談物理教學中學生解決問題能力的培養

左國勝

一、物理教學的目標

物理學是一門基礎學科，是科學的重要組成部分，也是培養學生綜合素質的一門學科。在物理教學中引入實際問題的目的是:鞏固和加深學生的物理知識，考查學生掌握物理知識的水平，培養學生的發散思維，激發學生的創新思維，提高學生運用物理知識分析和解決問題的能力。

我國物理學家嚴濟慈先生說:“做練習可以加深理解，融會貫通，鍛煉思考問題和解決問題的能力”。在物理教學中，可以通過各種方法和途徑培養學生的綜合能力，從原來的習題教學變革為實際問題教學，是培養學生解決問題能力的有效方法。

二、習題與實際問題的比較

實際問題是指在實際的社會生活、生產中客觀存在的，又能夠包涵或反映科學概念、規律和本質，且未被加工的科學現象或事實。一般習題則是從實際問題抽象而來，已經把實際問題的一些次要問題、非本質的聯系舍去，沒有生活中實際現象與事實作為背景，甚至完全脫離實際生活。

實際問題與物理習題相比具有以下特點:客觀性、復雜性、已知條件的隱蔽性、思考問題的多樣性和解決問題的最佳性。它與物理習題有著本質的區別，二者的關系如下圖。［1］

圖1 實驗組和對照組前測作文成績分布

由圖可知:學生解決實際問題都要經歷3個相互銜接的過程:(1)認識問題中內涵的科學本質，即認識問題;(2)將實際問題簡化、抽象后建立科學模型 ，即建立物理問題;(3)利用科學規律，定性或定量的演算或推導來解決問題，即解題技巧。

由于各種原因，在物理教學中常常是習題教學，重視物理知識、推理與演算、熟練與技巧，側重第(2)個過程(建模)和第(3)個過程(技巧)，特別是注重第(3)個過程(技巧)，而缺乏科學思想的分析，學生練習時缺少第(1)個過程(認識)，對科學現象和事實所對應的科學本質把握不夠。因此，很多學生只知道根據已知條件，憑借以前經驗去解題，遇到實際問題時無從下手。

例如:問題(1):重15000 N物體壓在接觸面積為2.0 m2地面上，則物體對地面的壓強是多大?

問題(2):估算20 cm的美的牌電壓力鍋加蓋限壓閥后沸騰時，鍋內的壓強。

問題(1)是物理習題，問題(2)為實際問題。解決實際問題需要學生具有應用知識意識，和把已學的物理知識用于實際生活和解決實際問題的習慣。要善于抓住事物的主要矛盾，忽略次要問題和不必要的細節，將復雜的問題通過簡化、分解、抽象后建立簡化的物理模型，學會挖掘隱含條件，選擇有用數據，查閱資源獲取有用信息，然后通過定性、定量的計算，或嚴格的邏輯推理和演算，最后得到正確的結果或最佳方案，從而解決問題。

趙凱華說:“在我們的教學中，同一問題既可以把實際的提交給學生，也可以由教師把問題分解或抽象成一定的數學模型再提交給學生，習慣于解后一類問題的學生，在遇到前一類問題時往往會不知所措。”［2］顯而易見，要培養學生解決實際問題的能力，必須借助于實際問題，而不是經過簡化、抽象后的習題。

三、實際問題的作用

根據科學教育理論，在物理教學中主張把科學知識融入科學現象之中，并以現實生活中常見實際問題的形式呈現出來，把習題特有的嚴格性移植到真實生產、生活的科學環境中，并揭示其中科學教育活動的因果關系。因此，實際問題教學既不同于習題教學強調推導、演算，而忽視學生能力培養的特點;又不同于研究性學習，為探究而犧牲知識傳授效率的特點，它強調情境是生活中遇到的實際問題，而問題本身又是科學嚴謹的。

