（课程与教学论专业论文）高中物理问题解决教学策略研究.pdf

摘要 问题解决研究一直是国内外心理学、教育学研究的热点问题，近三十年起， 学科问题解决的研究才逐步引起学科研究者们的关注，在数学、化学等学科教学 领域，对于问题解决的研究都有了可观的进展。在物理学科领域，物理问题解决 的理论也日益完善。物理问题解决在高中物理教学中也起着重要的作用，培养学 生的问题解决能力不但是新课改的一项要求更是高中物理教学的主要目标。但是 在实际教学中，很多教师对于物理问题解决教学的应用还存在着一定的问题，对 问题解决的理论不甚了解，甚至用题海战术来代替问题解决教学，致使学生感到 物理枯燥乏味，不会运用物理概念、规律分析解决物理问题等等。 为了从根本上解决这些问题，提高物理教学的效率，增强学生物理问题解决 的能力。本文在查阅大量文献和调查研究的基础上，以心理学观点和教育学理论 为依据，采用调查研究的方式，对东北、西北、东南沿海等地区的部分中学教师 和学生进行调查，分析当前物理问题解决教学的现状，针对调查结果，从教师自 身教学理念、教学手段；学生物理学习动机、物理思维方式、心理动态等方面剖 析物理问题解决教学中现存问题。并结合物理问题解决教学的实践案例，提出物 理问题解决教学应遵循的原则，为物理问题解决教学策略的提出奠定基础。最后 在理论依据、调查研究、案例分析的基础之上，提出促进物理问题解决教学的具 体策略：( 一) 创设问题策略：1 导入设疑，激发学生学习动机2 递进设疑，引 发学生思考3 诱导设疑，构建问题解决桥梁( 二) 分析解决问题策略：1 选择多 种方法表征物理问题2 运用类比提供解决问题线索3 将复杂问题分解，搭建小步 子解决台阶4 运用探究式活动，引导学生独立探索5 鼓励学生对问题解决过程进 行梳理与反馈( 三) 评价与反思策略 关键词：问题解决；问题解决教学；高中物理教学；教学策略 a b s t r a c t i nt h ef i e l d so fp s y c h o l o g ya n de d u c a t i o n ，r e s e a r c ho np r o b l e m s o l v i n gh a s a l w a y sb e e nah o ts p o t ，d o m e s t i c a l l ya n di n t e r n a t i o n a l l y i nt h er e c e n t l y3 0y e a r s ，i t h a sc a u g h tt r e m e n d o u si n t e r e s to fr e s e a r c h e r si nd i f f e r e n t s u b j e c t s c o n s i d e r a b l e p r o g r e s s e sh a v eb e e nm a d ei nm a t h e m a t i c sa n dc h e m i s t r y i np h y s i c s ，t h er e l a t e d t h e o r yh a sa l s ob e e ni m p r o v e ds t e a d i l y i nh i g hs c h o o lp h y s i c st e a c h i n gp r a c t i c e ， p r o b l e m s o l v i n gp l a y sas i g n i f i c a n tr o l e i m p r o v i n gs t u d e n t s a b i l i t yt os o l v i n g p r o b l e m si sn o to n l yar e q u i r e m e n to fn e wc u r r i c u l u m ，b u tt h ep r i n c i p l ep u r p o s eo f l l i g hs c h o o lp h y s i c st e a c h i n ga sw e l l h o w e v e r , i np r a c t i c a lt e a c h i n g m a n yt e a c h e r s s t i l lp e r f o r mi n a p p r o p r i a t e l y t h e ya r el a c ko fp r o b l e m s o l v i n gt h e o r ya n de v e na p p l y t h ee x e r c i s e s - s t u f f e dt e a c h i n gm e t h o d ，i n s t e a d ，r e s u l t i n gi ns t u d e n t s r e p u l s i v ef e e l i n g o np h y s i c sa sw e l la sd i f f i c u l t i e si na n a l y z i