高中物理競(jìng)賽學(xué)生問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)

張新華

1 問(wèn)題的提出

物理學(xué)家王淦昌認(rèn)為：“物理學(xué)既是一門重要的基礎(chǔ)理論學(xué)科，又是一門具有廣泛實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)。21世紀(jì)國(guó)與國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上就是高科技的競(jìng)爭(zhēng)、人才的競(jìng)爭(zhēng)，而下一世紀(jì)大量?jī)?yōu)秀的科學(xué)技術(shù)人才將來(lái)源于今日的中學(xué)生。因此，在中學(xué)生中大力發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)英才學(xué)生，實(shí)在是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)?！倍叭珖?guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽是在中國(guó)科協(xié)領(lǐng)導(dǎo)下，由中國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦，各省、自治區(qū)、直轄市自愿參加的群眾性的課外學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)”?！案?jìng)賽的目的是促使中學(xué)生提高學(xué)習(xí)物理的主動(dòng)性和興趣，改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力；幫助學(xué)校開(kāi)展多樣化的物理課外活動(dòng)，活躍學(xué)習(xí)空氣；發(fā)現(xiàn)具有突出才能的青少年，以便更好地對(duì)他們進(jìn)行培養(yǎng)”。因此，在按照教學(xué)計(jì)劃正常完成課堂教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)并組織學(xué)有余力的學(xué)生參加物理競(jìng)賽活動(dòng)，對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，開(kāi)闊眼界，提高分析、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣是十分有益的。但是，由于物理“競(jìng)賽內(nèi)容的深度和廣度可以比中學(xué)物理教學(xué)大綱和教材有所提高及擴(kuò)展”，競(jìng)賽所需的知識(shí)多，信息量大，領(lǐng)域?qū)拸V，所要解決的問(wèn)題難度大，新穎性強(qiáng)。因此，如何提高高中物理競(jìng)賽學(xué)生的問(wèn)題解決能力，就成為競(jìng)賽輔導(dǎo)工作者所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

2 目標(biāo)背景

近幾年來(lái)關(guān)于問(wèn)題解決的研究取得了重大進(jìn)展，并從這些問(wèn)題解決的研究中得到重要發(fā)現(xiàn)。1）問(wèn)題表征是問(wèn)題解決的關(guān)鍵，若問(wèn)題有了正確的表征，可以說(shuō)已解決了一半。2）梁寧建(1997年)進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，專家和新手在解決問(wèn)題時(shí)，對(duì)問(wèn)題中的信息具有不同的編碼和加工程序，專家能熟練地運(yùn)用手段—目的分析策略，利用問(wèn)題中的信息向前解；新手在解決問(wèn)題時(shí)較多地進(jìn)行盲目搜索，一般根據(jù)問(wèn)題中的提問(wèn)往回解。3）在問(wèn)題解決策略的元認(rèn)知研究中發(fā)現(xiàn)：在解決問(wèn)題時(shí)，使用最多的是類推策略，最少的是自由產(chǎn)生策略(梁寧建，2001年)。問(wèn)題解決的認(rèn)知策略和解題規(guī)則的選擇與掌握，對(duì)解決問(wèn)題具有重要的影響作用，只有選對(duì)解題規(guī)則與解題認(rèn)知策略才能解決問(wèn)題。4）在問(wèn)題難度對(duì)解決問(wèn)題的影響研究中發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)栴}中的未知參數(shù)越多，解題難度越大；當(dāng)問(wèn)題中的中間未知參數(shù)不予提示時(shí)，問(wèn)題難度顯著增加；問(wèn)題中的參數(shù)排列方式越亂，問(wèn)題難度越大；而對(duì)過(guò)去題目中某些特征的抽象與概括水平越高，解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)就越容易遷移，從而影響當(dāng)前問(wèn)題的難度，使問(wèn)題解決的難度有所降低。5）隨著心理對(duì)應(yīng)圖式在問(wèn)題解決中的成功運(yùn)用，越來(lái)越多的心理對(duì)應(yīng)圖式將會(huì)得到儲(chǔ)存，對(duì)問(wèn)題解決將日益發(fā)揮促進(jìn)作用。6）劉電芝從解題思維策略訓(xùn)練方面來(lái)提高小學(xué)生解題能力，結(jié)果表明：策略訓(xùn)練中受益最大的是中等生，優(yōu)等生次之，而差生幾乎不受益。

