初中生解決物理原始問題能力的調查、分析和思考

陸亞東 何季軍

（南通市北城中學，江蘇 南通 226500）

現代科技生活要求學生準備好學會應對現實中的問題，其中涉及到學生的高級思維能力，創造力，溝通、創新、協作能力，批判性思維和解決問題的能力.為了更好地引導學生走向生活，面臨社會與生活的挑戰，教師應該密切關注到學生提出問題、思考問題以及解決問題能力層面上來，以學生為中心的學習為學生提供了更大的機會.拋棄純粹的機械化的概念學習，轉向鼓勵學生進行協作學習，打開對話并鼓勵他們通過有效的方式進行批判性思考，學會對復雜的情境或問題以建模的思想加以解決.而這些問題的最佳呈現方式必然是原始物理問題.

1 初中生解決物理原始問題能力的調查和分析

原始物理問題解決是對感性和理性認知過程的總結，因此它提供了合理的解決方案.換句話說，對原始物理問題的解決，需要從提出合理問題開始，然后結束解決方案.解決問題可以通過體驗或領悟的形式來完成.體驗是提出問題、設計方案和執行方案的一種方式，學生可以通過這些過程提高解決問題的思維能力.解決問題的過程需要幾種技能，包括合理計劃，解釋相關聯的信息，使用合理科學方法，檢查并反饋結果，嘗試策略并愿意接受他人和同事的幫助.解決問題的策略包括4個步驟：了解確定問題的構成并會描述各個構成因素之間的因果關系，計劃和確定解決問題的解決方案，分析反思解決問題方案以及評估解決問題的步驟.根據初中物理教師的訪談顯示，絕大多數學生可以根據概念回答問題.但是，在回答有關概念在生活中的應用的問題時，他們總會遇到困難，難以在日常生活中應用科學概念.根據Sugiarto進行的研究，學生很難在日常生活中應用概念，這是說明學生在解決原始物理問題能力方面表現缺失.根據物理原理問題的解決策略，將解決物理原始問題的能力和各項指標呈現在表1中.

表1 解決原始問題的能力和指標

1.1 研究方法

該研究采用描述性定性研究來分析某省某市一所普通初中九年級學生解決物理原始問題的技能研究的結果.根據最近一次期末調研考試的分數，確定本研究的對象是200名具有低，中和高認知能力的學生.該調查問卷中包含5個問題，代表每個解決問題的指標，并且已經通過大學物理教育專家的驗證.使用的問題采用描述的形式，測試結果的評估使用評分標準1-4分對結果進行分析和分類（表2）.解決原始問題技能的百分比計算使用以下公式：

表2 標準評估

其中SM=最高得分，R=獲得的原始值，NP=預期百分比值.

1.2 結果與討論

圖1顯示了該校初中學生在物理學習中解決原始問題技能的測量結果.

圖1 初中生在物理學習中解決原始問題技能的測量結果

確定問題的構成包括理解問題的組成部分，基于數據或關聯事實以及確定問題的公式或問題.在本研究中，確定問題的方面分為兩個指標，分別是確定問題的構成和描述問題構成的因果關系.討論的問題是城市面臨的日益復雜的光污染問題.設計該問題的目的是通過問題激發和鼓勵學生去學習光學相關的知識，訓練學生去思考，提問和分析，直到找到正確的解決方案為止.根據發現問題的指標進行問題解決測試的結果是68.00%和62.00%，這表明它屬于中等層次.在確定并分析問題的結果顯示，在對學生進行解決問題的能力測試的所有項目中，其得分最高.進一步顯示，通過兩年多的學習，學生可能已經學會從現象通過對比或類比尋找并確定要研究的問題.通過觀察該指標上學生的答案，結果是大多數學生都從給出的文本情境中獲取他們的答案，也就是能夠抽象并概括出相關問題.從該結果可以得出結論，學生的認知能力已經得到非常大的提高，已經學會利用對比或類比分析的方法總結歸納并提出較為合適的問題，并能將問題的構成要素進行因果關系的描述，但邏輯不夠嚴謹，問題的敘述也僅限于問卷中所提供的文字.

