問題解決視野下高中 物理教材重構的現(xiàn)狀及思考

高中物理新課程標準明確提出：“……嘗試應用科學探究的方法研究物理問題。……通過自己的努力能解決學習中遇到的一些物理問題；……嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關的實際問題。”顯然，課程標準不僅把問題解決作為物理學習的目標，還將其作為一種重要的學習方式。有鑒于此，與問題解決思想相關的各種教學模式應運而生，盡管這些模式不盡相同，但都是將教材重構為引導學生自主學習的“學材”。但是，在教材重構的實踐中，還存在一些比較突出的問題亟待解決。

一、 核心概念的界定

1.問題解決

問題解決是一系列的有目的指向性的認知操作活動過程。它包含以下兩層含義，其一是認知層面，問題解決是從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的全過程，其目的是通過問題解決來激發(fā)認知者的思維，并改善其認知結構；其二是教學層面，問題解決是讓學生以探究者、發(fā)現(xiàn)者等角色，去分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題。

2.教材重構

教材重構是指教師在實施課程的過程中，依據(jù)課程標準，結合學科特點對教材內(nèi)容進行適度增減、置換及加工，實現(xiàn)對教材創(chuàng)造性、個性化的演繹，使之更好地適應具體的教育教學情境和學生的學習需求而最終形成教學內(nèi)容的過程。

問題解決視野下的教材重構，是教師在實施課程的過程中，把問題解決作為一種顯性的學習內(nèi)容和方式貫穿整個學習過程，實現(xiàn)對教材內(nèi)容創(chuàng)造性、個性化的演繹，從而把學生的學習置于具體的、有意義的問題情境之中，促進知識內(nèi)化，提升自主學習能力。

二、 教材重構中存在的問題

1.把“問題解決”等同于“解決問題”

問題解決旨在把認知過程當作問題解決過程，把學生學習看作是發(fā)現(xiàn)、提出和解決問題的過程，使學生在獲得知識和技能的同時，突出問題解決過程中的體驗，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、提出和解決問題的能力以及合作、探究的精神。而解決問題更多的是傾向于教學的結果，其目標就是為了某個具體問題的解決，以實現(xiàn)相關知識的應用。

在實際重構中，存在著用“解決問題”替代“問題解決”的現(xiàn)象，表現(xiàn)為教師把自己對教材的理解、領悟以“學答”的方式呈現(xiàn)給學生，而沒有體現(xiàn)出發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的過程，因而限制了學生獨立思考和自由發(fā)展的時空，導致其“發(fā)現(xiàn)問題”、“提出問題”的意識和能力低下。

2.重知識而輕科學方法熏陶

新課程標準注重知識的形成過程，突出科學方法在探究性學習中的作用，強調(diào)學生自主學習能力的培養(yǎng)。但因現(xiàn)行教材是以知識為體系進行表述的，而方法又分散隱藏于知識之中，導致對教材的重構往往表現(xiàn)為知識的高度濃縮，沒有把物理科學方法有效地融入到科學探究之中，導致物理科學方法教育嚴重缺失。

3.重實證取向而輕科學態(tài)度形成

教材是學生學習的主要模仿對象，但是教材對于科學態(tài)度的體現(xiàn)程度卻值得考量。它對大多數(shù)知識的呈現(xiàn)沒有體現(xiàn)出人們對于科學知識的判斷、選擇和取舍過程，對于學生科學態(tài)度的形成缺乏有效的示范。具體表現(xiàn)在新知識引入時，對于其有效解釋觀察到的問題、預言實驗結果的功能體現(xiàn)不足，因而無法讓學生體會學習過程中行為上的成功感。

基于教材在科學態(tài)度體現(xiàn)程度上的不足，加之目前教師對此沒有引起應有的重視，導致其在對教材重構時，實證主義傾向更為嚴重。

三、 問題解決視野下教材重構的策略

鑒于以上問題，在對教材進行重構時，首先，須以《課程標準》為前提，因為課程標準是物理教育目標的具體化，體現(xiàn)了物理學科對學生的基本要求，是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的依據(jù)，具有政策指導性。其次，要最大限度地促進學生的身心發(fā)展，實現(xiàn)學科知識的邏輯順序和學生的心理特征間的平衡。最后，要以學生發(fā)展為核心，在科學方法、科學知識、科學態(tài)度等方面追求和諧平衡。

為實現(xiàn)上述要求，需要對學習內(nèi)容的選擇、組織和呈現(xiàn)方式進行重構，以凸顯問題解決是一種顯性的學習內(nèi)容和方式，其具體的策略如下。

1.內(nèi)容選擇——“貼近學生，貼近生活，貼近社會”

