三步狀態(tài)法在高中物理教學(xué)中的理論構(gòu)建

張 愉 張 雄

(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500)

蔣 靈

(昆明市第十中學(xué) 云南 昆明 650011)

三步狀態(tài)法在高中物理教學(xué)中的理論構(gòu)建

張 愉 張 雄

(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500)

蔣 靈

(昆明市第十中學(xué) 云南 昆明 650011)

基于高中物理教學(xué)中“問題解決”能力培養(yǎng)的若干問題，就昆明第十中學(xué)蔣靈老師提出的針對“解決物理問題的技能培養(yǎng)”所創(chuàng)立的“三步狀態(tài)法”進(jìn)行理論的科學(xué)研究，旨在幫助學(xué)生更好地獲得物理問題解決的能力與思維習(xí)慣，進(jìn)而提高物理教學(xué)的有效性，讓學(xué)生獲得一種終身學(xué)習(xí)的能力．

三步狀態(tài)法 高中物理 理論構(gòu)建

1 三步狀態(tài)法的概念界定

三步狀態(tài)法(Three-Step Instruction，簡稱TSI)，是云南省昆明市高級教師蔣靈創(chuàng)立的，始于中學(xué)物理課程中，使用專門設(shè)計的用于培養(yǎng)學(xué)生獲得新知識能力、對知識與技能問題的解決能力和取得成果的能力的教學(xué)卡片(Teaching Cards)與能力測試題(Skill Tests)，借助教育學(xué)、哲學(xué)、思維科學(xué)和心理學(xué)等理論來設(shè)計的、適合于大班課堂教學(xué)的一種針對物理問題解決技能和思維習(xí)慣培養(yǎng)的有效教學(xué)策略．

2 三步狀態(tài)法的設(shè)計步驟與思想

三步狀態(tài)法教學(xué)策略的三大步驟：誰在干什么？——畫圖——寫方程．

圖1 物理學(xué)解題步驟流程圖

口訣：不畫圖形不做題，不寫方程不研究，一切盡在方程中．

三步狀態(tài)法教學(xué)策略的物理學(xué)解題步驟第一步是：弄清“誰在干什么”，即要求學(xué)生學(xué)會讀題和審題，這一過程意味著學(xué)生在進(jìn)行一種有目的、計劃的知覺活動與思維活動，它是對物理問題中信息的發(fā)現(xiàn)、逐步辨認(rèn)、再轉(zhuǎn)譯成學(xué)生自己所理解的字面意義或物理圖景的過程．

通過以上物理學(xué)解題步驟的流程圖，我們可以看到蔣老師的三步狀態(tài)法的第二個步驟：正是將一個物理問題用這種清晰的“問題解決”思維圖在學(xué)生的頭腦中描述出來．用陳清梅副教授的研究來闡述的話，就是讓學(xué)生在頭腦中將外部的物理刺激形成有效的內(nèi)部心理符號的過程[1]．從相關(guān)文獻(xiàn)[2]里，筆者查閱到：Chi(1981)等人[3]從人的知識結(jié)構(gòu)出發(fā)，認(rèn)為這種認(rèn)知結(jié)構(gòu)是建立在學(xué)生已具備的相應(yīng)領(lǐng)域知識及知識組織的基礎(chǔ)上形成的問題表征．而Larkin在1987年就對圖像在問題解決中呈現(xiàn)的作用做了相關(guān)研究[4]，他們研究結(jié)論指出，一幅好的簡化圖形可以將所有有用的信息匯集起來，因此，它可以很大程度上減少學(xué)生在語言陳述情況下所需要的搜索量，進(jìn)而讓學(xué)生以最快速的感知判斷代替困難、復(fù)雜的邏輯推理．在1998年，Catrambon等人[5]又提出，案例中的任何一個線索都可以使得學(xué)生把一系列解題步驟組合在一起，以利于他們形成完整的問題表征．筆者驚嘆，這些理論不正是蔣老師提出的三步狀態(tài)法的設(shè)計思想！他通過自己的教學(xué)實踐經(jīng)驗總結(jié)出了這一高度的理論，或者說他將這些理論實實在在地用在了自己的實踐教學(xué)中，這樣的研究是頗有意義與價值的．

