談物理教學(xué)中學(xué)生解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)

左國(guó)勝

一、物理教學(xué)的目標(biāo)

物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，是科學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的一門學(xué)科。在物理教學(xué)中引入實(shí)際問(wèn)題的目的是:鞏固和加深學(xué)生的物理知識(shí)，考查學(xué)生掌握物理知識(shí)的水平，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。

我國(guó)物理學(xué)家嚴(yán)濟(jì)慈先生說(shuō):“做練習(xí)可以加深理解，融會(huì)貫通，鍛煉思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力”。在物理教學(xué)中，可以通過(guò)各種方法和途徑培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，從原來(lái)的習(xí)題教學(xué)變革為實(shí)際問(wèn)題教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題能力的有效方法。

二、習(xí)題與實(shí)際問(wèn)題的比較

實(shí)際問(wèn)題是指在實(shí)際的社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在的，又能夠包涵或反映科學(xué)概念、規(guī)律和本質(zhì)，且未被加工的科學(xué)現(xiàn)象或事實(shí)。一般習(xí)題則是從實(shí)際問(wèn)題抽象而來(lái)，已經(jīng)把實(shí)際問(wèn)題的一些次要問(wèn)題、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，沒(méi)有生活中實(shí)際現(xiàn)象與事實(shí)作為背景，甚至完全脫離實(shí)際生活。

實(shí)際問(wèn)題與物理習(xí)題相比具有以下特點(diǎn):客觀性、復(fù)雜性、已知條件的隱蔽性、思考問(wèn)題的多樣性和解決問(wèn)題的最佳性。它與物理習(xí)題有著本質(zhì)的區(qū)別，二者的關(guān)系如下圖。［1］

圖1 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組前測(cè)作文成績(jī)分布

由圖可知:學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題都要經(jīng)歷3個(gè)相互銜接的過(guò)程:(1)認(rèn)識(shí)問(wèn)題中內(nèi)涵的科學(xué)本質(zhì)，即認(rèn)識(shí)問(wèn)題;(2)將實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化、抽象后建立科學(xué)模型 ，即建立物理問(wèn)題;(3)利用科學(xué)規(guī)律，定性或定量的演算或推導(dǎo)來(lái)解決問(wèn)題，即解題技巧。

由于各種原因，在物理教學(xué)中常常是習(xí)題教學(xué)，重視物理知識(shí)、推理與演算、熟練與技巧，側(cè)重第(2)個(gè)過(guò)程(建模)和第(3)個(gè)過(guò)程(技巧)，特別是注重第(3)個(gè)過(guò)程(技巧)，而缺乏科學(xué)思想的分析，學(xué)生練習(xí)時(shí)缺少第(1)個(gè)過(guò)程(認(rèn)識(shí))，對(duì)科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)所對(duì)應(yīng)的科學(xué)本質(zhì)把握不夠。因此，很多學(xué)生只知道根據(jù)已知條件，憑借以前經(jīng)驗(yàn)去解題，遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)無(wú)從下手。

例如:問(wèn)題(1):重15000 N物體壓在接觸面積為2.0 m2地面上，則物體對(duì)地面的壓強(qiáng)是多大?

問(wèn)題(2):估算20 cm的美的牌電壓力鍋加蓋限壓閥后沸騰時(shí)，鍋內(nèi)的壓強(qiáng)。

問(wèn)題(1)是物理習(xí)題，問(wèn)題(2)為實(shí)際問(wèn)題。解決實(shí)際問(wèn)題需要學(xué)生具有應(yīng)用知識(shí)意識(shí)，和把已學(xué)的物理知識(shí)用于實(shí)際生活和解決實(shí)際問(wèn)題的習(xí)慣。要善于抓住事物的主要矛盾，忽略次要問(wèn)題和不必要的細(xì)節(jié)，將復(fù)雜的問(wèn)題通過(guò)簡(jiǎn)化、分解、抽象后建立簡(jiǎn)化的物理模型，學(xué)會(huì)挖掘隱含條件，選擇有用數(shù)據(jù)，查閱資源獲取有用信息，然后通過(guò)定性、定量的計(jì)算，或嚴(yán)格的邏輯推理和演算，最后得到正確的結(jié)果或最佳方案，從而解決問(wèn)題。

趙凱華說(shuō):“在我們的教學(xué)中，同一問(wèn)題既可以把實(shí)際的提交給學(xué)生，也可以由教師把問(wèn)題分解或抽象成一定的數(shù)學(xué)模型再提交給學(xué)生，習(xí)慣于解后一類問(wèn)題的學(xué)生，在遇到前一類問(wèn)題時(shí)往往會(huì)不知所措?！保?］顯而易見(jiàn)，要培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，必須借助于實(shí)際問(wèn)題，而不是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化、抽象后的習(xí)題。

三、實(shí)際問(wèn)題的作用

根據(jù)科學(xué)教育理論，在物理教學(xué)中主張把科學(xué)知識(shí)融入科學(xué)現(xiàn)象之中，并以現(xiàn)實(shí)生活中常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的形式呈現(xiàn)出來(lái)，把習(xí)題特有的嚴(yán)格性移植到真實(shí)生產(chǎn)、生活的科學(xué)環(huán)境中，并揭示其中科學(xué)教育活動(dòng)的因果關(guān)系。因此，實(shí)際問(wèn)題教學(xué)既不同于習(xí)題教學(xué)強(qiáng)調(diào)推導(dǎo)、演算，而忽視學(xué)生能力培養(yǎng)的特點(diǎn);又不同于研究性學(xué)習(xí)，為探究而犧牲知識(shí)傳授效率的特點(diǎn)，它強(qiáng)調(diào)情境是生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題，而問(wèn)題本身又是科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

