（课程与教学论专业论文）提高学生问题解决能力的物理教学设计研究.pdf

摘要 随着知识经济时代的到来，社会对人才的需求由知识型人才向能力型人才转化，显然 这种转化对基础教育提出了更高的要求。为此，我国进行了新一轮的课程改革，新课程倡 导“学生主动参与、乐于探究、勤于动手，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”。 论文从当前新课程改革和社会对学生问题解决能力的要求入手，对“问题”及“问题 解决”教学进行了全面的研究。在建构主义和“问题连续体”理论指导下，进行了以提高 学生问题解决能力为目的的教学设计，以期对“问题解决”教学在我国实施做出微薄贡献。 全文共分五个部分： 第一部分引言 针对目前中学物理教学的现状，尤其是在基础教育改革的大环境下，简述了本论文的 研究意义和研究方法。 第二部分问题解决及问题解决教学概述 以国内外问题解决理论为依据，对问题、问题解决进行了界定，总结了问题解决的阶 段，最后介绍了“问题解决”教学在国内外发展的状况。 第三部分问题解决教学设计理论基础 建构主义理论为有效培养学生问题解决能力建立理论支持，同时为“问题解决”教学 设计提供了有效的教学模式和原则。以这些模式和原则为指导，对教学设计的步骤进行了 理论上的探讨。 第四部分问题懈决教学案例设计、实施及评价 借鉴建构主义和“问题连续体”理论，以“问题解决”教学思想为指导，对初中物理 新教材电学部分进行了从宏观到微观各个层次的教学设计：首先，以解决生活中的“问题” 为主线，对“电学”知识结构进行了整体上的把握和设计；其次，对其中一个模块“电路 初探”进行了设计，分别以“知识树”和“问题树”两种形式对其进行了呈现；最后，选 择“问题树”中的一个问题进行了详细的课堂教学设计。整个设计集中体现了“问题解决” 教学设计思想，教学设计中的“问题”也很好体现了“问题连续体”理论。为了检验教学 设计的有效性，对该教学设计进行了实施和评价。结果表明问题解决教学有助于学生问题 解决能力的提高、主体意识、主动精神和创新能力的培养。 第五部分总结和展望 l 对论文进行了总结和展望，并指出论文的不足及有待解决的问题，今后还应从多方面、 多视角地进行进一步的研究。 关键词： 问题解决，建构主义，问题连续体，物理教学设计 i i a b s t i 谊c t w 主t l lt h ea 盯i v a lo fh o w l e d g ee c o n o m yt i m e s ，t h et a l e n t st h a ts o c i e t yn e e d sh a v ec h a n g e di n i ot h et y p eo f a b i l i t yf m m t h et y p eo fk n o w l e d g e o b v i o u s l yl h et r a n s f 0 肌a t i o nh a sp u tf o n v a r dh i g h e rf e q u i r e m e n tf o rt 1 1 e b a s i ce d u c a t i o n f 0 rt h i sr e a s o n ，o u rc o u n t r yh a sc a 玎k do nt h e u r s er e f o 肋n e wc o u r s ei nc h i n aa d v o c a t e s t l l a tt e a c h e 巧s h o u l de n c o u r a g es t u d e n t st oe n g a g ei na c 晰el e a m i n g ，f o s t e rt h e i ri n t e r e s t si ni 1 1 q u i r ea n dd o i n g m o r e ，a n ds h o l l l dc t i l t u r es t u d e n t s la b n i t yt oc o u e c ti n f o 姗a t i o n ，p r o c e s si n f o m a t i o na n dt oo b t a i nn e w l 【n o w l e d g e ，卸a l y z ea n ds o l v ep r o b l e m s ，a n dc o m m u n i c a t ew i t ho t l l e r s t h i st h e s i ss t a r t sw i t hi h er e q u i r