程柱建

（江蘇省如皋中學(xué)，江蘇 如皋 226500）

1 問題的提出

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱 要（2010－2020年）》戰(zhàn)略主題的重點是面向全體學(xué)生、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，著力提高學(xué)生服務(wù)國家服務(wù)人民的社會責(zé)任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力.所以問題解決能力的培養(yǎng)是高中物理教學(xué)的重要目標(biāo)之一.問題解決是一系列的有目的指向性的認(rèn)知操作活動過程，這是認(rèn)知心理學(xué)家公認(rèn)的問題解決定義.［1］該定義包括3點：一是問題解決具有目的指向性；二是問題解決是一系列的操作；三是這種操作必須是認(rèn)知操作.問題解決是思維的一種最普遍形式，它突出地表現(xiàn)人的心理活動的智慧性和創(chuàng)造性，也就是說問題解決本質(zhì)上是一種思維活動.可是傳統(tǒng)教學(xué)中教師過于重視學(xué)生對結(jié)論性知識的學(xué)習(xí)，而忽視了學(xué)生思維過程的激發(fā)和思維能力的培養(yǎng).鑒于此，我們申報了江蘇省南通市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃專項課題“高中物理問題解決課堂教學(xué)模式的研究”，力圖構(gòu)建一種較好的提高學(xué)生解決問題能力的教學(xué)模式.

2 高中物理“問題解決”課堂教學(xué)模式的構(gòu)建

2.1 模式的圖示

根據(jù)初步理論研究和課堂教學(xué)的實踐研究，我們構(gòu)建了適合高中物理課堂教學(xué)的“問題解決”課堂教學(xué)模式，模式圖示如圖1所示.該模式的教學(xué)過程包含學(xué)生、教師和問題這3個要素，其中問題這一要素是向?qū)W生呈現(xiàn)物理情境的載體，經(jīng)過問題解決的5個階段和3個要素的相互作用，實現(xiàn)學(xué)生認(rèn)識上的飛躍.這是一種既發(fā)揮教師主導(dǎo)作用又能充分體現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知主體作用的教學(xué)模式，屬于閻金鐸、田世昆教授所推崇的符合當(dāng)前素質(zhì)教育以人為本理念的“雙主模式”，他們認(rèn)為高中物理課堂教學(xué)設(shè)計應(yīng)以這種“雙主模式”為主.

圖1

2.2 模式的思想

以問題為主線，堅持學(xué)生的主體地位，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，使學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的問題情境中，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要，主動探究、親身體驗、善于合作與交流，旨在通過問題解決，建構(gòu)知識，培養(yǎng)思維能力，開發(fā)潛能，提升探究能力.

2.3 模式的操作說明

（1）選擇問題.

教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)選擇問題，創(chuàng)設(shè)師生共有的問題情境，使學(xué)生產(chǎn)生解決問題的期待，能夠使學(xué)生做出合理的假設(shè)與猜想，并為師生、生生間的有效交流搭建平臺.教學(xué)中所選擇的問題應(yīng)符合“可行性、有價值、情境化、有意義、道德的，即驅(qū)動性問題”.［2］

（2）表征問題.

表征物理問題是在頭腦中建構(gòu)物理情境，可以運用文字、圖像、圖表、模擬實驗等方法簡化對問題的思考，讓問題研究的對象、狀態(tài)過程清晰顯現(xiàn)出來，讓問題明朗化、模型化，理順物理問題的復(fù)雜關(guān)系.

（3）提出假設(shè).

學(xué)生在表征問題之后，根據(jù)生活、知識經(jīng)驗提出假設(shè).提出假設(shè)的過程不是盲目的，它應(yīng)該是學(xué)生有推理有邏輯的思維過程，這是有意義解決問題的一個重要條件，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的過程.學(xué)生可以通過自主學(xué)習(xí)或合作學(xué)習(xí)提出假設(shè).

（4）檢驗假設(shè).

學(xué)生可以利用實驗、邏輯推理檢驗假設(shè).如果假設(shè)正確，問題將得以解決，反之，就要進(jìn)行提出假設(shè)→檢驗假設(shè)的反復(fù)操作，甚至重新表征問題.

（5）交流評價.

