三步狀態法在高中物理教學中的理論構建

張 愉 張 雄

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650500)

蔣 靈

(昆明市第十中學 云南 昆明 650011)

三步狀態法在高中物理教學中的理論構建

張 愉 張 雄

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650500)

蔣 靈

(昆明市第十中學 云南 昆明 650011)

基于高中物理教學中“問題解決”能力培養的若干問題，就昆明第十中學蔣靈老師提出的針對“解決物理問題的技能培養”所創立的“三步狀態法”進行理論的科學研究，旨在幫助學生更好地獲得物理問題解決的能力與思維習慣，進而提高物理教學的有效性，讓學生獲得一種終身學習的能力．

三步狀態法 高中物理 理論構建

1 三步狀態法的概念界定

三步狀態法(Three-Step Instruction，簡稱TSI)，是云南省昆明市高級教師蔣靈創立的，始于中學物理課程中，使用專門設計的用于培養學生獲得新知識能力、對知識與技能問題的解決能力和取得成果的能力的教學卡片(Teaching Cards)與能力測試題(Skill Tests)，借助教育學、哲學、思維科學和心理學等理論來設計的、適合于大班課堂教學的一種針對物理問題解決技能和思維習慣培養的有效教學策略．

2 三步狀態法的設計步驟與思想

三步狀態法教學策略的三大步驟：誰在干什么？——畫圖——寫方程．

圖1 物理學解題步驟流程圖

口訣：不畫圖形不做題，不寫方程不研究，一切盡在方程中．

三步狀態法教學策略的物理學解題步驟第一步是：弄清“誰在干什么”，即要求學生學會讀題和審題，這一過程意味著學生在進行一種有目的、計劃的知覺活動與思維活動，它是對物理問題中信息的發現、逐步辨認、再轉譯成學生自己所理解的字面意義或物理圖景的過程．

通過以上物理學解題步驟的流程圖，我們可以看到蔣老師的三步狀態法的第二個步驟：正是將一個物理問題用這種清晰的“問題解決”思維圖在學生的頭腦中描述出來．用陳清梅副教授的研究來闡述的話，就是讓學生在頭腦中將外部的物理刺激形成有效的內部心理符號的過程[1]．從相關文獻[2]里，筆者查閱到：Chi(1981)等人[3]從人的知識結構出發，認為這種認知結構是建立在學生已具備的相應領域知識及知識組織的基礎上形成的問題表征．而Larkin在1987年就對圖像在問題解決中呈現的作用做了相關研究[4]，他們研究結論指出，一幅好的簡化圖形可以將所有有用的信息匯集起來，因此，它可以很大程度上減少學生在語言陳述情況下所需要的搜索量，進而讓學生以最快速的感知判斷代替困難、復雜的邏輯推理．在1998年，Catrambon等人[5]又提出，案例中的任何一個線索都可以使得學生把一系列解題步驟組合在一起，以利于他們形成完整的問題表征．筆者驚嘆，這些理論不正是蔣老師提出的三步狀態法的設計思想！他通過自己的教學實踐經驗總結出了這一高度的理論，或者說他將這些理論實實在在地用在了自己的實踐教學中，這樣的研究是頗有意義與價值的．

第三步是寫方程．蔣老師認為，一般情況在物理問題解決的前兩步完成后，圖像和關鍵的一些參數便能幫助學生迅速明確問題解決中需要的方程，學生只要能夠按照三步狀態法中力學、運動學、電路、電磁感應等部分列方程的順序，然后正確地、完整地、規范地列出所需的方程，此時學生只需一點數學運算能力，物理問題就自然而然解決了．對此，筆者在相關文獻研究中發現，Hinsley(1978)等做了相關研究[6]，發現圖形線索和關鍵的參數線索能夠幫助問題解決者有效地解決物理問題．

因此，筆者將從物理問題表征的角度[7,8]對三步狀態法進行剖析與闡述，一般問題表征中比較重要的幾點：確定好研究對象“誰”進行抽象表征，比如將地球抽象成一個球體來研究地球大氣層的重量；做好“干什么”的賦值表征；以及將以 “畫圖”來呈現豐富的物理圖示與題意，即完成圖像表征與方法表征；再用“寫方程”來進行物理表征；最后便是對方程進行計算與解答的數學表征．綜上所述，三步狀態法不單把握了問題表征對物理問題解決的關鍵影響，也建立起了一整套完整的物理學解題步驟的流程圖．

