原始物理問題教學的研究及教學實踐

邢紅軍

(首都師范大學物理系　北京　100048)

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原始物理問題教學的研究及教學實踐

邢紅軍

(首都師范大學物理系北京100048)

1　原始物理問題的內涵

長期以來，我國的物理教育已經形成了一種觀念，認為物理教育主要就是演算，反映在教學層面上就是“題海戰術”，而“題海戰術”正是導致我國物理教育低效的根本原因．

所謂原始物理問題，是指對自然界及社會生活、生產中客觀存在且未被加工的物理現象的描述；而習題則是把物理現象經過一定程度抽象后加工出來的練習作業．兩者的關系如圖1所示.

圖1　原始物理問題與習題的關系

顯然，習題教學“掐頭去尾燒中段”，只側重于圖1虛線部分的演算、推導環節，致使學生只知道根據已知條件去解題，遇到實際問題則常常束手無策．相比而言，原始物理問題采用文字敘述的方式呈現物理現象，沒有習題中給定的已知條件，需要學生根據提供的情境，通過假設等手段去自行設置，進而構造出理想的模型，再經過層層“抽絲剝繭”，方可使結論“破繭而出”．

2　原始物理問題表征理論

我們以協同學理論為基礎，采用生態心理學的研究取向，將原始物理問題作為研究對象，把問題解決的因果聯系從單一性向多樣性過渡，從確定性向不確定性過渡，從線性向非線性過渡，從知識貧乏領域向知識豐富領域過渡，認為“問題解決是問題解決者對問題表征狀態的自組織過程，具有非線性、突變性和自我組織性的特征”，進而提出了原始物理問題解決的自組織表征理論(SelfOrganizationRepresen-tativeTheory)，簡稱SORT．

SORT認為：問題解決是一個連續與突變相結合、獨立與關聯相結合、控制與自發相結合、協同與競爭相結合、必然與偶然相結合的過程．依據SORT的理論內涵，我們進一步提出了SORT的表征層次，包括抽象表征、圖像表征、賦值表征、物理表征、方法表征以及數學表征．

3　原始物理問題測量工具

在自組織表征理論建立的基礎上，結合中學生的認知水平，我們分別編制了初高中原始物理問題測量工具并進行了測試(如圖2所示)．數據分析表明，兩個測量工具不僅具有較高的信度與效度，而且能有效測量中學生解決物理問題的能力．

圖2　原始物理問題測量工具

4　原始物理問題表征影響因素

基于前人的研究結果和研究特點，我們首先提出原始物理問題解決影響因素的假設：(1)物理知識；(2)物理方法；(3)思維深刻性品質、靈活性品質、獨創性品質和批判性品質．由此組成了中學生解決原始物理問題的6個影響因素．

進一步，我們借助高中“原始物理問題測驗工具”以及“原始物理問題解決影響因素問卷”，采用結構方程模型(StructuralEquationModeling，SEM)分析的方法，利用AMOS4.01 軟件分析了各思維品質、物理方法、物理知識和物理成績之間的關系，檢驗原始物理問題解決影響因素的假設模型．結果如圖3．其中X1-10 代表物理知識；X2-10 代表物理方法；X3-10 代表深刻性；X4-10 代表靈活性；X5-10代表批判性；X6-10代表獨創性．

圖3　利用AMOS 4.01檢驗假設模型的結果

結果顯示，模型的RMSEA值小于 0.08 ，擬合結果可以接受．CFI和NNFI(TLI)大于 0.95，表明模型擬合得較好，從而驗證了原始物理問題解決影響因素的假設模型．

5　原始物理問題解決認知機制

在物理問題解決研究中，認知加工方式是一個重要領域．我們通過分析認知加工理論的發展歷程與實證研究，發現物理習題解決屬于數據驅動加工，而原始物理問題解決屬于概念驅動加工．從數據驅動加工到概念驅動加工的轉變，標志著物理問題解決認知方式的進化，這為物理問題解決研究提供了有益的啟示．

為了進一步厘清原始物理問題解決的認知機制，我們運用原始物理問題測驗工具進行了中學生解決原始物理問題的口語報告研究．結果顯示：學生成績的直方圖呈雙峰分布，其中17名學生處于高分峰內，29名學生處于低分峰內，4名學生處于高分峰與低分峰之間的臨界區域．研究還發現，中學生在原始物理問題解決過程中存在著臨界慢化與臨界漲落現象．所謂臨界慢化是指系統在轉變區對擾動的影響與在穩定區的反應相比變慢了，臨界漲落是指系統在轉變區時某一個漲落會突然變得格外大．

6　原始物理問題教學實踐

鑒于原始物理問題在培養學生思維品質方面的獨特功效，我們選取北京市某市級示范高中一年級學生為被試，進行了為期半年的教學實驗．實驗由兩個隨機等班組成．其中，實驗班接受原始物理問題干預，對照班不給予任何干預．實驗后兩班同時進行后測，最后對測驗結果進行比較分析．

運用“思維品質問卷”，測查了實驗班和對照班的學生思維品質．結果發現，經過干預，實驗班與對照班學生在思維品質的深刻性、獨創性和靈活性上均有顯著性差異，說明運用原始物理問題培養學生的思維品質是一條行之有效的途徑．

表1干預后實驗班與對照班思維品質得分統計檢驗

思維品質深刻性獨創性批判性靈活性T值2.282.011.762.52顯著性水平P<0.05P<0.05P>0.05P<0.05

筆者主持的全國教育科學“十二五”規劃教育部重點課題“促進中學生思維品質發展研究”(DBA110180)2015年11月獲 “優秀”鑒定等級．《初中原始物理問題教學》與《高中原始物理問題教學》兩部著作將于2016年9月出版．

2016-07-23)

邢紅軍(1960-)，男，教授，博士生導師，在物理科學方法顯化教育、原始物理問題教學、物理高端備課、物理教師專業發展研究等領域取得豐碩成果.中國教育學會物理教學專業委員會常務理事.