在高中物理問題解決教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生 思維發(fā)展

摘 要：如何解決現(xiàn)行的物理課堂教學(xué)模式與學(xué)生能力培養(yǎng)之間的矛盾，讓學(xué)生在實(shí)際物理課堂教學(xué)中充分發(fā)揮個(gè)性？“問題解決教學(xué)”作為一種先進(jìn)的教學(xué)模式代表，通過培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)、創(chuàng)設(shè)問題情境、指導(dǎo)養(yǎng)成深層表征習(xí)慣、運(yùn)用多種策略解決問題、做好總結(jié)反思與遷移應(yīng)用等途徑，有效促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中物理；問題解決教學(xué)；思維發(fā)展

現(xiàn)代教育強(qiáng)調(diào)“知識(shí)結(jié)構(gòu)”與“學(xué)習(xí)過程”，目的在于發(fā)展學(xué)生的思維能力，物理知識(shí)可能在將來被遺忘，但思維品質(zhì)會(huì)影響學(xué)生的一生，思維品質(zhì)的培養(yǎng)是物理教育的價(jià)值得以真正實(shí)現(xiàn)的理想途徑。現(xiàn)今，大多數(shù)高中物理課堂教學(xué)卻仍然采用教師講解、學(xué)生被動(dòng)聽的傳統(tǒng)教學(xué)方式，或教師提問、學(xué)生回答的所謂的“問題教學(xué)模式”，無法對(duì)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力進(jìn)行充分培養(yǎng)。如何解決現(xiàn)行的物理課堂教學(xué)模式與學(xué)生能力培養(yǎng)之間的矛盾？如何在物理課堂教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展？如何讓學(xué)生在物理課堂教學(xué)中充分發(fā)揮個(gè)性？“問題解決教學(xué)”作為一種先進(jìn)的教學(xué)模式代表，為解決這些問題提供了一條有效途徑。

一、培養(yǎng)問題意識(shí)，是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的前提

愛因斯坦指出：“提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要”。物理課堂教學(xué)應(yīng)重視保護(hù)和培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，多給學(xué)生多動(dòng)腦的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)深思善問。教師可以通過加強(qiáng)雙基訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生多觀察多自學(xué)，并創(chuàng)設(shè)民主的教學(xué)氛圍，開發(fā)批判性思維，引導(dǎo)學(xué)生提出高質(zhì)量的問題，培養(yǎng)學(xué)生敢問、會(huì)問、善問。在教學(xué)過程中，教師可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，傳授以下幾種方法：

1.因果法。如，學(xué)生看翻滾過山車錄像，翻滾過山車到了最高點(diǎn)，車和人都是倒著的，學(xué)生會(huì)提出車和人為什么不會(huì)一起掉下來呢？由此思考過山車的運(yùn)動(dòng)和受力情況。

2.擴(kuò)大法。如，在靜止的慣性參照系中成立的物理規(guī)律，在接近光速的參照系中是否還會(huì)成立？

3.極限法。如，現(xiàn)實(shí)世界是有摩擦力的，如果沒有摩擦力，世界上的事物將會(huì)變成什么樣？

4.逆反法。如，法拉第在研究電磁現(xiàn)象的過程中，提出既然電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)能否產(chǎn)生電流？經(jīng)過艱苦的實(shí)驗(yàn)探索和理論分析，發(fā)現(xiàn)了著名的法拉第電磁感應(yīng)定律。

二、創(chuàng)設(shè)問題情境，是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的載體

教師有目的地引入、創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相輔的生動(dòng)具體的問題情景，將間接知識(shí)轉(zhuǎn)化為直觀內(nèi)容，能夠激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、找準(zhǔn)探究的方向。在物理“問題解決”教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)問題情境的常用方法有：

1.通過實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手實(shí)踐或觀察演示，在學(xué)生的大腦中形成完整清晰的物理情景，提高創(chuàng)造性思維發(fā)展。

2.引導(dǎo)、提醒學(xué)生留心觀察生活中的物理現(xiàn)象，聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際創(chuàng)設(shè)物理問題情景，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

3.充分展現(xiàn)一些假象，引起學(xué)生爭(zhēng)論，設(shè)置問題糾錯(cuò)情景，給學(xué)生帶來思維沖擊，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰Α?/p>

4.通過對(duì)舊知識(shí)的再現(xiàn)，建立新舊知識(shí)的聯(lián)系，揭示出舊知識(shí)的矛盾，由舊知識(shí)的拓展引出新問題情景，起到溫故知新的作用。

三、培養(yǎng)學(xué)生問題表征能力，是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的關(guān)鍵