根據(jù)已有的文獻(xiàn)資料表明，問(wèn)題解決的研究大多是以物理學(xué)和數(shù)學(xué)科目為研究對(duì)象，并以在學(xué)的中學(xué)生或大學(xué)生為測(cè)試對(duì)象，分析和研究他們?cè)趩?wèn)題解決過(guò)程中，問(wèn)題解決規(guī)則掌握的發(fā)展水平和影響問(wèn)題解決規(guī)則的各種因素。但是將這些研究成果用于指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐，特別是指導(dǎo)高中物理競(jìng)賽學(xué)生問(wèn)題解決能力的提高未有實(shí)驗(yàn)研究。由于高中物理競(jìng)賽難度大、內(nèi)容深、時(shí)間短，因此，高中物理競(jìng)賽學(xué)生問(wèn)題解決能力提高的研究有著重要的意義。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 各種能力訓(xùn)練對(duì)高中學(xué)生物理問(wèn)題解決能力的影響通過(guò)對(duì)高中物理競(jìng)賽學(xué)生進(jìn)行專門的、系統(tǒng)的模型思維能力和解題技巧與方法的訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作能力的訓(xùn)練、自學(xué)能力的培養(yǎng)，能迅速提高競(jìng)賽學(xué)生的建模能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和綜合分析能力，并最終提高競(jìng)賽學(xué)生的物理問(wèn)題解決能力。

那么所采取的各種能力訓(xùn)練是否可以應(yīng)用或推廣到其他或大多數(shù)學(xué)生身上？在輔導(dǎo)競(jìng)賽的過(guò)程中，筆者也曾把這些方法在課堂教學(xué)和課外輔導(dǎo)中應(yīng)用到其他學(xué)生身上，做了定性的研究，并在實(shí)踐中有以下發(fā)現(xiàn)。

1）模型思維的滲透對(duì)于各個(gè)層次的學(xué)生都是適用的，但不同層次的學(xué)生接受能力有所不同，基礎(chǔ)較差的學(xué)生對(duì)于過(guò)程較為復(fù)雜、模型較為抽象的問(wèn)題接受較慢，對(duì)于這些學(xué)生必須從基礎(chǔ)知識(shí)抓起。

2）解題技巧與方法的訓(xùn)練對(duì)于優(yōu)秀學(xué)生和部分中等層次的學(xué)生有著明顯的效果，而對(duì)于部分中等學(xué)生和基礎(chǔ)較差的學(xué)生，效果不顯著。因?yàn)榻忸}技巧與方法的應(yīng)用本身要求學(xué)生的思維有較大的靈活性，而基礎(chǔ)差的學(xué)生，由于知識(shí)的欠缺其思維的靈活性較差，通常表現(xiàn)為能聽(tīng)懂，但不會(huì)應(yīng)用。

3）在實(shí)驗(yàn)方面，由于實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的綜合能力要求較高，對(duì)于一些較為簡(jiǎn)單、難度不大的課外小實(shí)驗(yàn)等，大多數(shù)學(xué)生表現(xiàn)出較大的興趣，然而對(duì)于那些高難度、過(guò)程復(fù)雜的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，中差層次的學(xué)生明顯地表現(xiàn)出由于能力不足而出現(xiàn)中途放棄的現(xiàn)象，高難度的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練反而會(huì)增加他們的負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生一些負(fù)效應(yīng)。

4）自學(xué)能力的培養(yǎng)對(duì)于各個(gè)層次的學(xué)生始終是最有效的培養(yǎng)方法，特別是對(duì)于一些基礎(chǔ)較差的學(xué)生，這些學(xué)生之所以物理成績(jī)差，其中有一大部分學(xué)生是由于對(duì)物理缺乏興趣。筆者通過(guò)幾次的集體自學(xué)，給這些基礎(chǔ)較差的學(xué)生大量的物理雜志、物理材料閱讀，隨著知識(shí)的拓寬，這些基礎(chǔ)較差的學(xué)生對(duì)物理的興趣明顯地提高了，雖然他們的學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)诙唐趦?nèi)無(wú)法取得較大進(jìn)步，但他們學(xué)習(xí)物理的積極性明顯地增強(qiáng)了，這說(shuō)明對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣是最關(guān)鍵的。

