问题解决的高效益途径

第三节　问题解决的高效益途径

物理问题解决教学是中学物理教学的一个重要组成部分，它对于深化学生的认知过程，发展学生的认知结构，培养学生分析和解决问题的能力都具有十分重要的作用。当前中学物理问题解决教学中存在着这样一个普遍现象：无论是课内还是课外，教师带领学生做大量的习题，且题目普遍较难；教师成天疲于收集、寻找各类题目，学生成天疲于解答一个个、一套套习题；解各种各样的习题成了学习物理的主要内容，能否解出各种高难题，成了学生能力高低的主要判据。这种以习题数量和难度作为培养学生分析和解决问题能力的主要途径的方式，是否科学和有效呢？大量的研究表明：教师疲于找题，无精力找规律；学生疲于解题，无精力求消化。其结果是导致师生负担加重，教学效率降低，使学生智力受到抑制，从根本上损害了教学效果。

教学效益是由教学时间和教学效果两个因素共同决定的，在物理问题解决教学过程中，怎样才能以较少时间，取得较好的教学效果呢？围绕这一点进行教学策略的研究既有其现实意义，也有其发展意义。下面对此作初步探讨。

一、学生解决物理问题时的主要思维障碍

学生是学习过程的主体，学的规律决定了教的规律，所以在进行教学策略研究时，必须先研究学生在解决物理问题时存在的思维障碍。所谓思维障碍，是指学生在学习过程中，由于思维起点的迷茫，思维形象的模糊，思维方向的偏离，思维逻辑的混乱，思维展开受到干扰等，而造成的思维过程的中断，或不能得到正确思维成果的现象。在物理问题解决活动中，千千万万个学生会出现千千万万个思维障碍，但这些思维障碍具有相似性和重复性，在各种各样失误的表面现象后面，往往有其相似的心理诱因。其中主要的心理诱因有：

1.日常观念的诱惑。

日常生活中，在正式学习某一科学概念前，学生就已经时常接触到有关这一问题的许多现象，他们已按自己的认识水平对此形成了一些初步观念，即日常观念。在日常观念中，有的对科学概念的学习具有一定的积极的“心向”，而更多的则是片面的先入之见、错误印象和误解。这些错误观念对正确认知，形成思维障碍。由于长期积累，学生在生活中经过自发内化，而形成了不少的日常观念，当一接触到具体的物理问题，特别是与日常生活联系较为紧密的一些问题时，这些日常观念便会先入为主，迅速产生相异构想，导致思维方向偏离科学概念，因而得出错误结论。如“力的作用不是维持物体的运动，而是改变物体的运动状态”这一科学结论。若让参加毕业考试的初中学生背诵，恐怕背不出来的屈指可数，但我们在一次对初中毕业考试试卷的抽样调查中，却发现660份试卷在回答“做匀速直线运动的物体，速度越大，受力也越大”这一判断题时，竟有14%的学生作出了肯定的回答。由此可见，“力是维持物体运动的原因”这一日常观念的影响之深，也说明了日常观念的顽固性。

2.联想的干扰。

物理问题解决离不了概念的运用，而概念总是贮存在我们的长时记忆中。当我们面临一个具体的物理问题时，问题情景将会对我们的回忆起到激活作用。但这一激活不只是激活与问题有关的概念，因为激活作用在延展，许多与之相连接的概念也将会变成活动的状态。如果我们认知结构中概念的可辨别性较差，或有许多非本质信息附加于概念之上的话，则在我们从长时记忆提取有关概念解决问题时，由于联想的作用，一些无关概念将抑制必要概念的提取，附加信息将抑制本质信息的提取，从而造成思维障碍，这种情况称之为联想的干扰。

联想的干扰造成思维障碍的具体表现有：一是在涉及相邻、相近概念的运用时，出现混淆不清的错误。我们曾在初中作过一次调查，结果竟有20%的学生不能在一个具体问题中正确区别出“有用功、总功、额外功”这三个概念，有51%的学生错用机械效率公式来计算功率。二是在分析问题时，常将非本质附加信息与概念的本质信息混杂一起。如总认为“重力的方向垂直向下”，“物体在斜面上所受的重力，可以分解为下滑力和物体对斜面的正压力”等。