在實際問題教學中，學生的認知心理與行為表現都比較真實，因此，能夠較好地揭示科學教育中學生的心理規律和學習規律。為了驗證這一觀點，我們運用實際物理問題和由其改編而成的習題對高中學生進行了測試，結果表明:實際物理問題卷的平均分為39.5，而習題卷的平均分為70，差異顯著，且前者得分呈正態分布，后者呈偏態分布。［3］這說明，實際問題雖然也有一定程度的控制，但沒有像習題那樣幾乎完全排除環境的影響，從而保證了學生的心理及行為變化仍然是現實中各種因素綜合作用的結果。

在教學中選擇一定量的實際問題讓學生練習，不但可以讓學生鞏固物理知識，而且能培養學生解決問題的能力。通過一定量的實際問題訓練后，學生在解決實際問題時，能迅速檢索各種各樣的策略或方法，而無須絞盡腦汁的去對照做過的題型，就能解決問題。［4］所以，實際問題教學不但能讓學生鞏固所學知識，而且能培養學生解決問題的能力。

四、培養學生解決實際問題能力的教學實例

例(1):在限速80km/h的高速公路發生一起交通事故，某卡車上與路旁障礙物相撞。勘察現場時，交警在公路邊的泥地中發現了一個小的金屬零件，可以判斷，它是事故發生時車頂上一個松脫的零件被水平拋出而陷在泥里的。交警經測量得出，這個零件在事故發生時的原位置與陷落點的水平距離為17.1m，車頂距泥地的豎直高度差為2.46m。請你根據這些數據判斷該車是否超速。

分析:這是一個實際問題，以事故發生時小零件拋出點為原點建立坐標系，x軸沿初速度方向，y軸堅直向下。

由于發生交通事故時小零件在車上，所以它與卡車有相同的速度。

故卡車的速度為86.8km/h，大于80km/h，由此可以判定該車超速。

本題以一個現實生活中常見的交通事故為載體，要求學生利用平拋運動的知識來解決問題，學生要根據實際問題，正確分析事物的表面現象，找出問題的關鍵點和本質，形成正確的物理情景圖，建立恰當的物理模型，進行認真細致的推導才能解決本題。因此，通過解決這一實際問題，鍛煉了學生的思維能力，提高了學生應用物理知識解決實際問題的能力。

例(2):一個物體從10m高的平臺上水平拋出，落地時，它的落地點與拋出點的水平距離是14.1m，求物體被水平拋出時初速度為多少?(不計空氣阻力，取g=10m/s2)

分析:這是一個物理習題。以拋出時物體的位置為原點建立直角坐標系，沿初速度方向為x軸，堅直向下為y軸。

落地時，物體在水平方向的分速度是:Vx=V0=10m/s

由于物體作平拋運動時水平方向是勻速運動，所以水平拋出時初速度是10m/s。

對比例(1)和例(2)，從練習的知識點上看，都是考查平拋運動規律及應用，兩個題目的解題過程幾乎相同，但所產生的效果卻截然不同。例(1)是實際問題，真實的情景激發了學生思維，對問題經過分解、簡化、抽象后建立一個物理模型，然后利用已學知識推導演算，解決實際問題。例(2)是為了達到鞏固平拋運動規律而特意編制的習題，只是一個推導演算的過程，它遠離生活實際背景，失去科學知識的生命力，不能顯示科學的內涵，失去了其應有的作用和功能，對這樣的習題學生做得再多，也只能是提高了學生熟練應用物理公式進行推導演算的技能，卻很難深刻理解物理規律本身，遇到生活中的實際問題，難以將所學知識聯系起來，并應用知識來解決實際問題。

［1］邢紅軍，陳清梅.從習題到實際問題:科學教育方式的重要變革［J］.課程.教材.教法，2006(1):55 －57.

［2］王靜.高中學生解決物理習題與實際物理問題的比較研究［D］.北京:首都師范大學，2005.

［3］約翰.D.布蘭思特.人是如何學習的——大腦、心理、經驗及學校［M］.程可拉，譯.上海:華東師范大學出版社，2002.

［4］杜明榮.利用原始問題培養學生的科學素養［J］.中學物理教學參考，2007(Z1):77－78.