e m e n tf o rs t u d e n t sa b n i t yt os o l v ep r o b k m st h a ti sf 如mt h es o c i e t ya n d n e wc o u r s er e f 0 皿p r e s e n n yt h e nw ec a r r yo no v e r a ur e s e a r c ha b o u tt h ep r o b l e ma n di h ep r o b l e m s o l v i n g t e a c h i n g a c c o r d i n gt ot h eg u i d a n c eo fc o n s t m c l i v i s ma n dp r o b l e m sc o n t i n u u mt h e or y ，w em a k et h ep h y s i c s i n s t m c t i o nd e s i g ni 1 1o r d e r t oi m p r o v e s t u d e n t s p r o b k m - s o l v i n ga b m t y w ee 砷e c tt h 。p f o b l e m - s 0 1 v i n g t e a c h i n gw mb e 呻l e m e n t e ds u c c e s s f i l l l yi no u r u n t r y i ti sd i v i d e di n t of i v ep a r t s p a no n e ：k t r o d u c t i o “ t h i sp a nm a i l yd i s c u s s e st h es i g n m c a n c ea n dn 地t h o do fs t u d y i n gt h i ss u b j e c ta c c o r d i n gt ot h ep r e s e n t s i t i i a t i o no fp h y s i c st e a c h i n go fm i d d l es c h 0 0 l ，e s p e c i “l yl l n d e rm ee n v i r o 姗e n to ft h eb a s i ce d u c a t i o nr e f o 玎n p a nm o ：t h ep r o b l e ms 0 1 v i n g 柚dt h ep r o b l e m - s o l v i n gt e a c h i n g t h i sp a r td e f i n e sb o mm ep r o b l e ma n dt h 。p r o b l e ms o l v i n ga 1 1 ds u m m a r i e st h ep r o c e d u r eo fp r o b l e m s o l v i n g o nt h eb a s i so ft h ed o m e s t i ca n di l l t e m a t i o n a l p m b l e m s 0 1 v i n gt l l e o r yw ei n t r o d u c et h e p r o b k m s o l v i n gt e a c h i l l g sa th o m ea n da b r o a df i n a l l y p a nt h r c e ：t h eb a s i ct h e o r yo fi n s t m c t i o nd e s 远n 曲o u tt h ep r o b l e m s o l v i n gt e a c h i n g i t i s t l l ec o n s t n i c t i v i s mt h a tp r o v i d e st h e o r ys u p p o r t ，o 如r se 彘c t i v em o d e la n dg e n e r a l p r i n c i p a l so f i i i i 璐t n l c t i o nf o ri 唧r o v i n gs t u d e 删p r o b l e m s 0 1 v i n ga b i l i t 矿o nt h e b a s i s 。