問(wèn)題解決法在物理教學(xué)中的實(shí)踐研究

摘 要：本文結(jié)合杜威作為問(wèn)題解決法的教學(xué)五步，嘗試以“思維五步”為教學(xué)基點(diǎn)，進(jìn)一步探究物理課堂教學(xué)中教學(xué)五步的實(shí)踐應(yīng)用，并從譜教學(xué)流程曲、奏情境導(dǎo)入曲、練問(wèn)題探究曲、唱理念形成曲和踏學(xué)生踐行曲的“教學(xué)五步曲”，討論了高中物理教學(xué)中學(xué)生物理認(rèn)知水平提高的途徑。

關(guān)鍵詞：教學(xué)五步曲；提高；高中物理

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）4-0005-4

1 何為“作為問(wèn)題解決法的教學(xué)五步”

杜威在《民主主義與教育》中指出，學(xué)校教授學(xué)生知識(shí)的目的，不在知識(shí)本身，而在學(xué)習(xí)如何獲得知識(shí)，指導(dǎo)下一步的經(jīng)驗(yàn)以滿足需求的方法。他認(rèn)為訓(xùn)練主動(dòng)的、持續(xù)的、創(chuàng)造性的思維能力是教學(xué)的主要目的。由此出發(fā)，凡“有意義的經(jīng)驗(yàn)”，總是在思維的活動(dòng)中進(jìn)行。每一思維的兩端，開(kāi)始是一個(gè)迷惑、紛亂或困難的情境，結(jié)果是一個(gè)澄清、統(tǒng)一或解決的情境，思維就在這兩端之間進(jìn)行著。在這兩端之間，思維的過(guò)程經(jīng)歷了五個(gè)步驟：1）有疑難的情境引發(fā)思維的沖動(dòng)；2）確定疑難究竟在什么地方；3）提出解決問(wèn)題的種種假設(shè)；4）推斷每個(gè)階段所含的結(jié)果，看哪個(gè)假設(shè)能解決這個(gè)困難；5）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)、駁斥或改正這個(gè)假設(shè)。基于我國(guó)教育的現(xiàn)狀——重視教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性，同時(shí)容易脫離學(xué)生的興趣和生活實(shí)際，我們?nèi)绾螌⒍磐慕逃枷脒M(jìn)行中國(guó)本土落實(shí)是值得深入研究、探討的問(wèn)題。

2 物理教學(xué)中的五步曲教學(xué)實(shí)踐

筆者一直在物理教學(xué)中努力地尋求更好的教學(xué)方式以求提高教學(xué)實(shí)效，本文結(jié)合杜威作為問(wèn)題解決法的教學(xué)五步，以教學(xué)方法和步驟為側(cè)重點(diǎn)，提出教學(xué)過(guò)程的五個(gè)步驟，重在實(shí)踐杜威作為問(wèn)題解決法的教學(xué)五步，從而達(dá)到教學(xué)生如何學(xué)習(xí)的目的。

杜威提出思維過(guò)程“既是組織思想的方法，又是做學(xué)問(wèn)的途徑”。因此，思維的方法亦即解決問(wèn)題的方法。所以，杜威從思維的五步法類推出他的“以解決問(wèn)題為中心”的教學(xué)過(guò)程，提出“教學(xué)法的要素和思維的要素是相同的”。即：第一步，提供給學(xué)生一個(gè)真實(shí)的經(jīng)驗(yàn)情境——要有一個(gè)使學(xué)生對(duì)活動(dòng)本身感興趣的、愿意繼續(xù)下去的活動(dòng)；第二步，從這個(gè)情境內(nèi)部產(chǎn)生出一個(gè)真實(shí)的問(wèn)題，作為對(duì)學(xué)生思想的刺激和活動(dòng)目的；第三步，學(xué)生要通過(guò)調(diào)用已有知識(shí)、查閱新的資料、從事必要的觀察來(lái)對(duì)付這個(gè)問(wèn)題；第四步，學(xué)生必須一步一步地形成、提出解決問(wèn)題的方法；第五步，學(xué)生要通過(guò)實(shí)際活動(dòng)來(lái)檢驗(yàn)他的解決方法，使這些方法更加清晰具體，并且檢驗(yàn)它們是否有效。

