問題——思維的體操,創(chuàng)新的源泉

問題解決教學(xué)法是利用系統(tǒng)的步驟，指導(dǎo)學(xué)生思考、探索和解決問題，以達(dá)到啟迪學(xué)生思維和培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的一種教學(xué)方法。它具有激勵(lì)性和自主性、探索性和創(chuàng)造性、應(yīng)用性和綜合性等特征。它以問題為起點(diǎn)，將問題貫穿整個(gè)教學(xué)過程，問題成為教學(xué)活動(dòng)的主線和不斷深化、延續(xù)的紐帶。地理研究性學(xué)習(xí)則是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下，從學(xué)習(xí)生活和社會(huì)生活中選擇和確定研究專題，通過類似地理科研的方式，主動(dòng)獲取知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)、解決問題的一種學(xué)習(xí)活動(dòng)。其主要內(nèi)容有：地理學(xué)科教學(xué)內(nèi)容中的問題、方法、規(guī)律的探究；實(shí)驗(yàn)方法、學(xué)習(xí)方法的改進(jìn)與研究；與中學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)與水平相適應(yīng)的社會(huì)、生產(chǎn)、生活等問題的探索性研究；一些實(shí)用的工具設(shè)計(jì)或制作；有關(guān)活動(dòng)的策劃、設(shè)計(jì)與組織等。從研究性學(xué)習(xí)的定義和內(nèi)容可看出，研究性學(xué)習(xí)是以問題為載體，圍繞問題的提出和解決來組織學(xué)生學(xué)習(xí)的活動(dòng)，其精髓是綜合性、探究性和活動(dòng)性。研究性學(xué)習(xí)過程即問題解決過程。在研究性學(xué)習(xí)中運(yùn)用問題解決教學(xué)法指導(dǎo)學(xué)生的地理探究活動(dòng)，不僅能使問題成為學(xué)生思維的體操，更能使問題成為學(xué)生創(chuàng)新的源泉。

本文以《可拆式經(jīng)緯網(wǎng)儀的制作》為例說明問題解決法在研究性學(xué)習(xí)中的運(yùn)用。

一、創(chuàng)立問題，建構(gòu)問題框架

好的研究問題是成功的一半，但并非所有問題都適用于研究。研究問題的選擇應(yīng)著眼于以下方面①要適合學(xué)生的知識(shí)程度，使問題落在學(xué)生的“最近開發(fā)區(qū)”，學(xué)生既需深思熟慮，又要力所能及；②要有教育價(jià)值，使學(xué)生在研究這個(gè)問題后能夠獲得有用的知識(shí)、養(yǎng)成科學(xué)的思維方法；③要切合學(xué)生當(dāng)前需要或未來生活、工作、學(xué)習(xí)的需要，以激發(fā)他們研究問題的興趣。因此老師應(yīng)敏銳地抓住學(xué)生思維的火花，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)立研究問題，在“經(jīng)緯網(wǎng)”的教學(xué)中，學(xué)生常會(huì)提出下列問題“怎樣快速準(zhǔn)確地判斷某一地點(diǎn)所處的半球？為什么有的同學(xué)老是混淆經(jīng)線和緯線，做題時(shí)老是判斷錯(cuò)？東、西半球的分界線為什么不是0°經(jīng)線和180°經(jīng)線？老師怎么知道經(jīng)過廈門的經(jīng)線度數(shù)是118°，緯線度數(shù)是24.5°？”直至有一天，學(xué)生提出：“在湘教版七年級(jí)上冊(cè)地理課本圖2-13中，為什么面積較大的澳大利亞大陸看上去比格陵蘭島小？”“為什么地球儀都是固定的，有沒有活動(dòng)地球儀，能讓我們拆裝？”“能不能做一個(gè)活動(dòng)地球儀？讓同學(xué)們?cè)谕嬷袑W(xué)，學(xué)中玩呢？”是啊，能不能指導(dǎo)學(xué)生制作一種能直觀反映經(jīng)緯線和地圖相關(guān)知識(shí)的活動(dòng)式地球儀，解決這些問題？我們請(qǐng)學(xué)生詳細(xì)寫出想要解決的問題，畫出設(shè)想中的組裝式地球儀。

根據(jù)學(xué)生提出的問題，老師鼓勵(lì)學(xué)生多角度看問題，要求學(xué)生確定問題的重難點(diǎn)，分析已知信息和未知信息之間的內(nèi)在聯(lián)系，思考解決問題的方向途徑，建構(gòu)出具有操作意義的問題框架（圖1）。

