依據程序性知識的心理學規律提高初中物理習題課的教學效果

摘要：物理概念和規律是一種“陳述性知識”，是回答事物“是什么”和“為什么”的問題；而應用物理知識解決問題的技能和策略是一種“程序性知識”，是回答“怎么做”的問題。這兩種知識的心理操作不同，有著不同的心理結構和形成規律。因此，習題課的教學只有按照“程序性知識”形成的心理學規律對學生進行相應的訓練，才能提高習題課的教學效果。本文將結合初中物理習題課教學，介紹技能和策略的心理學規律以及促進這種心理結構形成的教學訓練方法。

關鍵詞：程序性知識；習題課；教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)10(S)-0007-3

1 解題能力中的心理學規律

1.1 知識應用技能和解題策略

信息加工心理學認為，智力技能（范型識別技能）的內部表征是以“如果／則（IF/THEN）” 的規則形式編碼的。它的信息加工操作是在問題解決的情境中，對知識的應用條件進行識別判斷（模式識別），一旦判斷成功，則根據知識中各成分之間的關系進行操作（程序操作）。由此可見，知識應用時的信息加工與知識獲得時的認識活動是不同的。例如，功的概念是：“功是力與物體在力的方向上移動的距離的乘積。”但在應用這一知識解決問題時，并不是以“什么或是什么”的陳述方式加工信息的，而是以“IF/THEN”的方式對問題作出判斷，并應用知識進行變量間的轉換。即“如果以下條件同時滿足：①有力始終作用在物體上；②物體通過了一段距離；③力與物體運動方向一致（垂直不做功），則功＝力×距離。”由此可見，物理知識的應用技能是對知識應用條件的建構。

例：有一個小女孩在水平的雪地上拉雪橇，上面坐著她的弟弟，共重500N；姐姐用100N的力與地面成30°角拉著雪橇勻速運動，如圖1(a)所示，求地面與雪橇間的摩擦因數。

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一個問題解決的過程如下：首先確定這是一個質點動力學的問題，將該問題納入這一知識范疇中，先分析機械能是否守恒。（因為若機械能守恒，問題處理起來比較方便）由于質點運動涉及摩擦，所以機械能不守恒；再分析有無加速度，若有加速度就應用牛頓第二定律，由于題目中物體做勻速運動，所以這是一個有滑動摩擦的共點力平衡的問題；接著依據共點力平衡和滑動摩擦力的知識體系進行具體的操作，即確定研究對象（雪橇和上面的弟弟）、進行受力分析、建立直角坐標系、將各個力進行正交分解。如圖1(b)所示，在x、y方向上分別列出相應的方程：

x方向：Fcos30°=f；

y方向：N+Fsin30°=W；f=μN；

則：μ=Fcos30°/(W-Fsin30°)。將已知數據代入，解出μ值。

由此看出，策略的程序性加工活動應是：首先按照學科知識的結構化體系對問題進行定位、整體分析與搜索，選擇所需要的知識，構成當前解決問題的結構，然后在每一知識組塊中執行系列化的技能程序操作，解出最終答案。

1.2 技能、策略形成的規律

為什么同樣是做題，有些學生可以形成較強的解題能力，而許多學生則不能？區別就在于他們各自形成的解題經驗的概括程序不同。

在題海戰術中，許多學生形成的解題經驗是一個個具體問題的經驗。這種經驗既有一般方法的成分，也有具體問題特征的成分，所以具體經驗無法靈活應用。若僅僅憑這種具體經驗解題，就需要學生見過各種可能的題型，并經過大量的重復練習才能提高成績。這種能力形成過程主要是靠重復和記憶。這種解題經驗也是一種IF/THEN的編碼，只不過這里的判斷條件是具體的題型。所以有不少學生說：“不怕復雜的問題，就怕沒見過的問題。”可見這種解題方法的效果不太理想。