筆者結(jié)合杜威思維五步及教學(xué)五步，在物理教學(xué)實(shí)踐中探索設(shè)計(jì)了“譜曲”“奏曲”“練曲”“唱曲”及“踏曲”的教學(xué)五步曲，主要流程圖如圖1所示。

教學(xué)五步曲的主要特點(diǎn)是：教學(xué)開(kāi)展從學(xué)生當(dāng)前的實(shí)際需要出發(fā)，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以表現(xiàn)和培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性為主要內(nèi)容，在教學(xué)中以學(xué)生自由活動(dòng)的形式進(jìn)行，注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，最終讓學(xué)生從自己的活動(dòng)、自身經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)并有所收獲。

2.1 基于認(rèn)知沖突分析，譜好有效的教學(xué)流程曲

教師給學(xué)生準(zhǔn)備一種真實(shí)經(jīng)驗(yàn)的情境，并給予一些暗示，使學(xué)生在暗示中產(chǎn)生要了解某個(gè)方面問(wèn)題的興趣。教師在給予各種暗示時(shí)，應(yīng)依據(jù)學(xué)生的本能需要和既有經(jīng)驗(yàn)，換句話說(shuō)就是需要對(duì)學(xué)情進(jìn)行詳細(xì)的分析。根據(jù)學(xué)情再進(jìn)行教學(xué)流程設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括情景導(dǎo)入、情景案例展示、探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)等。這是一節(jié)課的前提與總綱，也是教學(xué)過(guò)程的預(yù)設(shè)與濃縮。從流程圖就可以一目了然地了解一節(jié)課的主要理念等。這一環(huán)節(jié)是必要的，它可以使教師對(duì)每一堂課有一個(gè)宏觀框架的把握，有利于教師成功地調(diào)控課堂，發(fā)揮在教學(xué)過(guò)程中的主導(dǎo)作用。

圖2為“楞次定律”物理課的教學(xué)流程圖，它展示了要達(dá)到“學(xué)生能夠運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向，解決問(wèn)題”這一教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.2 明確情境問(wèn)題指向，奏好有效的情景導(dǎo)入曲

學(xué)生在情境中產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的問(wèn)題，作為引起思維的刺激物，教師要給學(xué)生提供足夠的資料，使學(xué)生能夠解決在情境中產(chǎn)生的問(wèn)題。俗話說(shuō)得好：良好的開(kāi)始是成功的一半。恰當(dāng)?shù)那榫皩?dǎo)入是一節(jié)好課的關(guān)鍵，它聯(lián)系學(xué)生的生活，引領(lǐng)學(xué)生的思維，與學(xué)生的情感產(chǎn)生共鳴，使學(xué)生在有意無(wú)意中走進(jìn)教師預(yù)設(shè)的情景，走進(jìn)思維的殿堂。

教師可以通過(guò)一些似是而非的選擇設(shè)置情境，使得學(xué)生用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)無(wú)法解決新問(wèn)題而產(chǎn)生認(rèn)知沖突。例如，在講機(jī)械能守恒定律前可以創(chuàng)造一個(gè)驚心動(dòng)魄的情境：教師可以把一個(gè)大鐵球懸掛在教室的天花板上，將它拉至偏離豎直位置，緊靠著自己的頭，在學(xué)生目不轉(zhuǎn)睛之時(shí)，把球放開(kāi)，球開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，下面的學(xué)生為教師捏了一把汗，不知道老師能否避過(guò)這一“災(zāi)難”。教師穩(wěn)如泰山地站著不動(dòng)，球擺回時(shí)卻并沒(méi)有如學(xué)生預(yù)想的那樣碰到教師的頭。這一場(chǎng)面吸引了學(xué)生，也在驚心動(dòng)魄中與學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖突，使得學(xué)生情不自禁地去思考其中的奧妙，為實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)注入了動(dòng)力，從而為講授機(jī)械能守恒定律做了一個(gè)良好的開(kāi)端。

