高中物理心理建構教學法的應用

四川省宜賓市南溪一中 鄧第宅

一、可解性原則

由于受所能采用數學工具的限制，高一年級運動學是從研究勻變速直線運動開始的，首先是在加速度概念的基礎上，引進了兩個公式：

同時給出了兩個推論：

之所以把③和④叫推論，是因為它們可以從①、②兩個公式中推導出來。其實這四個公式，只要肯定任意兩個，都能把其他兩個公示推導出來。然而作為一個邏輯系統，勻變速直線運動所涉及的量，包括初速度、末速度、時間、位移和加速度，已知兩個互相獨立的方程，只需要告訴三個物理量就能把余下兩個未知量計算出來。按已知條件的不同組合，符合可解性要求的題目一共能編十種題（C53=10）。這就是勻變速直線運動的基本數量關系，也是我們從理論上把握這類問題分析方法的邏輯基礎。

二、最簡思維原則

上述十種題都可以在上列四個等式中任取兩個聯立起來，計算出結果。只是為了尋求最簡算法，有必要進一步研究選擇方程的原則。

觀察上面四個等式，它們都分別聯系著四個物理量。如果題目給出三個已知量，再設定一個求解量，正好與某個等式中的四個量相對應，該等式就成了計算求解量的一元方程，解此方程就是該題目的最簡算法。因此，尋求勻速直線運動問題的最佳算法，有兩個思考點：第一，題目是否告訴了三個已知量，據此判斷題目是否可解；第二，根據題目與哪四個量有關，或者與哪一個量無關，據此確定采用哪個方程計算量最小。具體的選擇原則是：與位移無關的問題采用方程①；與末速度無關的問題采用方程②；與加速度無關的問題采用方程③；與時間無關的問題采用方程④。有了這套符合最簡思維原則的思路，學生即可有效在正確理論指導下實踐。

三、邏輯全覆蓋原則

如果因為加速度改變，形成兩個不同的運動階段，前階段的末速度就是后階段的初速度。這兩個運動階段一共涉及九個量，有四個相互獨立的方程，只需再告訴五個量即可求解。在這五個量中有三個同屬一個運動階段，該階段獨立可解。另一個運動階段首先計算出連接點上的速度，使其擁有三個已知量，成為可解運動階段，這樣的分析思路，顯然是最簡捷的。

但是，以上分析是否對多運動階段的可解題目實現了完全覆蓋？還是說沒有獨立可解運動階段的題目，運動情況將無法確定？按照可解性原則推理，如果在兩個運動階段的基本等式之外，給出涉及兩運動階段的等量關系，比如，告訴兩段位移之和或者兩個階段的總運動時間等相關條件，就可以減少一個已知量。在九個元的系統中，知道四個已知量，由五個方程解五個未知量也是可以的。這就是沒有獨立可解運動階段的多運動階段綜合題，只有把各種情況都研究透了，才能實現對直線運動問題的邏輯全覆蓋。

四、可操作性原則

例如，題目告訴某質點以大小為v0=3m/s 的初速度，沿直線軌道做勻加速運動，當位移達到s1=10m 以后，加速度減半。在往后的t2=2s 時間內,發生的位移是s2=16m，求前后兩運動階段中的加速度。

此題的可解性顯然是成立的，其結果應該是以下五元二次方程組的解，其中v1和v2分別代表兩個運動階段的末速度。

可是學生要在要求的考試時間里解出這個五元二次方程并非易事，更不用說大多數高中生并沒有掌握這類題型的邏輯關系，即使有的學生想到要用方程組來求解，但是亂列幾個等式，也許不足五個，也許互不獨立。此類題的評分標準是在五個方程之后寫上“解之得……”字樣，然后進行正確演算。因此，對于這類題目的研究不能停留在可解性的判斷上，只有讓學生掌握切實可行的計算方法。這就是心理建構教學法的可操作性原則。

為了幫助學生克服在考試中不能迅速解開五元二次方程組的困難，最好的方法是找到直接得出連接點上的速度的一元方程，這個方程的原型就是相關條件。設連接點上的速度為，配合前后兩個運動階段中的已知量，表示出相關條件中的有關物理量，這些表達式至多是二次式，然后代入相關條件，即可獲得的一元方程。

