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從“問題解決”這個概念被提出以來,“問題”與“問題解決”就一直是心理學領域內的熱點問題,心理學研究者希望認識到:人類問題解決的思維活動是怎樣進行的?問題解決者是如何尋求問題答案的?如何通過問題解決過程提高個體的學習能力?研究者們通過實驗、思辨、計算機模擬等方法對這些問題進行研究,由于研究方法、研究過程及研究者個人研究背景的差異,他們得到了很多各自獨立又互有交錯的結論,其中比較有代表性的理論或假說分別是行為主義學派的“試誤說”、格式塔學派的“頓悟說”、信息加工理論的“搜索算子說”等,各個學派從不同的角度描述問題解決。按照信息加工理論的觀點,要解決問題先要理解問題,對問題進行表征,將外部信息轉化為個體的內部信息,形成問題空間,問題空間包括起始狀態、目標狀態和起始狀態到目標狀態的認知操作——算子。而問題解決過程就是對問題空間的搜索過程,以尋找一條從問題起始狀態到目標狀態的通路。物理教學側重實際應用問題的解決和學生思維能力的培養,為了提高學生高層次的思維技能,培養學生的問題解決能力,物理教師有必要在教學中適當地采取基于問題的教學方式。
1.培養學生的問題意識
“學起于思,思源于疑”,一切思維都是從問題開始的。學生在學習過程中,首先要能發現問題,然后才能思考解決問題的方法。學生在觀察生活中的物理現象和課堂上的物理演示實驗,學習新的物理知識以及親自動手操作實驗的過程中,自然會發現一些問題,并試圖應用已有知識思考如何解決這些問題。例如,我在指導學生設計水火箭時,就發現有的學生在制作時,反復做水火箭升空實驗,并在實驗中思考:用什么樣的可樂瓶可以減小阻力?用什么方法可以讓水火箭獲得更大的上升動力?什么樣的水火箭外形更利于水火箭升空方向的穩定?如何保護自己、身邊同學、水火箭箭身的安全?學生在主動思考這些問題時,思維能力會得到鍛煉和提高。學生若不善于發現問題,問題解決能力的培養將成為“無源之水”“無本之木”,因此,教師需要引導學生善于發現問題、敢于提出問題并鼓勵學生努力思考問題的解決方法。
2.創設合適的問題情境
基于問題解決的教學是以問題的提出為起點,以問題的解決為終點,問題貫穿于整個教學過程。問題的質量關系到學習活動的質量,好的問題更能促進學生的學習。在教學過程中,教師首先創設一定的物理問題情境,學生在分析了這個問題情境后,再根據自己學習情況提出要研究的具體問題。教師設置的問題情境應該是“真實的”“復雜的”,“一個復雜的、結構不良的問題會對學生形成挑戰,使他們的解題過程不僅僅是簡單的加工和操作”。問題可以與真實世界中的問題非常相似,可以沒有確定的答案或解決方案。例如,在“探究碰撞中的守恒量”實驗課中,學生使用氣墊導軌和傳感器不難得到“滑塊在碰撞時,如果系統所受合外力為零,則系統的總動量保持不變”這個實驗結論。此時我提出問題:“如果沒有傳感器,這個實驗可以如何設計?”學生設計了各種方案,有些答案甚至是我從來沒有想到的,他們表現出來的創新能力讓我震驚和驚詫。我提的這個問題就是“結構不良”的,具有開放性,問題的初始狀態不明確,初始狀態到目標狀態的算子也有很多種,沒有確定的解決途徑,具有“真實性”“復雜性”等特征,學生在問題解決過程中,會較多地涉及觀察、分析、推理、整理、呈現、修正等一系列的知識與技能,這樣的問題就更利于學生問題解決能力的提高。
3.促進學生反思總結
“學習反思是學習者對自己的學習過程和結果的反向思考,傳統教學正是因為忽視了學生的自我反思作用而使教學效率低下。”學生在求解物理問題時,經常會一旦求出問題的答案,就覺得萬事大吉,不對解題過程進行回顧和反思。雖然他們可能在短時間內做完很多道題,學習效率看似很高,但實際上這種做法不利于問題解決能力、思維水平的提高。例如,有關追及與相遇的問題,對于何時相遇、何時距離有最大值或最小值的求解,不少學生習慣于對兩物體分別列出位移公式,然后根據位移關系、速度關系進行求解,當求解過程結束,他們發現答案正確的話,往往也就不再多做思考。此時,我建議他們再考慮一下速度-時間圖像,選擇其中一個物體作為參考系等其他方法,然后對多種求解方法進行比較。經過多次的方法訓練,他們的解題能力得到了較大提高。因此教師需要在教學中引導學生對問題解決過程進行反思,對解題思路進行提煉和概括,從多個角度評價解題方法,并引導學生對問題進行引申和推廣。
4.引導學生合作學習
基于問題解決的學習涉及的知識技能含量大,需要每個學生思維上的積極參與和行動上的互相合作。“在問題解決學習中,由于學生的個體差異,學生問題解決的途徑不同,遇到困難也不同,教師要根據不同的情景作出適時的反饋,規范學生的學習。”在給出物理問題情境后,教師可以將學生分成若干小組,然后引導學生根據自身的知識技能水平、性格特點分配小組中各自的任務。例如,驗證機械能守恒實驗,在探究過程中,我提示每個小組根據成員的知識水平、性格特點、操作技能、嚴謹程度、表達能力等分配任務,每位成員可以分別承擔聯系協調、分析推理、實驗操作、整理歸納、匯報陳述等不同任務,幾乎每個學生都可以充分參與到實驗探究中,感受自己在探究小組中的重要性。學生在合作過程中可以互相學習、互相評價,遇到困難也可以溝通解決,這樣更利于問題解決過程的順利完成。
5.加強師生的相互交流
雖然問題解決過程強調學生的主動探究,但它也離不開教師與學生的互動,教師在學生問題解決過程中適當地引導、建議、評價都會對他們的學習效果產生重要作用,促進他們完成知識的意義建構。由于物理的學科特點,學生在表征問題、選擇算子、實施操作、評價當前狀態等階段中都可能遇到各種困難。例如,在問題表征階段,有關運動學問題,初學者一般不善于應用物體運動示意圖、速度-時間圖像來構建物理問題圖景,從而導致困難的出現。有些困難會使學生自信心受挫,甚至喪失繼續參與問題解決的積極性。在遇到這種問題時,我常會鼓勵學生主動說出他們已經獲得的成果和面臨的困難,適時評價他們的成果,同時對他們解題過程中的不足之處提出修改建議,讓他們主動調整策略、方法,聯系生活中的體驗來建立運動情境,畫出運動圖像。這將有助于他們重新建立起信心,積極完成后續環節,從而使他們的問題解決能力得到提高。問題解決過程是學生一種再發現、再創造的過程,是學生對物理知識進行深層理解并靈活運用的過程,學生基于問題解決過程的學習活動對學生探索精神、思維能力的提高有非常積極的意義。有關問題解決能力的培養,我在此僅從理論思辨及課堂教學的角度作了淺層次的探討,希望能對相關研究作一點有益補充,深入研究還需輔以適當的實驗研究。
作者:邢星 單位:廣東省東莞市第一中學