2.3 提出解決問(wèn)題的假設(shè)，練好有效的問(wèn)題探究曲

學(xué)生從資料的應(yīng)用中產(chǎn)生對(duì)解決疑難問(wèn)題的思考和假設(shè)。要想達(dá)到這個(gè)效果，筆者認(rèn)為有兩點(diǎn)是最重要的：第一，選擇的案例情景能否吸引學(xué)生的注意力和是否貼近學(xué)生的生活，能否引起學(xué)生情感上的共鳴；第二，所設(shè)計(jì)的問(wèn)題是否能激發(fā)學(xué)生的思維。教師如果在這個(gè)問(wèn)題上作具體說(shuō)明，提出問(wèn)題的設(shè)計(jì)讓學(xué)生有話可說(shuō)、讓學(xué)生思考后再說(shuō)、讓學(xué)生有話想說(shuō)、讓學(xué)生主動(dòng)來(lái)說(shuō)，也就是說(shuō)要杜絕假問(wèn)題、模糊問(wèn)題，不停留在形式上參與，而是思維上的、更高層次的參與。這不是對(duì)杜威教學(xué)法的更好的運(yùn)用嗎？

例如，在講解豎直面圓周運(yùn)動(dòng)輕繩模型時(shí)，筆者設(shè)置了一個(gè)爆胎情境問(wèn)題：某一天某人開(kāi)了一輛六年未換過(guò)輪胎的汽車自駕去風(fēng)景區(qū)旅游，經(jīng)過(guò)一下坡路，由于景區(qū)內(nèi)游客較少，司機(jī)一個(gè)興奮就加速?zèng)_下去，剛到坡面底部緊接著要上升時(shí)，突然之間爆胎了。請(qǐng)問(wèn)這是為什么？問(wèn)題拋出后學(xué)生心中有一個(gè)生活化的具體情景，他們?cè)敢饧凶⒁饬θフJ(rèn)真思考與探索問(wèn)題，從而激發(fā)物理思維。

又如，在一次習(xí)題課教學(xué)中，筆者結(jié)合學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律、運(yùn)動(dòng)的合成與分解以及圓周運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，透析到大部分同學(xué)不會(huì)考慮多過(guò)程運(yùn)動(dòng)銜接時(shí)的能量是否損失這個(gè)問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上設(shè)置了如下例題。

例1 一輕繩長(zhǎng)為L(zhǎng)，其一端固定，另一端接一質(zhì)量為m的小球，把小球拉至與輕繩結(jié)點(diǎn)水平面高為h處，此時(shí)輕繩與結(jié)點(diǎn)水平面夾角為θ，如圖3所示，然后自由釋放小球，問(wèn)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)所具有的動(dòng)能？

絕大部分學(xué)生認(rèn)為此題小菜一碟，以為小球在下落過(guò)程機(jī)械能守恒，故列出機(jī)械能守恒公式：1/2mv2=mg（h+L），解答后也有大部分同學(xué)臉上露出輕松得意的神情。然后，教師解述：實(shí)際上，在小球從初始位置落到結(jié)點(diǎn)水平面下h處的過(guò)程中做自由落體運(yùn)動(dòng)，繩子不繃緊，但在繩子繃緊的瞬間，小球有能量損失，損失來(lái)源于輕繩對(duì)小球做功。那么，機(jī)械能守恒嗎？學(xué)生在這時(shí)有所躁動(dòng)，教師接著講解：正確解答應(yīng)該是對(duì)小球在結(jié)點(diǎn)水平面下h處的速度進(jìn)行分解，而接下去小球做圓周運(yùn)動(dòng)，即徑向的速度在輕繩繃緊瞬間損失了。這樣不難算出損失的機(jī)械能，從而得到正確的答案。此時(shí)，認(rèn)為穩(wěn)穩(wěn)做對(duì)的同學(xué)都重新投入到解題中，馬上有學(xué)生做出了正確答案。由此可見(jiàn)，物理教師設(shè)置的問(wèn)題應(yīng)該對(duì)學(xué)生產(chǎn)生思維沖擊從而激發(fā)學(xué)生思維。