第三步是寫方程．蔣老師認(rèn)為，一般情況在物理問題解決的前兩步完成后，圖像和關(guān)鍵的一些參數(shù)便能幫助學(xué)生迅速明確問題解決中需要的方程，學(xué)生只要能夠按照三步狀態(tài)法中力學(xué)、運動學(xué)、電路、電磁感應(yīng)等部分列方程的順序，然后正確地、完整地、規(guī)范地列出所需的方程，此時學(xué)生只需一點數(shù)學(xué)運算能力，物理問題就自然而然解決了．對此，筆者在相關(guān)文獻(xiàn)研究中發(fā)現(xiàn)，Hinsley(1978)等做了相關(guān)研究[6]，發(fā)現(xiàn)圖形線索和關(guān)鍵的參數(shù)線索能夠幫助問題解決者有效地解決物理問題．

因此，筆者將從物理問題表征的角度[7,8]對三步狀態(tài)法進(jìn)行剖析與闡述，一般問題表征中比較重要的幾點：確定好研究對象“誰”進(jìn)行抽象表征，比如將地球抽象成一個球體來研究地球大氣層的重量；做好“干什么”的賦值表征；以及將以 “畫圖”來呈現(xiàn)豐富的物理圖示與題意，即完成圖像表征與方法表征；再用“寫方程”來進(jìn)行物理表征；最后便是對方程進(jìn)行計算與解答的數(shù)學(xué)表征．綜上所述，三步狀態(tài)法不單把握了問題表征對物理問題解決的關(guān)鍵影響，也建立起了一整套完整的物理學(xué)解題步驟的流程圖．

在整個三步狀態(tài)法的教學(xué)實施過程中，蔣老師要求學(xué)生對問題解決過程中的每一個步驟都采用出聲思維法或文字表現(xiàn)等進(jìn)行自我解釋[9]，這樣既便于學(xué)生彼此間看到問題解決的思維過程與解決問題的依據(jù)，也讓學(xué)生逐漸養(yǎng)成一定的思維能力和行為習(xí)慣，從而有效地提高他們對物理問題的解決能力．

3 三步狀態(tài)法的實施準(zhǔn)備

(1)教師觀念的達(dá)成

1)確認(rèn)“解題技能”在學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)中的地位．

2)確認(rèn)“步驟”是人類解決問題的基本手段、有效手段．

3)確認(rèn)“三步”對學(xué)習(xí)者心理的影響，對熟練掌握步驟的意義．

4)確認(rèn)“三步法”的實用是為學(xué)生終身學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)．

5)確認(rèn)“步驟”的學(xué)習(xí)和過程掌握必須給予學(xué)生足夠多的自我訓(xùn)練和時間，重視“重復(fù)”，建立“技巧”的心理學(xué)原則．

6)確認(rèn)“三步法”實施需要教師認(rèn)真地研究學(xué)生，研究科學(xué)方法，形成相應(yīng)的資料和培養(yǎng)手段．

(2)教案和資料的形成

三步教學(xué)法相應(yīng)的教案和資料包括4個部分：

1)教學(xué)主體卡片

為了讓學(xué)生更好、更快地在有限的時間內(nèi)進(jìn)行有效學(xué)習(xí)，蔣老師編制了整個高中物理教學(xué)的主體卡片，卡片內(nèi)容主要包括“對象”、“步驟”、“重點訓(xùn)練目標(biāo)”．除此之外，主體卡片特意設(shè)計成橫向的紙張方向，頁眉標(biāo)有“三步狀態(tài)法解題主體卡片、力的平衡概念步驟、應(yīng)用卡號——力5”等字樣，此設(shè)計不但方便學(xué)生對知識點產(chǎn)生直觀、深刻的感官認(rèn)識，學(xué)生只需在主體卡片空白處添加不懂或不清楚的步驟，而且有利于初學(xué)者反復(fù)進(jìn)行“步驟”訓(xùn)練．詳見圖2．

圖2 教學(xué)主體卡片

2)解題運用實例卡片——課堂訓(xùn)練資料是技能形成的核心．

作為課堂訓(xùn)練的資料，是整個物理問題解題技能培養(yǎng)的核心內(nèi)容．這部分訓(xùn)練資料編寫的要求始終遵循由易到難的原則，新步驟教學(xué)只出現(xiàn)該步驟教學(xué)的內(nèi)容，并不摻雜其他步驟的訓(xùn)練．除此之外，重點在方法的訓(xùn)練，而不是知識．

