培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的課例研究*
——以一節(jié)高三物理題型專題復(fù)習(xí)課為例

程柱建

(如皋市教育局教研室 江蘇 南通 226500)

1 引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的教學(xué)建議之一是“通過問題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成”[1]．物理教學(xué)應(yīng)該從哪些方面來提升學(xué)生的問題解決能力呢？國際學(xué)生評估項(xiàng)目(PISA)問題解決能力的結(jié)構(gòu)對物理學(xué)科教學(xué)有重要的指導(dǎo)作用．

PISA的問題解決能力的結(jié)構(gòu)由理解、分析、推理、實(shí)踐、反思和表達(dá)等6種要素構(gòu)成[2]．結(jié)合物理問題解決的實(shí)際，我們將各要素進(jìn)行了“物理學(xué)科化”的表述：理解指閱讀問題文本，構(gòu)建物理情境；分析指獲取問題信息，尋找物理?xiàng)l件；推理指理清解題思路，選擇物理規(guī)律；實(shí)踐指自主解決問題，進(jìn)行計(jì)算或?qū)嶒?yàn)；反思指審視問題結(jié)果，完善解題過程；表達(dá)指規(guī)范書寫結(jié)果，積極展示交流．另外，我們還認(rèn)為，學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)需要堅(jiān)持學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生處于課堂的中心．

本研究以同一位教師在不同的平行班級針對同一課題連續(xù)3次的“施教-研討-改進(jìn)”，對學(xué)生問題解決能力六要素進(jìn)行課堂觀察，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)，探討培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的教學(xué)策略．

2 教學(xué)準(zhǔn)備

2.1 研究主題

培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的教學(xué)策略．

2.2 確定課題

高考江蘇物理卷具有穩(wěn)定的題型設(shè)置．縱觀近年江蘇高考物理試卷，第二道計(jì)算題均為多物體的力學(xué)問題，主要考查學(xué)生對受力分析、共點(diǎn)力的平衡、運(yùn)動的合成與分解、牛頓第二定律、動能定理、機(jī)械能守恒定律等知識的準(zhǔn)確理解和靈活運(yùn)用．試題通過接觸面、細(xì)繩、輕桿、彈簧等對物體的約束限制、相互牽連，考查學(xué)生的理解能力、分析綜合能力、推理能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力，對學(xué)生的問題解決能力提出較高的要求．

高三第二、三輪復(fù)習(xí)中穿插題型專題復(fù)習(xí)，既可以減輕備考負(fù)擔(dān)，提高復(fù)習(xí)效率，又可以培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力．基于以上認(rèn)識，江蘇省白蒲高級中學(xué)高三物理組設(shè)計(jì)了“力學(xué)計(jì)算題專題(一)——牽連體問題”題型專題復(fù)習(xí)課．

2.3 設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)案

首先，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)．備課組深度剖析了江蘇和全國近年?duì)窟B體類型的高考試題，界定了專題復(fù)習(xí)的知識范圍和能力要求，確定了如下的學(xué)習(xí)目標(biāo)：能在規(guī)范作受力示意圖的基礎(chǔ)上熟練解決物體的平衡問題；會用運(yùn)動的合成與分解規(guī)律處理牽連體問題；會分析繩、桿對系統(tǒng)能量的影響，能正確運(yùn)用系統(tǒng)機(jī)械能守恒解決相關(guān)問題．

其次，編寫導(dǎo)學(xué)案．根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，備課組精心選擇了3道題目，第1道是2015年高考全國卷Ⅱ第21題(改編成3小問的計(jì)算題)，第2道是2018年高考江蘇卷第14題，第3道是2016年高考江蘇卷第14題，編寫了“活動方案”．遵循“先做再評”及“練習(xí)即考試”的原則，在專題標(biāo)題的下方標(biāo)注了“總分48分，時(shí)間45 min”的字樣．

最后，設(shè)置計(jì)劃課時(shí)．本節(jié)復(fù)習(xí)課計(jì)劃用時(shí)2課時(shí)．第1課是學(xué)生自主限時(shí)練習(xí)．第1課課后，教師對學(xué)生的答題情況進(jìn)行批閱，統(tǒng)計(jì)學(xué)生的答題情況，并將典型錯誤和優(yōu)秀解答拍了照片．第2課時(shí)用于導(dǎo)學(xué)案的講評．

