影響高中生物理問題解決因素的探究

徐永山

一、物理問題及物理問題解決

1.什么是物理問題

“物理問題”既具有一般問題的共性又兼具物理學科的特色，它指的是利用物理知識（物理現象、概念、規律和假說）或物理思維方法才能解決的問題.這些問題能夠激發學生的探究欲望，使學生利用已有的知識通過邏輯思維、形象思維、靈感思維主動地建構新知識.它應滿足以下三個特性：可接受性、障礙性和探究性 .可接受性是指讓學生思考的問題應在學生的物理知識和思維能力范圍之內，能在學生的最近發展區激發學生學習興趣；障礙性是指學生不能直接運用現成知識或經驗得以解決，必須經過深入的思考運用物理知識或思維方法才能得到答案；探究性是指能夠激發學生的探究興趣，能夠引發學生的思維走向物質的本質.

結合于實際教學物理問題應有目的的指向于需要學習的物理概念、規律和方法，要使問題攜帶明顯的“物理”特征，而且問題要切合學生的學習“需要”、滿足學生的學習心理“需求”.

2.物理問題解決

美國人安德森（Anderson ）認為問題解決的過程是問題解決者克服障礙從問題的初始狀態出發，以實現目標狀態的過程，而問題解決的效果取決于問題解決者認知活動的緊張性和質量.就物理問題解決來看，應該關注具有一定難度的、需要一定程序和方法才能完成的過程性物理問題，因此，問題解決可以定義為有目的指向性的認知性操作序列.物理問題解決是一種高級形式的物理教學和學習活動過程，是一個發現、探究、解決和創新的過程，是在新的物理情境中思考和探索問題，努力尋找相關的概念、規律、方法去解決某一物理問題的心理過程.物理問題的解決需要認知主體主動、靈活的運用一系列的復雜認知技能，以實現物理解決能力和思維水平的綜合提升.

二、影響物理問題解決的因素

高中生解決物理問題的能力水平受諸多因素的影響.主要的影響因素有以下幾種：

1.物理認知結構

認知結構是個體原有觀點的全部內容和組織.每個個體的知識都是以獨特的方式組織的，從而構成了他們不同認知結構.良好的認知結構對于問題的表征和策略的采用都起十分重要的作用. 物理知識結構是物理學習內容中的基本概念、基本規律、基本觀念和基本方法的組織形式和相互聯系. 學生在物理學習的過程中常常出現“一聽就懂、一看就會、一做就錯”現象，究其原因在于解決物理問題不是簡單應用已有的知識的（更有甚者死記硬背、生搬硬套）過程，而主要是對物理信息與物理認知結構間進行加工、組合的動態過程.在此過程中學生不僅需要考慮物理問題所涉及物理概念、原理、方法的內容及它們之間形成的聯系，還要考慮物理概念、物理規律的正確的數學邏輯表征，解決問題時這些都需要學生獨立完成，從思維難度上說遠比“聽”、“看”難的多，學生在自己獨立解決問題需要用到復雜的邏輯判斷和推理.當學生頭腦中有與之相對應的知識組塊，問題將很快解決.當學生頭腦中沒有現成的合適知識組塊時（即新問題），就需要從基本的概念、定理或定律入手通過物理思維方法把物理信息進行重新加工，生成新的物理知識組塊儲存與認知結構中，這樣使得物理認知結構更加貫通、豐富和具體.解決物理問題能力就是體現在解決“新問題”的能力，要求能靈活的運用知識，面對新問題時要有重新組合知識、生成新知識組塊的能力.當然這種能力的提高必須依賴于完善、聯系緊密的認知結構的建立，所以學生的認知結構完善程度將很大程度地決定著其解決物理問題的能力.

2.物理思維能力

思維是物理智力活動的核心，一個人思維能力的高低將從根本上決定著其學習、獲得物理知識及運用物理知識解決問題的能力.物理思維能力主要包括：物理抽象能力、物理概括能力、物理判斷推理能力、物理分析綜合能力.

（1）物理抽象能力 在解決物理問題中，需要通過思維中的抽象，抓住主要因素忽略次要因素，把實際問題轉化為典型的物理問題或物理模型.因此抽象是物理學習中一項基本的能力.

（2）物理概括能力 找出一類事物的共同特征需要概括，認知結構的重新組合需要概括.概括可以使學過的知識和掌握的經驗按其各自的特征進行分類并歸納到一定類別的系統中，使得它們更加清晰、有序，形成完整的物理認知結構.學生的概括能力越高，就越能揭示以前沒有認識的同類新對象的實質，并將新對象納入到認知結構中，從而實現知識的順利遷移.