一般情況，課堂訓(xùn)練的卡片上的實例差不多有6小題，第1題——為教師講解步驟的范圍；第2和3題——為學(xué)生初步的訓(xùn)練題；第4題——需增加閱讀量，教師講解閱讀方式，訓(xùn)練以步驟為中心的閱讀方法；第5題——為學(xué)生訓(xùn)練題；第6題——為檢測題，需要上交．詳見圖3．

3)課外訓(xùn)練資料卡片——課外訓(xùn)練是技能形成的過程．

課外訓(xùn)練資料編排的原則也是由易到難，且必須要求學(xué)生重寫方法．共設(shè)計2～3題，規(guī)定學(xué)生分時段去完成．

4)檢測題卡片

檢測題將設(shè)置為一周一次，在第二周的第一天課堂上用10 min完成，當(dāng)堂批改、評分并記錄．

圖3 三步狀態(tài)法解題運用實例卡片

4 三步狀態(tài)法的適用范圍

(1)三步狀態(tài)法適用于科學(xué)教學(xué)中實際問題的解題技能的培養(yǎng)

三步狀態(tài)法是專門針對高中物理問題解決的解題技能形成而設(shè)計的教學(xué)策略，解決了學(xué)生“一聽就懂，一解就暈”的問題．

(2)三步狀態(tài)法適用于差異教學(xué)

學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的差異、認(rèn)知結(jié)構(gòu)的差異，由于難度和梯度受差異影響太大，常規(guī)的問題解決教學(xué)策略不能取得理想的效果．三步狀態(tài)法的重心在于“步驟”的形成，對于各層次的學(xué)生有相對應(yīng)的難度和梯度．高層次學(xué)生可以通過熟練掌握全部步驟建立起科學(xué)研究的方法，學(xué)會終身學(xué)習(xí)的能力．低層次學(xué)生可以按順序掌握相關(guān)步驟，逐步形成解決問題的能力．

(3)三步狀態(tài)法更像是一個方法，一個策略，而不是模型或模式

三步狀態(tài)法的運用使學(xué)生能夠獲得超越學(xué)科的學(xué)習(xí)能力，是學(xué)生學(xué)習(xí)能力的教學(xué)策略，是解決“如何體現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的重要方法．

三步狀態(tài)法不是一種模式，不能僵化地使用，應(yīng)該以方法和態(tài)度的培養(yǎng)貫穿于教學(xué)過程中，使其成為學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的一個工具．三步狀態(tài)法不是一個獨立的教學(xué)體系，它的有效性必須建立在基本概念的有效形成之上，必須合理地應(yīng)用于相應(yīng)的學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)之中．

5 三步狀態(tài)法的設(shè)計原則

(1)主導(dǎo)性與主體性

閻金鐸教授在《中學(xué)物理教學(xué)概論》一書中指出，教學(xué)過程是由多重因素構(gòu)成的系統(tǒng)．即學(xué)生(主體)、教師(主導(dǎo))、物理世界(客體)和媒體(工具)等這些因素密切聯(lián)系，從而形成的整體功能．而知識的形成和發(fā)展基礎(chǔ)則是主體和客體的相互作用，即通過主體動作于客體而實現(xiàn)的．閻教授強(qiáng)調(diào)，一切經(jīng)驗都是發(fā)源于動作，實際上，觀察、假設(shè)、推理、分類、測量等活動都是特指動作，思維活動的本質(zhì)也是一種動作．學(xué)生只有在動作的實現(xiàn)后，再與物理世界發(fā)生相互作用，才能認(rèn)識到物理世界的規(guī)律性所在．

基于以上的認(rèn)識，閻教授認(rèn)為，物理教學(xué)的本質(zhì)在于，應(yīng)該始終設(shè)計教學(xué)的主體是學(xué)生的這樣一個物理環(huán)境，讓學(xué)生親自歷經(jīng)自主的科學(xué)的探究過程和知識建構(gòu)過程，學(xué)習(xí)到人類探索未知事物的方法；讓學(xué)生學(xué)會將人類已知的對物理世界的認(rèn)識轉(zhuǎn)化為學(xué)生個體的認(rèn)識，同時將知識轉(zhuǎn)化為能力的認(rèn)識過程；最后讓學(xué)生能夠在一定的物理環(huán)境中接受全面系統(tǒng)的物理知識與技能的訓(xùn)練，從而使他們獲得科學(xué)知識，掌握科學(xué)方法和技能，發(fā)展科學(xué)思維，形成科學(xué)態(tài)度[10]．