3 課堂觀察

3.1 第一次課試教

教學(xué)的大致流程：首先，教師進(jìn)行了學(xué)情通報(bào)，表揚(yáng)了部分做題優(yōu)秀和進(jìn)步顯著的學(xué)生；其次，學(xué)生根據(jù)下發(fā)的答案自主訂正；最后，師生根據(jù)3道題目的設(shè)問進(jìn)行了分類討論和交流．

3.1.1 教學(xué)優(yōu)勢

(1)分析與推理要素方面．教師對3道題目的設(shè)問進(jìn)行分類講評，可以有效提高學(xué)生根據(jù)物理?xiàng)l件，選擇不同規(guī)律或方法分析靜力學(xué)問題、動力學(xué)問題或力學(xué)中的能量問題．

(2)反思要素方面．教師給學(xué)生留出了自主學(xué)習(xí)和反思的時(shí)間．如，每題的第(1)問，均考查了學(xué)生受力分析和共點(diǎn)力的平衡知識．從學(xué)生答題的反饋看，正確率比較高，教師采用了學(xué)生對照答案自主訂正、學(xué)習(xí)小組組長督查的方式．教師還及時(shí)對相關(guān)問題解決的思路或方法進(jìn)行了總結(jié)．如，教師對牽連體速度、加速度的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)，強(qiáng)調(diào)了分析合運(yùn)動和分運(yùn)動的重要性；總結(jié)了對于多物體應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的注意點(diǎn)．

(3)表達(dá)要素方面．教師利用拍攝的典型錯誤和優(yōu)秀解答照片，適時(shí)地對解題規(guī)范性進(jìn)行了示范和糾正．

3.1.2 問題發(fā)現(xiàn)

(1)理解要素方面．3道題目均來自于歷年的高考試題，有一定的難度，從答題結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出3道題目總體的難度為0.4．

(2)實(shí)踐要素方面．在課堂教學(xué)中，教師引導(dǎo)講評的時(shí)間偏長，相應(yīng)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)的時(shí)間仍偏少．

(3)表達(dá)要素方面．雖然教師在教學(xué)過程中總結(jié)了規(guī)律或方法，但是由于僅僅采用的是口頭表達(dá)的方式，學(xué)生留下的印象不太深刻．

3.1.3 改進(jìn)建議

(1)理解要素方面．對難度大的問題進(jìn)行改編，給學(xué)生搭建理解和分析問題的思維臺階，例如，將第2題第(3)問改為“由于系統(tǒng)機(jī)械能守恒，小球運(yùn)動到與A，B相同高度后，恰好能向下運(yùn)動到初始位置，小球向下運(yùn)動到最低點(diǎn)時(shí)物塊M所受的拉力大小T．”，將第3題第(2)問改為，“A滑動的位移為x時(shí)，求：(1)B的水平位移大小s1；(2)B的豎直位移大小s2；(3)B的位移大小s．”

(2)實(shí)踐要素方面．思維型教學(xué)一般包括以下的學(xué)生學(xué)習(xí)活動：自主學(xué)習(xí)、合作探究、成果展示和自我完善．為了保證講評過程中學(xué)生活動的效果，可以搭建腳手架，設(shè)置具體的問題讓學(xué)生活動．如，在學(xué)生探究第2題第(3)問時(shí)，設(shè)置如圖1所示的4個具體問題，讓學(xué)生通過4個問題，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與合作探究，教師在學(xué)生進(jìn)行成果展示時(shí)僅僅進(jìn)行引導(dǎo)評價(jià)和點(diǎn)評提升．

(3)表達(dá)要素方面．題型專題復(fù)習(xí)的目的是幫助學(xué)生有效建構(gòu)相關(guān)題型的解題思維模型，掌握解題的規(guī)律與方法．課堂上，教師可以讓學(xué)生先自主總結(jié)與展示，然后再通過板書或PPT進(jìn)行提煉．規(guī)律與方法應(yīng)從可操作性(程序性知識)的角度去考慮，并注意表述的直觀性和簡潔性．