ft h a t ，w ed i s c u s st h ep r o c e d u r e0 f t h ei n s m l c t i 0 d e s i g n p a r tf 叫r ：t h ed e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o na n de v a l u a 石o na b o u tt l l et e a c h i n gc a s e a c c o r d i n gt ot h eg i l i d a n c eo fc 0 s t n l c t i v i s ma n dp r o b k i l l sc o n t i n u u mt h e o 珊w ed e s 蟾nm ee l e c t i i c i t y p a no fp h y s i c sa b o u tn e wt e a c h i l l gm a t e r i a l si nl i l i d d l es c h 0 0 1 t h ed e s i 印i n v o l v e se a c hl e v e lo ft e a c h i n g s m a c r o s c o p i ct om i c r o c o s m i c ：f i r s y w ed c s 咖血ee l e c t r i c i t yo nt l l ew h o l eb ys o l v 吨r e a l 1 i f e p r o b l e m s ； s e n d l y ，w ed e s i 驴t l l ec i r c u i tp r o b l 锄t h a ti so n ep a r to ft h ee l e c t r i d t y tt h e np r e n ti tw i t h ”q u e s t i o nt r e e ”蛐d ”h o w l e d g e 仃e e ”s e p a r a t e l y ； 硒a l l y w ec b 0 0 s eo n ep r o b l 锄i n ”q u e s l i o n 仃e e ”a n dm a k e m ed e t a i l e dc l a s s r o o mi n s t r u c t j o nd e s 蟾n t h ee n i i r ed e s 远w e ne m b o d i e sp r o b l e m ，s o l v i n g t e a c h i n ga n d p r o b l e m sc o n t i n u u mt 1 1 e o r y w em a k et h ee x p e r h n e n ir e s e a r c hi 1 1t h ee n di no r d e rt oc e r t i f i c a t et h ev a l i d i t yo f t h ed e s i 鲫n er e s u l ti 1 1 d i c a t e st h a t i i l l p l e m e n t i i l gp r o b l e m - s o l v i n gt e a c h i n gt a k e sa d v a i l t a g e1 0i i n p m v e s n l d e n 协fp r o b l e m 。s o l v i n g a b m i y ，t od e v e l o pt h es u b j e c ts t a t i l s ，i i l i t i a t i v es p 埘ta n di i l o v a t i o n a b i l i t yo f s t u d t s p a nf i v e ：n es u m m a r ya n dp r o s p e c t w bs u m m a r i z et h et h e s i sa n d1 0 0 ki n t ot h ep m s p e c t t h es t l l d yi nt h et h e s i si ss t i l li m p e r f e c t i ts t i l l n e e d s f i l r t l l e rs l u d y 她舶md i 疵r e n ta s p e c ta n dv i e 鄹 k e y w o r d s ： p r o b l e m 。