葉秋香

(廈門市禾山中學，福建 廈門 361009)

0 引言

“科學思維”是物理新課標的四大核心素養(yǎng)之一，主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素。建構與應用模型是物理學最重要的研究方法之一，也是物理學的核心學科特色[1]?！皢栴}解決”是由一定的情景引起的，按照一定的目標，應用各種認知活動、技能等，經過一系列的思維操作，使問題得以解決的過程。如在“中國天眼”的維護和檢修中，科學家首次使用了“微重力蜘蛛人”方案就是一個著名的用科學思維實現(xiàn)“問題解決”的例子。在物理教學中，通過建構“目標導向思維模型”，可以讓學生像科學家們一般去思考，從而促使學生的科學思維和解決問題的能力大大提升。

1 “目標導向思維模型”在問題解決中的獨特優(yōu)勢

學生學習物理時，普遍存在上課能聽懂，而在面對較復雜的新問題時卻一籌莫展的現(xiàn)象。究其原因，主要是不少學生在面對陌生復雜的問題時，不知道排除無關因素的干擾而無法找到解題的突破口。現(xiàn)代信息加工心理學認為，問題的解決是一種以目標定向的搜尋問題空間的認知過程。其中原有知識經驗和當前問題的組成成分必須重新改組、轉換或聯(lián)合，才能達到既定的目標[2]。運用“目標導向思維模型”解決問題時，要求學生“通過通讀情境信息，明確最終要解決的問題，然后從問題入手，根據(jù)問題的性質和類型搜尋并匹配頭腦中儲存的物理知識，有針對性地去尋找解決問題所缺的條件”，這樣能大大縮小“搜索問題的空間”，把問題中的內隱條件一一倒逼出來，省時高效地形成完整的解題思路。

2 “目標導向思維模型”在問題解決中的建構過程

“目標導向思維模型”的構建過程中，解題者需要將最終要解決的問題（原目標），分解成一系列子目標（圖1 中的轉換目標1、2、3……），并從題中尋找每一個子目標的所需條件，在實際情境中提取有用信息，看看每個子目標中所要用到的物理量能否在題中直接找到。若能，則目標與條件匹配完成（這一過程叫匹配判斷），解決問題的方案已找到，思維鏈條可以終止。否則思維還要繼續(xù)，將目標進一步轉換，直到所求問題與現(xiàn)有條件完全匹配為止。

圖1 “目標導向思維模型”的建構過程

那么，在具體問題的解決過程中，該如何運用“目標導向思維模型”呢？下面結合例1 如圖3 所示進行具體說明。

例1.如圖2 所示，將邊長為20cm 的正方形物塊輕輕放入水中，靜止時該物塊露出水面的高度5cm,求該物塊的密度。（ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）

圖2

在解答例題1 時，若是沒有經過思維訓練的學生可能會比較迷茫，無從下手。而利用“目標導向思維模型”來分析，從最終要解決的問題出發(fā)，向現(xiàn)有條件反推，直到達到現(xiàn)有條件為止，再逆著“來路”返回，一步一步正向求解，這樣能很好地找到答案（圖3 所示）。如果題目簡單，對應的思維鏈條就短，反之題目越難，對應的思維鏈條就越長，分支就越多。在越難問題的解決中，越能體現(xiàn)用“目標導向思維模型”來思考問題的優(yōu)勢。

3 “目標導向思維模型”在問題解決中的教學策略

目標導向思維要外化為學生解題的自覺行為，得先將其內化到學生的思維體系中，使其成為一種解決問題的思維能力。該如何將“目標導向思維模型”根植于學生的頭腦中呢？

3.1 教師示范，模型建構可視化

初中生正處于形象思維向抽象思維過渡的階段，抽象思維能力較弱，因此“目標導向思維模型”的建構離不開教師用可視化的手段進行“示范”（圖3），幫助學生把碎片的知識整理出來、間斷的思路銜接起來、模糊的策略明晰開來，讓思維從“隱性”到“顯性”、從“模糊”到“清晰”，讓學生從“無模型”到“有模型”、從“無意識”到“有意識”，也從“拔劍四顧心茫然”變?yōu)椤敖忸}從此有抓手”。

