羅　成

(內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特前旗第一中學(xué)，內(nèi)蒙古　巴彥淖爾　014400)

①本文為內(nèi)蒙古自治區(qū)基礎(chǔ)教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“高中生建立與使用物理錯(cuò)題本的實(shí)效性研究”(批準(zhǔn)號(hào)：2014JGH073)的階段性成果.

高中物理習(xí)題中的信息處理策略初探①
——基于信息加工心理學(xué)的視角

羅成

(內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特前旗第一中學(xué)，內(nèi)蒙古巴彥淖爾014400)

①本文為內(nèi)蒙古自治區(qū)基礎(chǔ)教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“高中生建立與使用物理錯(cuò)題本的實(shí)效性研究”(批準(zhǔn)號(hào)：2014JGH073)的階段性成果.

摘要：培養(yǎng)學(xué)生辨別、獲取和處理信息的能力是高中物理課程教學(xué)目標(biāo)之一.現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為解題過程本質(zhì)上是“信息的輸入—加工—輸出”的過程.解答物理習(xí)題，正確處理習(xí)題信息是核心環(huán)節(jié)，它不僅能使學(xué)生突破思維障礙，提高解題速度，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生對信息識(shí)別、判斷和處理的基本能力.

關(guān)鍵詞：物理習(xí)題教學(xué)；信息處理；策略

《國家基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》提出了課程改革目標(biāo)，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，樂于探究，勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》提出：使學(xué)生“具有一定的質(zhì)疑能力，信息收集和處理能力，分析、解決問題能力和交流、合作能力”，“具有判斷大眾傳媒有關(guān)信息是否科學(xué)的意識(shí)”[1].綜上所述，培養(yǎng)學(xué)生辨別、獲取和處理信息的能力是高中物理課程教學(xué)目標(biāo)之一.

信息加工理論的基本觀點(diǎn)是“人類是信息加工者，心理是一個(gè)信息加工系統(tǒng)，認(rèn)知是一系列心理加工過程，學(xué)習(xí)就是心理表征”，無論是有生命的(人)還是人工的(計(jì)算機(jī))信息加工系統(tǒng)都是操縱符號(hào)的，符號(hào)是模式，如語言、標(biāo)記、記號(hào)等[2].因此，信息加工理論認(rèn)為學(xué)習(xí)就是習(xí)得和使用信息.有鑒于此，物理學(xué)習(xí)在一定程度上也可認(rèn)為是物理知識(shí)的習(xí)得和使用，物理習(xí)題對此具有良好的反饋、評價(jià)功能，習(xí)題教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一.通過物理習(xí)題解答，能幫助學(xué)生從不同的角度完善對概念、規(guī)律的理解，更能幫助學(xué)生提高識(shí)別、獲取和處理信息的基本能力[3].

挖掘和處理高中物理習(xí)題中的核心信息在解決物理習(xí)題時(shí)就顯得尤為重要，本文從信息加工心理學(xué)的視角，分析學(xué)生在處理高中物理習(xí)題中信息處理的困難及其對策.

1學(xué)生對物理習(xí)題中信息處理的錯(cuò)因分析

1.1不能提取關(guān)鍵信息，造成建模困難

圖1

米勒提出短時(shí)記憶容量為7±2個(gè)組塊，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)用不熟悉材料做實(shí)驗(yàn)時(shí)，測量出的記憶容量明顯減少，大約為4~5個(gè)信息單元.一些物理試題呈現(xiàn)的信息量過多，超出學(xué)生的短時(shí)記憶容量時(shí)，信息中的一些關(guān)鍵信息就很可能會(huì)被遺漏，從而影響學(xué)生對核心信息的提取與加工，將核心信息轉(zhuǎn)化為物理情景，準(zhǔn)確建立物理模型則無從談起，以致于發(fā)生錯(cuò)誤.

例1(2014年新課標(biāo)Ⅱ卷第23題)：某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，一均勻長彈簧豎直懸掛，7個(gè)指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度；設(shè)彈簧下端未掛重物時(shí)，各指針的位置記為x0；掛有質(zhì)量為0.100kg砝碼時(shí)，各指針的位置記為x；測量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80m/s2).已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧的總?cè)?shù)為60，整個(gè)彈簧的自由長度為11.88cm.

P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)163①56.043.633.828.81k(m/N)0.0061②0.01790.02290.02960.0347

(1) 將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整：①，②；

以2014年甘肅參加新課標(biāo)Ⅱ理綜卷考試的144467名考生為樣本量，本題總體得分情況如下表.