3.2 數(shù)理基礎(chǔ)對(duì)高中物理競(jìng)賽學(xué)生問(wèn)題解決能力的影響教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果還表明，不管是對(duì)不同班級(jí)同一水平學(xué)生的差異進(jìn)行檢驗(yàn)，還是對(duì)同一班級(jí)不同水平學(xué)生之間的差異進(jìn)行檢驗(yàn)，數(shù)理基礎(chǔ)較好的高分組學(xué)生的效果都比中分組學(xué)生的效果更為顯著，這說(shuō)明數(shù)理基礎(chǔ)對(duì)高中物理競(jìng)賽學(xué)生問(wèn)題解決能力的提高有著重要的積極的影響。

1）由于物理競(jìng)賽的內(nèi)容、難度、強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通物理教學(xué)所規(guī)定的范圍，物理競(jìng)賽輔導(dǎo)不同于普通的物理教學(xué)(物理競(jìng)賽以“選拔”少數(shù)尖子生為主要目的，普通物理教學(xué)以培養(yǎng)大多數(shù)學(xué)生為主要目的)，大多數(shù)教師都采用層層拔高的輔導(dǎo)方法，隨著輔導(dǎo)的進(jìn)展，輔導(dǎo)的難度也會(huì)越來(lái)越大，在這個(gè)難度小于中等學(xué)生的接受能力時(shí)，他們的進(jìn)步也會(huì)很大，一旦這個(gè)難度超過(guò)他們的接受能力時(shí)，他們就表現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)所進(jìn)行的各項(xiàng)輔導(dǎo)和訓(xùn)練，也是采取這種層層拔高的方法，隨著難度的加大，部分中等生和部分毅志力較弱的學(xué)生，開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)搖的心理(有的甚至選擇放棄)。而對(duì)于大部分高分組的學(xué)生，由于他們有良好的數(shù)理基礎(chǔ)、認(rèn)知能力及綜合分析能力，通過(guò)這些訓(xùn)練可使他們所學(xué)的知識(shí)得到迅速的升華、能力得到迅速的發(fā)展，最終導(dǎo)致學(xué)生問(wèn)題解決能力的極大提高。

2）在歷屆物理競(jìng)賽中，大多試題的計(jì)算過(guò)程都較為復(fù)雜，要求學(xué)生有較高的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，多數(shù)輔導(dǎo)過(guò)競(jìng)賽的教師都有深刻的體會(huì)：物理競(jìng)賽中，只有一半是考物理，另一半是考數(shù)學(xué)。通過(guò)模型思維能力和解題技巧與方法的訓(xùn)練，雖然能提高競(jìng)賽學(xué)生的建模能力，但物理模型的建立離不開(kāi)一定的數(shù)學(xué)能力和較成熟的思維方式。

3.3 開(kāi)展物理競(jìng)賽活動(dòng)中應(yīng)注意的問(wèn)題

1）注意激發(fā)學(xué)生的興趣，鑄造學(xué)生堅(jiān)韌的意志品質(zhì)。物理競(jìng)賽由于它的大運(yùn)動(dòng)量，高難度與高強(qiáng)度，注定了它不僅是智力的比賽，更是意志與毅力的考驗(yàn)。一個(gè)較難問(wèn)題的解決往往需要篩選各種模型，討論不同情況，充分運(yùn)用數(shù)學(xué)技巧與近似手段，費(fèi)時(shí)很多，解題篇幅冗長(zhǎng)，競(jìng)賽者若沒(méi)有頑強(qiáng)的毅力，沒(méi)有堅(jiān)持到底的勇氣，沒(méi)有堅(jiān)決克服困難的意志是很難取得好成績(jī)的。在指導(dǎo)競(jìng)賽中，通過(guò)觀察、提問(wèn)、測(cè)試等手段發(fā)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的思維薄弱點(diǎn)，并明確告知學(xué)生，以引起他們的重視。同時(shí)，把一些競(jìng)賽問(wèn)題分門別類，找出它們對(duì)思維要求的側(cè)重點(diǎn)，有針對(duì)性、有步驟、有計(jì)劃地訓(xùn)練學(xué)生的思維品質(zhì)。由于競(jìng)賽問(wèn)題容量大、難度深，對(duì)思維的深刻性、獨(dú)創(chuàng)性、靈活性、批判性要求特別高，很適合于對(duì)優(yōu)秀學(xué)生思維品質(zhì)的培養(yǎng)。