n ga n ds o l v i n gs p e c i f i cp h y s i c sp r o b l e m s b a s e do np h y s i c a lc o n c e p t sa n dl a w s t h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si st op r o v i d ei n s i g h to nt h ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e i no r d e rt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fp h y s i c st e a c h i n ga n ds u b s e q u e n t l y , i m p r o v e s t u d e n t s a b i l i t yt os o l v i n gp r o b l e m si np h y s i c s b a s e do nt h er e s e a r c hi n t oal a r g e a m o u n to fl i t e r a t u r ea n ds u r v e ym a t e r i a l s ，w ec a r r i e do u tas u r v e ya m o n g h i g hs c h o o l t e a c h e r sa n ds t u d e n t si nt h en o r t h e a s t ，n o r t h w e s ta n ds o u t h e a s to fc h i n a ，i no r d e rt o a n a l y z ec u r r e n ts i t u a t i o no fp r o b l e m - s o l v i n gi np h y s i c st e a c h i n gu s i n gp s y c h o l o g i c a l a n de d u c a t i o n a lt h e o r i e s b a s e do nt h es u r v e yr e s u l t ，w e a n a l y z e dt h ee x i s t i n g p r o b l e m si np r o b l e m - s o l v i n gp r a c t i c ef r o mp e r s p e c t i v e so ft e a c h e r s t e a c h i n g r a t i o n a l e sa n dm e t h o d sa sw e l la ss t u d e n t s s t u d y i n gm o t i v a t i o na n d p s y c h o - d y n a m i c s f u r t h e r m o r e ，c o m b i n i n gw i t hs p e c i f i cc a s e s ，w ep r o p o s e dp r i n c i p l e st h a ts h o u l db e f o l l o w e dd u r i n gt h ep h y s i c sp r o b l e m - s o l v i n gt e a c h i n gp r a c t i c e ，w h i c hs e r v e da st h e f o u n d a t i o no fp h y s i c sp r o b l e m - s o l v i n gt e a c h i n g s t r a t e g i e s f i n a l l y , w ep r o p o s e d s p e c i f i ct e a c h i n gs t r a t e g i e s ：( a ) t e a c h i n gs t r a t e g i e so nc r e a t i n gp r o b l e m s ：( a ) q u e s t i o n i n gd u r i n gg u i d i n g ，( b ) q u e s t i o n i n gd u r i n gi n t r o d u c t i o n ，( c ) p r o g r e s s i v e q u e s t i o n i n g ，l e a d i n gq u e s t i o n i n g ，a n a l o g i c a lq u e s t i o n i n g ( b ) t e a c h i n gs t r a t e g i e s d u r i n gp h y s i c sp r o b l e m - s o l v i n gt e