在高中物理問題解決教學中促進學生 思維發展

摘 要：如何解決現行的物理課堂教學模式與學生能力培養之間的矛盾，讓學生在實際物理課堂教學中充分發揮個性？“問題解決教學”作為一種先進的教學模式代表，通過培養學生的問題意識、創設問題情境、指導養成深層表征習慣、運用多種策略解決問題、做好總結反思與遷移應用等途徑，有效促進學生思維的發展。

關鍵詞：高中物理；問題解決教學；思維發展

現代教育強調“知識結構”與“學習過程”，目的在于發展學生的思維能力，物理知識可能在將來被遺忘，但思維品質會影響學生的一生，思維品質的培養是物理教育的價值得以真正實現的理想途徑。現今，大多數高中物理課堂教學卻仍然采用教師講解、學生被動聽的傳統教學方式，或教師提問、學生回答的所謂的“問題教學模式”，無法對學生的思維能力、創新能力進行充分培養。如何解決現行的物理課堂教學模式與學生能力培養之間的矛盾？如何在物理課堂教學中促進學生思維發展？如何讓學生在物理課堂教學中充分發揮個性？“問題解決教學”作為一種先進的教學模式代表，為解決這些問題提供了一條有效途徑。

一、培養問題意識，是促進學生思維發展的前提

愛因斯坦指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要”。物理課堂教學應重視保護和培養學生的問題意識，多給學生多動腦的機會，讓學生學會深思善問。教師可以通過加強雙基訓練，鼓勵學生多觀察多自學，并創設民主的教學氛圍，開發批判性思維，引導學生提出高質量的問題，培養學生敢問、會問、善問。在教學過程中，教師可根據學生的實際情況，傳授以下幾種方法：

1.因果法。如，學生看翻滾過山車錄像，翻滾過山車到了最高點，車和人都是倒著的，學生會提出車和人為什么不會一起掉下來呢？由此思考過山車的運動和受力情況。

2.擴大法。如，在靜止的慣性參照系中成立的物理規律，在接近光速的參照系中是否還會成立？

3.極限法。如，現實世界是有摩擦力的，如果沒有摩擦力，世界上的事物將會變成什么樣？

4.逆反法。如，法拉第在研究電磁現象的過程中，提出既然電流能產生磁場，磁場能否產生電流？經過艱苦的實驗探索和理論分析，發現了著名的法拉第電磁感應定律。

二、創設問題情境，是促進學生思維發展的載體

教師有目的地引入、創設與教學內容相輔的生動具體的問題情景，將間接知識轉化為直觀內容，能夠激發學生的求知欲，調動學生的學習動力，幫助學生明確學習目標、找準探究的方向。在物理“問題解決”教學中，創設問題情境的常用方法有：

1.通過實驗的動手實踐或觀察演示，在學生的大腦中形成完整清晰的物理情景，提高創造性思維發展。

2.引導、提醒學生留心觀察生活中的物理現象，聯系生產、生活實際創設物理問題情景，使學生認識到知識的應用價值，激發他們的學習動機。

3.充分展現一些假象，引起學生爭論，設置問題糾錯情景，給學生帶來思維沖擊，從而培養學生嚴謹的邏輯推理能力。

4.通過對舊知識的再現，建立新舊知識的聯系，揭示出舊知識的矛盾，由舊知識的拓展引出新問題情景，起到溫故知新的作用。

三、培養學生問題表征能力，是促進學生思維發展的關鍵

“如果一個問題得到正確的表征，可以說它已解決了一半。”絕大多數物理學不好的學生在解決問題時，常在這一環節上感到困難，因此教師應重視對學生問題表征能力的訓練。在物理“問題解決”教學中，培養學生問題表征能力的常用方法有：

1.培養學生語言符號轉換能力。問題中的一些關鍵字、詞、句要耐心的推敲和仔細的體會，在很多情況下，這些字、詞、句都可能隱含著某一個或深或淺的條件、過程或某種狀態，這些因素是解題成功的關鍵。教師可以指導學生認真審題，捕捉問題要點，準確把握問題的已知條件和目標。

2.指導學生養成明確物理過程、圖解物理關系的習慣。在物理“問題解決教學”過程中，教師應該培養學生在讀題時，自覺分析物理過程，并用語言或過程圖描述出來，分析各過程之間的聯系點，通過畫力圖、運動過程圖等，在圖中標注相關物理量，把文字表征轉化為圖像表征，并通過合理的轉換，使之與學生已形成的圖式相類比，才能真正達到深層表征。

3.引導學生完善知識結構、深層挖掘問題。教師應經常幫助、提醒學生構建和完善知識結構框架，扎實掌握物理規律、原理，將問題原型同化于自己的知識結構中，在問題教學的表征過程中才能準確的找到已知條件和適用原理的聯系。

例1 某題“一列車的制動性能經測定。當它以20m/s的速度行駛時，制動后須40s才停下。現以20m/s的速度在水平軌道上行駛，司機發現前面180m處的一小車以6m/s的速度同向行駛，于是立即制動，是否會發生撞車事故。”

學生在審題時應自主畫出運動過程圖，并在圖中標出題目所給的物理量，將文字表征轉化為物理符號表征和圖像表征，如圖1。畫草圖、表物理量的訓練很重要，既可以將復雜的文字信號用直觀的圖像表示出來，又可以形象的表現出物體的運動狀態和它們之間位置關系等。