以上是以直線運動為例，闡述了心理建構教學法的原理。將這些原則推廣到整個高中物理教學中，諸如運動力學、電磁學以及相對論和量子力學，甚至是推廣到各門自然科學的教學領域，都會卓有成效。學科之間的教學內容雖然不同，但都屬于公理化體系，是符合邏輯的，因而可以沿著可解性和可操作性思路，從題型和方法的復雜網絡中厘清線索，讓每一道可解題的最佳解法都是程序化推理的結果。這條線索還能引導教師找到改善學生心理結構的關鍵，制定出提高學生思維品質的訓練方法。有了這些研究成果，筆者的課堂教學變得別開生面。高中物理教學主要內容是學科知識的理論體系以及可解題型的邏輯構成，只要能展示尋求解題方法的思想過程，例題不必多，但凡講必透，學生作業少，但要在正確理論指導下進行訓練，訓練的目的是鞏固理論知識。

建構主義是繼存在主義之后流行于歐美的哲學流派，最初出現于皮亞杰對兒童心理成長過程的研究中，強調兒童心理發展的階段性，認為思維能力的提高是通過同化和順應兩種不同的作用方式，在不斷改善心理結構的過程中實現的。心理建構教學方法并不是抽象的哲學理念，而是實實在在的教學原則。為了提升高中生的思維品質，學習知識固然重要，但是在領會學科知識邏輯結構的基礎上，形成正確有效的思維模式更重要，這才是智慧。

在學科教學中，有一種錯誤觀念叫“熟能生巧”，以為應用知識解決實際問題的能力，可以通過反復訓練達到爐火純青。智能的特點是理論指導實踐，科學知識是對客觀世界的原則說明。客觀世界變化萬千，應用知識解決問題，存在選擇理論和構想方案的問題，智能行為必須自始至終在意識的干預下實施。不過人的能力是多方面的，一些技能經過反復訓練的確能夠熟練掌握，但也必須達到無意識操作的水平。如計算機操作技能、體育運動技能以及各種專業技能都需要進行反復訓練，掌握技能標準，達到在無意識狀態下操作。任何技能一經掌握，原則上是不會忘記的，所以技能是一般高等動物賴以生存的主要能力。然而動物的技能是一種行為習慣，只需模仿就能形成，叫“習得性技能”。而人必須理解技能原理，在理解的基礎上反復訓練，才能成功，叫“知識型技能”，或者簡稱“技術”。花樣滑冰就是這樣的技術，運動員必須懂得在冰面上高速運動時保持平衡的原理，知道什么時候打開和收起手臂，控制身體的旋轉速度，在正確理論的指導下進行反復訓練，才能達到嫻熟的水平。而運動員在參加比賽的時候，卻不必有意識地控制每一個動作，只需跟隨優美的旋律舞動就能讓整套動作天衣無縫，盡展青春美麗。運動員這時的每一個動作，已經成了行為習慣，這才是“熟能生巧”?？墒侵悄懿皇羌寄埽荒茉跓o意識狀態下實施，不會“孰能生巧”。智能之巧源于對學科知識的深刻理解，也來自有效的思維定式。某些心理學家過分夸大無意識在認識發展中的作用，甚至說人的意識只是“冰山的一角”，胡謅大多數科學發明都是在無意識中實現的“事實”，為在教學中以靈感代替邏輯，以訓練代替理解，推行所謂“精講多練”的題海戰術提供理論依據。

心理建構教學法反其道而行之，主張嚴格區分智能和技能，強調以學科知識的邏輯結構為出發點，在對基本模型思維過程進行形式化處理的基礎上，研究可解性拓展題型及解題方法，引導學生反思自己的思想過程，改善心理結構，最終針對各類問題形成正確有效的思維定式。這種教學方法得到曾經的學生肯定，他們說：“二三十年過去了，高中物理題幾乎都不會做了?？墒钱斈暝谖锢碚n上學到的研究方法，伴隨著自己走向成功，是一輩子都不會忘記的。”