影響高中生物理問題解決因素的探究

徐永山

一、物理問題及物理問題解決

1.什么是物理問題

“物理問題”既具有一般問題的共性又兼具物理學(xué)科的特色，它指的是利用物理知識（物理現(xiàn)象、概念、規(guī)律和假說）或物理思維方法才能解決的問題.這些問題能夠激發(fā)學(xué)生的探究欲望，使學(xué)生利用已有的知識通過邏輯思維、形象思維、靈感思維主動地建構(gòu)新知識.它應(yīng)滿足以下三個特性：可接受性、障礙性和探究性 .可接受性是指讓學(xué)生思考的問題應(yīng)在學(xué)生的物理知識和思維能力范圍之內(nèi)，能在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；障礙性是指學(xué)生不能直接運(yùn)用現(xiàn)成知識或經(jīng)驗(yàn)得以解決，必須經(jīng)過深入的思考運(yùn)用物理知識或思維方法才能得到答案；探究性是指能夠激發(fā)學(xué)生的探究興趣，能夠引發(fā)學(xué)生的思維走向物質(zhì)的本質(zhì).

結(jié)合于實(shí)際教學(xué)物理問題應(yīng)有目的的指向于需要學(xué)習(xí)的物理概念、規(guī)律和方法，要使問題攜帶明顯的“物理”特征，而且問題要切合學(xué)生的學(xué)習(xí)“需要”、滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)心理“需求”.

2.物理問題解決

美國人安德森（Anderson ）認(rèn)為問題解決的過程是問題解決者克服障礙從問題的初始狀態(tài)出發(fā)，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)的過程，而問題解決的效果取決于問題解決者認(rèn)知活動的緊張性和質(zhì)量.就物理問題解決來看，應(yīng)該關(guān)注具有一定難度的、需要一定程序和方法才能完成的過程性物理問題，因此，問題解決可以定義為有目的指向性的認(rèn)知性操作序列.物理問題解決是一種高級形式的物理教學(xué)和學(xué)習(xí)活動過程，是一個發(fā)現(xiàn)、探究、解決和創(chuàng)新的過程，是在新的物理情境中思考和探索問題，努力尋找相關(guān)的概念、規(guī)律、方法去解決某一物理問題的心理過程.物理問題的解決需要認(rèn)知主體主動、靈活的運(yùn)用一系列的復(fù)雜認(rèn)知技能，以實(shí)現(xiàn)物理解決能力和思維水平的綜合提升.

二、影響物理問題解決的因素

高中生解決物理問題的能力水平受諸多因素的影響.主要的影響因素有以下幾種：

1.物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是個體原有觀點(diǎn)的全部內(nèi)容和組織.每個個體的知識都是以獨(dú)特的方式組織的，從而構(gòu)成了他們不同認(rèn)知結(jié)構(gòu).良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)對于問題的表征和策略的采用都起十分重要的作用. 物理知識結(jié)構(gòu)是物理學(xué)習(xí)內(nèi)容中的基本概念、基本規(guī)律、基本觀念和基本方法的組織形式和相互聯(lián)系. 學(xué)生在物理學(xué)習(xí)的過程中常常出現(xiàn)“一聽就懂、一看就會、一做就錯”現(xiàn)象，究其原因在于解決物理問題不是簡單應(yīng)用已有的知識的（更有甚者死記硬背、生搬硬套）過程，而主要是對物理信息與物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)間進(jìn)行加工、組合的動態(tài)過程.在此過程中學(xué)生不僅需要考慮物理問題所涉及物理概念、原理、方法的內(nèi)容及它們之間形成的聯(lián)系，還要考慮物理概念、物理規(guī)律的正確的數(shù)學(xué)邏輯表征，解決問題時這些都需要學(xué)生獨(dú)立完成，從思維難度上說遠(yuǎn)比“聽”、“看”難的多，學(xué)生在自己獨(dú)立解決問題需要用到復(fù)雜的邏輯判斷和推理.當(dāng)學(xué)生頭腦中有與之相對應(yīng)的知識組塊，問題將很快解決.當(dāng)學(xué)生頭腦中沒有現(xiàn)成的合適知識組塊時（即新問題），就需要從基本的概念、定理或定律入手通過物理思維方法把物理信息進(jìn)行重新加工，生成新的物理知識組塊儲存與認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，這樣使得物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)更加貫通、豐富和具體.解決物理問題能力就是體現(xiàn)在解決“新問題”的能力，要求能靈活的運(yùn)用知識，面對新問題時要有重新組合知識、生成新知識組塊的能力.當(dāng)然這種能力的提高必須依賴于完善、聯(lián)系緊密的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立，所以學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)完善程度將很大程度地決定著其解決物理問題的能力.

2.物理思維能力

思維是物理智力活動的核心，一個人思維能力的高低將從根本上決定著其學(xué)習(xí)、獲得物理知識及運(yùn)用物理知識解決問題的能力.物理思維能力主要包括：物理抽象能力、物理概括能力、物理判斷推理能力、物理分析綜合能力.

（1）物理抽象能力 在解決物理問題中，需要通過思維中的抽象，抓住主要因素忽略次要因素，把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為典型的物理問題或物理模型.因此抽象是物理學(xué)習(xí)中一項(xiàng)基本的能力.

（2）物理概括能力 找出一類事物的共同特征需要概括，認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重新組合需要概括.概括可以使學(xué)過的知識和掌握的經(jīng)驗(yàn)按其各自的特征進(jìn)行分類并歸納到一定類別的系統(tǒng)中，使得它們更加清晰、有序，形成完整的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu).學(xué)生的概括能力越高，就越能揭示以前沒有認(rèn)識的同類新對象的實(shí)質(zhì)，并將新對象納入到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，從而實(shí)現(xiàn)知識的順利遷移.