二、初探問題，確立項(xiàng)目方案

首先，老師借助實(shí)物演示，讓學(xué)生明確制作可拼裝地球儀是要解除學(xué)習(xí)中的困惑，理解經(jīng)緯線的相關(guān)知識(shí)，所以應(yīng)從二面角、線面角的含義，經(jīng)度和緯度的設(shè)置原理、圓柱切投影地圖繪制原理等方面去尋找線索，查閱收集資料。

其次，幫助學(xué)生分析這一項(xiàng)目實(shí)施的條件性資源：

①學(xué)生資源：對(duì)地球奧秘有強(qiáng)烈探求欲。有美術(shù)功底。愛拼裝玩具，擅長操作。想象力豐富，理解力較強(qiáng)。

②學(xué)校資源：地理老師可幫助學(xué)生掌握相關(guān)的原理；綜合實(shí)踐教研組老師可提供設(shè)計(jì)制作、材料選擇等方面的幫助。學(xué)校對(duì)創(chuàng)新活動(dòng)的大力支持（資料、資金、場所、指導(dǎo)教師、活動(dòng)時(shí)間安排等）。

③家庭資源：家長從事網(wǎng)絡(luò)管理工作，能提供收集信息、資料等方面的方法指導(dǎo)；支持孩子參加創(chuàng)新活動(dòng)。

最后，老師給出如下建議：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注重可以拆裝的同時(shí)，要能反映經(jīng)緯度的設(shè)置原理；尺寸應(yīng)有精確的數(shù)據(jù)；選用的材料要安全輕便耐用；制作可尋求經(jīng)驗(yàn)豐富的綜合實(shí)踐教研組老師的幫助；可向?qū)W校申請(qǐng)活動(dòng)資金，使用學(xué)校制作室；結(jié)合研究性學(xué)習(xí)，制作一個(gè)精巧作品，參加青少年創(chuàng)新大賽工程類比賽。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生修正了問題的框架（圖2）

經(jīng)過細(xì)致的交流、分析、研討，學(xué)生對(duì)制作活動(dòng)式地球儀有了信心。由于該方案主要展示經(jīng)緯網(wǎng)的相關(guān)原理及運(yùn)用，所以師生確立了名為《可拆式經(jīng)緯網(wǎng)儀的制作》這一研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目。

三、再探問題，完成項(xiàng)目制作

1.學(xué)生設(shè)計(jì)、繪制、修改結(jié)構(gòu)圖，并在家長指導(dǎo)下根據(jù)所繪圖形完成電腦繪圖（圖3）

2.完善結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)零件，選定材料

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，師生走訪了我校綜合實(shí)踐教研組的吳老師，在他的幫助下，根據(jù)項(xiàng)目的預(yù)設(shè)功能設(shè)計(jì)出零件，補(bǔ)充完善了結(jié)構(gòu)圖和縱截面示意圖。利用學(xué)校制作室進(jìn)行簡易制作，反復(fù)試驗(yàn)，經(jīng)過比較，最后選定了以下材料：

3.聯(lián)系廠家，加工制作，實(shí)驗(yàn)檢測

結(jié)構(gòu)說明：旋轉(zhuǎn)經(jīng)度指針、緯度指示盤（緯圈圓盤）與定距塊，間隔套在中軸上，可與中軸配合滑動(dòng)。中軸的南北兩端用鋁合金端蓋及橡膠隔板通過緊固件與中軸連接，形成南北兩極緊鎖結(jié)構(gòu)。磁性連接件間隔均勻分布在各緯度指示盤外緣，以便吸附經(jīng)度指示條（經(jīng)線）。同時(shí)使各條經(jīng)線可在鋁合金端蓋下插入嵌進(jìn)，交于極點(diǎn)。作品的底座、緯度指示盤、定距塊、經(jīng)度指示條和連接件均可十分方便地拆裝，并可根據(jù)需要對(duì)緯度指示盤和經(jīng)度指示條進(jìn)行數(shù)量增減。