圖1 針對第2題第(3)問設(shè)計(jì)問題

3.2 第二次課改進(jìn)

3.2.1 積極變化

(1)理解和分析要素方面．通過改編，3道題目的總體難度由0.4提升到0.51，學(xué)生對物理情境的構(gòu)建與物理?xiàng)l件的挖掘發(fā)生了可喜的變化，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心．

(2)推理和實(shí)踐要素方面．在難點(diǎn)問題的突破上，通過搭建臺階，將學(xué)習(xí)內(nèi)容從學(xué)習(xí)的恐慌區(qū)移到學(xué)習(xí)區(qū)，有效地加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度和達(dá)成度，活躍了課堂學(xué)習(xí)氣氛．

(3)反思和表達(dá)要素方面．學(xué)生在解決問題的過程中對牽連體的速度、加速度規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，并積極在小組內(nèi)和班級內(nèi)進(jìn)行了展示和交流．教師不僅利用課前拍攝的典型錯誤和優(yōu)秀解答照片對解題規(guī)范性進(jìn)行了示范和糾正，還在課前手寫了第2道題目的完整規(guī)范答案，課堂上進(jìn)行了投影，并留足時(shí)間給學(xué)生自主完善解答過程．

3.2.2 問題發(fā)現(xiàn)

(1)理解和分析要素方面．題目講評過程中，教師僅強(qiáng)調(diào)了解題過程，未能對學(xué)生存在的錯誤尋根溯源，忽視了審題的重要性．

(2)實(shí)踐要素方面．除了計(jì)算外，是否還有其他的方法來驗(yàn)證推理？

(3)反思要素方面．在3道題目中輕繩、輕桿的長度未發(fā)生變化，說明它們在整個過程中對整個系統(tǒng)的能量無影響，同時(shí)不計(jì)一切摩擦力，系統(tǒng)的機(jī)械能是守恒的．如果題目出現(xiàn)輕彈簧，能量又會如何轉(zhuǎn)化呢？有必要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣?，提升學(xué)生解決問題時(shí)思維的深刻性．

3.2.3 改進(jìn)建議

(1)理解和分析要素方面．教師培養(yǎng)學(xué)生的審題能力，會將題目的文字轉(zhuǎn)換成物理情境，由物理情境、物理?xiàng)l件選擇相關(guān)的規(guī)律，目的讓學(xué)生從會解一道題到會解一類題，提升學(xué)生的表征問題解決能力．教師可以在導(dǎo)學(xué)案的頁腳標(biāo)注關(guān)鍵詞來提醒學(xué)生，如“注重審題，正確進(jìn)行受力分析、運(yùn)動分析、功能分析，規(guī)范解答．”

(2)實(shí)踐要素方面．實(shí)驗(yàn)可以提升學(xué)生的實(shí)踐能力，例如，教師可以制作出第2題的實(shí)驗(yàn)裝置，在學(xué)生表征問題與構(gòu)建運(yùn)動情境后，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來呈現(xiàn)小球和小物體的實(shí)際運(yùn)動情況．

(3)反思要素方面．在講評導(dǎo)學(xué)案中，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣够蜓a(bǔ)充，增強(qiáng)學(xué)生解決具有差異化問題的能力．如，在第2道題目講評結(jié)束后，可以補(bǔ)充如下的拓展問題：如圖2所示，輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連，彈簧水平且處于原長．圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，到達(dá)C處的速度為零，AC=h，彈簧彈性勢能Ep，求此過程由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能.從能量轉(zhuǎn)化的角度，有重力勢能、彈性勢能、內(nèi)能間的轉(zhuǎn)化，運(yùn)動過程還有動能產(chǎn)生，豐富了能量的形式，可以提升學(xué)生的分析問題的能力和認(rèn)知水平．

圖2 拓展問題情境圖

3.3 第三次課提高

第三次改進(jìn)課是面向如皋市高三全體物理教師的一節(jié)公開課，聽課教師對本節(jié)課中問題解決能力培養(yǎng)的評價(jià)有以下4個方面.