在整個三步狀態法的教學實施過程中，蔣老師要求學生對問題解決過程中的每一個步驟都采用出聲思維法或文字表現等進行自我解釋[9]，這樣既便于學生彼此間看到問題解決的思維過程與解決問題的依據，也讓學生逐漸養成一定的思維能力和行為習慣，從而有效地提高他們對物理問題的解決能力．

3 三步狀態法的實施準備

(1)教師觀念的達成

1)確認“解題技能”在學生學習能力培養中的地位．

2)確認“步驟”是人類解決問題的基本手段、有效手段．

3)確認“三步”對學習者心理的影響，對熟練掌握步驟的意義．

4)確認“三步法”的實用是為學生終身學習打好基礎．

5)確認“步驟”的學習和過程掌握必須給予學生足夠多的自我訓練和時間，重視“重復”，建立“技巧”的心理學原則．

6)確認“三步法”實施需要教師認真地研究學生，研究科學方法，形成相應的資料和培養手段．

(2)教案和資料的形成

三步教學法相應的教案和資料包括4個部分：

1)教學主體卡片

為了讓學生更好、更快地在有限的時間內進行有效學習，蔣老師編制了整個高中物理教學的主體卡片，卡片內容主要包括“對象”、“步驟”、“重點訓練目標”．除此之外，主體卡片特意設計成橫向的紙張方向，頁眉標有“三步狀態法解題主體卡片、力的平衡概念步驟、應用卡號——力5”等字樣，此設計不但方便學生對知識點產生直觀、深刻的感官認識，學生只需在主體卡片空白處添加不懂或不清楚的步驟，而且有利于初學者反復進行“步驟”訓練．詳見圖2．

圖2 教學主體卡片

2)解題運用實例卡片——課堂訓練資料是技能形成的核心．

作為課堂訓練的資料，是整個物理問題解題技能培養的核心內容．這部分訓練資料編寫的要求始終遵循由易到難的原則，新步驟教學只出現該步驟教學的內容，并不摻雜其他步驟的訓練．除此之外，重點在方法的訓練，而不是知識．

一般情況，課堂訓練的卡片上的實例差不多有6小題，第1題——為教師講解步驟的范圍；第2和3題——為學生初步的訓練題；第4題——需增加閱讀量，教師講解閱讀方式，訓練以步驟為中心的閱讀方法；第5題——為學生訓練題；第6題——為檢測題，需要上交．詳見圖3．

3)課外訓練資料卡片——課外訓練是技能形成的過程．

課外訓練資料編排的原則也是由易到難，且必須要求學生重寫方法．共設計2～3題，規定學生分時段去完成．

4)檢測題卡片

檢測題將設置為一周一次，在第二周的第一天課堂上用10 min完成，當堂批改、評分并記錄．

圖3 三步狀態法解題運用實例卡片

4 三步狀態法的適用范圍

(1)三步狀態法適用于科學教學中實際問題的解題技能的培養

三步狀態法是專門針對高中物理問題解決的解題技能形成而設計的教學策略，解決了學生“一聽就懂，一解就暈”的問題．

(2)三步狀態法適用于差異教學

學生的學習基礎的差異、認知結構的差異，由于難度和梯度受差異影響太大，常規的問題解決教學策略不能取得理想的效果．三步狀態法的重心在于“步驟”的形成，對于各層次的學生有相對應的難度和梯度．高層次學生可以通過熟練掌握全部步驟建立起科學研究的方法，學會終身學習的能力．低層次學生可以按順序掌握相關步驟，逐步形成解決問題的能力．

(3)三步狀態法更像是一個方法，一個策略，而不是模型或模式

三步狀態法的運用使學生能夠獲得超越學科的學習能力，是學生學習能力的教學策略，是解決“如何體現以學生為主體，教師為主導”的重要方法．

三步狀態法不是一種模式，不能僵化地使用，應該以方法和態度的培養貫穿于教學過程中，使其成為學生學習能力培養的一個工具．三步狀態法不是一個獨立的教學體系，它的有效性必須建立在基本概念的有效形成之上，必須合理地應用于相應的學習能力培養之中．