在實(shí)際問(wèn)題教學(xué)中，學(xué)生的認(rèn)知心理與行為表現(xiàn)都比較真實(shí)，因此，能夠較好地揭示科學(xué)教育中學(xué)生的心理規(guī)律和學(xué)習(xí)規(guī)律。為了驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，我們運(yùn)用實(shí)際物理問(wèn)題和由其改編而成的習(xí)題對(duì)高中學(xué)生進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明:實(shí)際物理問(wèn)題卷的平均分為39.5，而習(xí)題卷的平均分為70，差異顯著，且前者得分呈正態(tài)分布，后者呈偏態(tài)分布。［3］這說(shuō)明，實(shí)際問(wèn)題雖然也有一定程度的控制，但沒(méi)有像習(xí)題那樣幾乎完全排除環(huán)境的影響，從而保證了學(xué)生的心理及行為變化仍然是現(xiàn)實(shí)中各種因素綜合作用的結(jié)果。

在教學(xué)中選擇一定量的實(shí)際問(wèn)題讓學(xué)生練習(xí)，不但可以讓學(xué)生鞏固物理知識(shí)，而且能培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。通過(guò)一定量的實(shí)際問(wèn)題訓(xùn)練后，學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能迅速檢索各種各樣的策略或方法，而無(wú)須絞盡腦汁的去對(duì)照做過(guò)的題型，就能解決問(wèn)題。［4］所以，實(shí)際問(wèn)題教學(xué)不但能讓學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，而且能培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

四、培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力的教學(xué)實(shí)例

例(1):在限速80km/h的高速公路發(fā)生一起交通事故，某卡車上與路旁障礙物相撞?？辈飕F(xiàn)場(chǎng)時(shí)，交警在公路邊的泥地中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小的金屬零件，可以判斷，它是事故發(fā)生時(shí)車頂上一個(gè)松脫的零件被水平拋出而陷在泥里的。交警經(jīng)測(cè)量得出，這個(gè)零件在事故發(fā)生時(shí)的原位置與陷落點(diǎn)的水平距離為17.1m，車頂距泥地的豎直高度差為2.46m。請(qǐng)你根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷該車是否超速。

分析:這是一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，以事故發(fā)生時(shí)小零件拋出點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，x軸沿初速度方向，y軸堅(jiān)直向下。

由于發(fā)生交通事故時(shí)小零件在車上，所以它與卡車有相同的速度。

故卡車的速度為86.8km/h，大于80km/h，由此可以判定該車超速。

本題以一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中常見(jiàn)的交通事故為載體，要求學(xué)生利用平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，學(xué)生要根據(jù)實(shí)際問(wèn)題，正確分析事物的表面現(xiàn)象，找出問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)和本質(zhì)，形成正確的物理情景圖，建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的推導(dǎo)才能解決本題。因此，通過(guò)解決這一實(shí)際問(wèn)題，鍛煉了學(xué)生的思維能力，提高了學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

例(2):一個(gè)物體從10m高的平臺(tái)上水平拋出，落地時(shí)，它的落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)的水平距離是14.1m，求物體被水平拋出時(shí)初速度為多少?(不計(jì)空氣阻力，取g=10m/s2)

分析:這是一個(gè)物理習(xí)題。以拋出時(shí)物體的位置為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，沿初速度方向?yàn)閤軸，堅(jiān)直向下為y軸。

落地時(shí)，物體在水平方向的分速度是:Vx=V0=10m/s

由于物體作平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)，所以水平拋出時(shí)初速度是10m/s。

對(duì)比例(1)和例(2)，從練習(xí)的知識(shí)點(diǎn)上看，都是考查平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用，兩個(gè)題目的解題過(guò)程幾乎相同，但所產(chǎn)生的效果卻截然不同。例(1)是實(shí)際問(wèn)題，真實(shí)的情景激發(fā)了學(xué)生思維，對(duì)問(wèn)題經(jīng)過(guò)分解、簡(jiǎn)化、抽象后建立一個(gè)物理模型，然后利用已學(xué)知識(shí)推導(dǎo)演算，解決實(shí)際問(wèn)題。例(2)是為了達(dá)到鞏固平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律而特意編制的習(xí)題，只是一個(gè)推導(dǎo)演算的過(guò)程，它遠(yuǎn)離生活實(shí)際背景，失去科學(xué)知識(shí)的生命力，不能顯示科學(xué)的內(nèi)涵，失去了其應(yīng)有的作用和功能，對(duì)這樣的習(xí)題學(xué)生做得再多，也只能是提高了學(xué)生熟練應(yīng)用物理公式進(jìn)行推導(dǎo)演算的技能，卻很難深刻理解物理規(guī)律本身，遇到生活中的實(shí)際問(wèn)題，難以將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，并應(yīng)用知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

［1］邢紅軍，陳清梅.從習(xí)題到實(shí)際問(wèn)題:科學(xué)教育方式的重要變革［J］.課程.教材.教法，2006(1):55 －57.

［2］王靜.高中學(xué)生解決物理習(xí)題與實(shí)際物理問(wèn)題的比較研究［D］.北京:首都師范大學(xué)，2005.

［3］約翰.D.布蘭思特.人是如何學(xué)習(xí)的——大腦、心理、經(jīng)驗(yàn)及學(xué)校［M］.程可拉，譯.上海:華東師范大學(xué)出版社，2002.

［4］杜明榮.利用原始問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2007(Z1):77－78.