“問題解決”在中學物理課堂教學中的應用

【摘要】“問題解決”中的問題不同于現行教材中的例題、習題，它是指那些不能用現有的方法和步驟直接解決的，打破了常規模式，具有挑戰性的問題。就目前實際狀況來說，在“問題解決”教學中，應遵循從教材內容、從《大綱》要求、從學生的實際出發提出“問題”。

【關鍵詞】問題解決；形式；應用性；開放性

我們應立足于教材創設問題，把“問題解決”中的問題融于教材的教學之中，做到以教材中概念、規律、實驗等教學內容為基礎，以“問題解決”形式為主導，以思維過程為主線，既保證教學任務的完成，又培養學生“創造性的問題解決”的能力。下面就“問題解決”在課堂教學實施過程中結合自己的教學談些看法。

“問題解決”的形式設計概念、規律的教學過程

當前，我們要針對物理教學中存在的輕視物理概念、規律建立過程的傾向，加強形成概念和規律建立過程的教學，在這方面，“問題解決”的教學有其獨特的優勢。課本中的基礎知識對于學生來說是未知的，是屬于開放型的問題。如果我們按照“問題解決”的思路把“問題”作為教學的出發點，不直接展示結論，而是設置問題情境，提出帶有啟發性和挑戰性的問題，為學生提供動手、動腦的機會，引導他們運用觀察、分析、綜合、歸納、抽象、概括、類比、猜想等方法去研究、去探索，那么學生就能夠在學到具體知識的同時，學會怎樣接受問題、分析問題、解決問題，進而形成理性認識。按“問題解決”的形式設計教學過程，應該是當前在教學中實施“問題解決”的主要途徑，它的程序以及教師和學生在各個環節中的地位和作用可用下圖表示：

在“提出問題”階段，教師設計的“問題”是關鍵，它應符合可接受性、障礙性、探索性的原則。在“分析問題”階段，教師要從觀念和方法的高度啟發學生的思路，并針對學生的實際進行分層次指導，對于學習有困難的學生，可以把問題化小，做好鋪墊。教師還要組織學生進行必要的討論和交流，鼓勵學生在進行獨立探究的過程中培養毅力和堅忍不拔的精神。在“解決問題”階段，教師要幫助學生落實解答過程，把能力培養與基礎知識、基本技能的教學結合起來。在“理性歸納”階段，教師要結合“問題解決”的過程進行學法指導，并引導學生對問題的解答進行檢驗、評價、反饋、論證，進而上升為理論。在這一過程中，學生會逐步掌握一些新的學習方法，形成新的認知結構，同時，他們的創新能力也會得到更大的提高。

例如：在“動能定理”的教學中：教師創設問題情境，啟發探求思路，學生接受問題挑戰、探究與討論，最后教師理論概括和學法指導使學生形成新的認知結構。

具體程序如下，受到外力作用的物體，其動能怎樣變化？分析物體受到的力、速度和加速度變化分析各物理量之間的關系如FX的含義、 1/2MV²的含義、1/2MV²-1/2MV²o的含義，以及與牛頓第二定律關系，進一步研究：動能定理的試用范圍、動能定理告訴我們什么？物體動能變化的條件、物體受到變力作用物體做曲線？比較動能定理和運動牛頓第二定律優缺點；物體受到外力的作用動能一定變化嗎？

像這樣從學生的已有知識出發，通過“給路標”的方式，循序漸進地創設問題情境，啟發探求思路，組織學生進行必要討論和交流，具體解答分析各量物理意義，為后面提問提供理解平臺。通過“問題解決”的形式設計規律的教學過程，拉長了規律教學中的“知識鏈”，使學生對動量守恒定律的形成過程，真正做到心領神會，既有利于學生對概念、規律的理解和掌握，又培養了學生“提出問題，解決問題”的能力。

將例題、習題改造為“問題解決”的形式的題目。

一、改造為開放型問題

為了給學生創造更為廣闊的思維空間，讓他們嘗試進行“問題解決”式的研究，教師可以打破舊的模式，將一些常規性題目改造為不能依靠簡單模仿來解決的問題。比如將題目的條件、結論拓廣，使其演變為一個發展性問題；或者先給出結論，再讓學生探求條件；也可以改造成給出多個條件，需要整理、篩選以后才能求解的題目；還可以改造成要求運用多種解法或得出多個結論的題目，以加強發散性思維的訓練。