a c h i n gp r a c t i c e ：( a ) s t r a t e g yo ns h o w i n gp r o b l e m s d i v e r s e l y , ( b ) s t r a t e g yo ne x p l o r i n gt e a c h i n g ，( c ) s t r a t e g yo na n a l o g i c a lt e a c h i n g ，( d ) s t r a t e g yo ns e p a r a t ec o m p l i c a t e dp r o b l e m s ，( e ) c o o r d i n a t i o na n df e e d b a c kt e a c h i n g ( c ) s t r a t e g i e so ne v a l n a t i o na n dr e f l e c t i o n i i k e yw o r d s ：p r o b l e m - s o l v i n g ；p r o b l e m - s o l v i n g t e a c h i n gp r a c t i c e ；h i g hs c h o o lp h y s i c s t e a c h i n gp r a c t i c e ；t e a c h i n gs t r a t e g y i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：封堑、逸 日 期：2 幽互歹 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：互至垒 日 期：a 一么夕 电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 己l 吉 丁1日 ( 一) 研究背景 2 l 世纪是一个充满机遇和挑战的世纪，作为这一新世纪的主人当今的 中小学生，将会在未来的某一天发现，他们所面对的、经历的都是上一辈们未曾 遇到过的挑战，他们所要解决的都是没有现成灵丹妙药的问题，他们必须成为有 创造性的问题解决者，从这种意义上来说，培养出能够适应2 l 世纪的问题解决 者，将是我们今天教学的一个重大使命。 对于问题以及问题解决的关注最早可以追溯到古希腊，当时人们关注的焦点 是如何形成问题解决的方法，如古希腊人很早就懂得采用分析和综合的方法、步 骤来解决问题。但是对问题解决进行系统理论研究的应追源于心理学行为主义流 派，从“教育心理学之父桑代克开始，心理学家就不断探讨“问题解决”的机 制。他们从不同的角度对“问题解决 进行解释。如行为主义心理学家强调解决 问题的过程是“尝试错误而最后成功的过程”，格式塔心理学派认为问题解决是 “顿悟”的结果，奥苏贝尔等人把问题解决看作是“填补空白”的过程，而信息 加工心理学家则认为“问题解决是搜索算子 的过程，如纽威尔和西蒙认为问题 解决是“在问题空间进行搜索，以找到一条从问题的初始状态转到目标状态的通 路。【1 】 问题解决作为一种新教育理念的体现被世界各国广泛关注并运用于教学领 域中，应起始于2 0 世纪8 0 年代。美国数学教师协会( n c t m ) 公布的文件“关于 行动的议程首先指出：“数学课程应当围绕问题解决来组织 “数学教师应当创 造一种问题解决得以蓬勃发展的课堂环境”，而“解决问题的成绩如何，将是衡 量数学教育成败的有效标准。”根据当时的美国全国性数学测试的结果，可以看 到绝大多数的学生不会运用数学概念解决现实世界的问题。针对这一问题，n c t m 进一步明确指出学校教育教学的目的是培养学生的创造性和问题解决得能力。在 此之后，问题解决的指导思想逐渐被英国、日本、韩国等各国响应。 随着课程改革的不断推进，“问题解决”逐渐从数学领域推广到整个科学领 域，在美国“科学教育标准中就明确指出，要建立个有较高科学素养的社会， 有科学素养就意味着“一个人对日常所见所历的各种事物能够提出有科学技术 根据的见解”，【2 】同时从教师教和学生学的角度分别指明进行问题解决的必要性 1 1 1 陈爱芯多元智能理论框架下的问题解决教学 m 北京：开明出版社，2 0 0 4 3 ：4 1 2 1 ( 美) 国家研究理事会著戢守志等译国家科学教育标准 m 上海：科学技术文献出版社，1 9 9 9 ：2 8 东北师范大学硕士学位论文 和重要性，要求“从学生们所亲历的事物中产生的一些实际问题进行探究，是科 学教学所要采取的主要做法【l 】英国教育与科学部也指出“理科是一门实践性 的学科，应当在各个学段以一种强调实践、调查和问题解决的活动方式进行”。 瞄j 其现行的理科大纲中重点强调了要运用问题解决进行教学，给予学生更多的机 会在讨论中阐述自己的观点，给与学生更多的机会去检验自己的想法。在韩国新 一轮的课程改革中也明确提出要以提高学生的问题解决能力为宗旨。 