s o l v i n 舀c o n s t n l c t i v i s m ，p r o b l e m sc o n t i n u u m ，p h y s i c si n s t r i l 州o nd e s i g n 第一章引言 一、问题的提出 第一章引言 中学物理教学过程的实质就是通过引导学生去探索、解决一个个物理问题，从而达到 掌握知识、发展智力、培养能力的教学目标。物理问题解决教学是中学物理教学的一个重 要组成部分，它对于深化学生的认知过程、发展学生的认知结构、培养学生分析问题和解 决问题的能力都具有十分重要的作用。 我国基础教育的实际情况则表明：教学中大都以教师讲授为主，学生动手实践机会较 少，学生在运用知识解决问题这一环节上存在着严重困难学生学过物理概念或规律后， 虽然能记住概念、规律的名称和表述，在考试中也能够取得好的成绩，但遇到实际问题时， 却显得手足无措。许多教师常采用“题海战术”试图克服这一困难。解答各种各样的习题 成了学生学习物理的主要内容，能否解出各种高难习题成了学生能力高低的主要判据。这 种方法耗费了大量精力、时间，却无助于学生分析、解决问题能力的提高，给物理教学本 身留下了许多“隐患”。 二、研究背景 二十一世纪是以知识的创新和应用为重要特征的知识经济时代，科学技术迅猛发展， 国际间竞争日趋激烈，国力的强弱越来越取决于劳动者的素质。当前，基础教育的质量， 推进素质教育的进展、成效同二十一世纪经济发展的要求相比还存在着明显的差距。如不 及时、有效地解决实施素质教育中存在的问题，那么，提高民族素质，培养创新人才，就 无从谈起。为此，国务院做出了关于基础教育改革与发展的决定，召开了全国基础教 育工作会议。根据国务院决定精神，教育部印发了基础教育课程改革纲要( 试行) 。 在新一轮的基础教育课程改革中，对引导学生学会学习提出了具体要求：“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，倡导学生主动参与、乐于探究、勤 于动手，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。”在教学内容上，删除繁、难、偏、旧，增加了从学生生活经验出 发的实际问题；在教学理念上，强调学生是学习的主人，教师是学习的组织者、引导者、 促进者；在教学方法上，倡导自主学习、探究学习、合作学习、研究性学习等。为配合国 家关于“课程改革 x 第一章引言 经成为广大教师和教育工作者深入研究的热点。 三、问题解决研究的历史与现状 问题解决是心理学、教育学、教育心理学、学科教学等研究的对象，其中心理学对此 尤为关注。心理学着重研究问题解决的思维过程，其目的在于揭示问题解决过程所反映的 心理规律。最早对问题解决给予专论的是威廉詹姆斯( w i l l i a i l j a n m e s ，1 8 9 0 ) 他将问题解 决描述成通向结局的手段没有同时发现时的一种探索。杜威、华勒斯也曾对问题解决进行 过描述性研究，指出了问题解决是思维加工的一个重要方面，皮亚杰a g e n 1 9 2 6 、1 9 5 4 、 1 9 7 5 ) 将问题解决作为一种儿童心理成长过程的研究手段，指出问题解决能力与特殊心理结 构的本体论发展有关；格式塔心理学家认为问题解决是观念的加工，问题解决过程即问题 组织的重新建构，其间伴随着顿悟的体验；行为主义心理学认为问题解决作为反应在特定 条件下出现的可能性最初较低，如果反应类型按等级组织，问题解决可通过选择反应达到 或接近目标，认知心理学家认为问题解决是信息的加工和转化，是对问题空间的搜索。 “问题解决( p m b l e ms 0 1 v i n 曲”作为一种教与学的方式，人们开发出许多“问题解决” 的教育项目，如“通过问题解决的学习( k a m i n gt h r o u g l lp r o b l e ms o l v i n 曲”、“问题本位的 学习( p m b l e m b 舔e dk a m i n 曲”、“问题激发的学习( p r o b l e m - s t i m u l a t e dl e a m i n 曲”以及“真 实生活问题解决学习方法( r e a l 一1 i f ep r o b l e ms 0 1 v i n g a p p r o a c h t o l e a m i n 曲”等等。在这里“问 题解决”是一种狭义的概念，它主要是指那些发展学生的创造性、实践和探究能力或深层 思维能力的“问题解决”。另一种狭义的“问题解决”教学，旨在使学生更为牢固地掌握 基本知识和基本技能，解决的问题通常体现在习题中。 