邢紅軍

(首都師范大學(xué)物理系　北京　100048)

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原始物理問題教學(xué)的研究及教學(xué)實(shí)踐

邢紅軍

(首都師范大學(xué)物理系北京100048)

1　原始物理問題的內(nèi)涵

長期以來，我國的物理教育已經(jīng)形成了一種觀念，認(rèn)為物理教育主要就是演算，反映在教學(xué)層面上就是“題海戰(zhàn)術(shù)”，而“題海戰(zhàn)術(shù)”正是導(dǎo)致我國物理教育低效的根本原因．

所謂原始物理問題，是指對自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理現(xiàn)象的描述；而習(xí)題則是把物理現(xiàn)象經(jīng)過一定程度抽象后加工出來的練習(xí)作業(yè)．兩者的關(guān)系如圖1所示.

圖1　原始物理問題與習(xí)題的關(guān)系

顯然，習(xí)題教學(xué)“掐頭去尾燒中段”，只側(cè)重于圖1虛線部分的演算、推導(dǎo)環(huán)節(jié)，致使學(xué)生只知道根據(jù)已知條件去解題，遇到實(shí)際問題則常常束手無策．相比而言，原始物理問題采用文字?jǐn)⑹龅姆绞匠尸F(xiàn)物理現(xiàn)象，沒有習(xí)題中給定的已知條件，需要學(xué)生根據(jù)提供的情境，通過假設(shè)等手段去自行設(shè)置，進(jìn)而構(gòu)造出理想的模型，再經(jīng)過層層“抽絲剝繭”，方可使結(jié)論“破繭而出”．

2　原始物理問題表征理論

我們以協(xié)同學(xué)理論為基礎(chǔ)，采用生態(tài)心理學(xué)的研究取向，將原始物理問題作為研究對象，把問題解決的因果聯(lián)系從單一性向多樣性過渡，從確定性向不確定性過渡，從線性向非線性過渡，從知識貧乏領(lǐng)域向知識豐富領(lǐng)域過渡，認(rèn)為“問題解決是問題解決者對問題表征狀態(tài)的自組織過程，具有非線性、突變性和自我組織性的特征”，進(jìn)而提出了原始物理問題解決的自組織表征理論(SelfOrganizationRepresen-tativeTheory)，簡稱SORT．

SORT認(rèn)為：問題解決是一個連續(xù)與突變相結(jié)合、獨(dú)立與關(guān)聯(lián)相結(jié)合、控制與自發(fā)相結(jié)合、協(xié)同與競爭相結(jié)合、必然與偶然相結(jié)合的過程．依據(jù)SORT的理論內(nèi)涵，我們進(jìn)一步提出了SORT的表征層次，包括抽象表征、圖像表征、賦值表征、物理表征、方法表征以及數(shù)學(xué)表征．

3　原始物理問題測量工具

在自組織表征理論建立的基礎(chǔ)上，結(jié)合中學(xué)生的認(rèn)知水平，我們分別編制了初高中原始物理問題測量工具并進(jìn)行了測試(如圖2所示)．?dāng)?shù)據(jù)分析表明，兩個測量工具不僅具有較高的信度與效度，而且能有效測量中學(xué)生解決物理問題的能力．

圖2　原始物理問題測量工具

4　原始物理問題表征影響因素

基于前人的研究結(jié)果和研究特點(diǎn)，我們首先提出原始物理問題解決影響因素的假設(shè)：(1)物理知識；(2)物理方法；(3)思維深刻性品質(zhì)、靈活性品質(zhì)、獨(dú)創(chuàng)性品質(zhì)和批判性品質(zhì)．由此組成了中學(xué)生解決原始物理問題的6個影響因素．

進(jìn)一步，我們借助高中“原始物理問題測驗(yàn)工具”以及“原始物理問題解決影響因素問卷”，采用結(jié)構(gòu)方程模型(StructuralEquationModeling，SEM)分析的方法，利用AMOS4.01 軟件分析了各思維品質(zhì)、物理方法、物理知識和物理成績之間的關(guān)系，檢驗(yàn)原始物理問題解決影響因素的假設(shè)模型．結(jié)果如圖3．其中X1-10 代表物理知識；X2-10 代表物理方法；X3-10 代表深刻性；X4-10 代表靈活性；X5-10代表批判性；X6-10代表獨(dú)創(chuàng)性．