在自我評價、小組交流和教師指導(dǎo)下，學(xué)生將自己的活動作為意識對象進(jìn)行監(jiān)控與控制并積極調(diào)節(jié)自己的行為，甚至改建自己的知識結(jié)構(gòu)，這個過程還包括思維水平的發(fā)展與科學(xué)思維方式的形成.教師對學(xué)生的評價要注重學(xué)生問題解決的過程，要對學(xué)生的參與程度、參與積極性、對集體的貢獻(xiàn)進(jìn)行評價，不把評價僅放在結(jié)果上.

2.4 模式的設(shè)計原則

（1）主導(dǎo)性與主體性.

教師要堅持學(xué)生處于課堂教學(xué)的主體地位，從問題的提出、表征、解決都要求學(xué)生積極參與，教學(xué)策略的選擇、實施和運用也必須尊重學(xué)生的主體地位，發(fā)揮他們的主體作用.另外，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)小組的作用，讓學(xué)生共同承擔(dān)起責(zé)任和任務(wù)，建立多邊多向的交流和合作共建關(guān)系，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)和有差異學(xué)習(xí)的需要，使每一位學(xué)生都能參與到學(xué)習(xí)過程中來.只有充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，教師的主導(dǎo)作用才能真正落實到位.

（2）探究性與有效性.

以問題為主線，激發(fā)學(xué)生開展探究學(xué)習(xí)，追求物理學(xué)習(xí)的有效性.需要注意的是，必須糾正教學(xué)中過度追求重復(fù)人類發(fā)現(xiàn)過程而使學(xué)習(xí)效率低下甚至嚴(yán)重偏離教學(xué)目標(biāo)的現(xiàn)象，有人認(rèn)為“數(shù)學(xué)教學(xué)活動中的數(shù)學(xué)活動過程更多的是含有‘復(fù)制’性質(zhì)的‘再創(chuàng)造’，而不是‘原始’性質(zhì)的‘創(chuàng)造’”，［3］物理教學(xué)亦然.

（3）預(yù)設(shè)性與生成性.

預(yù)設(shè)性對教學(xué)的實施起定向、導(dǎo)航作用，它可以避免學(xué)習(xí)活動的形式化和嚴(yán)重偏離目標(biāo)的現(xiàn)象；如果預(yù)設(shè)性太強，也會出現(xiàn)教師“牽著”學(xué)生走的現(xiàn)象.教學(xué)的生成性要求為學(xué)生提供可選擇的內(nèi)容以及多層次、多類型的物理活動，以滿足學(xué)生對不同學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)過程的需要，展示個體的思維特點及創(chuàng)造力.預(yù)設(shè)性通常體現(xiàn)在問題解決的目標(biāo)規(guī)范和宏觀定向方面，生成性則發(fā)生在具體問題的認(rèn)知解決過程中.

3 模式的操作案例

教學(xué)內(nèi)容：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.

本節(jié)課從實驗角度為下節(jié)研究動力學(xué)的核心規(guī)律牛頓第二定律作知識鋪墊.教學(xué)重點是通過控制變量法提供并測量研究對象所受的力和測量研究對象的加速度.難點則是指導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)，設(shè)計實驗方案，并討論方案的可行性.教學(xué)設(shè)計通過5個活動，以問題為主線，注重知識問題化，問題層次化，讓不同層次的學(xué)生都有思考與討論、交流與合作的空間，關(guān)注學(xué)生對知識形成過程的理解.利用異質(zhì)分組的學(xué)習(xí)小組，鼓勵學(xué)生互學(xué)互助，積極進(jìn)行自我評價和互評，讓學(xué)生通過交流與合作，經(jīng)歷知識的獲取過程.

活動1：回顧知識，提出問題

問題1：關(guān)于力和運動的關(guān)系，下列幾種說法中正確的是

（A）必須有力作用在物體上，物體才運動.

（B）沒有力的作用，物體就要逐漸停下來.

（C）必須有力的作用，物體的速度才能改變.

（D）要保持速度不變，必須有力的作用.

問題2：關(guān)于物體的慣性，下述說法中正確的是

（A）運動速度大的物體不能很快地停下來，是因為物體速度越大，慣性也越大.

（B）靜止的火車起動時，速度變化慢，是因為靜止的物體慣性大的緣故.