建構主義認為，學習不僅僅是記憶和表面上理解別人研究出來的現(xiàn)成的概念和原理，而是一個積極主動的建構過程。在這一過程中，學生通過不斷激活原有知識經(jīng)驗，進而對外在信息進行主動的選擇和加工，達到對知識的深層次理解。

要促進學生積極地參與學習，實現(xiàn)知識意義的主動建構，必須讓學生具備主動學習的心理。為此，需將知識的意義建構置于問題解決背景之下，并在內(nèi)容選擇上“貼近學生，貼近生活，貼近社會”，以便搭起教材內(nèi)容通向學生生活世界的橋梁，從而把教學目的、要求轉化為學生學習的內(nèi)在需求，激發(fā)學生參與探究活動的強烈愿望和興趣，并在真實的問題情境中經(jīng)歷過程與方法，獲得豐富的情感體驗。

當然，在內(nèi)容選擇上“貼近學生，貼近生活，貼近社會”，決不是簡單羅列一些生活中的物理現(xiàn)象，而要選擇那些既與實際生活密切相關，又具有一定內(nèi)在邏輯聯(lián)系的內(nèi)容來促進知識的意義建構，即在內(nèi)容選擇上體現(xiàn)“源于生活—高于生活—提升生活—學會生活”，從而為學生未來參與社會生活奠定基礎。

2.內(nèi)容組織——“從生活走進物理，從物理走向社會”

在內(nèi)容組織上，從學生已有的生活經(jīng)驗出發(fā)，引導學生從身邊物理現(xiàn)象入手，進行自主探究性學習，然后運用所學的物理知識解決生活中的有關問題，從而在問題解決中獲得鮮活的知識，完成知識的意義建構和科學價值觀的形成，真正體會到探究的樂趣和價值，充分體現(xiàn)“從生活走進物理，從物理走向社會”這一新課標理念。

在內(nèi)容組織形式上，要突出自主合作探究的學習方式。不要平鋪直敘地將學習內(nèi)容一覽無遺地展現(xiàn)在學生面前，而要給學生充分思考的空間，讓學生經(jīng)歷各種各樣的探究性活動，如提出假設、實驗、調(diào)查、討論等活動，主動體驗探究的過程，掌握探究的方法，體會探究的樂趣。

例如，在人教版教材必修1中安排了《探究小車速度隨時間變化的規(guī)律》的實驗，教材設置此實驗的目的是為構建勻變速直線運動模型提供感性材料，并在其中滲透科學方法教育。但在內(nèi)容選擇和組織上，讓學生感到勻變速直線運動似乎距離我們生活很遠，造成了學習內(nèi)容與日常生活現(xiàn)象脫節(jié)，實驗探究的內(nèi)在需求不足。

事實上，物體沿斜面下滑、重物從空中下落等日常生活中常見的現(xiàn)象，它們在一定條件下可近似看作是勻變速直線運動。為此，建議將實驗內(nèi)容重構為《探究重物下落速度隨時間變化的規(guī)律》，在內(nèi)容組織上，以遞進性的問題鏈來展示研究的過程和方法。

（1）觀察諸如紙張、紙團、粉筆等重物下落現(xiàn)象，說明其運動形式各不相同的原因，在這些運動中最簡單的運動形式對應于什么情況？

（2）如何通過實驗方式獲得近似的最簡單的運動形式？

（3）試設計一個實驗方案，探究最簡單運動形式中重物下落速度和時間的關系？

（4）設計一個表格，記錄實驗數(shù)據(jù)，并討論實驗數(shù)據(jù)的處理方法。

學生在對眾多的重物下落運動的研究中，為了抽象出最簡單的運動形式，需要忽略次要因素，突出主要因素，體現(xiàn)了源于生活、高于生活的特性，讓學生體會到如何對實際問題進行簡化、純化，從而為學生的探究過程進行了有效的示范，也為以后的自由落體模型構建提供可靠的素材。

3.內(nèi)容呈現(xiàn)——體現(xiàn)問題解決過程

學生的自主學習過程實際上就是問題解決過程，因此，在對教材進行重構時，要體現(xiàn)問題解決的過程，即如何發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題，如何能使得學生對問題解決的過程與方法及情感上有更為深刻的體驗。為此，在將教材內(nèi)容重構為學習內(nèi)容時，在內(nèi)容呈現(xiàn)方式上要著眼于以下幾個方面進行。