3.思维定势的束缚。

定势，是指人的心理活动的一种准备状态，这种准备状态影响着问题解决的倾向性。定势思维是指人用某种固定的思维模式去分析问题和解决问题。认知心理学认为，当某些知识结构较之其他知识结构更容易为人所想起时，就会发生定势效应。如果能获得的知识是解决问题所必需的，定势效应就会促进问题的解决，如果不是必需的，它就会阻碍问题的解决。

在学习中，学生由于经常接触同一类问题或同一种直观模式，因而往往形成一种习惯性思维方向，这种思维定势对于问题解决活动有着积极的促进作用，但也有着将学生的思维束缚在一个狭小范围内，造成思维障碍的消极作用。比如当我们在学生非常熟悉的一类题上改变个别条件（尽管问题所涉及的概念与规律并不超出原有的知识范围），使物理情景发生了重要变化时，学生往往不会去认真分析题设条件变化带来的差异，而是一拿到题一看到似曾相识，马上就按习惯的思路、方法求解。

例6　一发光点S位于焦距为12cm的薄凸透镜的主轴上。当S沿垂直于主轴的方向移动1.5cm时，它的像点S′移动0.5cm。求移动前发光点S到像点S′的距离。

这是1995年高考试题。本是一个较容易的计算题，但由于思维定势的影响，在当年高考中几乎有20%的学生在答题时，将发光点S看成是水平方向移动而导致错解。

另外，当一些问题稍微改变了提问的角度或呈现的模式，而与学生见惯的问题稍有不同（尽管本质上仍是一类题）时，思维定势有时会引起思维的闭塞或混乱。例如在判断滑轮组绳端拉力F和物重G的关系时，学生们绝大多数都能对下图（a）这种见惯了的模式作出正确的判定；但当我们在一次调查测试中，仅把F和G的位置互换了一（下图（b）），就使得73%的学生判断失误。

每次考试中，学生常会将一些简单问题做错，在一些能够解出的题前束手无策，其中，思维定势的束缚是一重要因素。

4.数学负迁移的影响。

教育心理学上把一种学习（已经获得的知识、技能）对另一种学习（新知识、新技能）的影响称之为迁移。这种影响可能是积极的，也可能是消极的，积极的影响叫正迁移，消极的影响叫负迁移。数学知识在解决物理问题时起着巨大的作用，但它毕竟只是解决问题的一个工具，作为工具的数学必须与物理现象的内容相统一，而且还要受到具体物理条件的制约。不注意这一点，从纯数学的角度来理解和使用物理概念、规律、公式，这也将造成思维障碍。这一障碍的具体表现有：

（1）将数学函数关系与物理公式，特别是概念的定义式简单地对应。如认为公式中“”、“”中ρ与m，V的量值有关，E与F，q的量值有关。

（2）只考虑数学运算，任意扩大物理规律的运用范围，无视物理规律的适用条件。如根据公式“”，推出“γ→0，F→∞”的错误结论，就是由于忽视定律的成立条件（物体均能被视为质点）而造成的。

（3）将根据数学方程计算出来的数学结论与物理结论完全等同起来，忽视对结论物理意义的讨论。造成学生思维障碍的心理诱因是很多的，远不止以上所罗列的几种。比如相关的物理学科知识准备不足、数学和物理知识不能匹配等，这里不可能一一列举。在教学中认真分析、研究学生的思维障碍，是形成正确教学策略的起点。

二、教师在问题解决教学中的认识误区

为什么低效高耗的“题海战术”能长期盛行？造成这一状况，有环境因素，也有认识因素。教师在问题解决教学上存在着认识的“误区”，就是众多因素中的主要因素之一。这些“误区”主要有：

1.重“量”轻“质”的误区。

认为学生分析、解决问题的能力与所练的题量是一种线性关系，所练的题量越大，能力就越强。因而在课内、课外带领学生演算各种类型的习题，不重视对习题典型性、启发性、针对性的分析。这种机械重复的、目的性不强的大剂量训练，常常只能在学生认知结构中增加经验的分量，而很难使学生的认知结构得到发展，所以对于提高能力是收效甚微的。另外由于大量做题而造成的学生负担过重，影响他们对知识形成过程的了解，这就使得本末倒置。可见，想通过多做题的方法去提高能力是一种低效的、得不偿失的方法。

