高中物理綜合題求解過程評析

摘要：高中物理解題過程是認知心理學中典型的問題解決過程。物理學習成績較差的同學，審題時經常從已知量入手，通過已知量和所求量的關系從自己的長時記憶系統中去提取相關公式、規律，解決模式基本屬于“嘗試錯誤”模式，整個求解過程中認知負荷重，很容易中斷；成績較好的學生，常從物理過程入手，與自己的長時記憶系統中的物理模型（圖式）對照，整個求解過程中認知負荷較輕，在解決問題遇到困難時，經常能重新表征問題，容易出現頓悟。

關鍵詞：物理解題；問題解決；認知負荷；問題表征

高考物理綜合題，往往具備以下特征：多對象，多過程，多規律，聯系實際。聯系實際的問題對于學生的審題能力提出了兩個方面的要求：一是面對陌生的情景、冗長的文字，能否將題意準確、全面地收錄到頭腦之中；二是能否將所獲取的信息抽象成理想化的物理模型。

高考物理綜合題的審題、求解過程，是一個典型的認知心理學中的問題解決過程。

問題解決（problem solving）就是“當問題解決者沒有顯而易見的解決辦法時，他/她致力于將當前情境轉換為目標情境的認知加工過程”。

關于問題解決，心理學家們提出了許多理論。桑代克（1898年）最早研究，提出嘗試——錯誤學習（trial—and—error learning）。1930年代格式塔心理學家指出問題解決常常涉及產生式思維和再生式思維，強調問題的重構和頓悟的作用，并通過對功能固有的研究，說明了以前經驗可擾亂當前問題的解決。Ohlesson（1992年）從信息加工理論出發提出表征改變理論，關鍵假設如下：（1）問題解決需要從長時記憶提出相關信息到工作記憶（短時記憶），問題解決者關于問題的當前表征或建構方式就充當其間的記憶探測器；（2）僵局之所以出現，是因為問題的表征方式不能支持相關信息的提?。唬?）改變了的問題的表征作為一個記憶探測器在長時記憶中提到了相關信息，頓悟就出現了，問題也就得到了解決。本世紀初，心理學家，繼正遷移、負遷移的發現后，又發現了近遷移（把知識正遷移到一個相似的情境）、遠遷移（把知識正遷移到一個不相似的情境）等。

人類的工作記憶，是我們認知活動進行的一個平臺。人類工作記憶容量是有限的，為7±2個模塊。1988年認知心理學家約翰·斯威勒（John Swelter）提出認知負荷理論（cognitive load theory，簡稱CLT）。林崇德等認為認知負荷指的是一個在中智力活動強加給工作記憶的總數。認知負荷理論也成為研究認知過程和教學設計框架的一個主要理論。

根據上述理論，我們再重新認識學生解答物理習題過程。第一遍讀題，主要通過視覺進行感覺輸入，根據自己的模式，自然地會注意一些信息，相應的也會忽略一些信息，被注意的信息，通過內部語言復述進入工作記憶。研究中發現不同水平的學生模塊的容量明顯不同：物理學習水平較差的學生，一個物理量就是一個模塊，對于復雜題目往往認知負荷過重，超工作記憶容量，問題解決陷入僵局；水平較高的學生，可將一個物理過程作為一個模塊，與自己長時記憶系統的模型類比，可較好、較快地解決問題。

以北京市2008年理綜第23題為例，采用“出聲思維”的方法，學生在說自己的審題、解題過程時，遇到僵局，而在說自己思考斷節處時，有頓悟出現，并且可說出自己的頓悟點。

初步審題時，觀察學生的外顯行為。水平較低的學生往往表現為：多遍較快速讀題，時間較長，在已知、未知量處圈點，無表情、無眼動的想象時間較長；水平較高的學生，往往一遍中速讀題，時間較短，除在已知和未知量處圈點外，還在一些“關鍵字”處（如1問中“輸送功率”“損失功率”）圈點，審題過程中有明顯眼動，從這些外顯行為中，我們可以了解到他們的心理活動。水平較低的學生形成知覺的過程中，缺乏相應的“探測器”，不能較好地形成有意注意，無法快速從自己長時記憶系統中提取相關信息，一次性輸入的信息量大，認知負荷大；水平較高的學生長時記憶系統知識規律存儲模板化，有效形成“探測器”，可對關鍵信息形成有效注意，以物理過程為模塊，認知負荷小。

對于綜合題，學生往往要進行問題再表征，外顯行為：水平較低學生：再圈點，書寫相關公式，較多涂改（如2問中圈點ρ，v，書寫有關公式）。水平較高的學生：畫物理過程圖，進行物理過程分析。說明他們的內心活動：水平較低的學生：長時記憶系統存儲零亂，認知結構不成系統；水平較高學生：長時記憶系統存儲有序，認知結構成系統。

教學建議：多數學生感覺在高中物理學科難度大，負擔重。教師應多引導學生做好：知識成網、方法成套。引導學生梳理好知識結構，使知識規律存儲有序化、模板化，加大物理模型的歸納總結。

參考文獻：

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（作者單位 北京市廣渠門中學）