得分0123456789平均百分比15.71.13.743.412.716.22.44.5900.23.19

通過學(xué)生的得分情況可以看出學(xué)生答題出現(xiàn)的主要問題有：(1) 最高分為9分，大部分學(xué)生分?jǐn)?shù)在3~4分，得分較低，還有15.7%的考生得0分；(2) 根據(jù)得分情況反映出學(xué)生利用函數(shù)圖像歸納規(guī)律的能力較差；(3) 有一半學(xué)生回答第一問時(shí)，沒能正確運(yùn)用胡克定律計(jì)算，而在求k的倒數(shù)是運(yùn)算能力差，導(dǎo)致小數(shù)點(diǎn)位置錯(cuò)誤；(4) 考題最后一問，勁度系數(shù)k與其自由長度l0的關(guān)系式的表達(dá)幾乎無人問津.

本題中呈現(xiàn)的信息量較多(題目總字?jǐn)?shù)達(dá)215字)，一部分學(xué)生看到題目很長，直接選擇放棄.有一大部分學(xué)生求解時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)問題中的隱性信息，漏掉隱性信息會(huì)使問題得不到解決，這就要求在解題過程中要思維寬廣，注意聯(lián)系基本原理和基本規(guī)律.

題目所呈現(xiàn)的文本信息其實(shí)是一種外界刺激物，認(rèn)知水平不同的學(xué)生對同樣題目的理解、核心信息的甄別有明顯的差異.實(shí)踐證明，學(xué)生對單純文字的信息識(shí)別能力明顯強(qiáng)于圖、表信息，不少學(xué)生很難從圖、表中提取有效信息，更難以抽象出關(guān)鍵信息.

1.2不按序列加工信息，引起思維混亂

要解決一個(gè)具體的物理習(xí)題一般要經(jīng)歷若干個(gè)信息加工過程，該過程環(huán)環(huán)相扣，如果學(xué)生不能對信息進(jìn)行序列化加工，出現(xiàn)遺漏某些信息加工過程，則會(huì)影響下一步的邏輯加工，引發(fā)思維混亂.

例2(2014年新課標(biāo)Ⅱ卷第16題)：一物體靜止在粗糙水平地面上，現(xiàn)用F1的水平拉力拉動(dòng)物體，經(jīng)過一段時(shí)間后其速度變?yōu)関，若將水平拉力的大小改為F2，物體從靜止開始經(jīng)過同樣的時(shí)間后速度變?yōu)?v，對于上述兩個(gè)過程，用WF1、WF2分別表示拉力F1、F2所做的功，Wf1、Wf2分別表示前后兩次克服摩擦力所做的功，則().

A.WF2>4WF1,Wf2>2Wf1

B.WF2>4WF1,Wf2=2Wf1

C.WF2<4WF1,Wf2=2Wf1

D.WF2<4WF1,Wf2<2Wf1

筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)此題的錯(cuò)誤率很高，與學(xué)生交流后得知：學(xué)生一般先求WF1與WF2的關(guān)系，通常選擇公式W=Fl計(jì)算，而位移關(guān)系則能用勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式求出l2=2l1，但是卻不知WF1與WF2的定量關(guān)系，從而陷入困境，沒能夠轉(zhuǎn)換思路先去求Wf1與Wf2的關(guān)系.究其原因是沒有按照對信息的有序加工所造成的，正確的信息加工思路如圖2所示.

圖2

學(xué)生不按序列進(jìn)行信息加工主要原因有：(1) 學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)不牢靠，對基本規(guī)律或公式未儲(chǔ)存在長時(shí)記憶中，或者記憶模糊，不易提取；(2) 公式記憶雖準(zhǔn)確，但是沒有按照如圖2的過程進(jìn)行信息加工，導(dǎo)致求解錯(cuò)誤.

1.3不按邏輯加工信息，使得遷移不暢

例3(2014年新課標(biāo)Ⅱ卷第25題)：半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，一長為r，質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面，BA的延長線通過圓導(dǎo)軌中心O,裝置的俯視圖如圖3所示，整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向豎直向下，在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出).直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度ω繞O逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸.設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略.重力加速度大小為g.求：

(1) 通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大??；

(2) 外力的功率.

圖3

以甘肅2014年參加新課標(biāo)卷Ⅱ理綜考試的144467名考生為樣本量，本題總體得分情況如下表.

得分0123456789百分比5.095.091.23.792.897.16.597.195.43.7平均分101112131415161718195.583.592.83.093.90.80.890.890.61.22.8

學(xué)生在解答本題時(shí)出現(xiàn)的主要問題是：(1) 對轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的AB棒各點(diǎn)的速度不同認(rèn)識(shí)不到位，沒有想到用平均速度計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢；(2) 用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)，出現(xiàn)了面積計(jì)算錯(cuò)誤；(3) 不能根據(jù)平衡條件寫出外力的表達(dá)式，想不到導(dǎo)體棒兩端所受壓力、摩擦力相等；(4) 寫不出克服摩擦力做功的表達(dá)式(與時(shí)間t有關(guān))；(5) 寫不出能量守恒的表達(dá)式，想不到用公式P=Fv求各力的功率.