解決問題首先需要制定計劃，也就是設計與面臨的問題有關的一些想法或解決方案.該指標的結果表明，學生在設計解決問題方案以解決問題方面的技能仍然很低.學生的答案僅限于常識和經驗，或者不太具體.它表明學生在尋找解決問題的潛在解決方案方面的能力仍然很低.該陳述基于測試百分比得分54.00%.在課堂上的觀察結果表明，學生解決問題的能力遠非短期能夠得到提高的，必須通過系列培訓學生才能幫助他們找到解決學習活動中問題的方法.教師在平時的教學過程中，應該主動帶領學生設計學習活動，以闡明日常問題中的所遇到的物理概念.教師設計學習活動，鼓勵學生討論一些可能的解決方案來解決問題.教師可以幫助學生確定這些解決方案能否在短期或長期內解決問題，從而使學生獲得最有效的解決方案.在通過對學生進一步問卷調查可以知道，學生無法制定計劃，設計相關的活動方案最主要的原因是學生缺乏建模的能力，情境中的次要因素反復干擾學生的思維，導致活動方案的設計無法進行下去.

通過確定與問題相關的邏輯和相關解決方案的指標來應用解決實驗方案的方面，比其他指標的百分比要低.在測試中觀察到的結果表明，學生很難確定解決方案，因為教師幾乎沒有教過他們從問題開始的學習，即使偶爾有之，也不過是教師照本宣科：問題是假問題，解決方案也不過是書上的文本罷了.因此，久而久之，學生傾向于只關注文本，因為他們不習慣面對問題并找到解決這些問題的解決方案，當然不能夠發展出解決問題的思想.結果還表明，學生還沒有更高層次的思考能力.

通過分析反思解決問題方案的影響這項指標評估結果我們可以看出，該指標的百分比結果為低層次，僅為36.00%.結果表明，學生無法對所確定的解決方案加深了解，也就是學生沒有使用邏輯思維來預測使用該項解決方案對解決問題的影響.他們甚至不會在實驗活動完成之后對實驗方案進行回顧反思，審視自己在制定完成解決問題中的不足或優勢所在.該項指標評估的結果以及對學生回答問題的障礙進行的面談結果表明，學生發現困難是因為他們忘記了理論，并且對所提問題中的重要事項較少關注，因此他們的答案可以說牛頭不對馬嘴.這個結果表明，學生只專注于文本，因為他們只是通過簡單的記憶來學習，而沒有經過訓練來解決學習活動中的問題.學生僅認識到問題和概念，但難以實施和評估相關解決方案.許多學生沒有意識到并對如何運用他們的知識和概念來解決問題感到很困惑.因此，學生需要經常練習，以便能夠應用并反思概念.

2 關于初中生解決物理原始問題能力提高的思考

2.1 情境體驗引發學生提問

解決問題的技巧可以通過反復對學習中的概念和知識理解來訓練.概念理解可以通過旨在提高學生思維能力的情境學習來完成.在課堂上，教師積極組織學生活動，在自主科學活動中能夠自然生成問題，促使學生對提出問題和解決問題產生濃厚的興趣.

案例.在學習凸透鏡成像規律的知識時，教師可以采取以下活動：取一只透明的圓柱形玻璃杯，在杯子后面適當距離放上一個卡片，卡片上畫有幾個箭頭，如圖2所示.讓學生透過玻璃杯觀察卡片上的箭頭.逐步向杯中加水，透過水所看到的箭頭方向變反了，學生會覺得非常意外：有了水怎么看到的箭頭會變反，同時與沒有透過水所看到的箭頭形成非常顯著的對比.逐步將卡片靠近，卡片上的箭頭會變模糊不清；卡片繼續靠近，卡片上的箭頭似乎又變成和沒有透過水所看到的箭頭方向一致了，但是，似乎箭頭變粗了.通過這個活動，學生會意識到看到的箭頭是透過玻璃杯所成的像，這個像的大小、正倒與物體到玻璃杯的距離有關.于是便會產生“究竟它們的關系如何”這一問題了.由于這個問題是學生自主活動生發出來的，學生也會樂于接納，并產生解決問題的強烈欲望了.