圖3　利用AMOS 4.01檢驗(yàn)假設(shè)模型的結(jié)果

結(jié)果顯示，模型的RMSEA值小于 0.08 ，擬合結(jié)果可以接受．CFI和NNFI(TLI)大于 0.95，表明模型擬合得較好，從而驗(yàn)證了原始物理問題解決影響因素的假設(shè)模型．

5　原始物理問題解決認(rèn)知機(jī)制

在物理問題解決研究中，認(rèn)知加工方式是一個重要領(lǐng)域．我們通過分析認(rèn)知加工理論的發(fā)展歷程與實(shí)證研究，發(fā)現(xiàn)物理習(xí)題解決屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動加工，而原始物理問題解決屬于概念驅(qū)動加工．從數(shù)據(jù)驅(qū)動加工到概念驅(qū)動加工的轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著物理問題解決認(rèn)知方式的進(jìn)化，這為物理問題解決研究提供了有益的啟示．

為了進(jìn)一步厘清原始物理問題解決的認(rèn)知機(jī)制，我們運(yùn)用原始物理問題測驗(yàn)工具進(jìn)行了中學(xué)生解決原始物理問題的口語報告研究．結(jié)果顯示：學(xué)生成績的直方圖呈雙峰分布，其中17名學(xué)生處于高分峰內(nèi)，29名學(xué)生處于低分峰內(nèi)，4名學(xué)生處于高分峰與低分峰之間的臨界區(qū)域．研究還發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生在原始物理問題解決過程中存在著臨界慢化與臨界漲落現(xiàn)象．所謂臨界慢化是指系統(tǒng)在轉(zhuǎn)變區(qū)對擾動的影響與在穩(wěn)定區(qū)的反應(yīng)相比變慢了，臨界漲落是指系統(tǒng)在轉(zhuǎn)變區(qū)時某一個漲落會突然變得格外大．

6　原始物理問題教學(xué)實(shí)踐

鑒于原始物理問題在培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)方面的獨(dú)特功效，我們選取北京市某市級示范高中一年級學(xué)生為被試，進(jìn)行了為期半年的教學(xué)實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)由兩個隨機(jī)等班組成．其中，實(shí)驗(yàn)班接受原始物理問題干預(yù)，對照班不給予任何干預(yù)．實(shí)驗(yàn)后兩班同時進(jìn)行后測，最后對測驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析．

運(yùn)用“思維品質(zhì)問卷”，測查了實(shí)驗(yàn)班和對照班的學(xué)生思維品質(zhì)．結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過干預(yù)，實(shí)驗(yàn)班與對照班學(xué)生在思維品質(zhì)的深刻性、獨(dú)創(chuàng)性和靈活性上均有顯著性差異，說明運(yùn)用原始物理問題培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)是一條行之有效的途徑．

表1干預(yù)后實(shí)驗(yàn)班與對照班思維品質(zhì)得分統(tǒng)計檢驗(yàn)

思維品質(zhì)深刻性獨(dú)創(chuàng)性批判性靈活性T值2.282.011.762.52顯著性水平P<0.05P<0.05P>0.05P<0.05

筆者主持的全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃教育部重點(diǎn)課題“促進(jìn)中學(xué)生思維品質(zhì)發(fā)展研究”(DBA110180)2015年11月獲 “優(yōu)秀”鑒定等級．《初中原始物理問題教學(xué)》與《高中原始物理問題教學(xué)》兩部著作將于2016年9月出版．

2016-07-23)

邢紅軍(1960-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，在物理科學(xué)方法顯化教育、原始物理問題教學(xué)、物理高端備課、物理教師專業(yè)發(fā)展研究等領(lǐng)域取得豐碩成果.中國教育學(xué)會物理教學(xué)專業(yè)委員會常務(wù)理事.