換而言之，三步狀態(tài)法這一教學(xué)策略也正遵循閻教授提出“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的設(shè)計原則．不論何時，三步狀態(tài)法的實施過程中教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體地位都是辯證統(tǒng)一起來的．

(2)有序性與有效性

著名科學(xué)家泰勒提出，完整、有效的課程內(nèi)容應(yīng)始終遵循連續(xù)性、順序性和整合性等3大基本原則．而相關(guān)實證研究也同樣表示，學(xué)生如若在一種有序的結(jié)構(gòu)中去提取有序的知識，其結(jié)果必然是迅速而準(zhǔn)確的[11]．縱觀問題解決的所有案例，無不是建立在完整且順序感十足的“問題解決的步驟”上．因此，養(yǎng)成“按步驟”解決實際問題的習(xí)慣是教育的核心之一．三步狀態(tài)法教學(xué)中最重要的就是“序”的思想，“獨立”的思想！這種尊重學(xué)生心理認(rèn)知特點、遵循客觀事物發(fā)展規(guī)律的有序教學(xué)必然是一種有效的教學(xué)．

(3)科學(xué)性與生命性

印度偉大詩人泰戈爾曾說：“教育目的應(yīng)是向整個人類傳達(dá)生命的氣息．”三步狀態(tài)法始終遵循教學(xué)的科學(xué)性、教育性與生命性相結(jié)合的原則．科學(xué)性體現(xiàn)在它符合科學(xué)的認(rèn)識規(guī)律，始終引導(dǎo)學(xué)生正確地理解物理概念、規(guī)律，交給學(xué)生正確分析、處理物理問題方法的能力．蔣老師在提出“三步狀態(tài)法”這一教學(xué)策略時，考慮最多的就是要培植學(xué)生對自然、對科學(xué)、對生命的熱愛，培育出一個個充滿內(nèi)在而真實力量的個體，為了提高學(xué)生的生命質(zhì)量，充分尊重學(xué)生的生命成長和全面發(fā)展．

1 陳清梅，張璐，顏素容.從習(xí)題到原始問題：物理問題表征研究的生態(tài)化歷程.教育科學(xué)研究，2011(12)：56

2 侯新杰，姜金偉.線索提示對物理問題表征的影響.心理科學(xué)，2008(1)：227

3 Chi M．T．H．，F(xiàn)eltovich P．J．&Glaser R．Categorization and representation Of physics problems by experts and novices．Cognitive Science，1981，5：121～152

4 Larkin J．H．，Simon H．A．Why a diagram is(sometimes)worth ten thousand words．Cognitive Science，1987，11(1)：65～100

5 Catrambone R．The subgoal learning model：Creating better examples 80 that student can solve novel problems．Journal of experimental psychology：general，1998，127(4)：355～367

6 Hinsley．D．A．，Hayes，J．R．，&Simon，H．A．From words to equations：Meaning and representation in algebra word problems．In：P．A．Carpenter&M．A．Just．(Eds．)．Cognitive processes in comprehension．Hillsdale，N．J：Erlbanm，1977.89～106

7 邢紅軍，石堯，胡揚(yáng)洋,等.初中原始物理問題測量工具：編制與研究.課程·教材·教法，2015(2)：70

8 黃網(wǎng)官.“問題解決”與“問題表征”——以初中物理習(xí)題解答為例.教育研究與評論(中學(xué)教育教學(xué)版)，2014(9)：2

9 蘇雅琴.自我解釋在高中物理問題解決中的教學(xué)研究:[碩士學(xué)位論文].重慶：西南大學(xué)，2015:13～14

10 閻金鐸，郭玉英.中學(xué)物理教學(xué)概論:[碩士學(xué)位論文].北京：高等教育出版社，2013(7):29～37

11 許師.高中生化學(xué)學(xué)習(xí)困難的成因分析:[碩士學(xué)位論文].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2005

2016-11-17)