在我国，高中物理新课程标准对教学也提出了新的要求，提出“要让学生经 历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题， 验证物理规律，通过物理概念和物理规律的学习过程，了解物理学的研究方 法有一定自主学习能力，参加一些科学实践活动，尝试经过思考发表自己的 见解，尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题”1 3 j 由此可以看到，自1 9 8 0 年起，近二十多年中，问题解决作为学校教育的中 心已经获得来自教学理论界和实践领域越来越广泛的支持，世界各国对问题解决 的重要性都给予了肯定，倡导教学要培养学生的问题解决能力。与问题解决思想 相适应的各种教学方法和模式也应运而生。如现阶段较为流行的探究学习、研究 性学习、以及基于问题的学习或问题学习法等。问题解决不但受到了教育界的关 注和欢迎，同时也表现出理论研究与实践密切结合的重要特点，正如基尔帕特里 克教授所说的“在整个教育史中很少有这样的课题能同时引起研究者和实践者如 此的关注，而问题解决却正是这样一个例外。 4 1 ( 二) 研究现状 目前，学科问题解决的研究大体有两种方向，其一是关于学生问题解决的心 理机制的研究，这较多的倾向于认知心理学理论的应用，属于认知理论层面的研 究；在这一理论的指导下的研究具体包括：问题解决过程中的表征程度和类型、 策略的选择和运用、元认知等。来自美国科罗拉多州大学的p a t r i e k b k o h l 和 n o a h d f i n k e l s t e i t 5 】对此做了大量的研究，并将其研究成果发表在国际物理研究 领域的核心期刊p h y s i c sr e v i e w ) ) 0 5 、0 6 年上，研究结果表明：对于不同表征 形式的同一物理问题，学生的表现存在差异，不同表征形式的表现水平，与一系 列因素有关，包括学生的期望、前概念、元认知能力、问题的情景和表征形式本 身等，不同表征形式的问题，对应着不同的解决策略。此外元认知研究者对元认 知能力高低对问题解决活动的影响进行了相应的研究，如德格鲁特、查尔尼斯、 i l l ( 美) 国家研究理事会著戢守志等译国家科学教育标准 m 上海：科学技术文献出版社，1 9 9 9 = 2 8 瞄j 陈彦芬问题解决法在英国理科教学中应用的两则实例 j 学科教育，1 9 9 9 ( 6 ) ：4 2 4 4 p 1 廖伯琴张大昌主编物理课程标准解读【m 武汉：湖北教育出版社，2 0 0 4 = 1 8 1 4 1 郑唐信数学教育的现代发展 m 南京：江苏教育出版社，1 9 9 9 ：1 6 0 1 5 1 p a t r i c kb k o h la n dn o a hd f i n k e l s t e i n s t u d e n tr e p r e s e n t a t i o n a lc o m p e t e n c ea n ds e l f - a s s e s s m e n tw h e n s o l v i n g p h y s i c s p r o b l e m s j t h e a m e r i c a np h y s i c a ls o c i e t y 2 0 0 5 ( 1 0 ) ：1 - 1 0 2 东：i u j $ 范大学硕士学位论文 霍丁等人对国际象棋专家和新手所作的比较研究。其二是在学科教学过程中开展 问题解决活动的相关研究，这主要涉及教学论面向教学的实践操作性研究，属于 教学实践层面的研究。在美国及西方国家，相关研究比较普遍，如通过问题解决 地学习，问题本位的学习，问题及激发的学习，再如，布兰斯福德和斯坦恩提出 了一种理想的问题解决五步法“发想问题与机会、界定目标与表征问题、探索可 能的问题解决策略；取其结果并实施策略；回顾与学习。 【l 】 在国内物理学科教育领域，对于物理问题解决教学的实践研究集中体现在两 方面，一方面是关于物理问题解决教学中学生问题解决困难的研究，研究者对物 理学习中学生兴趣匮乏、前概念、知识结构、元认知能力不足，以及学生的思维 特点、个性特征和教师的教学方式对学生的问题解决能力造成的影响进行了一定 的论述；另一方面是关于培养学生物理问题解决能力的研究。如王丽莉在其硕 士论文高中生物理问题解决中的信息获取与解读能力研究中通过研究影响学 生的信息获取与解读能力的因素，对信息获取与解读水平的现状分析，指出提高 学生信息获取与解读能力的方法。盖丽鸣在硕士论文提高中学生物理问题解决 的探索中通过对影响中学生问题解决的因素分析，提出提高中学生物理问题解 决的具体策略。再如郑荣玉在物理教学中问题解决能力的教学策略提到通过 创设良好的问题情境、搭建操作平台、实施有效训练等策略来培养学生的问题解 决能力。 以上研究为学科问题解决教学提供了一定的理论依据和实践基础，也使物理 学科教育研究者和教学工作者开阔了视野，但是从物理学科的问题解决实践研究 来看，研究者们或是把物理问题解决看作是解决具体的物理问题，或是将目光停 留在问题解决的初始阶段，或是关注解决物理问题时学生问题解决能力的培养， 忽视了把物理问题解决与课堂教学有机的联系起来，没有很强的系统指向作用， 缺少对问题解决教学的宏观描述与界定。