我国学者陈爱菇在其课程改革与问题解决教学一书中引用梅克( m a l 【e r ) 的“问 题连续体”( p r o b l e mt v p e sc o n t i n u u m ) 理论，。从“问题的结论”、“问题的结构”、“问题 解决的方法”把问题分为五个类型。这种分类方法给“问题解决”教学带来了新的视角， 有利于“问题解决”教学在我国的开展，有利于促进新课程改革的进一步深化。 四、研究意义和研究方法 ( 一) 研究意义 在我国，随着教育教学改革的深入进行，“问题解决”对传统教学观念、教学方式甚 。曹才翰数学教育学概论【m 】南京：江苏教育出版社，1 9 8 9 ， 。陈爱墓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 第一章引言 至教学评价都产生深远的影响。因此，我国掀起了“问题解决”研究的热潮，并已在教学 实践得到了积极的响应和欢迎。但是，一种理论若要在实践中正确有效地实施是需要一段 时间的，何况目前“问题解决”理论本身还不够完善，能够被直接运用到具体的学科教学 中，更是少之又少。 因此，本文借鉴了建构主义、“问题连续体”、“问题解决”教学的相关理论，结合物 理教学实际，参照前人的思路和方法。通过访谈、观察、调查等形式，对学生问题解决存 在的问题进行分析、统计；根据调查的结果，选择初中物理“电学”部分，对其进行了从 宏观到微观的各个层次的教学设计( 在论文中对“电路连接的基本方式”一节的教学过程 进行了详细的呈现) ；在此基础上，选择学校进行实验研究，对实验班和对照班分别实施 不同方式的教学；教学一段时间后通过观察、问卷测试对两个班进行对比，发现“问题解 决”教学有助于学生提高问题的解决能力，有助于培养学生的主体意识、主动精神和创新 能力。本论文研究的目的是，通过以“问题”为中心的教学案例设计，探索“问题解决” 教学模式如何更好地提高学生的问题解决能力，以期为“问题解决”教学尽些绵薄之力。 ( 二) 研究方法 鉴于研究问题的背景和性质，研究过程中本着理论与实践相结合的思想，对“问题解 决”教学进行了研究。具体的研究方法有： 1 文献法 文献分析法是通过分析文献资料进行理论研究的一种方法，它主要包括资料的搜集、 整理、加工、归纳、比较等具体环节。论文研究中，这种方法的运用是很普遍的。本研究 充分利用文献检索，了解国内外在此领域的研究状况，把握问题解决、问题解决教学及其 教学设计的基本理念、理论基础等。本文中有关问题解决教学的各种界定，教学设计的理 论基础主要采用文献法进行研究。 2 教学案例研究法 笔者主动走进中学课堂，运用具体的教学案例，充分将问题解决教学理念应用于实际 教学中，并对教学效果进行了评价。问题解决教学案例设计、实施及效果评价主要采用了 教学案例研究法。 3 观察、调查法 在进行教学设计、实施及效果评价时，我们采用了对学生进行观察法，并适当运用谈 话法、问卷调查等。此外，在实验数据处理时，还采用了对比法。 3 第二章问题解决及问题解决教学概述 第二章问题解决及问题解决教学溉述 我们已经进入一个快速发展的时代，信息瞬息万变、知识更新令人眼花缭乱，我们生 活在问题的海洋中，新的问题层出不穷。因此，学会解决问题是每一个人不可或缺的能力。 正因为如此，在学校教育和教学中，培养学生的问题解决能力，并促进其思维的发展，已 经成为各国教育改革中倍受关注的重大问题，而帮助学生成为比较有效的、成功的问题解 决者，则成为教育的一个主要目标。解决问题( p r o b l e ms o l v i n g ) ，也译作问题解决。问 题解决的研究涉及“问题”与“问题解决”的科学定义、问题的类型、问题解决的过程等 因素。下面首先对问题及其分类进行历史的回顾和探讨。 第一节问题及其分类 一、什么是问题 问题无处不在，无时不有。在直觉水平上，每个人都知道什么是问题。我们大家都经 常需要解决问题。例如：医生要渗断出患者的疾病：建筑师要设计一座大楼 学生要解答 一道题；教师帮助学生提高成绩等等。在现实生活中，问题是多种多样的，内容和形式都 千差万别。般来说，当人们面临一项任务而又没有直接手段去完成时，就有了问题。一 旦找到了完成任务的手段或方法，问题就得到了解决。 早在1 9 4 5 年，卡尔登克尔( k 砌d u i 止盯) 就曾提出有关问题的定义：“问题产生于 当某一生物具有一个目标，但不知如何达到这一目标之时。”美国哲学家杜威也指出，问 题存在于人们遇到困难时。美国心理学家纽厄尔与西蒙提出：问题是这样一种情境，个体 想做某件事，但不能即刻知道做这件事所采取的一系列行动。西蒙( s i m o n ，1 9 7 8 ) 曾通 俗地指出。