“如果一個(gè)問題得到正確的表征，可以說它已解決了一半?！苯^大多數(shù)物理學(xué)不好的學(xué)生在解決問題時(shí)，常在這一環(huán)節(jié)上感到困難，因此教師應(yīng)重視對(duì)學(xué)生問題表征能力的訓(xùn)練。在物理“問題解決”教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生問題表征能力的常用方法有：

1.培養(yǎng)學(xué)生語言符號(hào)轉(zhuǎn)換能力。問題中的一些關(guān)鍵字、詞、句要耐心的推敲和仔細(xì)的體會(huì)，在很多情況下，這些字、詞、句都可能隱含著某一個(gè)或深或淺的條件、過程或某種狀態(tài)，這些因素是解題成功的關(guān)鍵。教師可以指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題，捕捉問題要點(diǎn)，準(zhǔn)確把握問題的已知條件和目標(biāo)。

2.指導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成明確物理過程、圖解物理關(guān)系的習(xí)慣。在物理“問題解決教學(xué)”過程中，教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生在讀題時(shí)，自覺分析物理過程，并用語言或過程圖描述出來，分析各過程之間的聯(lián)系點(diǎn)，通過畫力圖、運(yùn)動(dòng)過程圖等，在圖中標(biāo)注相關(guān)物理量，把文字表征轉(zhuǎn)化為圖像表征，并通過合理的轉(zhuǎn)換，使之與學(xué)生已形成的圖式相類比，才能真正達(dá)到深層表征。

3.引導(dǎo)學(xué)生完善知識(shí)結(jié)構(gòu)、深層挖掘問題。教師應(yīng)經(jīng)常幫助、提醒學(xué)生構(gòu)建和完善知識(shí)結(jié)構(gòu)框架，扎實(shí)掌握物理規(guī)律、原理，將問題原型同化于自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，在問題教學(xué)的表征過程中才能準(zhǔn)確的找到已知條件和適用原理的聯(lián)系。

例1 某題“一列車的制動(dòng)性能經(jīng)測(cè)定。當(dāng)它以20m/s的速度行駛時(shí)，制動(dòng)后須40s才停下。現(xiàn)以20m/s的速度在水平軌道上行駛，司機(jī)發(fā)現(xiàn)前面180m處的一小車以6m/s的速度同向行駛，于是立即制動(dòng)，是否會(huì)發(fā)生撞車事故?！?/p>

學(xué)生在審題時(shí)應(yīng)自主畫出運(yùn)動(dòng)過程圖，并在圖中標(biāo)出題目所給的物理量，將文字表征轉(zhuǎn)化為物理符號(hào)表征和圖像表征，如圖1。畫草圖、表物理量的訓(xùn)練很重要，既可以將復(fù)雜的文字信號(hào)用直觀的圖像表示出來，又可以形象的表現(xiàn)出物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和它們之間位置關(guān)系等。

本題中有一隱含條件，即至少在什么情況列車與貨車不相遇，兩車就一定不會(huì)撞上。一些學(xué)生不經(jīng)深入思考就提出當(dāng)列車停下時(shí)，若還未遇到貨車就不會(huì)撞上。這樣學(xué)生就在問題表征上出了錯(cuò)誤，后面的解題自然也都錯(cuò)了。引導(dǎo)學(xué)生再分析：列車一直在做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)列車速度減到6m/s時(shí)還不相遇，列車?yán)^續(xù)減速，而貨車是做勻速運(yùn)動(dòng)，接下來列車小于貨車速度了，就再也追不上了。所以應(yīng)該是當(dāng)列車速度減到與貨車相同時(shí)，若還未遇到貨車就不會(huì)撞上，否則相撞。

四、運(yùn)用多種策略解決問題，是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的核心

在問題解決教學(xué)中，解決問題是核心，指導(dǎo)學(xué)生解決問題的常用策略有：

1.探究式解決問題策略。該策略旨在讓學(xué)生在問題解決的過程中，獲得情感體驗(yàn)，理解物理價(jià)值。教師通過提出問題，引導(dǎo)學(xué)生用“猜想——假設(shè)——驗(yàn)證”的方式來進(jìn)行探究，嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法來解決，認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律，使其樂于探究物理世界的奧秘，體驗(yàn)探索自然規(guī)律的困難與喜悅。

例2 在學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力時(shí)，提出問題：滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)？

猜想與假設(shè)：請(qǐng)你根據(jù)生活中的經(jīng)驗(yàn)和已有的知識(shí)，針對(duì)這一問題，提出多個(gè)可能的猜想。

猜想： （學(xué)生猜想問題的可能成因：可能與物體的重力有關(guān)；可能與接觸面的粗糙程度有關(guān)；可能與接觸面的大小有關(guān)；可能與接觸面間的壓力有關(guān)；可能與物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)；可能與物體的運(yùn)動(dòng)方式有關(guān)等。）