本題在常規(guī)的基礎(chǔ)題上做了創(chuàng)新，學(xué)生比較熟悉導(dǎo)體棒在平行直導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的情況，而對導(dǎo)體棒放在兩個(gè)圓形導(dǎo)軌上旋轉(zhuǎn)切割不熟悉.部分同學(xué)知道導(dǎo)體棒繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的求解方法，但對導(dǎo)體棒的一部分繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)切割很陌生.究其原因，學(xué)生對電磁感應(yīng)規(guī)律掌握的不熟練，不能將導(dǎo)體棒在平行導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)正遷移到部分導(dǎo)體棒旋轉(zhuǎn)切割所造成問題，導(dǎo)致求解困難.

2信息加工理論在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用策略

2.1重組策略

高中物理習(xí)題所提供的信息往往是幾種現(xiàn)象或過程的組合，每一種現(xiàn)象或某一段過程都需要用文本形式表征，如例1文字表述多、信息量大.要想求解好此類問題，關(guān)鍵在于能否識(shí)別出題目所述的是哪些具體物理現(xiàn)象，并判明這些物理現(xiàn)象之間是怎樣聯(lián)系的.常用的思維方法是先分割，再重組，最后對現(xiàn)象與規(guī)律進(jìn)行匹配.在平常的教學(xué)中應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生采用摘要、提綱或畫思維導(dǎo)圖等方式總結(jié)課本的內(nèi)容，用黑體字、色彩對比或圈定關(guān)鍵詞等手段來突出關(guān)鍵屬性，鍛煉提取核心信息的能力.在習(xí)題教學(xué)中，使學(xué)生參與其中，簡化復(fù)雜物理情境，展示一步一步的操作程序，將復(fù)雜問題組塊化、簡單化.

2.2有序化策略

信息加工學(xué)習(xí)理論汲取了系統(tǒng)論的有序性原理，認(rèn)為任何系統(tǒng)都是由若干相互聯(lián)系、相互作用的要素所構(gòu)成的.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)界定系統(tǒng)的功能，若能使各要素排列有序，組合最佳，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，就能獲取系統(tǒng)的最佳效果.在物理教學(xué)中，要幫助學(xué)生按照物理學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，對概念和規(guī)律進(jìn)行有序化處理，形成知識(shí)體系.如學(xué)生對靜電場部分習(xí)題的學(xué)習(xí)比較困難，原因在于概念抽象、規(guī)律較多，這時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生要盡可能地將知識(shí)按一定線索進(jìn)行歸類、整理，使零散的、孤立的知識(shí)變?yōu)楸舜碎g相互聯(lián)系的整體，形成一個(gè)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò).筆者在教學(xué)過程中與學(xué)生一起總結(jié)了一個(gè)“靜電場”公式(如圖4)，實(shí)踐后學(xué)生反饋效果比較好.

圖4

2.3遷移策略

筆者認(rèn)為美國心理學(xué)家Judd提出的“類化說”學(xué)習(xí)遷移理論對習(xí)題教學(xué)有很大的指導(dǎo)意義.Judd認(rèn)為在先期學(xué)習(xí)A中獲得的東西之所以能遷移到后期學(xué)習(xí)B中，是因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)A時(shí)獲得了一般原理，這種原理可以部分或全部運(yùn)用于A、B之中[4].把該原則運(yùn)用到物理習(xí)題教學(xué)上，兩個(gè)習(xí)題之間存在的共同要素(知識(shí)或方法)，是產(chǎn)生遷移的必要前提.要完成好信息的“遷移”,就要在平時(shí)的學(xué)習(xí)中多注意加強(qiáng)思維訓(xùn)練，特別是發(fā)散思維,多問幾個(gè)為什么,尋找不同的途徑解答問題等.針對某些問題解決類型，教師要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)生式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握解決問題是應(yīng)該遵循一定的程序、步驟及策略或者借助圖表壓縮信息，構(gòu)建起知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，形成一定的“思維定式”，優(yōu)化頭腦中的知識(shí)結(jié)構(gòu)，減少認(rèn)知負(fù)荷，提高解題效率.知識(shí)概括化的水平越高，遷移的范圍和可能性就更大.

3結(jié)束語

發(fā)現(xiàn)信息在科學(xué)探究的過程中占有很重要的地位，科學(xué)史上的每一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，都是從發(fā)現(xiàn)信息開始的[5].物理習(xí)題教學(xué)中所蘊(yùn)含的創(chuàng)造性思維是無限的，在習(xí)題教學(xué)中不能就題論題，解題時(shí)應(yīng)該多培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)信息、處理信息的能力，不僅能提高學(xué)生解題能力，更能提高學(xué)生科學(xué)的素養(yǎng)，特別是對學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有重要作用，這對學(xué)生將來的發(fā)展具有不可估量的促進(jìn)作用.在評價(jià)方面，作為中學(xué)階段終結(jié)性評價(jià)的高考也越來越重視學(xué)生從圖表、圖像、大量的數(shù)據(jù)材料中獲取和處理信息的能力，提高學(xué)生提取、處理和運(yùn)用有效信息的能力符合新課程高考改革的方向.

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