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        培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的課例研究*
        ——以一節(jié)高三物理題型專題復(fù)習(xí)課為例

        2020-07-01 09:28:04程柱建
        物理通報(bào) 2020年7期
        關(guān)鍵詞:功能分析

        程柱建

        (如皋市教育局教研室 江蘇 南通 226500)

        1 引言

        《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的教學(xué)建議之一是“通過問題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成”[1].物理教學(xué)應(yīng)該從哪些方面來提升學(xué)生的問題解決能力呢?國際學(xué)生評估項(xiàng)目(PISA)問題解決能力的結(jié)構(gòu)對物理學(xué)科教學(xué)有重要的指導(dǎo)作用.

        PISA的問題解決能力的結(jié)構(gòu)由理解、分析、推理、實(shí)踐、反思和表達(dá)等6種要素構(gòu)成[2].結(jié)合物理問題解決的實(shí)際,我們將各要素進(jìn)行了“物理學(xué)科化”的表述:理解指閱讀問題文本,構(gòu)建物理情境;分析指獲取問題信息,尋找物理?xiàng)l件;推理指理清解題思路,選擇物理規(guī)律;實(shí)踐指自主解決問題,進(jìn)行計(jì)算或?qū)嶒?yàn);反思指審視問題結(jié)果,完善解題過程;表達(dá)指規(guī)范書寫結(jié)果,積極展示交流.另外,我們還認(rèn)為,學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)需要堅(jiān)持學(xué)生的主體地位,讓學(xué)生處于課堂的中心.

        本研究以同一位教師在不同的平行班級針對同一課題連續(xù)3次的“施教-研討-改進(jìn)”,對學(xué)生問題解決能力六要素進(jìn)行課堂觀察,發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn),探討培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的教學(xué)策略.

        2 教學(xué)準(zhǔn)備

        2.1 研究主題

        培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的教學(xué)策略.

        2.2 確定課題

        高考江蘇物理卷具有穩(wěn)定的題型設(shè)置.縱觀近年江蘇高考物理試卷,第二道計(jì)算題均為多物體的力學(xué)問題,主要考查學(xué)生對受力分析、共點(diǎn)力的平衡、運(yùn)動的合成與分解、牛頓第二定律、動能定理、機(jī)械能守恒定律等知識的準(zhǔn)確理解和靈活運(yùn)用.試題通過接觸面、細(xì)繩、輕桿、彈簧等對物體的約束限制、相互牽連,考查學(xué)生的理解能力、分析綜合能力、推理能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力,對學(xué)生的問題解決能力提出較高的要求.

        高三第二、三輪復(fù)習(xí)中穿插題型專題復(fù)習(xí),既可以減輕備考負(fù)擔(dān),提高復(fù)習(xí)效率,又可以培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力.基于以上認(rèn)識,江蘇省白蒲高級中學(xué)高三物理組設(shè)計(jì)了“力學(xué)計(jì)算題專題(一)——牽連體問題”題型專題復(fù)習(xí)課.

        2.3 設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)案

        首先,確定學(xué)習(xí)目標(biāo).備課組深度剖析了江蘇和全國近年?duì)窟B體類型的高考試題,界定了專題復(fù)習(xí)的知識范圍和能力要求,確定了如下的學(xué)習(xí)目標(biāo):能在規(guī)范作受力示意圖的基礎(chǔ)上熟練解決物體的平衡問題;會用運(yùn)動的合成與分解規(guī)律處理牽連體問題;會分析繩、桿對系統(tǒng)能量的影響,能正確運(yùn)用系統(tǒng)機(jī)械能守恒解決相關(guān)問題.

        其次,編寫導(dǎo)學(xué)案.根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo),備課組精心選擇了3道題目,第1道是2015年高考全國卷Ⅱ第21題(改編成3小問的計(jì)算題),第2道是2018年高考江蘇卷第14題,第3道是2016年高考江蘇卷第14題,編寫了“活動方案”.遵循“先做再評”及“練習(xí)即考試”的原則,在專題標(biāo)題的下方標(biāo)注了“總分48分,時(shí)間45 min”的字樣.