圖2

學生作為初學者，由于他們的認知水平有限，對課題的關注點與重難點不一致，再加上對問題的表述能力有限，提出的問題往往比較雜亂無序，邏輯不清.所以教師在訓練學生達到這一層級要求時，建議逐步提高要求，循序漸進.可以先以小組為單位，提倡學生通過小組討論協作提出問題.教師在適當時候，應該予以指導.比如，可以幫助學生理清問題的各個要素之間的邏輯關系，幫助學生將模糊膚淺的表述提煉精簡.這樣就可以把原始物理問題抽象概括為精練的物理問題了.

2.2 深刻體悟提高解決問題能力

通過學習活動可以提高解決問題的能力，學生可以利用以前學過的知識來闡述新知識，要求學生在活動中提高解決問題的能力.鼓勵學生發揮創造力，做出決定，進行批判性和分析性思考，以期使學生能夠輕松地找到解決問題的方法或解決生活中的問題的技巧.在科學活動中，回答描述性問題主要運用經驗方法，即通過觀察實驗、調查考察等手段，獲取關于事物的有用信息.回答解釋性問題需要對所獲得的信息進行理性的加工，即運用比較分析、抽象概括等方法，透過事物的現象認識事物的本質.而回答操作性問題，則是設計對認識方法的選擇.好的方法既有助于對事物建立全面而準確的感性認識，又有助于主體從感性認識上升到理性認識，從而使認識得到深化.選擇合適的方法解決合適的問題有助于提高解決問題的能力.解決問題技能的影響因素除了所面對問題的性質以外，更重要的是學生知識的結構.學生的知識結構與其初始知識有關，這些知識是通過例如理論，事實，原理和假設等呈現的.根據解決問題能力的分析結果，可以確定影響學生技能的幾個因素.這些因素是：（1）經驗因素包括學生以前已經掌握的背景知識；學生處理問題的習慣.（2）認知因素或學生的思維能力包括學生的閱讀能力、分析和邏輯技能.（3）情感因素或態度包括準確性，毅力和耐心.這些個因素要求我們教師在引導學生解決原始問題時，需要多讓學生體驗領悟，體驗的是問題的情境，解決問題的過程，領悟的是在解決問題過程中我們如何不斷修正所設計的實驗方法，采用的解決問題的方法等.比如設計問題的方案應該更具有開放性，讓最多的學生全身心的投入，讓更多的方法加入到研究過程中，這樣有助于培養學生發散性思維.

2.3 有效反思提高解決問題能力的批判性

教育的意義在于遷移.我們為什么在物理學習中要求學生不斷通過提出原始問題并解決問題呢？其本來意義并不在于學生通過解決問題活動中獲取到多少有用的知識，而在于學會如何提出問題并解決問題，提升在解決問題活動過程中的能力，以期將來在面向社會時能夠將這些能力順利遷移過去.在解決問題結束后，教師引導學生開展反思，領悟在這個活動中我們運用到哪些方法，哪些比較有效，哪些步驟還有 缺陷，需要如何提升.這是對自己思維活動過程的自我反省領悟，有助于能夠從常人沒有發現的問題中再次找出問題，從常人沒有看出的破綻中尋找出破綻，對思維活動的批判性提高有著重要的意義.

根據已進行的調查研究結果，可以得出結論：初中九年級學生的解決物理原始問題的能力仍然很低，這就要求教師不斷設計使用與日常生活相關的物理學習媒體來設計學習活動，以最大程度地提高學生解決問題的能力.