本題中有一隱含條件，即至少在什么情況列車與貨車不相遇，兩車就一定不會撞上。一些學生不經深入思考就提出當列車停下時，若還未遇到貨車就不會撞上。這樣學生就在問題表征上出了錯誤，后面的解題自然也都錯了。引導學生再分析：列車一直在做減速運動，當列車速度減到6m/s時還不相遇，列車繼續減速，而貨車是做勻速運動，接下來列車小于貨車速度了，就再也追不上了。所以應該是當列車速度減到與貨車相同時，若還未遇到貨車就不會撞上，否則相撞。

四、運用多種策略解決問題，是促進學生思維發展的核心

在問題解決教學中，解決問題是核心，指導學生解決問題的常用策略有：

1.探究式解決問題策略。該策略旨在讓學生在問題解決的過程中，獲得情感體驗，理解物理價值。教師通過提出問題，引導學生用“猜想——假設——驗證”的方式來進行探究，嘗試運用物理原理和研究方法來解決，認識科學規律，使其樂于探究物理世界的奧秘，體驗探索自然規律的困難與喜悅。

例2 在學習滑動摩擦力時，提出問題：滑動摩擦力的大小與哪些因素有關？

猜想與假設：請你根據生活中的經驗和已有的知識，針對這一問題，提出多個可能的猜想。

猜想： （學生猜想問題的可能成因：可能與物體的重力有關；可能與接觸面的粗糙程度有關；可能與接觸面的大小有關；可能與接觸面間的壓力有關；可能與物體的運動速度有關；可能與物體的運動方式有關等。）

設計實驗方案：針對你的猜想，設計一個實驗方案，驗證猜想是否正確。

實驗方案及主要步驟：

分析與交流：每個研究小組派一名代表說明探究結果，學生與老師總結歸納得出結論。

2.分層推進解決問題策略。在問題解決教學中，教師可以采用分層推進的策略提出問題，一個問題解決后往往會引發新的問題，同時必然引出解決新問題的方法。這樣循序漸進、逐步深入，不但可以照顧到各層次學生的接受水平，更重要的是，引導學生像科學家一樣重新發現和創造，有利于提高學生的學習積極性，符合學生心理發展的特點，培養學生的思維能力。

例3 學習“產生感應電流的條件”時，可先后提出三個問題，讓學生邊做實驗邊思考：（1）閉合電路中部分導體在蹄形磁鐵內運動能產生電流嗎？這是什么原因？（2）導體不動，蹄形磁鐵運動能產生電流嗎？為什么？（3）在閉合（或斷開）開關瞬間，接有通電螺線管的電路也能產生感應電流嗎？為什么？

隨著問題的不斷推進，引導學生深入到問題的本質，以促進學生思維能力的提高。

3.靈活運用各種方法。教師要注意積累各種問題的解決方法，構建各類問題的原型，并結合具體物理問題，指導學生掌握這些問題解決方法。常見的物理問題解決方法有類比法、控制變量法、等效替代法、圖像法、逆向思維法等，利用這些方法進行訓練，能有效地培養學生邏輯思維能力。

五、總結反思與遷移應用，是促進學生思維發展的歸宿

做好總結反思與遷移應用，學生才能站在一個更高的位置來思考和審視自己的學習情況，真正的成為學習的主人。總結反思與遷移應用主要有四方面：

1.解決問題過程中，及時作出評價和監控，根據反應情況及時調整策略和行為；

2.問題解決后，對整個過程進行評價，總結經驗、分析不足，完善“問題原型”，概括有效的學習策略和學習方法，便于以后解決物理問題時借鑒；

3.進行一題多解、一題多變、一法多用的學習訓練，積累豐富的應用學習策略的經驗， 將陳述性知識升華為程序性知識，并同化于自己的知識結構中，從而培養靈活的分析解決問題能力。

例4 如圖2所示，長s=7.5m/s的水平傳送帶以5m/s的恒定速度運動，現在其左端A處將一工件輕輕放上，工件被帶動傳送到右端B處，已知工件與傳送帶間的動摩擦因數μ=0.5，試求工件經多長時間由傳送帶左端A運動到右端B？

在解決此題后，通過一題多變的方式，讓學生更深刻理解傳送帶上的物體所受摩擦力的判定，掌握物體運動的過程分析，逐步提升到更復雜的斜面問題。

由題意得知，工件從靜止開始勻加速到與傳送帶相同速度，工件需移動位移為2.5m，工件先做2.5m的勻加速直線運動，再隨傳送帶做5m勻速直線運動。

[變式一]若傳送帶長s=1.5m呢？

分析：工件還未加速到5m/s，就到右端B，所以工件一直做勻加速直線運動。

[變式二]若工件以5m/s放上傳送帶呢？

分析：工件將做勻速直線運動。

[變式三]若工件以7m/s放上傳送帶呢？

分析：工件受到向后的摩擦力，先做勻減速運動，再隨傳送帶做勻速直線運動。

通過這一系列的變式，做到遷移應用，開拓學生視野，培養學生多角度思維能力。

4.安排有開放性的、探究性的練習，布置實踐活動或小論文，拓展創新領域，開闊學生創新思路，培養其創新能力。

總之，在高中物理課堂中嘗試運用“問題解決教學”模式，通過培養學生的問題意識、創設問題情境、培養學生問題表征能力、運用多種策略解決問題、做好總結反思與遷移應用等途徑，能有效促進學生思維的發展。

參考文獻：

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