從前面“功”的知識應用技能的例子可以看出，有效的技能程序性知識是對某一知識在應用中的各種正反兩方面具體經驗的總結概括。由于這種知識的條件化建構體現了全面性和概括性，所以保證了技能的有效性和普適性。教學實踐表明，只有少數學生能夠自發地形成這種抽象概括的程序性知識，而大多數學生往往停留在具體經驗的水平上。

1.3 習題課教學的任務

首先我們了解到，物理概念、物理規律是一種陳述性知識，而解題能力中的技能和策略是一種程序性知識。因此，在教學中僅僅對具體問題中的概念、規律進行反復強調和講解，并不能有效地發展學生的解題能力。其次，僅僅讓學生記住典型例題中的具體解法，也不能使大多數學生形成系統分析、判斷和有序推理的概括性解題能力。所以要使多數學生形成技能和策略，習題課的核心任務不應該單單是使學生記住一些典型例題的解法，而應該是對某類問題解決的程序性知識的概括性建構。這種程序性知識是教材中所沒有的，對多數學生來講也是很難自發形成的，所以需要教師首先概括出這些程序性知識，然后圍繞這個核心來選擇例題，并進行練習。

由此可見，習題課的核心任務是對相應的程序性知識的建構。這些程序性知識需要教師提前總結概括出來，并在課堂上以外顯的方式傳授給學生。與體育訓練相似，這些外在的程序性知識需要通過教師的示范和學生的遷移、應用才能內化為學生的能力。與傳統的題海戰術不同的是，這里的練習是圍繞概括出來的程序性知識進行的，而不是圍繞大量的物理知識展開的。

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2 習題課中的“技能”教學

習題課中的技能教學目標應該是促進學生對物理知識應用的條件化建構。圍繞這一核心，選擇例題；從一組例題中總結概括出技能的“IF/THEN”表征，并以外顯的方式傳授給學生；教師對技能知識的應用進行解題示范；學生仿照示范應用技能知識進行遷移應用的練習。下面以“摩擦力”的習題教學為例，介紹這種技能教學的方法。

例題1 如圖2所示，一個重為100N的物體放在水平面上，當物體在水平方向上受向右的拉力F1、向左的拉力F2及摩擦力f的作用時，物體處于靜止狀態。若F1=10N，F2=4N，則A、B。

A.f=6N，方向向左

B.F1與f合力的大小是4N，方向向右

C.F2與f合力的大小是2N，方向向左

D.在物體上疊放一個重100N的物體，拉力不變，物體仍靜止，f將增大。

(在教學中還列舉了若干與此類似的例題。)

從教學中了解到，靜摩擦力和滑動摩擦力知識在應用中會互相干擾。孤立地講解這幾道題雖然可以加深學生對知識的理解，但不能有效地使學生形成應用這一知識的解題技能，所以在例題的基礎上，應該概括出應用摩擦力知識的IF/THEN程序性知識：

①如果物體靜止，且當除摩擦力以外的已知合外力不為零時，必然存在靜摩擦力，則靜摩擦力的大小取決于同一直線上其它合外力的大小，與物體間的正壓力大小無關（最大靜摩擦力除外）。

②如果物體間有相對滑動，一般存在滑動摩擦力（除強調絕對光滑外），則滑動摩擦力與物體間的表面情況有關，與物體間的正壓力有關，其表達式為：f=μN，而與其它外力的大小無關、與物體間的接觸面積無關。

③如果靜止的物體在不斷增大的外力作用下由靜止到滑動，則在這一過程中，靜摩擦力隨著外力的增大而增大，最大的靜摩擦力等于滑動摩擦力。（實際上最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力，若不作精確要求，一般認為兩者相等。）

在習題課中，教師還將對這一程序性知識進行應用示范，并組織學生進行遷移練習。

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3 習題課中的“策略”教學

習題課中的策略教學目標應該是促進學生對某一范疇的知識進行結構化的組織，在此基礎上總結概括出問題特征，利用知識結構進行判斷、搜索提取的策略執行步驟，并以外顯的方式傳授給學生。與技能訓練一樣，策略的程序性知識除了傳授外，還需要教師進行示范操作和學生進行遷移練習。下面以“串并聯電路”的解題策略教學為例，介紹“策略”教學的一般方法。