当一个人接受一项任务，但又不知道如何去完成时，他所面临的就是一个蒯题。 现代认知心理学的研究表明，一个问题包括一个既定的状态( 即，对现存情境的描述) 和 一套运算子( r 口从一种状态移动到另一种状态的规则或程序) 。当情境处于某一种状态而 问题解决者希望情境能进入另一种状态，而这时又存在某些阻碍时，问题就发生了。 大多数心理学家都认为，问题都含有三个基本成分： 给定：问题的起始状态，也即一组关于问题已知条件的描述； 目标：问题要求的答案或目标状态，也即关于构成问题结论的描述； 障碍：正确的解决办法不是直接显而易见的，必须间接通过一定的思维活动才能找 障碍：正确的解决办法不是直接显而易见的，必须间接通过一定的思维1 活动才能找 。高立墩学模式论嘲卜晦卜海教育出版社，2 0 0 2 2 2 l - 2 2 2 4 第二章问题解决及问题解决教学概述 太大，甚至不同类型的问题各执一端，使得双方相互隔绝，相互之间形成相对或相反的关 系，非此即彼，不相连贯，用于教学很难加以统整。梅克的“问题连续体”( p r o b l e m t y p e s c o n t i n u u m ) 则很好地对问题进行了分类，克服了上述弊端。 ( 四) 一个具有特色的问题分类“问题连续体”。 “问题连续体”实际上是由格兹尔斯和斯克森特米哈尔伊( 1 9 7 6 ，1 9 6 7 ) 提出的问题类 型模式扩展而来。该模式把问题划分为三个类型，依据斯克维( s c h i e v e r ) 提出的问题连续体 理论，d i s c o v e r 研究项目的梅克、阿林( 心l e n e b ) 和尼尔森( n i e l s o n ) 等人基于他们在研 究中所观察到的资料，增加了第三类型和第四类型的问题，提供了问题更为流畅的过渡。 构成了问题的“连续体”，被称为“梅克一斯克维的问题类型连续体”f m a k e 卜s c h i e v e r c o n t i n u 衄o f p m b l e mt y p e s ) ，简称“问题连续体”( p r o b l e m sc o m i n u 啪) 。见表2 1 。“问题 连续体”把问题类型从封闭性问题到开放性问题变成一种连续的、序列的问题体系。 1 “问题连续体”的要素 “问题连续体”中问题分类不仅考虑了“问题的结论”，还考虑了“问题的结构”和“问 题解决的方法”。“问题的结构”与“解决问题的方法”被置于与“获得结论”、“得到答案” 同等重要的位置。 问题的结构：指问题的呈现形式，包括其定义的清晰程度、开放程度、综合程度等。 问题的结构对学习的影响是关键性的。问题的定义是清晰明确的，问题是封闭的、单纯的 则问题形式结构性强；问题的定义是模糊的，问题是开放的、综合的则结构性弱。整个“问 题连续体”从结构性强到结构不良呈现明显的顺序性，即从第一类型到第五类型列成结构 性递减的问题系列。所有的问题在连续体中的两个极端之间的某个位置，为了阐述与运用 方便才把连续体断开成第一类型、第二类型、第三类型、第四类型、第五类型问题 问题的方法：即解决问题所采用的方式、手段或途径。问题的方法在问题系列中，有 着不同的形式和表现。第一类型的问题只能有一种解决的方法，而且问题解决者仅须知道 正确的方法便可达到正确的结论。第五类型的问题可能有无限的方法来达到一个结论，即 问题解决方法是开放的，问题解决者必须决定哪一种方法比其它方法还要好。如果任何一 个的方法都同等的适合，这种情况可能是因为本来就不存在一个确定的结论，因而也就谈 不上有更加合适的方法。可见从第一类到第五类问题，解决问题的方法可以从一种方法到 。m a k c lc j n i c l s o n ，a b c u 耐c l l l u md e v e l o p m c n ta dt e a c l l i n gs t r a t e g i c sf o fg i n e dl c a t n e 培( 2 n de d ) a u s t i n ，t x ：p r 0 e d ， 1 9 9 6 8 1 。陈爱茁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 1 0 4 1 0 9 。m a l 【e c j n i e l s o n ， a bc l l r r i c i l l u md e v e l o p m e n ta n dt e a c h 啦 s l r a l e 百c sf o g 讯e dl e a m e r s ( 2 n de d ) 8 1 a l l s t i n 取：p - e d 1 9 9 6 7 第二章问题解决及问题解决教学概述 多种方法到无限种方法的有序排列。 