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：針對(duì)你的猜想，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證猜想是否正確。

實(shí)驗(yàn)方案及主要步驟：

分析與交流：每個(gè)研究小組派一名代表說明探究結(jié)果，學(xué)生與老師總結(jié)歸納得出結(jié)論。

2.分層推進(jìn)解決問題策略。在問題解決教學(xué)中，教師可以采用分層推進(jìn)的策略提出問題，一個(gè)問題解決后往往會(huì)引發(fā)新的問題，同時(shí)必然引出解決新問題的方法。這樣循序漸進(jìn)、逐步深入，不但可以照顧到各層次學(xué)生的接受水平，更重要的是，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣重新發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，符合學(xué)生心理發(fā)展的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

例3 學(xué)習(xí)“產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”時(shí)，可先后提出三個(gè)問題，讓學(xué)生邊做實(shí)驗(yàn)邊思考：（1）閉合電路中部分導(dǎo)體在蹄形磁鐵內(nèi)運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生電流嗎？這是什么原因？（2）導(dǎo)體不動(dòng)，蹄形磁鐵運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生電流嗎？為什么？（3）在閉合（或斷開）開關(guān)瞬間，接有通電螺線管的電路也能產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？為什么？

隨著問題的不斷推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生深入到問題的本質(zhì)，以促進(jìn)學(xué)生思維能力的提高。

3.靈活運(yùn)用各種方法。教師要注意積累各種問題的解決方法，構(gòu)建各類問題的原型，并結(jié)合具體物理問題，指導(dǎo)學(xué)生掌握這些問題解決方法。常見的物理問題解決方法有類比法、控制變量法、等效替代法、圖像法、逆向思維法等，利用這些方法進(jìn)行訓(xùn)練，能有效地培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力。

五、總結(jié)反思與遷移應(yīng)用，是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的歸宿

做好總結(jié)反思與遷移應(yīng)用，學(xué)生才能站在一個(gè)更高的位置來思考和審視自己的學(xué)習(xí)情況，真正的成為學(xué)習(xí)的主人?？偨Y(jié)反思與遷移應(yīng)用主要有四方面：

1.解決問題過程中，及時(shí)作出評(píng)價(jià)和監(jiān)控，根據(jù)反應(yīng)情況及時(shí)調(diào)整策略和行為；

2.問題解決后，對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、分析不足，完善“問題原型”，概括有效的學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)方法，便于以后解決物理問題時(shí)借鑒；

3.進(jìn)行一題多解、一題多變、一法多用的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，積累豐富的應(yīng)用學(xué)習(xí)策略的經(jīng)驗(yàn)， 將陳述性知識(shí)升華為程序性知識(shí)，并同化于自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，從而培養(yǎng)靈活的分析解決問題能力。

例4 如圖2所示，長s=7.5m/s的水平傳送帶以5m/s的恒定速度運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在其左端A處將一工件輕輕放上，工件被帶動(dòng)傳送到右端B處，已知工件與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，試求工件經(jīng)多長時(shí)間由傳送帶左端A運(yùn)動(dòng)到右端B？

在解決此題后，通過一題多變的方式，讓學(xué)生更深刻理解傳送帶上的物體所受摩擦力的判定，掌握物體運(yùn)動(dòng)的過程分析，逐步提升到更復(fù)雜的斜面問題。

由題意得知，工件從靜止開始勻加速到與傳送帶相同速度，工件需移動(dòng)位移為2.5m，工件先做2.5m的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，再隨傳送帶做5m勻速直線運(yùn)動(dòng)。

[變式一]若傳送帶長s=1.5m呢？

分析：工件還未加速到5m/s，就到右端B，所以工件一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

[變式二]若工件以5m/s放上傳送帶呢？

分析：工件將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

[變式三]若工件以7m/s放上傳送帶呢？

分析：工件受到向后的摩擦力，先做勻減速運(yùn)動(dòng)，再隨傳送帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

通過這一系列的變式，做到遷移應(yīng)用，開拓學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生多角度思維能力。

4.安排有開放性的、探究性的練習(xí)，布置實(shí)踐活動(dòng)或小論文，拓展創(chuàng)新領(lǐng)域，開闊學(xué)生創(chuàng)新思路，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

總之，在高中物理課堂中嘗試運(yùn)用“問題解決教學(xué)”模式，通過培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)、創(chuàng)設(shè)問題情境、培養(yǎng)學(xué)生問題表征能力、運(yùn)用多種策略解決問題、做好總結(jié)反思與遷移應(yīng)用等途徑，能有效促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

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