        最后,設(shè)置計(jì)劃課時(shí).本節(jié)復(fù)習(xí)課計(jì)劃用時(shí)2課時(shí).第1課是學(xué)生自主限時(shí)練習(xí).第1課課后,教師對學(xué)生的答題情況進(jìn)行批閱,統(tǒng)計(jì)學(xué)生的答題情況,并將典型錯(cuò)誤和優(yōu)秀解答拍了照片.第2課時(shí)用于導(dǎo)學(xué)案的講評.

        3 課堂觀察

        3.1 第一次課試教

        教學(xué)的大致流程:首先,教師進(jìn)行了學(xué)情通報(bào),表揚(yáng)了部分做題優(yōu)秀和進(jìn)步顯著的學(xué)生;其次,學(xué)生根據(jù)下發(fā)的答案自主訂正;最后,師生根據(jù)3道題目的設(shè)問進(jìn)行了分類討論和交流.

        3.1.1 教學(xué)優(yōu)勢

        (1)分析與推理要素方面.教師對3道題目的設(shè)問進(jìn)行分類講評,可以有效提高學(xué)生根據(jù)物理?xiàng)l件,選擇不同規(guī)律或方法分析靜力學(xué)問題、動力學(xué)問題或力學(xué)中的能量問題.

        (2)反思要素方面.教師給學(xué)生留出了自主學(xué)習(xí)和反思的時(shí)間.如,每題的第(1)問,均考查了學(xué)生受力分析和共點(diǎn)力的平衡知識.從學(xué)生答題的反饋看,正確率比較高,教師采用了學(xué)生對照答案自主訂正、學(xué)習(xí)小組組長督查的方式.教師還及時(shí)對相關(guān)問題解決的思路或方法進(jìn)行了總結(jié).如,教師對牽連體速度、加速度的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié),強(qiáng)調(diào)了分析合運(yùn)動和分運(yùn)動的重要性;總結(jié)了對于多物體應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的注意點(diǎn).

        (3)表達(dá)要素方面.教師利用拍攝的典型錯(cuò)誤和優(yōu)秀解答照片,適時(shí)地對解題規(guī)范性進(jìn)行了示范和糾正.

        3.1.2 問題發(fā)現(xiàn)

        (1)理解要素方面.3道題目均來自于歷年的高考試題,有一定的難度,從答題結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出3道題目總體的難度為0.4.

        (2)實(shí)踐要素方面.在課堂教學(xué)中,教師引導(dǎo)講評的時(shí)間偏長,相應(yīng)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的時(shí)間仍偏少.

        (3)表達(dá)要素方面.雖然教師在教學(xué)過程中總結(jié)了規(guī)律或方法,但是由于僅僅采用的是口頭表達(dá)的方式,學(xué)生留下的印象不太深刻.

        3.1.3 改進(jìn)建議

        (1)理解要素方面.對難度大的問題進(jìn)行改編,給學(xué)生搭建理解和分析問題的思維臺階,例如,將第2題第(3)問改為“由于系統(tǒng)機(jī)械能守恒,小球運(yùn)動到與A,B相同高度后,恰好能向下運(yùn)動到初始位置,小球向下運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí)物塊M所受的拉力大小T.”,將第3題第(2)問改為,“A滑動的位移為x時(shí),求:(1)B的水平位移大小s1;(2)B的豎直位移大小s2;(3)B的位移大小s.”

        (2)實(shí)踐要素方面.思維型教學(xué)一般包括以下的學(xué)生學(xué)習(xí)活動:自主學(xué)習(xí)、合作探究、成果展示和自我完善.為了保證講評過程中學(xué)生活動的效果,可以搭建腳手架,設(shè)置具體的問題讓學(xué)生活動.如,在學(xué)生探究第2題第(3)問時(shí),設(shè)置如圖1所示的4個(gè)具體問題,讓學(xué)生通過4個(gè)問題,進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與合作探究,教師在學(xué)生進(jìn)行成果展示時(shí)僅僅進(jìn)行引導(dǎo)評價(jià)和點(diǎn)評提升.

        (3)表達(dá)要素方面.題型專題復(fù)習(xí)的目的是幫助學(xué)生有效建構(gòu)相關(guān)題型的解題思維模型,掌握解題的規(guī)律與方法.課堂上,教師可以讓學(xué)生先自主總結(jié)與展示,然后再通過板書或PPT進(jìn)行提煉.規(guī)律與方法應(yīng)從可操作性(程序性知識)的角度去考慮,并注意表述的直觀性和簡潔性.