（1）搭建支架，發(fā)現(xiàn)問題

愛因斯坦曾說過：“提出（發(fā)現(xiàn)）一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決一個問題也許只是一個數(shù)學上或實驗上的技巧問題。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度看舊問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學的真正進步。”但在現(xiàn)行教材中，實證主義傾向較為嚴重，表現(xiàn)在陳述知識時，往往不是以實驗的真實結果為依據(jù)，而是在陳述了實驗之后，以先知者的身份直接告訴學生將會得出什么結論，從而把物理學中最有魅力的部分變成了“陽關大道”。因而不利于對學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題能力的培養(yǎng)。

為此，在對教材進行重構時，需要還原知識產(chǎn)生的背景，將學生置于還原后的真實情境之中，從而為學生搭建起發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的“腳手架”，引導學生經(jīng)歷知識的發(fā)生、發(fā)展過程。

例如，在對《質(zhì)點 參考系》教學中，如果我們簡單地設置諸如什么是質(zhì)點、參考系等“學答式”問題，學生通過預習教材能清楚質(zhì)點、參考系等概念，但是喪失了質(zhì)點模型的建構過程以及研究問題的方法，喪失了問題解決過程中的情感體驗。

為此，在對其進行重構時，首先，列舉如何研究人的行走過程中的運動軌跡問題，從而引出物體大小、形狀等因素對運動情況的影響。

其次，要設置具有長成性、啟發(fā)性的問題，引發(fā)學生的認知沖突，從而抽象質(zhì)點模型。如一長為500m的列車，從北京到上海，路程為500km，求所用的時間，請互相交流所得結果。從而引發(fā)學生的認知沖突，從中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題進而構建質(zhì)點模型。學生在問題解決中，有的考慮列車的長度，有的沒有，但在對所求結果進行交流時發(fā)現(xiàn)，考慮與否對研究問題影響可以忽略不計，從而抽象出質(zhì)點模型。

最后，設置問題，引導學生在問題解決中完善對質(zhì)點模型的認識。如果此列車通過長為1000m的大橋時，所用的時間又為多少？在這兩個問題中，你對質(zhì)點模型有怎樣的認識？在問題解決中，學生體會到同一物體，在不同情況下，有時能抽象成質(zhì)點，有時則不能，從而深化了對質(zhì)點模型的認識。

（2）構建“樣例-探究”模式，引導學生自主探究

基于問題解決視野下的教材重構，其價值取向是讓學生學會學習，這就要求我們在對教材進行重構時，要為學生構建范例，以引導學生自主學習。

有鑒于此，在對教材重構時，應將樣例學習和問題解決有機結合起來，構建“樣例-探究”模式，引導學生通過“樣例”自主探究，從而有效體驗知識發(fā)生、發(fā)展和發(fā)現(xiàn)過程。那么，如何設計樣例才能促進學生的問題解決呢？

樣例設計是一個系統(tǒng)工程，它既考慮學生問題解決的心理，又考慮物理教學對促進知識遷移的實際要求。研究表明，在樣例設計中，將樣例與問題臨近給出，且采用帶有“空白”的不完整樣例（漸省樣例）時能明顯提升問題解決的效率。

當然，本文中的樣例不僅僅是狹義上的例題，而應為所有能為學生自主探究提供示范的素材。現(xiàn)以《速度變化的快慢 加速度》為例，說明“樣例-探究”模式的構建方式。

①運用圖表方式，呈現(xiàn)感性材料

以下為一組運動物體的速度變化的數(shù)據(jù)，思考如何比較它們速度變化的快慢程度？它與我們學習過的什么物理量的建立方式相似？

通過圖表方式，對眾多現(xiàn)象進行比較，便于學生從中發(fā)現(xiàn)問題，感受到建立描述速度變化快慢物理量的必要性。同時，從兩個層面探究該物理量的建立方式，一是針對圖表中的數(shù)據(jù)特點，建立一個統(tǒng)一的標準來反映速度變化的快慢；二是類比于速度概念的建構方法，建立加速度的概念。

②運用類比方法，建構加速度的矢量性

根據(jù)速度、加速度的意義，你對加速度概念能提出多少自己的觀點？簡要說明你的依據(jù)。

關于矢量性問題，是學生進入高中階段首先遇到的較易出現(xiàn)錯誤的問題，通過類比方法引導學生自主建構，并有效將其納入到已有的知識結構中。

③運用類比方法，加深對加速度的理解

在以上呈現(xiàn)方式中，運用圖表方式，把速度與加速度的相關知識對應起來，減弱了學生的分散注意效應。同時，在樣例中省去的內(nèi)容和插入的空白，驅動學生對空白部分進行自我解釋，有效促進學生的自主學習，并完善了學生的認知結構。

從上面的案例研究可以看出，以“樣例-探究”模式呈現(xiàn)學習內(nèi)容，能為學生創(chuàng)造一種探究情景，引導學生模仿樣例學習相關原理，同時也訓練學生運用歸納、類比方法發(fā)現(xiàn)知識的能力。