2）注意正確對(duì)待競(jìng)賽結(jié)果。學(xué)校和教師要用素質(zhì)教育的眼光正確看待競(jìng)賽結(jié)果，應(yīng)僅僅把取得競(jìng)賽好成績(jī)看作是培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生所設(shè)定的一個(gè)階段性的子目標(biāo)。只有這樣，教師才能把更多的關(guān)注投入到競(jìng)賽指導(dǎo)過(guò)程中的素質(zhì)教育因素，才能在輔導(dǎo)中摒棄“題海戰(zhàn)術(shù)”等應(yīng)試手段，才能充分體驗(yàn)物理競(jìng)賽的素質(zhì)教育價(jià)值。

3）正確處理普及與提高的關(guān)系。為使大多數(shù)參加物理競(jìng)賽活動(dòng)的學(xué)生真正能夠從中受益，應(yīng)該處理好競(jìng)賽及競(jìng)賽輔導(dǎo)工作中普及與提高的關(guān)系。中學(xué)生隨年齡的增長(zhǎng)，知識(shí)的積累，其認(rèn)知能力及綜合分析能力也在不斷提高。在開(kāi)展物理競(jìng)賽活動(dòng)中，遵循學(xué)生智力、能力發(fā)展規(guī)律，分階段、分層次對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)和培養(yǎng)。

4）注意正確處理學(xué)習(xí)物理與解物理題的關(guān)系。解物理習(xí)題是學(xué)生學(xué)習(xí)物理過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)于學(xué)生深入理解所學(xué)的物理知識(shí)，培養(yǎng)分析、解決問(wèn)題的能力是必不可少的。解物理習(xí)題本身并不是科學(xué)研究，但在解題過(guò)程中對(duì)題目的分析、表達(dá)、推導(dǎo)運(yùn)算以及通過(guò)解題結(jié)果對(duì)問(wèn)題的再認(rèn)識(shí)，對(duì)于學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和研究能力的培養(yǎng)卻有重要的作用。

5）注意學(xué)生物理學(xué)科和其他學(xué)科均衡發(fā)展。高中物理競(jìng)賽考的不僅只有物理知識(shí)，還有其他學(xué)科的知識(shí)，特別是數(shù)學(xué)知識(shí)，是一種綜合能力的考試，學(xué)生綜合能力的高低直接影響著物理競(jìng)賽的成績(jī)。因此，這些參賽學(xué)生不能只學(xué)物理而不學(xué)其他學(xué)科的知識(shí)，也不能認(rèn)為物理已經(jīng)夠好了，就不用再花時(shí)間、花精力去學(xué)、去鉆研了，要讓這些學(xué)生在各個(gè)學(xué)科都得到均衡的發(fā)展。

本研究以現(xiàn)代教學(xué)理論為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)高中物理競(jìng)賽學(xué)生問(wèn)題解決能力為目的，針對(duì)物理學(xué)科、物理競(jìng)賽和參加物理競(jìng)賽學(xué)生的特點(diǎn)，提出培養(yǎng)高中物理競(jìng)賽學(xué)生問(wèn)題解決能力的重要策略—模型思維能力和解題技巧與方法的訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作能力的訓(xùn)練、自學(xué)能力的培養(yǎng)。據(jù)此，自編訓(xùn)練教程，對(duì)數(shù)理基礎(chǔ)不同的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明，本研究所提出的各種訓(xùn)練方法能有效提高數(shù)理基礎(chǔ)不同的競(jìng)賽學(xué)生的問(wèn)題解決能力，但由于高中物理競(jìng)賽所要解決的問(wèn)題屬于高難度的問(wèn)題，通常需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因而這些訓(xùn)練對(duì)于數(shù)理基礎(chǔ)較好的高學(xué)習(xí)能力的學(xué)生效果更為顯著。另外，從研究中也發(fā)現(xiàn)：教師只有很好地掌握物理競(jìng)賽的“問(wèn)題結(jié)構(gòu)”，才能夠有的放矢地進(jìn)行輔導(dǎo)。