（3）物理判斷推理能力 物理學習中判斷首先表現在對物理概念合理性的判斷，其次表現在實際的問題情境中判斷其是否適用某一定理、定律或相關表達式.推理有歸納、演繹推理和類比推理三種.歸納推理是從一系列具體的事實中概括出一般原理的思維方法，物理中通過實驗觀察而得到的物理規律，一般都是歸納推理的方法.如：產生電磁感應條件、法拉第電磁感應定律、楞次定律等都用到了歸納推理的方法.演繹推理是一種必然性推理，它是從一般到個別的推理.在物理學習中演繹推理是由已有知識產生新知識的重要方法，它的演繹基礎是已經被實驗證實的物理原理，演繹出的推論是否正確還需要實驗的證實，所以物理中演繹推理是需要以實驗為基礎的，如“月-地檢驗”.類比推理是一種或然性推理，當發現兩個事物在某些屬性上相同或相似時，而推理出其他屬性頁可能相同或相似的間接推理方法.類比推理是一種從個別到個別的推理，其結論的可靠程度需要實驗來驗證，它是一種具有啟發性、探索性的推理方法，如：由“光的波粒二象性”類比得出“實物粒子的波粒二象性”.

（4）物理分析綜合的能力 物理分析綜合能力是指一種綜合性分析物理問題的能力，即在整體考慮下把問題分解局部進行研究，再把各部分組合為整體，綜合運用各部分物理知識得出正確結論的思維能力.①分析能力，物理現象和過程往往受各種因素制約，這些因素相互牽制又相互滲透，只有將它們隔離開來逐一進行分析，才能更加清晰的揭示這個因素與研究的現象和過程的關系，以便得出制約物理現象和過程的本質因素，例如，在探究實驗中經常用到的“控制變量法”.②綜合能力，物理學習中還需要學生擁有能從整體全面的綜合分析各種因素的能力， 如有些物理問題研究的過程同時會涉及不同物理板塊知識（力學、電磁學、熱學、光學等），這些知識跨度大，學生頭腦中沒有現成的知識組塊或物理模型，必須在頭腦中進行檢索、提取并重新組合相對應的物理知識，通過判斷、演繹、類比、數理結合等思維方法找到各個物理組塊知識之間的聯系，由此看來這樣的問題只能靠綜合分析才能得到解決.

3.認知障礙

在特定的具體物理問題情境中，常常會出現不利于問題解決的心理影響，它們是無意識的表現出來的，有心理原因、有智力因素、也有非智力因素，現以以下三點來分析.

（1）因物理學科自身因素造成的障礙.

物理本身比較抽象、難懂，容易使一些成績不理想的學生喪失學習物理的興趣，而造成興趣障礙.其次由于物理問題的解決需要復雜的物理思維，物理問題包含著多種因素的問題，有的是顯性因素，有的是隱性因素，而隱性因素在某些時候起到指導作用，有時又起到干擾作用.學生由于不具備對待隱性因素的心理適應能力，缺乏判斷是指導作用還是干擾作用的能力，從而造成對隱性因素的錯位理解，導致思維的障礙.所以在教學中必須注意引導學生仔細的識別物理現象、物理過程，讓學生學會全面的分析物理過程，深入挖掘隱藏在問題中隱性因素.

（2）學生自身因素造成的思維障礙.

學生的思維品質缺陷形成思維障礙，主要表現在：其一、思維片面性，學生在學習物理過程中不能全面的分析問題，只對事物的局部進行了解，沒能從整體上進行綜合分析，只是滿足于對事物的一知半解；其二、消極的思維定勢引起的思維障礙，在物理學習過程中，定勢思維有積極的一面，也有消極的影響.消極的定勢思維是指學生不自覺地把一種固有的思維方式“刻板”遷移到解決的物理問題中，限制了思維的活性；其三、邏輯思維引起的障礙，學生在學習物理概念和規律前，在頭腦中就有相關的“前概念”，有些前概念對概念、規律的形成起到消極的作用，如亞里斯多德的關于力與運動的觀點“力是維持運動的原因”一直伴隨著高中生學習.

（3）以數學形式代替物理思維引起的障礙.

物理問題的處理是離不開數學的定量研究的，然而學生在頭腦中建立的數學概念以及對數學問題的處理方式會在一定情景下遷移到處理物理問題中來，運用了絕對化、脫離物理意義的數學方式去解決實際的物理問題，這樣反而對物理問題的處理起到了干擾作用.所以教學中要認識到讓數學成為處理物理問題的工具，而不是用純數學的方法去處理物理問題.endprint