（3）設置問題鏈，重演知識的形成過程

在當前的物理課程改革中，已不再將結構化的物理概念、規(guī)律作為物理課程內(nèi)容的惟一來源，還將物理概念、規(guī)律的發(fā)生和發(fā)展過程以及與此同時產(chǎn)生的文化作為課程開發(fā)和實施的資源。但是，在實際教學中，考慮到學生的認知結構，我們往往不能將原始的知識形成過程直接呈現(xiàn)給學生，此時需要我們重演知識的形成過程。

為引導學生完成知識的自主建構，最有效的方法是將學習內(nèi)容問題化。因為問題是思維的源泉，更是思維的動力。但也要注意到，教材內(nèi)容的問題化決不是簡單地將教材內(nèi)容轉化為一個個的問題，否則，將使學生更為關注學習的結果，忽視學習的過程，這也正是目前教材重構中所表現(xiàn)出的最大問題。而應該基于問題解決思想構建以物理科學方法為節(jié)點的問題鏈，重演知識的形成過程，讓學生在問題解決中建立概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，實現(xiàn)知識的意義建構。下面以《動能 動能定理》為例，說明問題鏈的設計方式。

動能定理是運用微積分知識按演繹推理方式建立起來的。顯然，這種建立方式不符合高中學生的認知水平。同時，現(xiàn)有教材中的呈現(xiàn)方式也存在邏輯問題，因此，需要對動能定理的形成過程進行重構，具體方式如下。

①由特殊模型初步建立功與■mv2的關系

在教材中，由圖1所示的特殊物理模型（光滑水平面、單個恒力作用），運用牛頓第二定律F=ma與運動學公式v22-v12=2ax進行理論演繹，得出W=■mv22-■mv12。教材由此類比于重力勢能建立動能概念，并將其稱之為動能定理。

但從演繹推理的規(guī)則考察上面的知識呈現(xiàn)方式，不難發(fā)現(xiàn)其中隱含的邏輯問題，因為按特殊模型是不能建構起一般的動能概念和動能定理的。因此，這種呈現(xiàn)方式初步建立功與■mv2間的關系，而對■mv2和W=■mv22-■mv12的意義需要學生在問題解決中建構。

②以問題為載體、科學方法為主線，重演知識的形成過程

對于一般的運動模型、作用模型，是否仍有這樣的規(guī)律？為此，設置以物理科學方法為節(jié)點的問題鏈，重演定理的形成過程，引導學生建構動能概念、“發(fā)現(xiàn)”動能定理。

問題一，如果圖1中水平面是粗糙的，則合外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關系？

問題二，如圖2所示，物體在粗糙的水平面運動，在l1、l2段分別受到的水平力F1、F2作用，則外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關系？

問題三，如果物體在粗糙的水平面上運動時，受到的水平作用力F是變化的，則外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關系？

問題四，如果物體從高為H處以速度ν0沿水平方向拋出，落地速度為ν，重力對物體所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關系？

問題五，如果物體做曲線運動，且受到的作用力F是變化的，則外力所做的功與物體的質(zhì)量、速度間存在什么關系？

問題六，由直線運動、曲線運動中所得結論，你對物體動能概念有什么樣的理解？能歸納出什么樣的物理規(guī)律？

在以上問題系統(tǒng)中，物理科學方法是其內(nèi)在主線，是連接各個問題的節(jié)點，具體脈絡如圖3。其中Ⅰ、Ⅱ是分類方法（Ⅰ按運動軌跡來分類，Ⅱ是按作用方式來分類），它為自主探究指明了方向；Ⅲ是演繹推理，Ⅳ是歸納推理，借助于兩種推理方法，建構起動能概念、歸納出動能定理。

通過以上重演方式，完善了動能概念、動能定理的建構過程，消除了教材隱含的邏輯問題。同時，很好地解決了教材重構中的預設與生成問題，即通過教師的“點石成金”，把知識學習與方法體驗有機地融合起來。另外，以上重演方式中，既是概念、定理的建構過程，也是動能定理的應用過程，從而把概念建立、定理“發(fā)現(xiàn)”過程有機融合在“做中學”、“用中學”之中，有效提升了教學效益。

參與文獻

[1] 張正嚴.論新課程背景下中學物理教師對教材內(nèi)容的重構.物理教師，2007（6）.

[2] 肖敏.從物理教材的知識呈現(xiàn)方式談科學觀念的培養(yǎng).物理教學探討，2007（1）.

[3] 周棟梁.對人教版幾個物理規(guī)律的重構建議.教學月刊，2012（5）.

（責任編輯 郭振玲）