物理習(xí)題教學(xué)中融入結(jié)構(gòu)不良問題的教育價值及實施策略

彭潔++郭懷中

摘 要：習(xí)題教學(xué)是物理課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生能力的重要方式之一，結(jié)構(gòu)不良問題具有較大的開放性和靈活性，將它融入習(xí)題教學(xué)，既可以給予學(xué)生更大的發(fā)揮空間，也有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力和創(chuàng)新能力。文章分析了結(jié)構(gòu)不良問題融入物理習(xí)題的教育價值，并針對結(jié)構(gòu)不良物理習(xí)題的特點，提出了在習(xí)題教學(xué)過程中的實施策略。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題；習(xí)題教學(xué)；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）12-0070-3

1 問題的提出

習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分。近年來，隨著基礎(chǔ)教育課程改革的推進，通過物理習(xí)題教學(xué)提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力顯得越來越重要。然而，由于對習(xí)題教學(xué)理念上的偏差，有的甚至把“習(xí)題教學(xué)”變成了“題海戰(zhàn)術(shù)”，這一教育現(xiàn)象已經(jīng)引起了教育研究人員的重視[1]。由于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)良好型習(xí)題禁錮了學(xué)生思維的發(fā)散性和創(chuàng)造性，所以結(jié)構(gòu)不良問題融入物理習(xí)題教學(xué)有利于解決這一教學(xué)弊端。

2 結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題的基本特征

任何一個問題都是由初始狀態(tài)、中間狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)組成的。初始狀態(tài)是有關(guān)問題條件的描述；目標(biāo)狀態(tài)是有關(guān)問題結(jié)論的描述；中間狀態(tài)就是從初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的一系列的認(rèn)知操作[2]。根據(jù)問題組成是否明確可以把問題分為結(jié)構(gòu)良好問題和結(jié)構(gòu)不良問題。結(jié)構(gòu)良好問題的條件、運算規(guī)則和目標(biāo)都是明確的，而結(jié)構(gòu)不良問題的情境內(nèi)容、給定條件、目標(biāo)結(jié)論和解決策略等則具有一定的開放性，這類問題大多是真實情境下的復(fù)雜問題，通常有多種解決方案。結(jié)構(gòu)不良問題就像我們在日常生活中面臨的問題，如電工檢修電路故障等實際問題，其情境的某一個或某幾個部分是不詳細(xì)的，目標(biāo)是不清晰的，而且也沒有足夠的信息來解決這些問題。

我們姑且可以把融入結(jié)構(gòu)不良問題的物理習(xí)題稱之為“結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題”。根據(jù)這類習(xí)題的情境內(nèi)容、題設(shè)條件、目標(biāo)結(jié)論和解題途徑等要素的開放性，可以把它們劃分為內(nèi)容開放型、條件開放型、結(jié)論開放型、策略開放型和綜合開放型五種。

3 結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題的教育價值

3.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力

目前，世界各國的基礎(chǔ)教育都在強調(diào)開發(fā)學(xué)生的思維能力，而思維能力的訓(xùn)練或體現(xiàn)無一不是靠問題來呈現(xiàn)的。一個學(xué)生思維能力的高低，是在解決問題的過程中表現(xiàn)出來的。創(chuàng)造性思維是思維活動的高級過程，是個體用新穎獨特的方法解決問題的思維過程，其核心是發(fā)散思維。結(jié)構(gòu)不良問題由于具有不確定性和多解性等特征，決定了學(xué)生不可能通過簡單的信息提取就能解決，而是需要多角度思考問題，通過發(fā)散思維設(shè)想出多種可能的解決方案。對培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的科技人才而言，結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題教學(xué)可以起到助推器的作用，這也是中學(xué)物理教師面對“錢學(xué)森之問”的當(dāng)務(wù)之急。

3.2 有利于提高學(xué)生解決實際問題能力

傳統(tǒng)課堂教學(xué)呈現(xiàn)給學(xué)生的問題實際上是經(jīng)過高度抽象概括的結(jié)構(gòu)良好問題，而使學(xué)生缺少了處理實際生活問題的方法，造成物理教學(xué)與生活實際問題相差太遠(yuǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣于抽象的推理和運算，一個擅于求解輪船在水中所受浮力的學(xué)生，可能對沉船打撈問題一籌莫展。結(jié)構(gòu)不良問題往往具有真實情境性，這類問題本身可能有多余的信息，或者缺少必要的條件，或者問題目標(biāo)未加明確，學(xué)生要解決這種問題，必須靈活運用過去所學(xué)的知識。因此，教師應(yīng)該向?qū)W生提供一些結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題，通過對這些問題的解決讓學(xué)生重新構(gòu)建知識，以便他們能將解決問題的能力遷移到實際領(lǐng)域中去。