3.2 學生模仿，練習編制配套化

“目標導向思維模型”的建構離不開“學生模仿”?！罢n上聽來終覺淺，絕知此法要躬行”，教師的“法”要轉化為學生的“招”，離不開學生的親力親為和刻意練習。練習時，習題的難度要與學情配套，先易后難，循序漸進。一開始可設計一些思維鏈短、分支少的題組，讓學生容易上手跟著學。等學生對思考的流程和操作步驟較熟后，逐步拋出較難的題。如例2，就是學生在初步掌握“目標導向思維模型”流程后拋出的較難的題。筆者啟發(fā)學生“物體所受的摩擦力怎么求？依據(jù)是什么？”，一步步引導學生運用目標導向思維法畫出的解題思路（圖5）。讓學生體會到該思維模型在聚焦問題、快速找到答案上的獨特優(yōu)勢，他們才會有想學想用的迫切愿望。

圖4

圖5 解答例題2 的“目標導向思

例2，如圖4 所示，一環(huán)狀物體穿在水平橫桿上，受風力作用向左做勻速運動，當將桿豎直放置，且所受風力不變時，物體在桿上豎直向下運動。已知物體重為G，物體在桿上所受的摩擦力與物體對桿的壓力成正比，比例系數(shù)為k（k＜1），則物體在豎直桿上向下運動時物體所受的摩擦力為。

再如例3 第（1）小題較簡單，可讓班上基礎較弱的學生畫思維路徑。而第（2）小題是多對象、多條件限制的動態(tài)變化題，筆者要求成績較好的學生來完成，并適時地提示“為什么R2為有范圍？如果R2 太小會怎樣？如果R2 太大又會怎樣？”。經過不斷的引導，不少能力稍弱的學生也能順利畫出解答的思維過程（圖7）。品嘗到用“目標導向思維模型”解決問題的甜頭，這也大大提升了他們戰(zhàn)勝“難題”的信心。

圖6

圖7 “微重力蜘蛛人”方案中的“目標導向思維模型”

例3.在如圖6 所示的電路中，電源電壓9V 保持不變。滑動變阻器上標有“20Ω/2A”字樣，電流表的量程為0～0.6A，電壓表的量程為0～3V，電阻R1 的阻值為4Ω。閉合電鍵求：

（1）當滑片在滑動變阻器的最右端a 點時，通過電阻R1的電流。

（2）為了保證電路能正常工作及各電表不致?lián)p壞，滑動變阻器的取值范圍。

3.3 持之以恒，策略形成自動化

“目標導向思維模型”的應用離不開持之以恒的強化。形成一種新的思維方法，絕不是一朝一夕的事。教師有必要堅持不懈地要求學生在實踐中用目標導向法畫出思維路徑并用此支架去解決問題。若學生在比較難的問題中、關鍵的環(huán)節(jié)上，能自動地運用該模型進行聚焦并順利解決問題，說明此時他已將此思維模型完全內化，甚至已將其變?yōu)樽约旱囊环N認知策略了。如文首所述，“中國天眼”設計師們首次使用“微重力蜘蛛人”檢修方案，這一創(chuàng)舉，其實就是利用“目標導向思維模型”認知策略解決問題的一個絕佳實例（如圖7）?？茖W家們良好的思維品質和認知策略，一定是經過長期而系統(tǒng)的訓練才形成的。唯有持之以恒，方可彰顯久久為功之成效。

由此觀之，在“目標導向思維模型”的建構及應用中，經歷了從“具體問題→提煉思路→形成認知策略→廣而用之”的思維進階過程，學生的深度學習在這一過程中自然而然地發(fā)生，潤物無聲中核心素養(yǎng)得到了培育。通過“歸納→建模→應用”也即“特殊→一般→特殊”的兩次建模轉換，使物理問題解決的教學，賦予了方法論滲透的意義，進而完成一種“從題到類，從類到法”的智能升級[3]，避免了就題論題、題海戰(zhàn)術帶來的沉重負擔，這種問題解決的教學策略正呼應了當下“雙減政策”減負提質的要求。