串并聯電路中的基本原理并不復雜，只有歐姆定律和電功率（與時間有關的電功問題不在習題課上討論）。但在兩個以上元件組成的電路中，涉及的變量多，變量間的關系、支路與干路的關系復雜，這使得解題思路靈活多變，導致許多學生在這類問題前不知所措。針對這些特點，習題課上教師應首先幫助學生梳理知識，鞏固已有的知識技能，在此基礎上概括出一般性的分析判斷和推理的策略方法。具體做法如下：

3.1 梳理知識進行結構化的建構

3.2 通過典型例題概括出解題策略

首先分析得出一個電阻涉及四個變量：Ri、Ui、Ii、Pi(電流的功不考慮)，而且一個電阻可以列出兩個獨立方程，所以若對一個電阻已知兩個變量，則一定能夠求出另外兩個變量。

再分析兩個電阻組成的串（并）聯電路涉及的變量：串聯電路中的電流相同，I是一個變量（并聯電路中電壓相同，U是一個變量），除電流I(并聯電路中的U)外每個電阻還有三個變量，兩個電阻共六個變量，總電路的R、U、P（并聯電路干路的R、I、P）三個變量，所以共有十個變量。分析知涉及這十個變量的獨立方程個數是七個，即兩個電阻、四個方程，在總分關系中還有三個關系方程，所以共有七個獨立的方程，可知在兩個電阻構成的電路中，共有十個變量。若已知其中3個變量，就可以求出其余的7個變量。在第一次習題課中，暫不利用分壓關系和分流關系求解，待學生形成了初步的策略后，再利用這些關系進一步提高解題的效率。

分析如圖3所示的兩個例題，概括出解題策略1。

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解題策略1 如果已知的三個變量中有兩個集中在一個電阻上，或利用三個已知變量間的關系可以得到一個電阻上的兩個變量（如例2，U1=U-U2），則先從這個電阻開始，利用I=U/R和P=UI（或導出的關系P=U2/R=I2R）求出其余的兩個變量，尤其要注意求出電流I（對于并聯電路求出U），然后再利用串聯電路I=I1=I2（并聯電路U=U1=U2）的關系和其余的方程求出另外5個變量。

分析如圖4所示的兩個例題，概括出解題策略2。

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解題策略2 如果三個已知變量是分散的，則對于串聯電路，設I為未知量（對于并聯電路設U為未知量），利用總分關系列方程求出I(U)；則其它變量可以通過I(U)解出。

如在例3中，已知變量R是總電阻，所以利用相應的總分關系R=R1+R2，設未知變量I，列出方程：R=U1/I+P2/I2，代入數據得：32=4/I+6/I2 。當然也可以利用電壓的總分關系：U=U1+U2，即RI=U1+P2/I，代入數據得：32I=4+6/I，這與前面的方程是相同的。

并聯電路的解題策略與串聯電路是完全類似的，只是關鍵變量變為U，解題的總體思路也是通過集中變量法或列方程法解出U，然后利用U解出其它變量，具體例題就不再列舉。

研究和實踐表明，在習題課教學中，向學生傳授并訓練程序性的解題知識，可以有效地提高學生對這部分知識的解題能力，但不能保證學生在其它知識的應用中自己也能夠形成這樣的能力。教學的最高境界是不用教。為使學生能夠自己形成解決問題的程序性知識，還需要引導他們掌握教師概括程序性知識的方法，主動地對自己的解題過程進行分析概括，并在實踐中不斷地調整，形成具有個人特點的技能和策略。

參考文獻

［1］孫立仁.初中物理課堂教學設計［M］.同心出版社，2007年9月.

［2］孫立仁.教學實踐是教學設計研究的源泉與歸宿［J］.電化教育研究，2006年2期.

(欄目編輯趙保鋼)