3.3 有利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力是中學(xué)物理課程改革的方向和要求，2011年教育部頒布的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，“科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一”。問題是探究的源泉，探究的過程也是努力找尋問題的答案或解決問題的過程，結(jié)構(gòu)不良問題具有解法多元、結(jié)構(gòu)開放和生活化等特點，它沒有現(xiàn)成的模式可以模仿，問題空間的不確定性可以激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生探究的激情與欲望。然而，教材中的大部分習(xí)題具有與解題相似甚至相同的思考過程和模式，學(xué)生只要把例題的模式和方法直接應(yīng)用即可。他們沒有“疑問”，當(dāng)然也無所謂“探究”。因此，結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題教學(xué)有利于學(xué)生對科學(xué)探究活動產(chǎn)生興趣和需要。

4 結(jié)構(gòu)不良問題融入習(xí)題教學(xué)的實施策略

通過上面的分析，我們已經(jīng)把結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題分為五種類型，不同類型的習(xí)題在教學(xué)過程中所采用的方法也不盡相同，下面提供幾條結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題教學(xué)的具體實施策略。

4.1 訓(xùn)練學(xué)生的概括能力，促進知識遷移能力的形成

內(nèi)容開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題是利用新信息構(gòu)建問題情境，包括知識信息源和生活實際信息源，這種問題的情境具有較大的開放性。學(xué)生面對陌生的信息常常思維受阻，有效的遷移策略可以解決此類問題。根據(jù)賈德的概括化理論，遷移發(fā)生的充分條件是學(xué)習(xí)活動間的共同因素，對共同因素的概括是遷移的必要條件。遷移是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的重要方法，教師不可能把所有的內(nèi)容都傳授給學(xué)生，通過知識的遷移可以使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)知識。因此，物理教學(xué)中教師要重視訓(xùn)練學(xué)生對知識的概括能力，只有通過概括的思維活動才能促進知識的有效遷移。

例1 太陽能發(fā)電裝置是由大量反射鏡組成的（見圖1），各個反射鏡由計算機控制，使反射的太陽光聚集在塔頂?shù)募療崞鳎ㄥ仩t）上，集熱器中的水變成水蒸氣后推動汽輪機，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。試說明太陽能發(fā)電過程中所涉及的物理學(xué)知識或原理。

分析 本題改編自“蘇科版”9年級《物理》下冊的課后習(xí)題，其問題的情境內(nèi)容來源于實際的生產(chǎn)、生活，具有一定的開放性。表面看來，學(xué)生幾乎都不了解太陽能發(fā)電裝置，但是初中生的知識體系中應(yīng)有光的反射現(xiàn)象、發(fā)電機原理、可再生能源、能量轉(zhuǎn)化等方面的知識，通過對這些知識的概括和遷移即可解決此題。

4.2 采用頭腦風(fēng)暴法，激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維

條件開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題是在給定結(jié)論的前提下，讓學(xué)生探求滿足結(jié)論的可能條件。與其相反，結(jié)論開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題是在給定條件的前提下，讓學(xué)生探索符合條件的答案。由于問題的條件和結(jié)論是相對而言的，因此這兩類問題本質(zhì)上是一致的。教師在教學(xué)中可以采用相同的策略，即教師提出問題后激勵學(xué)生快速聯(lián)想，讓他們盡量找出多種答案，無須考慮其是否正確，教師也不作評論，直到所有可能想到的答案都提出來為止。頭腦風(fēng)暴法有利于學(xué)生順利解答條件開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題和結(jié)論開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題。

例2 （2014，山東菏澤）“免費公共自行車”成為菏澤市區(qū)一道亮麗的風(fēng)景線。公共自行車的結(jié)構(gòu)和普通自行車相同，只是零件都是特制的，在其他自行車上無法使用。在公共自行車的設(shè)計中，很多地方都會用到物理知識或原理，請寫出自行車的兩個部件并說明對應(yīng)的物理知識或原理。

分析 例2選自山東菏澤的中考物理試題。這是一個結(jié)論開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題，問題的答案是多元的，問題的情境也是實際生活中學(xué)生比較熟知的，教師可以采用頭腦風(fēng)暴法來激勵學(xué)生聯(lián)想到各種可能的答案。當(dāng)然，解決這類問題需要學(xué)生具有一定的知識儲備，如摩擦力知識、壓強知識和杠桿知識等。