2.4 通過(guò)理性分析與推理，唱好有效的理念形成曲

在解決了一個(gè)問(wèn)題或一類問(wèn)題后，教師往往會(huì)不厭其煩地給學(xué)生總結(jié)歸納解決問(wèn)題的知識(shí)、方法等，并使這些方法上升到知識(shí)理論高度。但高度總結(jié)概括的理論對(duì)于學(xué)生而言缺乏親切感，所以，不妨讓學(xué)生自己負(fù)責(zé)把設(shè)想出來(lái)的解決問(wèn)題的方法加以整理和排列。這一環(huán)節(jié)是必要的，在師生共同參與、共同探究的基礎(chǔ)上，應(yīng)形成正確的理念，包括知識(shí)、能力、情感態(tài)度價(jià)值觀，比如復(fù)述、演示、歸納板書等等。

在學(xué)過(guò)高一必修一第三章《相互作用》后，對(duì)于力學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)已經(jīng)告一段落。此時(shí)，教師在嘴邊說(shuō)的最多的一個(gè)詞是“受力分析”。學(xué)生在解相應(yīng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)也知道要做好“受力分析”，但他們?cè)诮忸}的方法上還不能形成較完整的系統(tǒng)性。例如，畫力不全，畫力不正確等是最容易出現(xiàn)的問(wèn)題。此時(shí)，教師應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去歸納總結(jié)“受力分析”的程序化：①確定研究對(duì)象；②按照重力、彈力、摩擦力以及其他外力的順序依次畫出情境中存在的力的示意圖；③畫完力之后需要對(duì)力進(jìn)行處理，處理包括力的合成和分解兩種；④對(duì)于平衡狀態(tài)列平衡方程，非平衡狀態(tài)列動(dòng)力學(xué)方程；⑤計(jì)算求解。

例2 如圖4所示，將質(zhì)量m=0.1 kg的圓環(huán)套在固定的水平直桿上，環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑。環(huán)與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.8。對(duì)環(huán)施加一位于豎直平面內(nèi)斜向上，與桿夾角θ=53 °的拉力F，使圓環(huán)以a=4.4 m/s2的加速度沿桿運(yùn)動(dòng)，求F的大小。

根據(jù)學(xué)生自我總結(jié)出來(lái)的受力分析程序，按步驟對(duì)該題進(jìn)行解答，在解決上題過(guò)程中讓學(xué)生自主地去體會(huì)受力分析其實(shí)就是一種“傻瓜操作”的理念，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心。