2.重“难”轻“基”的误区。

认为提高学生的能力，必须通过学习很深的内容，做很难的题才能奏效，所练的题越复杂，难题练得越多，能力就会提高得越多。而在新课教学中就给学生布置一些很难、很复杂的习题，在各个复习阶段更是大量收集偏题、难题给学生做，不重视基础题的训练价值，不重视基本方法的指导和基本观点的形成。将过量的难题过早交给学生做，复杂的条件反而容易掩盖对方法的掌握和能力的培养。陷入“欲速则不达”的境地，造成学习中“难而不化”，形高（难度大）而实低（能力低）的状况。特别是大量高难度训练，对学生学习兴趣和学习动机的削弱作用，更将给物理教学造成深远的消极影响，所以这也是一种低效的、得不偿失的方法。

3.重“结果”轻“过程”的误区。

认为让学生知道正确的结果，就可以避免再出现类似的错误，让学生知道一套套分析问题的方法、类型，就可以免去他们认识上的弯路，提供一条学习上的捷径。因而对于学生的作业，常只简单的标以“钩”或“叉”，评讲时往往只给出正确答案；对于学生的独立思考，常常由教师总结出的一套套程序、方法、类型代替，只让学生通过做题练习“模仿”、“记忆”。这些只看“结果”，不看“过程”的方式，使学生虽然记住了正确答案，但错误的根源还存在，只要题目形式稍加变换，错误又会出现；使学生被动接收教师的经验，只会在繁杂的题目中按“套套”思维，形成“题目即使难，只要学过就能模仿做；即使简单，但只要没有见过，就不会分析”的怪现象。

物理问题解决教学中的这三个误区互为关联：由于缺乏对认知过程的准确分析，忽视对题目训练价值的分析，轻视对学生独立思考的培养，因而讲不到“点”、练不对“路”、思不到“位”；形成题练得越多、越难，学生的实际能力却越弱，教学效益却越差这一怪圈。

三、提高问题解决教学效益的途径

低效高耗的“题海战术”，苦了学生，也苦了教师。怎样才能在问题解决教学中减轻师生负担，提高教学效益呢？以下从三个方面作一探讨。

1.全面培养学生的思维能力。

教学的效率，根本上是由学生的效率决定的。从前面的研究我们已经知道，物理问题解决活动，常需要抽象思维、形象思维和直觉思维这几种思维形式同时参与，然而我们的教学却偏重于抽象思维能力的培养，而相对忽视形象思维和直觉思维能力的培养。由于这几种形式的思维能力未得到协调发展，所以极大地影响了学生问题解决的效率。杨振宁先生曾说：

“由于传统习惯，亚洲的学生，特别是中国的学生，喜欢复杂的推演的东西，这对自己，对科学的发展都是不利的。因为它违反了物理学的规律，物理学本身是现象而不是推演。”要提高问题解决的效益，我们认为，首先必须全面培养思维能力。

（1）形象思维能力的培养。物理学研究的是各种物质最基本的特征和规律，需要建立起各种物质结构及其运动变化的形象。因而在物理教学中进行形象思维能力的培养，有着极为有利的条件。在物理教学中进行形象思维能力的培养途径是：

首先，帮助学生形成正确的物理形象。这里包括观察、实验所得现象和各种理想化模型、理想化动态形象等。

其次，培养学生运用物理形象思考问题的习惯。在实践中提高把抽象问题形象化的技能。

再次，培养和发展学生的想像力，只有当学生的想像力提高了，形象思维能能力方能发挥积极作用。

（2）直觉思维能力的培养。直觉思维是以个人具有的整个知识结构为根据的直接而迅速的认识过程，其特点是整体的、跳跃的、猜测的。直觉思维能力是科学的触媒，是人的聪明才智的重要标志，在物理教学中直觉思维能力培养的途径是：

首先，鼓励学生大胆怀疑，大胆猜测、大胆探索，保护他们提出自己的见解的积极性。

其次，培养和发展学生的想像力。

再次，根据学生水平，选择恰当内容，有计划地训练学生从整体出发，用猜测的、跳跃的、搜索的方式，直接而迅速地寻找可能的、接近的答案。

2.加强对认知过程的考察。

认知心理学认为：只有认知因素才是决定学习效率和学习结果的直接因素。而认知因素主要是指学生头脑中的认知结构和学习时学生头脑中的信息加工过程。物理问题解决活动可以促进学生认知结构的发展，可以影响认知加工的深度和形成一定的认知策略。然而要使这一活动进行得更有效率，教师的教学就必须深入到学生的认知过程：