因此，提出的策略具有一定的局限性， 不能够全面的促进物理问题解决教学的实施。为了弥补这一空位与不足，本论文 对问题解决心理机制和教学理论进行梳理，说明问题解决的本质含义，对问题解 决教学做出界定。通过调查研究和物理教学案例分析，提出物理问题解决教学的 各阶段所能运用的具体策略，以此促进物理问题解决教学的有序进行，最终发展 学生的问题解决能力。 ( 三) 研究意义 基础教育课程改革纲要( 试行) 中明确指出：“改变课程实施过于强调接 受学习，死记硬背，机械训练的现象，提倡学生主动参与、乐于探究、勤于动手， i b r a n s f o r d j d ，s t e i n b s ：t h ei d e a lp r o b l e ms o l v e ag u i d ef o ri m p r o v i n gt h i n k i n gl e a r n i n ga n dc r e a t i v i t y j n e wy o r k ：w h f r e e m a n ，1 9 9 3 3 东北师范大学硕士学位论文 培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以 及交流与合作的能力。【l 】随着新一轮课程改革的实施，中学物理教学的目标已 经发生了改变，强调从知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观三个方面培 养学生，从而为学生的终身发展奠定基础，然而在物理实际教学中，仍然存在许 多问题，为了高考和升学目标，在教学方式上以“最经济”的方式传授知识和技 能，用最短的时间得出物理概念和规律，腾出尽可能的时间练习、做习题和考试。 这种重结论而轻过程的教学方式难以使学生形成对知识的意义建构，使得本来是 探索自然奥秘，生动有趣的物理学，在很多学生眼里都正在变成枯燥乏味、难懂 令人望而生畏的学科。而问题解决教学在物理中的运用能够从一定程度上解决这 些问题，物理问题解决教学策略的研究不但能够为教师在策略理解上提供理论借 鉴，还能为教师在实际物理教学中教学活动的设计和组织，教学方式的运用提供 帮助。并能够促进学生对于物理知识的内化，深化学生的认知过程，发展学生的 认知结构，培养学生解决每一个物理问题，掌握知识、发展智力、培养能力。使 学生最终构成分析和解决物理问题的能力。 ( 四) 研究方法 1 文献法 结合本论文的相关内容对中文期刊和外文期刊中的教育理论与实践、心理学 等理论进行重点查阅，对当前关于问题解决和问题解决教学的众多说法进行梳 理，理解问题解决的本质含义，心理过程和一般模式，确定问题解决教学的各阶 段，分析各种关于物理问题解决的文献及研究成果，提取其中有意义的部分，为 本研究的进一步开展打下扎实的基础。 2 问卷调查 以高中物理教师和学生为调查对象，进行问卷设计，对物理课堂教学进行相 关调查，了解学生在学习物理时的情况，和实际物理课堂中物理教师的教学情况， 对调查结果进行深入分析，揭示隐藏在表面现象的深层问题。 3 案例分析 在文献研究的基础上，通过对物理课堂教学案例进行分析，体会教师对问题 解决教学的理解和运用教学策略的现状、学生的心理状况和思维动向，在理论依 据和实践取证的基础上，更准确有效地提出问题解决教学策略。 1 1 1 刘炳升走进高中物理新课改 m 南京：南京师范大学出版社，2 0 0 5 ：1 1 8 4 东北师范大学硕士学位论文 一、问题解决教学的理论探讨 ( 一) “问题解决 的理论概述 1 对“问题弦的描述 为了明确了解“问题解决”，首先应该对“问题 有一个详细说明。在现代 汉语词典中对问题的阐述具有这样四层含义：( 1 ) 要求回答或解释的题目；( 2 ) 需要研究讨论并加以解决的矛盾、疑难( 3 ) 关键、重要之点( 4 ) 事故或意外 剑桥国际英语词典则把“问题看作是一种情境，是“个体面临一个不易达 到的目标或困难课题时的情境；也指需要注意或处理的人或物【2 l 心理学上认 为，当个体面临的情况同心目中的理想或目标存在差距，而达到理想或目标的 途径又不简单、明确，即常规或自动化的反应不适应当前的情境时，问题就存 在了。基于此点，m a y e r 等心理学家把问题分成三个构成部分：给定状态、目 标状态以及阻止给定状态转变为目标状态的障碍。【3 】还有一些心理学研究者把 问题看成是四个构成部分，( 1 ) 问题情境( 2 ) 已有的知识( 3 ) 障碍( 4 ) 方法【4 】 从这些观点可以看到，关于问题，必须强调的是要具有障碍，是解决者遇 到困难时所呈现出的一种状态。本论文探讨的问题解决教学中的问题，在此基 础上更具有指向性，是要能够把问题解决的活动与其隐含的基本概念、法则、 原理联系起来。其表现形式可以是一个“疑问句”，可以是一项任务或目标的陈 述、矛盾的呈现、也可以是一种情境的创设。 2 “问题解决 的内涵 对于“问题解决 的观点，许多学者都进行了研究，其中较为常见的有以下 几种说法【5 j ： “问题解决是一种能力，即能够把知识应用于各种情况的能力 “问题解决是一种创造性活动，应当被看作是一种创造性的活动，即如何 综合的、创造性的应用已学到的知识和方法来解决非常规的问题。 “问题解决是一个认知过程。当个人在面对问题情境而没有现成方法可以利 用时，旨在将已有情境转化为目标情境的认知过程”。 i l l 现代汉语词典 m 北京：现代商务印书馆，1 9 9 6 ：1 3 2 2 1 2 1 剑桥国际英语词典【m 上海：外语教育池版社，1 9 9 5 ：1 1 2 5 1 3 1 任红艳化学问题解决及其教学的研究 d 南京师范大学化学与环境科学学院，2 0 0 5 ：1 0 1 4 1 路海东教育心理学 m 长春：东北师范大学出版社2 0 0 5 ：1 2 7 1 5 1 邓鹏对“问题解决”的反思 n 数学教育学报，2 0 0 2 ( 4 ) ：7 3 7 6 5 东北师范大学硕士学位论文 “问题解决是一个教学目的。通常可以将问题解决的步骤或阶段划分为：问 题的提出、问题的分析和问题的解决。而问题解决被简单的看成是最终的目的。 “问题解决是一个教学过程，是将已有知识运用于新情境的过程”。 “问题解决是一种教学模式( 也有学者称其为教学方式) ，问题的提出是建立 在“问题教学法基础之上的，把问题解决作为一种教学模式，不仅可以引起学 生的注意与兴趣，更主要能激发学生思考，培养学生的思维能力。 综述，笔者认为问题解决包含这样两层含义，其一是认知层面，其二是教学 层面。认知层面中，问题解决是从发现问题到解决问题的全过程，其最终目的不 是为了解决某一个具体的问题，而是通过解决的过程来激发认知者的思维，改善 其认知结构。教学层面中，问题解决是让学生作为质疑者、发现者、探究者等多 种角色，发现、分析、解决问题、建构知识，发展问题解决能力。 3 “问题解决一过程的心理学观点 行为主义认为，问题解决的过程是不断地尝试错误，从桑代克的猫实验中， 可以看到，解决问题的过程是一种盲目的、尝试错误的过程，是建立刺激反应 联结的过程。这种观点忽视了认知在问题解决中的作用，只适用于简单的问题解 决。认知主义的完形说认为，问题解决是顿悟的结果，科勒通过对黑猩猩的多次 试验中得出解决问题是通过顿悟来实现的，所谓顿悟，就是内在的把握情景关系， 在重新组织各个情景要素的过程中获得的。这种观点强调了问题解决过程中的认 知成分和个体对问题情景的理解。信息加工理论也对问题解决过程进行了研究， 认为问题解决的过程是从最初的问题空间出发，经历不同的问题状态，运用一定 的策略到达对问题正确表征的过程，最终获得问题结果，消除疑问。这是由一系 列具有目的指向的认知操作过程组成，同时具备个特征：一是具有目的指向性， 二是具有操作系列，三是具有认知操作。在解决问题的过程中，主体会遇到各种 问题情境，这些问题情境的综合就构成了问题状态，这种通过信息转换的方式来 分析问题解决过程，对我们理解问题解决的本质有一定的意义。 4 “问题解决 的一般模式 现代认知心理学派为了兴利除弊，他们既不利用动物也不借助于计算机，而 是研究人类解决某类问题的实际过程，他们是在认知的层次上，对试误说、顿悟 说和信息加工论进行综合，并使用“认知结构”、“图式激活”、“问题表征等术 语对问题解决的各阶段进行更深入的描述，更真实的反映了人类问题解决的动态 过程，对问题解决教学具有更好的指导作用。认知派理论中，比较有代表的是基 克等人的研究，他们把问题解决的过程分为四个阶段：理解与表征问题；寻求解 答；尝试解答；评价，同时还提出一般性问题解决的模式： 6 东北师范大学硕士学位论文 现在这一观点已成为当前比较一致的问题解决过程的模式。i h ( 二) 问题解决教学的理论分析 1 问题解决教学内涵 在对问题解决进行分析之上，问题解决教学具有其特定涵义，本论文中，提 及和研究的问题解决教学，都采用这样的界定，即问题解决教学是“在教学过程 中，教师通过有目的地提出系列的不同类型的问题或任务，引导学生主动发现、 积极探索、实践体验、解决问题，深层次理解并掌握和运用基本知识，实现从能 力到人格的整体发展，成为有效的问题解决者的活动。【2 】这一界定是在心理学 理论和教育学观点的指导下，通过教学实践抽象概括出来的相对稳定的教学活动 范式。 2 问题解决教学观概述 ( 1 ) 建构主义中关于问题解决教学的理论 问题解决在教学中的运用，与建构主义热潮的兴起有很大关系，建构主义 认为“知识是个人与他人通过磋商与和解而建构起来的，知识的获得不是由外向 内的转移和传递，而是认知者凭借自己的经验主动建构知识的过程，是通过新信 息与原有知识的经验相互作用，来充实、改造和丰富认知者的过程。 【3 】在建 构主义学习理论中，问题成为构建学习的载体。知识是个人经验的主观反映，是 主体对自身经验的理解与意义化，学生对知识的接受只能靠自己的构建来完成。 由于建构主义理论强调认知个体在认知过程中的主体性与建构性，这就意味着建 构主义知识观的主体是人，由于以“人”为中心，那么以“问题”为中心的教学 最能实现这个理念。 