提出問題（例題1）

師：如圖1所示是一雙線擺，圖中L1、L2、α1、α2均為已知量，當小球垂直紙面做簡諧運動時，周期為多大？

生：小組討論

教師將學生的結果用投影儀投放出來，讓學生再次討論。

教師提示：用實驗驗證（怎樣驗證？）

學生動手：做一擺長L=H的單擺，如圖2所示，將它與雙線擺對比：讓兩擺同時擺動，發現兩者的周期相等。

師（追問）：若把圖一中的雙線打一個結變成如圖3所示的情景，當小球垂直紙面擺動時，周期又為多大呢？

討論問題

生：討論并得出“等效擺長”

師：若讓小球在紙面內做微小振動時，周期是否改變？

再次提出問題

師（再追問）：如圖4所示，半徑為R的光滑圓弧上面有一半徑為r的小球，試求：小球從A處自由釋放后，運動到最低點B的時間（R>>AB）。

小組討論：通過討論使學生的建模能力和解決實際問題的能力得到提高

二、改造為理論聯系實際的應用型問題

在教學中，我們可以選擇一些典型意義的生產或生活中的實際問題，給學生創設一個實際背景，讓他們通過認真分析，尋找模型，運用學過的知識和技能解決實際問題。這種改造要做到，應用背景的設計能夠為學生所理解，題目不宜過難，但應用的物理思想要比較深刻，以真正起到培養學生的應用意識的作用。同時這種題目的改造也要適度，不可沖淡必要的“雙基”訓練。

在物理實驗教學中，不僅要讓學生學會實驗的具體做法和一些實驗技能，還要引導他們學會研究物理問題的實驗方法，培養他們的物理創造思維（如常用的“控制條件”的實驗方法，間接測量的實驗方法，“以大量小”的實驗方法，測量微小量的疊加法、替代法、比較法等等）。

①以學生實驗為載體，設置“問題解決”形式，培養學生創造性思維能力。

如在用單擺測g實驗中，可以“以原理為中心”展開問題設問，從理論分析到實驗的具體操作，層層推進，實驗和思維有機配合，有效地訓練思維的邏輯性和深刻性。

學生通過廣泛聯系和運用所學的知識和方法，集思廣益，初步提出了近十種可能的實驗方案，其中一些不乏閃爍著創造性思維的火花。對此，再組織學生討論、辯析，對合理的加以肯定，不恰當的指出問題所在，對無法完成的方案闡明其原因。各種方案在一一論證以后，只要條件許可，都可組織學生自己動手操作，進行實際測量。

②改變演示實驗的做法，可把演示實驗“下放”給學生，可以是“教師導，學生演”——即邊學邊實驗，或者“師生同臺表演”。還可把驗證性實驗改為探索性實驗，讓學生有多動手、多思考、多探索的機會，有助于創造性思維的培養。改變演示實驗的教學，很重要的一個方面是使它具有啟發性、思考性、新穎性等。

③以設計性實驗為載體，培養學生創造性思維能力。

設計性實驗，往往須打破現成的實驗方案，在一些特定的要求和條件下，自行設計新的實驗方案和步驟，完成其實驗要求，由于這種設計具有較大的靈活性，需要學生牢固掌握基礎知識和基本方法的前提下富有創造力。因此，以設計性實驗為載體，是培養學生創造性思維能力的一條重要途徑。

在設計性實驗教學中，突破測量儀器的固有功能，去測量一些看似沒有因果聯系的物理量，這對培養學生的求異思維品質無疑是非常重要的途徑。

例如：提供一定容積的并盛滿清水的“可樂瓶”一只（瓶底有一小孔）、細線一根、米尺一把、小砝碼一只和用來盛水的桶一只。試估測水從此瓶底小孔連續流出的平均流量，并進行測量的誤差分析。

從題意來看：水的平均流量Q=水的總體積V/水流盡的時間t。從提供的條件來看：其中水的體積可從瓶貼的標簽上直接觀察得到（這里考查的是學生的觀察能力）；最困難的問題還在于，如何測量水流盡所用的時間？要想突破這個難點，需要從實驗方法上尋找解決辦法：用題目提供的細線與砝碼組裝成一單擺，用它作為一間接的計時儀器去替代秒表。它的擺長L可由米盡測出，周期可由公式T=2π算出，只要以此作為“參照量”數出水流盡過程中單擺全振動的次數N，即可測得時間t=NT。顯然，該題運用的是物理實驗中典型的替代法，即用已知的標準量去代替未知的待測量，以保持狀態和效果相同為判斷依據，從而求出待測量。

在設計性實驗中，即使實驗的目的和要求相同，但若實驗原理和實驗器材不同，實驗方案也往往具有多樣性，因此實驗教學中，若能選擇典型的課題，通過多種實驗方案的設計和實施，則可有效地訓練學生思維的廣闊性。

（作者單位：浙江省富陽市新登中學）