四、解決問題，成果展示運(yùn)用

在研究過程中，除了較好地解決了所研究的問題外，學(xué)生還有三項(xiàng)意外收獲：理解了正軸投影圖（極地投影）、橫軸投影（赤道投影）的繪制原理，并用作品對(duì)這兩種投影做出了完美的詮釋；展示了地球球面上任意兩點(diǎn)（如A、B）間的最短距離為經(jīng)過兩點(diǎn)間大圓的劣弧長；還可用本作品構(gòu)建成雙曲線型等旋轉(zhuǎn)體教具模型，供立體幾何教學(xué)使用。這樣，作品功能遠(yuǎn)比預(yù)期的多。主要有：演示球面圖形轉(zhuǎn)化成圓柱切投影圖的過程，解釋在這類投影圖上澳大利亞顯得比格陵蘭島大的原因；演示經(jīng)緯度的設(shè)置原理；東西半球、南北半球的范圍；演示地球表面任意兩點(diǎn)的最短球面距離；演示極地俯視圖的繪制原理；利用本項(xiàng)目旋轉(zhuǎn)體特性，還可組裝為多種旋轉(zhuǎn)體教具，用于立體幾何教學(xué)。

本作品因其結(jié)構(gòu)和功能有較多的創(chuàng)新點(diǎn)，榮獲了全國第25屆青少年創(chuàng)新大賽工程組比賽的二等獎(jiǎng)。并獲國家發(fā)明專利，專利號(hào)為200920138814.6。

五、評(píng)價(jià)反思，提出新的問題

《可拆式經(jīng)緯網(wǎng)儀》具有靈活多變、直觀實(shí)用的特點(diǎn)。它作為教具和學(xué)具，零配件體積小，易攜帶，既便于動(dòng)手操作，又能加深對(duì)經(jīng)緯網(wǎng)相關(guān)知識(shí)的理解應(yīng)用。在研究制作過程中，學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)地理、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，使學(xué)習(xí)更有針對(duì)性和實(shí)用性，學(xué)生親身體驗(yàn)到學(xué)科間的融會(huì)貫通、學(xué)習(xí)的實(shí)用價(jià)值。在不斷與老師、家長、廠家進(jìn)行交流溝通時(shí)，學(xué)生的表達(dá)、交往等能力得到了鍛煉；動(dòng)手能力、繪圖讀圖能力、查找收集資料能力等逐漸加強(qiáng)。這一項(xiàng)目的制作過程讓學(xué)生嘗試了地理科研過程，學(xué)會(huì)了撰寫開題報(bào)告和研究報(bào)告。隨著研究的深入，知識(shí)面的拓展，學(xué)生的思考探究不斷深化，問題意識(shí)和探究能力明顯增強(qiáng)，思維不斷飛躍，新問題、新想法不斷涌現(xiàn)，再研究、再探索得以實(shí)現(xiàn)，使得該作品的功能越來越多，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面有了更多的突破，從全國第25屆青少年創(chuàng)新大賽中脫穎而出，得到了工程類和地理類評(píng)委的一致認(rèn)可。不過，作為學(xué)具，對(duì)農(nóng)村學(xué)生來說，制作成本過高；一些同學(xué)由于缺乏地圖投影的背景知識(shí)，在課時(shí)緊張的情況下，對(duì)投影變形等知識(shí)的掌握仍感困難。為此，學(xué)生提出若能在球心安裝一個(gè)點(diǎn)光源直接將投影情況顯示出來就更好了，并帶著這一問題自行請(qǐng)教物理老師。師生共同探究的結(jié)果是：由于這個(gè)作品是通過中軸活動(dòng)連接的，點(diǎn)光源只能置于中軸內(nèi)部，而中軸材料對(duì)光的折射、散射等作用使其無法展示投影原理。那么是否能用磁懸浮原理造一個(gè)更為有趣的活動(dòng)經(jīng)緯網(wǎng)儀呢？又一個(gè)新問題產(chǎn)生了……

縱觀《可拆式經(jīng)緯網(wǎng)儀制作》這一項(xiàng)目的研究過程，我們欣慰地看到：學(xué)生能不斷地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，積極主動(dòng)地去設(shè)法解決問題。這一研究性項(xiàng)目改變了以教師為中心的教學(xué)模式，取而代之的是以學(xué)生為中心的問題解決教學(xué)模式。它的有效運(yùn)用，不僅激發(fā)了學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，拓展了學(xué)生的思維，為學(xué)生提供了跨學(xué)科學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)了學(xué)生的技能，而且為教師與學(xué)生、家長與孩子營造了建立和諧關(guān)系的溫馨氛圍，達(dá)到了真正意義上的老師指導(dǎo)下學(xué)生自主探究、家長社會(huì)共同參與的目的。也讓我明白：只要煉就一雙慧眼，捕捉學(xué)生問題中的閃光點(diǎn)，鼓勵(lì)幫助學(xué)生探究解決這些問題，學(xué)生思維的體操必定璀璨奪目；創(chuàng)新之泉必將永不枯竭。

（作者單位：福建省廈門市第六中學(xué)）