根据前面所述纽维尔和西蒙的心理学观点，当一个人面对问题时，就会形成 一个“问题空间”，它所引发的“空缺感”是问题解决的内在动力，建构主义教 i h 莫雷教育心理学 m 广州：广东高等教育出版社，2 0 0 5 ：1 8 9 1 2 1 陈爱芯多元智能理论框架下的问题解决教学 m 北京：开明出版社，2 0 0 4 ：7 1 3 陈琦，刘汝德著教育心理学 m 北京：高等教育出版社，2 0 0 5 7 东北师范大学硕士学位论文 学观也认为学习者本身并不是“一张白纸”，他们有着丰富的并存在相互差异的 经验世界，教学中，教师要把知识学习的中心从学习内容转移到学习者，根据学 习者已有经验，设置问题，鼓励学生建立新的理解；也就是说建构主义的教学是 要为学生提供一个合适的情境，即问题情境；搭起一个思考的平台，即“问题解 决平台。问题解决教学正是基于这一观点，要求教师通过创设不同的问题情境 为学生搭建一个思考的平台，合理组织教学内容，选择调整教学策略，协助学生 进行信息分析、概括、等一系列问题解决过程，在解决问题中建构知识。 ( 2 ) 多元智能理论中关于问题解决教学的理论 多元智能理论认为，解决问题的能力是智力的必备成分。其中加德纳的智力 观最能反映多元智能与问题解决教学之间的密切联系。他指出“智力是一种或多 种文化环境下受到重视的解决问题或制造产生的能力”【l 】智能的开发依赖问题 情境，要知道一个人的智力情况如何，必须要让这个人处在企图达到一定目标的 状态，看其能否找出达到目标的路径，即看其是否具有解决问题的能力。多元智 能理论还认为，智力就是为了解决人类所遭遇的问题而存在的，它并非只是存在 于大脑中的认知过程或体现在答对智力检验题目的一种能力，它是人类解决问 题、制造产品以求生存的凭借。教学就是要将学生领入模拟现实生活的问题情境 之中，开发学生的多元智力潜能，发展其解决实际问题的能力，从根本上发展学 生的智力。 从教学目的上看，多元智能理论认为教育教学的重心或对智能的关怀，并不 在于有现成定论的知识上，而是在于学生如何获得知识、如何解决面临的问题， 多元智能理论的运用有助于达成教育的两个目标：“第一是帮助学生达到某种有 价值的成人角色状态。第二是帮助学生精通某些课程上或学科内的学习方法和学 习材料”。而这也是问题解决教学目标的主动力。 从教学方法手段看，多元智能理论认为“每个人都不同程度的拥有彼此相对 独立的八种智能，而且每种智能有其独立的认知发展过程和符号系统，教学方法 应当根据教学内容和教学对象而体现灵活性与多样性 。因此为了让学生积极参 与教学活动，教师要根据不同的教学对象和教学内容采取不同的教与学的策略， 即使是同样的教学内容也可以通过不同的方式和手段来解决问题，而问题解决教 学就是要教师通过提供多元化的教学情境，使学生能够选择适合自己智能特点的 有效方法解决问题。 从教学内容上看，多元智能理论强调在学习中，学生不是被动的接受者，而 是主动的参与者，主张学生成为课程的主人。而问题解决教学则是基于此点，要 求教师为学生的学习提供自主选择的空间，充分挖掘和利用现实生活中的“活” 资源，从生活和社会中选择具有吸引性和探究性的问题，让学生处在力所能及的 陈爱芯多元智能理论框架下的问题解决教学 m 北京：开明出版社，2 0 0 4 ：4 3 8 东北师范大学硕士学位论文 范围之内，通过解决问题来增强自身的成就感。 3 问题解决教学的要素分析 从问题解决教学内涵和教学观出发，笔者认为，问题解决教学主要有四个 构成要素，以下将对这四个要素进行逐一的分析。 ( 1 ) 对提出问题的分析 提出的问题是问题解决教学的第一个构成要素，教师通过精心设计难度适当 而又有助于学生形成认识冲突的问题，让学生在认知上产生一种困惑。良好的问 题不但能激发学生的学习兴趣，激活学生的知识结构，还能够促进问题解决教学 的有效进行。那么什么样的问题才是好问题呢? 它应该具备以下三个特点： 从学习者来看，“好问题 必须具有可接受性、障碍性和探究性。可接受 性是指问题要容易为学生所理解。要有一定的意义而容易引起学生对问题的关 注；障碍性则是要求问题要符合维果斯基的最近发展区原理，也就是问题的解决 办法不是显而易见的，是没有现成的方法可供使用但又确实与已学内容有一定联 系的问题，探究性有两层含义：一是学生能进行探究；二是探究的过程有明确的 价值取向( 涵盖教学内容的价值、思维的价值或是人文的价值) 。 从教师角度来看，“好问题应当有可控性：可控性是指教师通过问题的 选择，能够控制与诱导学生围绕在教学中心上。由于中学教学任务繁重，要将问 题解决应用于日常教学，这一点便是教师们关注的一个大问题。有的教师认为， 问题解决教学只适用于复习课或是公开课、表演课，如果平常的教学也这样做， 那么教学任务根本完不成。其实，在选择问题时注意到问题的可控性，这一难题 便可以解决，教师也克服了问题解决教学总有一种“高处不胜寒”之感。 从问题结构来看，问题要具有可生性、开放性。可生性是指选取的问题要 有新问题或新生长点，能够在更改条件下产生新的问题，或是能够迁移、变形。 开放性则有三层含义：一是条件的开放，二是结论的开放，三是求解过程的开放。 ( 2 ) 对分析问题要素的分析 分析问题是问题解决教学的第二个构成要素。是在提出问题的基础上，引导 学生从已有知识对所处问题情境进行分析，通过思维加工，剔除无关信息，从而 获得对问题的本质认识。在心理学上，这一步骤也被称为问题的表征过程，即“识 别已有信息和问题的目标状态，明确问题的类型，了解问题的实质，把任务分解 为比较具体的子任务，以便逐步缩小起始状态和目标状态之间的距离。”