（1）在创造外部的学习条件时，以学生的认知准备和认知规律为前提，研究学生已经学到些什么？是怎样学到的？在运用的过程中，常出现的思维障碍在哪里？根据学生的实际情况来组织例题、组织习题，来安排我们的教学。

（2）在练习和反馈中，不只是告诉学生正确答案，还必须帮助学生从认知过程上寻找错误根源，反思自己的思路，学会有效的认知策略；许多时候学生正确解答了习题，并不等于真正掌握了抽象的概念，很可能只是机械地模仿老师的例题，所以即使对于正确的答案，也应要求学生反思思路。这种对于过程的反思是一种非常有效的认知加工策略。

（3）注意培养学生独立思考、独立解答问题的能力。过早地去给学生列举出一类类错误辨析，过早地去给学生总结出一套套的方法、类型，让教师的经验代替学生的思维过程，从表面看似乎可以提高学习的效率，但离开学生独立思考、独立解答、错误—修正错误的认识过程，只能造成机械记忆和模仿，最终阻碍学生能力的发展。所以应该从一些最基本、最简单的问题开始，训练学生的思维技能，让学生通过独立的问题解决活动，体会、理解并掌握分析问题和解决问题的基本方法，实实在在地得到能力的培养。

3.掌握学科“问题结构”。

前前苏联教育家巴班斯基所著《教育教学过程最优化》一书中，对优秀教师的工作特点与多数教师的工作进行比较后发现：第一，优秀教师不仅明确要上的那堂课的目的，而且深切了解整个课题和学科的任务。他们懂得应该追求的最终效果，并且知道不解决哪些中间任务就不可能获得那种效果。第二，优秀教师善于明确突出所教课题的主要的东西，善于在课堂教学的所有阶段，把全体学生的注意力集中到最主要的内容上。第三，优秀教师与其他解答许多习题的教师相比，他们同学生一起做的练习少三分之二，解题也少三分之二，但却取得更大的教学效果。第四，优秀教师善于组织学生进行独立工作，坚持不断地指导他们合理地学习。

前前苏联优秀教师的工作特点给了我们重要启示：要用系统的、整体的观点去研究物理问题解决教学。只有将物理问题解决教学放在整个中学物理教学的全过程中，从问题解决过程与其他过程的相互联系上去研究，形成整体结构，才能得到最大效益。

首先，应研究与整个学科教学目标相对应的问题解决教学的总体目标、阶段目标和课题目标，这三者相互联系就形成结构；其次应研究每一目标中，知识、能力和方法之间的联系，这些联系也形成结构；第三应研究具体问题解决教学过程中，讲解、练习、评讲这三个环节之间的相互联系，使这些环节形成一个结构。只有认真研究，形成结构，才能掌握结构。掌握结构是发现问题、分析问题、解决问题的重要基础，只有掌握了结构，才能发挥出系统的整体功能，才能得到最大效益。

在物理问题解决教学中，教师还应该努力形成一个重要的结构——问题结构。许多教师在教学中注意收集各种问题，形成自己的题库，这是有益的和必要的工作；然而有了题库后，还要认真选择，根据所教学生的实际，将最具有典型意义，最具针对意义，对当前教学最具实际意义的问题鉴别出来，组成一个最必需的、最少量的习题库，以使学生能通过最少量的习题练习，取得最好的效果。如果将收集各种问题形成题库，称之为建立“最大问题集”的话，则选择最必需的问题建立的习题库应称之为“最小问题集”。“最小问题集”的建立较之“最大问题集”更有意义。另外，教师还应该选择物理学科中尚未解决的有理论和实际意义的问题，建立一个“未知问题集”，这有利于激励学生创造，促进学生思考。这三个“问题集”也形成了一个结构——问题结构，教师掌握问题结构，对于提高物理问题解决效益具有直接的、重要的意义。

问题解决是物理教学中的一个重要部分，以上我们对物理问题解决活动中的有关问题做了必要的探讨。需要再次指出的是：概念形成、问题解决、方法运用是相互联系、相互影响、彼此促进的三个方面，仅就问题解决而研究问题解决，其效果是有限的。而只有将问题解决与概念形成、方法运用融为一体进行研究，才能获得高的效益和好的效果。