（C）乒乓球可以快速抽殺，是因為乒乓球慣性小.

（D）在宇宙飛船中的物體不存在慣性.

問題3：物體運動狀態(tài)改變的快慢用什么物理量來描述？

學(xué)生：加速度.

問題4：物體運動狀態(tài)改變快慢與物體的哪些因素有關(guān)？

學(xué)生：物體的加速度大小與物體的受力和物體的質(zhì)量有關(guān).

問題5：物體質(zhì)量一定，作用力越大加速度越大嗎？舉日常生活中的例子說明你的觀點.

問題6：物體受力一定，質(zhì)量大的物體加速度小嗎？舉日常生活中的例子說明你的觀點.

學(xué)生：當(dāng)物體的質(zhì)量一定時，作用力大，物體的加速度大.當(dāng)物體的受力一定時，質(zhì)量大的物體加速度小.

設(shè)計意圖：通過問題1、2鞏固上節(jié)課內(nèi)容的同時，讓學(xué)生感受到生活中物體運動的改變與物體的受力和質(zhì)量有關(guān).

活動2：大膽猜想，設(shè)計實驗

問題7：猜想加速度的大小與合外力、物體的質(zhì)量應(yīng)該有怎樣的定性關(guān)系？

學(xué)生：（1）加速度隨合外力的增大而增大，即加速度可能與合外力成正比；（2）加速度隨物體質(zhì)量的增大而減小，即加速度可能與合外力成反比.

問題8：用什么方法研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系？

學(xué)生：控制變量法.質(zhì)量一定，探究加速度與合力的關(guān)系；合力一定，探究加速度與質(zhì)量或質(zhì)量倒數(shù)的關(guān)系.

問題9：有什么方法可以直觀地驗證你的猜想？

學(xué)生：圖像法.

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在活動1的基礎(chǔ)上，能夠正確地表征問題并提出加速度與力、質(zhì)量的定性關(guān)系的假設(shè).

問題10：請自主設(shè)計實驗.

（1）實驗?zāi)康模禾骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系.

（2）實驗準(zhǔn)備：

①研究對象是什么？如何測量研究對象的質(zhì)量？對應(yīng)的實驗器材有哪些？

②如何測量研究對象的加速度？對應(yīng)的實驗器材有哪些？

③如何提供并測量研究對象所受的力？對應(yīng)的實驗器材有哪些？

（3）實驗步驟：

①m一定，探究a、F的關(guān)系.

（4）實驗的注意事項.

（5）實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理.

設(shè)計意圖：讓學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案來驗證假設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力.

活動3：小組交流，驗證假設(shè)

問題11：組內(nèi)合作學(xué)習(xí)，形成可行的實驗方案.

設(shè)計意圖：讓學(xué)生將自己設(shè)計的實驗方案帶到小組內(nèi)進(jìn)行討論，可以通過邏輯推理來間接檢驗實驗方案中對質(zhì)量、加速度、合力這3個物理量的測量情境的假設(shè)，形成較為成熟的、可行的實驗方案.

問題12：組間交流評價，分析方案的可行性.

設(shè)計意圖：請各小組派出發(fā)言人，到黑板上展示活動方案.其他小組的學(xué)生進(jìn)行可行性分析和辯論，并且對可行的實驗方案進(jìn)行注意事項的討論.

問題13：完善實驗方案，利用實驗檢驗假設(shè).

設(shè)計意圖：讓學(xué)生根據(jù)交流評價的反饋信息，反思、調(diào)整和完善實驗方案，并進(jìn)行實驗，作出圖像，檢驗假設(shè).

活動4：教師演示，激發(fā)興趣

（1）教師介紹DIS L ab裝置組成和實驗原理.

（3）演示實驗：

① 小車質(zhì)量一定時，探究加速度與拉力的關(guān)系.演示結(jié)果的a－F圖像如圖2所示.

圖2

圖3

設(shè)計意圖：教師利用DIS L ab進(jìn)行演示實驗，可以把實驗結(jié)果通過圖像呈現(xiàn)出來，能夠快速、直觀地進(jìn)一步地檢驗學(xué)生的假設(shè).新穎的演示實驗，將極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.