4.3 提供問題解決原型，建構(gòu)學(xué)生物理問題圖式

策略開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題是指在問題的條件和結(jié)論都明確的前提下，解決問題的方法多樣或具有多種解決方案的習(xí)題。個體形成學(xué)科問題圖式有利于提高自身的學(xué)科問題解決能力，而問題圖式中不僅含有類似問題的“原型”，同時也含有大量具體的問題解決策略性知識。首先，教師要呈現(xiàn)給學(xué)生一些典型的、具有代表性的問題解決原型；然后，引導(dǎo)學(xué)生分析原型的內(nèi)容情境、采用的方法或原理等，使學(xué)生獲得經(jīng)驗性知識，建構(gòu)學(xué)生相關(guān)物理問題的圖式，為今后解決類似問題提供示范和支撐。

例3 尤坎是挪威泰勒馬克行政區(qū)的中心城市，位于地勢崎嶇的深山峽谷里，每年的9月至次年的3月都照射不到陽光。為了方便當(dāng)?shù)厝藗儠裉?，小?zhèn)議會斥資將三面巨鏡放在山上捕捉陽光（見圖2）。請你分析這里所用的物理原理，并嘗試?yán)眠@一原理解決生活實際問題。

分析 這是一道典型的策略開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題：題給條件和目標(biāo)是明確的，但是解決此題的策略是不確定的。教師可以利用光的反射原理向?qū)W生提供解決問題的原型，引導(dǎo)學(xué)生運用光的反射可以改變光的傳播路徑來分析討論本例中的問題，進而幫助學(xué)生找出相關(guān)器具，順利解決生活中的實際問題。

4.4 開展小組合作學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的反省認(rèn)知能力

綜合開放的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題是指問題結(jié)構(gòu)的諸要素至少有兩個是不確定的，問題的條件、解題策略或結(jié)論都呈現(xiàn)極大的開放性，增加了問題的難度。學(xué)生面對這類問題時很難獨立完成任務(wù)，通常可以采用合作學(xué)習(xí)方式。合作學(xué)習(xí)的過程是學(xué)生與學(xué)生之間交流與合作的過程，由于學(xué)生解決問題時表現(xiàn)出的個體差異性，在這個過程中他們會多層次開展對自己解決問題的監(jiān)控與調(diào)節(jié)，從而提高自我反省認(rèn)知能力。反省認(rèn)知是處理問題時廣泛運用的綜合策略，包括自我監(jiān)視和自我管理，它是個體解決問題、發(fā)揮創(chuàng)造性的核心成分。學(xué)生在合作學(xué)習(xí)過程中通過自主參與、互動討論，不僅可以獲得解決問題的成就感，也能培養(yǎng)他們的反省認(rèn)知能力。

例4 在初中物理實驗中，常常用長方體木塊作為實驗器材來研究某些物理問題。請你以長方體木塊作為實驗器材之一，適當(dāng)添加其他輔助器材，設(shè)計一個實驗，探究某一特定的物理問題，并說明解決該問題的相關(guān)物理知識或原理。

分析 本題是綜合開放程度較大的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題，題給條件不確定，問題的答案也不明確，添加不同的輔助器材，可以設(shè)計出不同的探究實驗。為了完成該實驗，學(xué)生需要自行設(shè)計實驗方案，并在小組合作學(xué)習(xí)過程中開展交流、討論，拓展思路，及時調(diào)整自己的實驗方案。

5 結(jié)束語

中學(xué)物理教師應(yīng)該注重在習(xí)題教學(xué)過程中融入結(jié)構(gòu)不良問題，因為它在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、問題解決能力和科學(xué)探究能力等方面有著不可替代的作用。開放類型不同的結(jié)構(gòu)不良型物理習(xí)題具有不同的特點，這就要求教師在課前做好充分的準(zhǔn)備工作，對習(xí)題教學(xué)中所要提出的問題逐一研究，針對不同類型的習(xí)題選擇合適的教學(xué)實施策略。

參考文獻：

[1]陳恒.新課程理念下中學(xué)物理習(xí)題有效教學(xué)模式的創(chuàng)新[J].物理教學(xué)探討，2011，29（8）：63—65.

[2]張大均.教育心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社，1999：184—185.

（欄目編輯 鄧 磊）