（3）物理判斷推理能力 物理學(xué)習(xí)中判斷首先表現(xiàn)在對物理概念合理性的判斷，其次表現(xiàn)在實(shí)際的問題情境中判斷其是否適用某一定理、定律或相關(guān)表達(dá)式.推理有歸納、演繹推理和類比推理三種.歸納推理是從一系列具體的事實(shí)中概括出一般原理的思維方法，物理中通過實(shí)驗(yàn)觀察而得到的物理規(guī)律，一般都是歸納推理的方法.如：產(chǎn)生電磁感應(yīng)條件、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律等都用到了歸納推理的方法.演繹推理是一種必然性推理，它是從一般到個別的推理.在物理學(xué)習(xí)中演繹推理是由已有知識產(chǎn)生新知識的重要方法，它的演繹基礎(chǔ)是已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的物理原理，演繹出的推論是否正確還需要實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，所以物理中演繹推理是需要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，如“月-地檢驗(yàn)”.類比推理是一種或然性推理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩個事物在某些屬性上相同或相似時，而推理出其他屬性頁可能相同或相似的間接推理方法.類比推理是一種從個別到個別的推理，其結(jié)論的可靠程度需要實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，它是一種具有啟發(fā)性、探索性的推理方法，如：由“光的波粒二象性”類比得出“實(shí)物粒子的波粒二象性”.

（4）物理分析綜合的能力 物理分析綜合能力是指一種綜合性分析物理問題的能力，即在整體考慮下把問題分解局部進(jìn)行研究，再把各部分組合為整體，綜合運(yùn)用各部分物理知識得出正確結(jié)論的思維能力.①分析能力，物理現(xiàn)象和過程往往受各種因素制約，這些因素相互牽制又相互滲透，只有將它們隔離開來逐一進(jìn)行分析，才能更加清晰的揭示這個因素與研究的現(xiàn)象和過程的關(guān)系，以便得出制約物理現(xiàn)象和過程的本質(zhì)因素，例如，在探究實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的“控制變量法”.②綜合能力，物理學(xué)習(xí)中還需要學(xué)生擁有能從整體全面的綜合分析各種因素的能力， 如有些物理問題研究的過程同時會涉及不同物理板塊知識（力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等），這些知識跨度大，學(xué)生頭腦中沒有現(xiàn)成的知識組塊或物理模型，必須在頭腦中進(jìn)行檢索、提取并重新組合相對應(yīng)的物理知識，通過判斷、演繹、類比、數(shù)理結(jié)合等思維方法找到各個物理組塊知識之間的聯(lián)系，由此看來這樣的問題只能靠綜合分析才能得到解決.

3.認(rèn)知障礙

在特定的具體物理問題情境中，常常會出現(xiàn)不利于問題解決的心理影響，它們是無意識的表現(xiàn)出來的，有心理原因、有智力因素、也有非智力因素，現(xiàn)以以下三點(diǎn)來分析.

（1）因物理學(xué)科自身因素造成的障礙.

物理本身比較抽象、難懂，容易使一些成績不理想的學(xué)生喪失學(xué)習(xí)物理的興趣，而造成興趣障礙.其次由于物理問題的解決需要復(fù)雜的物理思維，物理問題包含著多種因素的問題，有的是顯性因素，有的是隱性因素，而隱性因素在某些時候起到指導(dǎo)作用，有時又起到干擾作用.學(xué)生由于不具備對待隱性因素的心理適應(yīng)能力，缺乏判斷是指導(dǎo)作用還是干擾作用的能力，從而造成對隱性因素的錯位理解，導(dǎo)致思維的障礙.所以在教學(xué)中必須注意引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)的識別物理現(xiàn)象、物理過程，讓學(xué)生學(xué)會全面的分析物理過程，深入挖掘隱藏在問題中隱性因素.

（2）學(xué)生自身因素造成的思維障礙.

學(xué)生的思維品質(zhì)缺陷形成思維障礙，主要表現(xiàn)在：其一、思維片面性，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中不能全面的分析問題，只對事物的局部進(jìn)行了解，沒能從整體上進(jìn)行綜合分析，只是滿足于對事物的一知半解；其二、消極的思維定勢引起的思維障礙，在物理學(xué)習(xí)過程中，定勢思維有積極的一面，也有消極的影響.消極的定勢思維是指學(xué)生不自覺地把一種固有的思維方式“刻板”遷移到解決的物理問題中，限制了思維的活性；其三、邏輯思維引起的障礙，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律前，在頭腦中就有相關(guān)的“前概念”，有些前概念對概念、規(guī)律的形成起到消極的作用，如亞里斯多德的關(guān)于力與運(yùn)動的觀點(diǎn)“力是維持運(yùn)動的原因”一直伴隨著高中生學(xué)習(xí).

（3）以數(shù)學(xué)形式代替物理思維引起的障礙.

物理問題的處理是離不開數(shù)學(xué)的定量研究的，然而學(xué)生在頭腦中建立的數(shù)學(xué)概念以及對數(shù)學(xué)問題的處理方式會在一定情景下遷移到處理物理問題中來，運(yùn)用了絕對化、脫離物理意義的數(shù)學(xué)方式去解決實(shí)際的物理問題，這樣反而對物理問題的處理起到了干擾作用.所以教學(xué)中要認(rèn)識到讓數(shù)學(xué)成為處理物理問題的工具，而不是用純數(shù)學(xué)的方法去處理物理問題.endprint