活動5：總結(jié)方法，自我評價

問題14：根據(jù)本節(jié)課的過程以及伽利略的科學(xué)方法，你能總結(jié)出科學(xué)探究的一般過程嗎？

學(xué)生：觀察現(xiàn)象→提出問題→討論問題→提出假設(shè)→邏輯論證→實驗檢驗→解決問題.

問題15：科學(xué)探究過程需要我們以一種什么態(tài)度面對？

學(xué)生：實事求是、百折不撓的科學(xué)態(tài)度.

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在問題解決過程中經(jīng)歷了成功與失誤、體驗與反思.同時，教師根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)，評選出優(yōu)秀學(xué)習(xí)小組.

本節(jié)課利用了“高中物理‘問題解決’課堂教學(xué)模式”進(jìn)行課堂教學(xué)，5個活動的設(shè)計旨在讓學(xué)生體會控制變量法是研究物理規(guī)律的重要方法，經(jīng)歷一次完整的探究過程，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識與問題解決能力，培養(yǎng)學(xué)生相互學(xué)習(xí)、交流、共同提高的學(xué)習(xí)態(tài)度.

本實驗要解決的主要問題是怎樣測量加速度和怎樣提供并測量研究對象所受的合力.下面列舉出筆者教學(xué)中，經(jīng)過組間交流評價后可行的該兩個問題的解決方案：

（1）測量加速度的方案.

① 利用打點計時器打出的紙帶計算加速度.

② 研究初速度為0的勻加速直線運動，相同時間運動的加速度比等于位移比，即用比較法研究加速度.這種方案用到了教材中的參考案例的方法.

③利用光電門傳感器測小車上面的擋光板通過的時間，從而得到擋光板通過光電門的瞬間速度，利用速度公式或速度－位移公式計算加速度.這是學(xué)生根據(jù)教材第1章的“實驗：用打點計時器測速度”一節(jié)中的“科學(xué)漫步：氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器”的啟發(fā)而得出的.

④ 利用頻閃照相測量加速度.

（2）提供并測量合力的方案.

① 利用兩個小車進(jìn)行實驗，類似于教材中的參考案例.

② 裝置如圖4所示，研究對象為小車.在平衡摩擦力、砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的前提下，小車受到的合力約等于砝碼和砝碼盤的總重力.

③將圖4中的長木板換成氣墊導(dǎo)軌，研究對象也改成了滑塊.由于滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦很小，則無需平衡摩擦力了，在砝碼和砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量的前提下，滑塊受到的合力約等于砝碼和砝碼盤的重力.

④ 將圖4中的研究對象改為小車、砝碼和砝碼盤這個系統(tǒng).平衡摩擦力后，該系統(tǒng)受到的合力就等于砝碼和砝碼盤的重力.

圖4

⑤裝置如圖5所示，研究對象為小車.調(diào)節(jié)長木板的傾角，給小車一個初速度，使小車能沿長木板向下做勻速運動.取下細(xì)繩和砝碼盤，小車不掛砝碼盤做勻加速運動時所受的合力等于砝碼和砝碼盤的總重力.

圖5

4 結(jié)束語

斯騰伯格等認(rèn)為，在問題解決過程中包含4種元認(rèn)知過程，它們是（1）確認(rèn)并界定問題，（2）形成對問題的心理表征，（3）計劃解決問題的進(jìn)程，（4）對你所知的操作過程作出評價.［4］這與高中物理“問題解決”課堂教學(xué)模式的五個階段相吻合，該教學(xué)模式的應(yīng)用可以為學(xué)生新舊經(jīng)驗間的同化和順應(yīng)提供理想的平臺，幫助學(xué)生加深和擴展學(xué)科知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生解決問題的能力.

1 辛自強.問題解決與知識建構(gòu).北京：教育科學(xué)出版社，2005.

2 王磊等譯.中小學(xué)科學(xué)教學(xué)：基于項目的方法與策略.北京：高等教育出版社，2004.

3 潘小明.數(shù)學(xué)課堂教學(xué)活動性初探.課堂·教材·教法，2008（11）.

4 宋其爭，沃建中，林崇德.高中生物理問題解決中自我監(jiān)控能力的結(jié)構(gòu).心理發(fā)展與教育，2002（2）.