        圖1 針對第2題第(3)問設(shè)計(jì)問題

        3.2 第二次課改進(jìn)

        3.2.1 積極變化

        (1)理解和分析要素方面.通過改編,3道題目的總體難度由0.4提升到0.51,學(xué)生對物理情境的構(gòu)建與物理?xiàng)l件的挖掘發(fā)生了可喜的變化,提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心.

        (2)推理和實(shí)踐要素方面.在難點(diǎn)問題的突破上,通過搭建臺階,將學(xué)習(xí)內(nèi)容從學(xué)習(xí)的恐慌區(qū)移到學(xué)習(xí)區(qū),有效地加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度和達(dá)成度,活躍了課堂學(xué)習(xí)氣氛.

        (3)反思和表達(dá)要素方面.學(xué)生在解決問題的過程中對牽連體的速度、加速度規(guī)律進(jìn)行了總結(jié),并積極在小組內(nèi)和班級內(nèi)進(jìn)行了展示和交流.教師不僅利用課前拍攝的典型錯(cuò)誤和優(yōu)秀解答照片對解題規(guī)范性進(jìn)行了示范和糾正,還在課前手寫了第2道題目的完整規(guī)范答案,課堂上進(jìn)行了投影,并留足時(shí)間給學(xué)生自主完善解答過程.

        3.2.2 問題發(fā)現(xiàn)

        (1)理解和分析要素方面.題目講評過程中,教師僅強(qiáng)調(diào)了解題過程,未能對學(xué)生存在的錯(cuò)誤尋根溯源,忽視了審題的重要性.

        (2)實(shí)踐要素方面.除了計(jì)算外,是否還有其他的方法來驗(yàn)證推理?

        (3)反思要素方面.在3道題目中輕繩、輕桿的長度未發(fā)生變化,說明它們在整個(gè)過程中對整個(gè)系統(tǒng)的能量無影響,同時(shí)不計(jì)一切摩擦力,系統(tǒng)的機(jī)械能是守恒的.如果題目出現(xiàn)輕彈簧,能量又會如何轉(zhuǎn)化呢?有必要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣?,提升學(xué)生解決問題時(shí)思維的深刻性.

        3.2.3 改進(jìn)建議

        (1)理解和分析要素方面.教師培養(yǎng)學(xué)生的審題能力,會將題目的文字轉(zhuǎn)換成物理情境,由物理情境、物理?xiàng)l件選擇相關(guān)的規(guī)律,目的讓學(xué)生從會解一道題到會解一類題,提升學(xué)生的表征問題解決能力.教師可以在導(dǎo)學(xué)案的頁腳標(biāo)注關(guān)鍵詞來提醒學(xué)生,如“注重審題,正確進(jìn)行受力分析、運(yùn)動分析、功能分析,規(guī)范解答.”

        (2)實(shí)踐要素方面.實(shí)驗(yàn)可以提升學(xué)生的實(shí)踐能力,例如,教師可以制作出第2題的實(shí)驗(yàn)裝置,在學(xué)生表征問題與構(gòu)建運(yùn)動情境后,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來呈現(xiàn)小球和小物體的實(shí)際運(yùn)動情況.

        (3)反思要素方面.在講評導(dǎo)學(xué)案中,可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣够蜓a(bǔ)充,增強(qiáng)學(xué)生解決具有差異化問題的能力.如,在第2道題目講評結(jié)束后,可以補(bǔ)充如下的拓展問題:如圖2所示,輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端與質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連,彈簧水平且處于原長.圓環(huán)從A處由靜止開始下滑,到達(dá)C處的速度為零,AC=h,彈簧彈性勢能Ep,求此過程由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能.從能量轉(zhuǎn)化的角度,有重力勢能、彈性勢能、內(nèi)能間的轉(zhuǎn)化,運(yùn)動過程還有動能產(chǎn)生,豐富了能量的形式,可以提升學(xué)生的分析問題的能力和認(rèn)知水平.

        圖2 拓展問題情境圖

        3.3 第三次課提高

        第三次改進(jìn)課是面向如皋市高三全體物理教師的一節(jié)公開課,聽課教師對本節(jié)課中問題解決能力培養(yǎng)的評價(jià)有以下4個(gè)方面.