2.5 明確問(wèn)題結(jié)論，踏好有效的學(xué)生踐行曲

在學(xué)生學(xué)習(xí)了某個(gè)物理規(guī)律通過(guò)自己的總結(jié)進(jìn)行提升后，教師需要引導(dǎo)學(xué)生并為學(xué)生提供驗(yàn)證平臺(tái)，驗(yàn)證學(xué)生自我提升的理論或假設(shè)是否正確或合理。為了驗(yàn)證這些理論或假設(shè)的價(jià)值，學(xué)生要根據(jù)這些假設(shè)親自動(dòng)手去做，在做的過(guò)程中，自己去發(fā)現(xiàn)這些假設(shè)的真實(shí)性和有效性。這與杜威的“驗(yàn)證假設(shè)”是一致的。杜威主張學(xué)生“在做中學(xué)”，通過(guò)各種活動(dòng)讓學(xué)生在做實(shí)際的事情中，獲得各種知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)并提高能力技能?？梢耘囵B(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的觀察力、想像力、創(chuàng)造力、解決問(wèn)題的能力以及實(shí)際動(dòng)手操作的能力，甚至可以培養(yǎng)學(xué)生的道德觀念。而良好的動(dòng)手能力的訓(xùn)練在高中物理課堂教學(xué)中體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中，唯有實(shí)驗(yàn)才是檢驗(yàn)真理的恒定標(biāo)準(zhǔn)。因此，教師必須重視物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，多結(jié)合生活實(shí)際設(shè)計(jì)出貼近學(xué)生而又值得學(xué)生自己動(dòng)手做的實(shí)驗(yàn)。

例3 一根長(zhǎng)0.1 m的細(xì)線，一端系著一個(gè)質(zhì)量為0.18 kg的小球，拉住線的另一端，使小球在光滑的水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，使小球的轉(zhuǎn)速很緩慢地增加。當(dāng)小球的轉(zhuǎn)速增加到開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)速的3倍時(shí)，細(xì)線斷開(kāi)。線斷開(kāi)前的瞬間受到的拉力比開(kāi)始時(shí)大40 N，求：1）線斷開(kāi)前的瞬間，線受到的拉力大??；2）線斷開(kāi)的瞬間，小球運(yùn)動(dòng)的線速度；3）如果桌面高出地面0.8 m，求小球飛出后的落地點(diǎn)與O點(diǎn)的水平距離L。

求解本題中，學(xué)生常在第3問(wèn)受阻，最根本的原因就是沒(méi)能建立如圖5所示的物理情境。這里可借助魯科版教材第4章《圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)》一節(jié)課后習(xí)題提供的情景，就可以模擬演示上題中的類似情境：一把打開(kāi)的雨傘邊緣半徑為R，且高出水平地面h。當(dāng)該雨傘以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，雨點(diǎn)自邊緣甩出落在地面上形成一個(gè)大圓。試求該圓的半徑。

其實(shí)這一物理情境，離學(xué)生的生活并不遙遠(yuǎn)。當(dāng)雨天撐傘時(shí)，雨傘上有雨水，會(huì)看到有學(xué)生把傘旋轉(zhuǎn)，甩掉上面的水滴，水滴從傘的邊沿飛出，其運(yùn)動(dòng)情景就和該題中的一樣。為了幫助學(xué)生構(gòu)建這樣的物理模型，讓學(xué)生自己找來(lái)一把雨傘，弄濕，重現(xiàn)學(xué)生甩雨滴的過(guò)程，讓學(xué)生觀察水滴落點(diǎn)到傘中心在地面上投影的距離，然后轉(zhuǎn)至上題，讓學(xué)生嘗試畫出如圖5所示的運(yùn)動(dòng)情景圖。圖畫出來(lái)后，問(wèn)題自然迎刃而解了。使學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)有親切感和現(xiàn)實(shí)感，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，驗(yàn)證了物理理論知識(shí)，也豐富了物理課程的形式。

3 結(jié) 語(yǔ)

由各個(gè)方面的驗(yàn)證我們可以看出，杜威五步教學(xué)法的理論基礎(chǔ)包括了哲學(xué)觀與心理學(xué)觀，重視發(fā)展人性，激發(fā)智慧。筆者結(jié)合杜威作為問(wèn)題解決法的教學(xué)五步而設(shè)計(jì)的譜教學(xué)流程曲、奏情境導(dǎo)入曲、練問(wèn)題探究曲、唱理念形成曲和踏學(xué)生踐行曲的“教學(xué)五步曲”，良好地檢驗(yàn)了五步教學(xué)法有較強(qiáng)的實(shí)用性。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，筆者也必將進(jìn)一步借鑒并將其加以完善，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的能力。

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（欄目編輯 趙保鋼）