知活動,同時促進了學生問題意識的形成,有效地推動了認知成分中思維的發展.

[1] 張大均.教育心理學[M].北京:人民教育出版社,2002:154-156.

[2] 王甦,汪安圣.認知心理學[M].北京:北京大學出版社,1992:277.

[3] 韓金元,桂維玲.普通物理實驗研究型教學探索[J].山東師范大學學報(自然科學版),2008,23(3):140-141.

[4] 田世昆,胡衛平.物理思維論[M].南寧:廣西教育出版社,1996:8.

[5] 李維.認知心理學研究[M].杭州:浙江人民出版社,1998:118-119.

[6] Einstein A,Infeld L.The evolution of physics[M].New York:Simon&Schuster,1938.

[7] 王少剛,劉仁培.開發綜合性實驗培養創新能力[J].實驗室研究與探索,2009,28(9):117-120.