        3.3.1 教師將學(xué)生放在課堂的中心

        學(xué)生思維活動的時(shí)間充分,學(xué)生間的交流活躍,成果展示時(shí)精彩紛呈,如,學(xué)生在展示第二題的斜面與物塊的位移關(guān)系時(shí)共形成了4種不同的思路.學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí),教師對學(xué)困生的個(gè)性化輔導(dǎo),有效地增強(qiáng)了學(xué)困生的學(xué)習(xí)信心.

        3.3.2 學(xué)生的理解與分析能力得到了提升

        雖然題目的難度不小,但是從審題,到明確物理情境,到構(gòu)建物理模型并選擇合適規(guī)律解題這一系列解題思維的訓(xùn)練,讓學(xué)生碰到新問題時(shí),能有條不紊地的分析和解決問題.

        3.3.3 學(xué)生的推理能力與實(shí)踐意識得到了加強(qiáng)

        教師對相關(guān)問題搭建腳手架,并適當(dāng)?shù)刈兪胶屯卣?,提升了學(xué)生的思維品質(zhì)和實(shí)踐意識.學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第2題中物體運(yùn)動情境的猜想,強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)與邏輯推理相結(jié)合的思維方式與研究方法.

        3.3.4 學(xué)生反思與表達(dá)能力得到了提升

        教師對相關(guān)模型的思維方法進(jìn)行了精準(zhǔn)的總結(jié),有助于學(xué)生掌握方法并應(yīng)用、遷移方法解決問題.教師從審題、畫示意圖、列表達(dá)式等各個(gè)方面,強(qiáng)化了學(xué)生認(rèn)真、規(guī)范解題的習(xí)慣.

        4 結(jié)論

        問題解決能力是一個(gè)人成長過程中必備的一種關(guān)鍵能力,是學(xué)科教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo).問題解決能力的結(jié)構(gòu)分為理解、分析、推理、實(shí)踐、反思、表達(dá).為了操作方便,可以將學(xué)生問題解決能力劃分為如下3種子能力:表征問題的能力、找到解決問題的方法與結(jié)果的能力和自我評價(jià)與反思的能力,問題解決能力的各要素可以對應(yīng)到以上3種能力中,對應(yīng)關(guān)系如表1所示.

        表1 問題解決能力的3種子能力及目標(biāo)指向

        為了有效培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力,在教學(xué)中,教師需要重點(diǎn)關(guān)注以下4個(gè)方面.

        4.1 堅(jiān)持學(xué)生的主體地位——學(xué)生能力發(fā)展的途徑

        學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,課堂中的合作探究、成果展示、自我完善均是建立在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的.同時(shí),教師還應(yīng)該鼓勵學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題,敢于提出問題,積極解決學(xué)習(xí)與生活中的問題,提升解決問題的實(shí)踐能力.

        4.2 優(yōu)化問題的設(shè)置——表征問題能力的抓手

        學(xué)生問題解決能力是在解決問題的過程中逐漸形成的,所以問題的設(shè)置是培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的基礎(chǔ).教師在設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)案時(shí),需要根據(jù)學(xué)情和教學(xué)目標(biāo),精心選擇問題,并設(shè)置好問題的呈現(xiàn)方式.情境化問題可以激發(fā)學(xué)生解決問題的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

        4.3 搭建思維的腳手架——體驗(yàn)問題解決的過程

        問題解決的本質(zhì)是一種思維活動,思維貫穿于學(xué)生表征問題和找到解決問題的方法與結(jié)果的全過程.教師要搭建學(xué)生問題解決過程中的腳手架,注重物理情境的分析和物理模型的構(gòu)建,形成解決問題的程序性知識,同時(shí),要養(yǎng)成學(xué)生解決問題時(shí)的科學(xué)態(tài)度和良好習(xí)慣.

        4.4 提供反思的平臺——豐富問題解決的策略

        教師應(yīng)盡可能多途徑地給學(xué)生提供自我評價(jià)與反思的平臺,合作探究、成果展示、自我完善、實(shí)驗(yàn)操作等均是較好的平臺,除此之外,教師還要幫助學(xué)生加強(qiáng)對問題解決過程的認(rèn)識,引導(dǎo)學(xué)生自覺地運(yùn)用元認(rèn)知知識調(diào)節(jié)與監(jiān)控問題解決過程,豐富學(xué)生的元認(rèn)知體驗(yàn).

        教師在教學(xué)活動中,注意到以上4個(gè)方面,對培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力會有很大的幫助.

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