【l 】教学 中，学生在面对具体问题时，会根据个人的知识背景和思维习惯来选择性的注意 问题情境中的某些特征，从不同的角度表述和理解一个问题，这种表征具有个性 化特点，不仅是简单的任务分解，还是将个人头脑中长时记忆力的原型与问题进 陈爱芯课程改革与问题解决教学 m 北京：首都师范大学出版社，2 0 0 4 9 东北师范大学硕士学位论文 行匹配的过程。表征能力强的学生头脑中储存的是一类问题的共同特征和一类问 题分析的思路，而表征能力差的同学遇到陌生的问题时，就会盲目的尝试，缺乏 思考的策略，无法正确的表征问题，因此，问题解决教学中教师应该选择多样化 的表征策略来帮助学生识别和分析问题，教师可以根据问题情境的特点来选择用 文字表征、图像表征、和示意图表征等策略来表征问题，促进问题解决教学的进 行。 ( 3 ) 对解决问题的分析 在对问题进行分析，引导学生对问题有了本质认识之上，教师要指导学生寻 求方法解决问题，也就是要经历解决问题的过程。根据前面叙述认知心理学理论 可知解决问题的过程就是在问题空间中搜索解决途径的过程。搜索问题解决途径 的方式有三种，分别是随机式搜索，算法式搜索和启发式搜索，所谓随机式搜索 是指“在事先没有得到任何信息或毫无计划的条件下进行的一种搜索”。【1 1 实践 表明，这种搜索有效率约等于零，所以在问题解决教学中不宜采用。算法式搜索 是指“在缺乏具体目标的情况下进行穷举一切可能的搜索。 【2 】采用这种方式虽 然能够保证解决问题，但是既耗费时间，又耗费精力，如果问题空间比较小，还 可以考虑尝试，否则也不易在问题解决教学中使用。与这两种搜索方式不同的是 启发式搜索，这是一种“运用有关信息或已有知识经验来寻求解决途径。”实验 证明，这种方式既省时间又省精力而且能够充分利用问题解决者认知结构和情境 中的有效信息，在问题解决教学中，教师应以这一方式出发采用多种教学策略、 激活学生的相关知识结构，使问题情境中的命题与认知结构联系起来，促进学生 积极参与，积极思考。 ( 4 ) 对评价反思的分析 评价反思是问题解决教学的第四个构成要素，即教师在引导学生经历问题解 决过程，获得新结论之后。对解决问题的过程，方法，进行评价反思。在教学中， 要求教师通过引导学生收集、整理有关假设的材料，分析、概括得出结论，教师 可以在每一次解决问题之后，引领学生总结学习到的新知识，让学生反思自己学 到了什么，在小组活动中做了些什么，是通过怎样的方法来解决问题的。通过评 价反思的应用，使学生将新知识与原有的理解联系起来，有意识的提炼出概括性 的知识，将相关概念、具体技能、与遇到的问题相结合，从而防止知识变成惰性 的，或过于受到情境的限制等弊端。 i l l 陈爱芯课程改革与问题解决教学 m 北京：首都师范大学出版社，2 0 0 4 2 1 陈爱芯课程改革与问题解决教学 m j 北京：首都师范大学出版社，2 0 0 4 1 0 东北师范大学硕士学位论文 二、物理问题解决教学现状的调查与研究 ( 一) 高中物理问题解决教学现状的调查 1 调查工具的开发 物理课堂教学是教师的“教”与学生的“学”的双边活动，为了能对物理问 题解决教学现状有一个全面的了解，笔者在阅读了大量文献，对问题解决理论进 行深入探讨和研究的基础上，针对高中物理教师和学生进行调查问卷设计。其中 学生问卷主要从物理学习情感( 动机、兴趣、意志力) ，物理问题解决的认知特 点( 记忆概念规律的方式、分析物理问题的思维方式、想象力等) ，和问题解决 能力( 物理科学方法的掌握与运用、解决实际物理问题的情况等) 三个维度进行 问卷设计。教师问卷的设计重点从教师的教学理念、教学方法( 主要包括教师课 堂教学手段、教学媒体选用情况、帮助学生分析解决物理问题的方法等) 、和教 师的专业化发展三个维度来进行问卷设计。 2 实施问卷调查 ( 1 ) 调查样本选取 为了保证问卷具有较高的信度，使调查结果具有一定的代表性，调查样本选 取典型抽样， 2 0 0 4 年秋季实施高中新课改，已经经历新高考省份选一：广东 省( 至) 2 0 0 6 年秋季实施高中新课改，在今年迎来课改后第一轮新高考的省份选 二：福建省、辽宁省 2 0 0 7 年秋季开始实施新课改，还未参加新高考的两个 省份选- - 吉林省、陕西省，在这三个区域五个省份分别选取一定数目的高中物 理教师和学生进行问卷调查，这样就能够较好的代表当前全国高中物理教学的基 本情况。调查过程中尽量保证示范性中学与普通中学学校的数目大致相当。问卷 通过邮寄和统一施测的方式发放。 ( 2 ) 问卷回收情况统计 发放教师问卷共2 2 3 份，回收2 2 3 份，回收率1 0 0 ，5 份无效作废，有效 率9 7 7 6 ，问卷的回收情况如下 表2 教师调查问卷统计表 发放地区 学校名称份数总计百分数( ) 广 珠海市实验中学 1 34 52 0 1 8 东 珠海 珠海市第三中学1 2 北师大附中珠海分校 1 4 东北师范大学硕士学位论文 深圳深圳市蛇口育才中学 6 福厦门市第六中学 1 4 建 厦门3 1】3 。9 0 厦门市集美中学 1 7 东北师范大学附