3.3.1 教師將學(xué)生放在課堂的中心

學(xué)生思維活動的時(shí)間充分，學(xué)生間的交流活躍，成果展示時(shí)精彩紛呈，如，學(xué)生在展示第二題的斜面與物塊的位移關(guān)系時(shí)共形成了4種不同的思路．學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)，教師對學(xué)困生的個性化輔導(dǎo)，有效地增強(qiáng)了學(xué)困生的學(xué)習(xí)信心．

3.3.2 學(xué)生的理解與分析能力得到了提升

雖然題目的難度不小，但是從審題，到明確物理情境，到構(gòu)建物理模型并選擇合適規(guī)律解題這一系列解題思維的訓(xùn)練，讓學(xué)生碰到新問題時(shí)，能有條不紊地的分析和解決問題．

3.3.3 學(xué)生的推理能力與實(shí)踐意識得到了加強(qiáng)

教師對相關(guān)問題搭建腳手架，并適當(dāng)?shù)刈兪胶屯卣?，提升了學(xué)生的思維品質(zhì)和實(shí)踐意識．學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第2題中物體運(yùn)動情境的猜想，強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)與邏輯推理相結(jié)合的思維方式與研究方法．

3.3.4 學(xué)生反思與表達(dá)能力得到了提升

教師對相關(guān)模型的思維方法進(jìn)行了精準(zhǔn)的總結(jié)，有助于學(xué)生掌握方法并應(yīng)用、遷移方法解決問題．教師從審題、畫示意圖、列表達(dá)式等各個方面，強(qiáng)化了學(xué)生認(rèn)真、規(guī)范解題的習(xí)慣．

4 結(jié)論

問題解決能力是一個人成長過程中必備的一種關(guān)鍵能力，是學(xué)科教學(xué)的一個重要目標(biāo)．問題解決能力的結(jié)構(gòu)分為理解、分析、推理、實(shí)踐、反思、表達(dá).為了操作方便，可以將學(xué)生問題解決能力劃分為如下3種子能力：表征問題的能力、找到解決問題的方法與結(jié)果的能力和自我評價(jià)與反思的能力，問題解決能力的各要素可以對應(yīng)到以上3種能力中，對應(yīng)關(guān)系如表1所示.

表1 問題解決能力的3種子能力及目標(biāo)指向

為了有效培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力，在教學(xué)中，教師需要重點(diǎn)關(guān)注以下4個方面.

4.1 堅(jiān)持學(xué)生的主體地位——學(xué)生能力發(fā)展的途徑

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，課堂中的合作探究、成果展示、自我完善均是建立在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的．同時(shí)，教師還應(yīng)該鼓勵學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題，敢于提出問題，積極解決學(xué)習(xí)與生活中的問題，提升解決問題的實(shí)踐能力．

4.2 優(yōu)化問題的設(shè)置——表征問題能力的抓手

學(xué)生問題解決能力是在解決問題的過程中逐漸形成的，所以問題的設(shè)置是培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的基礎(chǔ)．教師在設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)案時(shí)，需要根據(jù)學(xué)情和教學(xué)目標(biāo)，精心選擇問題，并設(shè)置好問題的呈現(xiàn)方式．情境化問題可以激發(fā)學(xué)生解決問題的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．

4.3 搭建思維的腳手架——體驗(yàn)問題解決的過程

問題解決的本質(zhì)是一種思維活動，思維貫穿于學(xué)生表征問題和找到解決問題的方法與結(jié)果的全過程．教師要搭建學(xué)生問題解決過程中的腳手架，注重物理情境的分析和物理模型的構(gòu)建，形成解決問題的程序性知識，同時(shí)，要養(yǎng)成學(xué)生解決問題時(shí)的科學(xué)態(tài)度和良好習(xí)慣．

4.4 提供反思的平臺——豐富問題解決的策略

教師應(yīng)盡可能多途徑地給學(xué)生提供自我評價(jià)與反思的平臺，合作探究、成果展示、自我完善、實(shí)驗(yàn)操作等均是較好的平臺，除此之外，教師還要幫助學(xué)生加強(qiáng)對問題解決過程的認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生自覺地運(yùn)用元認(rèn)知知識調(diào)節(jié)與監(jiān)控問題解決過程，豐富學(xué)生的元認(rèn)知體驗(yàn)．

教師在教學(xué)活動中，注意到以上4個方面，對培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力會有很大的幫助.