5 三步狀態法的設計原則

(1)主導性與主體性

閻金鐸教授在《中學物理教學概論》一書中指出，教學過程是由多重因素構成的系統．即學生(主體)、教師(主導)、物理世界(客體)和媒體(工具)等這些因素密切聯系，從而形成的整體功能．而知識的形成和發展基礎則是主體和客體的相互作用，即通過主體動作于客體而實現的．閻教授強調，一切經驗都是發源于動作，實際上，觀察、假設、推理、分類、測量等活動都是特指動作，思維活動的本質也是一種動作．學生只有在動作的實現后，再與物理世界發生相互作用，才能認識到物理世界的規律性所在．

基于以上的認識，閻教授認為，物理教學的本質在于，應該始終設計教學的主體是學生的這樣一個物理環境，讓學生親自歷經自主的科學的探究過程和知識建構過程，學習到人類探索未知事物的方法；讓學生學會將人類已知的對物理世界的認識轉化為學生個體的認識，同時將知識轉化為能力的認識過程；最后讓學生能夠在一定的物理環境中接受全面系統的物理知識與技能的訓練，從而使他們獲得科學知識，掌握科學方法和技能，發展科學思維，形成科學態度[10]．

換而言之，三步狀態法這一教學策略也正遵循閻教授提出“學生為主體，教師為主導”的設計原則．不論何時，三步狀態法的實施過程中教師的主導作用與學生的主體地位都是辯證統一起來的．

(2)有序性與有效性

著名科學家泰勒提出，完整、有效的課程內容應始終遵循連續性、順序性和整合性等3大基本原則．而相關實證研究也同樣表示，學生如若在一種有序的結構中去提取有序的知識，其結果必然是迅速而準確的[11]．縱觀問題解決的所有案例，無不是建立在完整且順序感十足的“問題解決的步驟”上．因此，養成“按步驟”解決實際問題的習慣是教育的核心之一．三步狀態法教學中最重要的就是“序”的思想，“獨立”的思想！這種尊重學生心理認知特點、遵循客觀事物發展規律的有序教學必然是一種有效的教學．

(3)科學性與生命性

印度偉大詩人泰戈爾曾說：“教育目的應是向整個人類傳達生命的氣息．”三步狀態法始終遵循教學的科學性、教育性與生命性相結合的原則．科學性體現在它符合科學的認識規律，始終引導學生正確地理解物理概念、規律，交給學生正確分析、處理物理問題方法的能力．蔣老師在提出“三步狀態法”這一教學策略時，考慮最多的就是要培植學生對自然、對科學、對生命的熱愛，培育出一個個充滿內在而真實力量的個體，為了提高學生的生命質量，充分尊重學生的生命成長和全面發展．

1 陳清梅，張璐，顏素容.從習題到原始問題：物理問題表征研究的生態化歷程.教育科學研究，2011(12)：56

2 侯新杰，姜金偉.線索提示對物理問題表征的影響.心理科學，2008(1)：227

3 Chi M．T．H．，Feltovich P．J．&Glaser R．Categorization and representation Of physics problems by experts and novices．Cognitive Science，1981，5：121～152

4 Larkin J．H．，Simon H．A．Why a diagram is(sometimes)worth ten thousand words．Cognitive Science，1987，11(1)：65～100

5 Catrambone R．The subgoal learning model：Creating better examples 80 that student can solve novel problems．Journal of experimental psychology：general，1998，127(4)：355～367

6 Hinsley．D．A．，Hayes，J．R．，&Simon，H．A．From words to equations：Meaning and representation in algebra word problems．In：P．A．Carpenter&M．A．Just．(Eds．)．Cognitive processes in comprehension．Hillsdale，N．J：Erlbanm，1977.89～106

7 邢紅軍，石堯，胡揚洋,等.初中原始物理問題測量工具：編制與研究.課程·教材·教法，2015(2)：70

8 黃網官.“問題解決”與“問題表征”——以初中物理習題解答為例.教育研究與評論(中學教育教學版)，2014(9)：2

9 蘇雅琴.自我解釋在高中物理問題解決中的教學研究:[碩士學位論文].重慶：西南大學，2015:13～14

10 閻金鐸，郭玉英.中學物理教學概論:[碩士學位論文].北京：高等教育出版社，2013(7):29～37

11 許師.高中生化學學習困難的成因分析:[碩士學位論文].濟南：山東師范大學，2005

2016-11-17)