表2 1d 1 s c o 猿问题连续体矩阵 问题方法答案 问题 教师学生教师学生教师 学生 类型 问题问题问题问题问题问题 呈现者解决者呈现者解决者呈现者解决者 一个知一个知一个知一个知一个知一个未知 一个知一个知一个知一个未知一个知一个未知 1一个知一个知 系列知系列未知一个知一个未知 未知 未知 2 一个知一个知系列知系列未知系列知系列未知 四一个知一个知开放未知开放未知开放未知开放未知 五开放未知开放未知开放未知开放未知开放未知开放未知 问题的结论：指问题解决所欲达到的目标或预想的结果。第一类型的问题有着单一的 正确的结论。第五类型的问题通常非常地概括，以至于它也许有无数个可能的结论，或者 也可能根本就没有结论。第五类型问题答案的“正确”通常是具有高度的主观性，它依赖 于所选择的方法和引入的问题是如何被预先界定或解释的( 例如：“怎样才能成功? ”) 。 与问题解决的方法相对应，对于开放性问题来说，问题解决的结论是多元的。 2 问题类型矩阵 上表中，每一个问题类型中对于问题提出者和问题解决者来说五个问题类型是随 着已知信息量的多少而分的提供了多大程度的结构而呈现的。 类型一；这类问题简单、封闭，并对于教师( 问题呈现者) 和学生( 问题解决者) 来 说都是已知的，方法对于师生来说也都是己知的，问题的结论是为教师所知，但必须由学 生来求出。( 例如：解决3 + 4 的问题，问题清楚地被界定，方法是加法，学生只需做出“7 ” 是正确答案的判定。) 类型二：问题是简单的、封闭的、是为教师和学生所己知的。对教师来说，方法和结 论都是知道的，但是方法通常是隐蔽的，要由学生来确定，结果要由学生来获得。( 例如： “如果点心罐里有1 0 块甜点，而你吃掉了2 块，现在罐里还有几块甜点? ”这个问题显然 是限定的。问题解决者必须决定采用减法，并获得正确答案是8 。) 类型三：问题对于师生来说都是已知的，而且可有多种方法去解决，这些方法对师生 8 第二章问题解决及问题解决教学概述 来说都是未确定的，问题只有一个正确答案。( 例如：在自然课上，要求学生证明以下空 气是否存在，学生可以想出很多方法：如把用塑料薄膜做的降落伞向上抛，用扇子扇动， 用杯子扣在盛水的容器上) 问题对于师生来说都已知，但是更为开放和综合。问题可能有一系列的正确方法和结 论，这些对于教师来说都是已知的。但方法与结论必须要求问题解决者去获得。( 例如：“请 用3 ，5 ，2 来写出尽可能多的等式”用于小孩，在他们经验范围内，通常可以得出4 个答 案，3 + 2 = 5 ，2 + 3 = 5 ，5 3 = 2 ，5 2 = 3 ，这种问题属于第三类型。问题解决者在决定方法时，必须考 虑采用不同操作和数字的可能性，以便获得最大数量的答案。) 类型四：问题对于师生来说都是已知的，但是，解决问题的方法和答案双方都是未知 的。( 例如：“你要横渡一条大溪，你认为最好的方法可能是什么? ”这可能会有一系列的 方法和结论：越过空中飞过去、跳过去、用绳子荡过去；漂流用小船，用木头： 走过去从桥上，从树上，从长木板上：或者其它任何创造性的可能是非预料之中的答 案。) 第四类型的问题有明确的目标，但是未必有一个“正确”的答案，要求问题解决者 搜集尽量多的信息并分析潜在的方法和结论。 类型五：对于师生来说，问题、方法以及结论全部都是开放和综合的，即是界定缺陷 的。例如：“人类面临的最重要的问题是什么，对此人们应当怎么办? ”这类问题要求首 先从研究问题本身入手，确定是否是存在问题，如果是，都是些什么问题。当分离出某个 特定问题之后，提出方法和结论，并加以评估。这个过程从开始到完成，都是开放的，而 最终的结论将广泛依赖于问题呈现者和解决者的不同视角、前观念、评估标准、价值观、 分析和意图而各不相同。 总之，与其他分类方式不同，梅克所创设的问题类型矩阵，实质上是把问题按解决该 问题所需的创造性的程度来划分等级。它从教师和学生两方面，就问题本身、解决问题的 方法、问题的结论或答案这三个纬度的状况；或从问题的答案是唯一的，还是系列的、开 放的这些不同层次，把问题分为五个类型。 “问题连续体”对问题类型的划分，与传统的问题划分相比，体现出极大的有序性与 包容性，传统的划分只是“问题连续体”中的两个端点。而且由于“问题”的连续性，可 使各类问题相互关联而成为整体，为我们构建“问题解决”教学体系提供理想的框架依据， 为“问题解决”教学设计提供了一个操作性很强的工具。能够很好地避免传统教学只重视 一、二类问题，忽视后三类问题的教学。 9 第二章问题解决及问题解决教学概述 第二节问题解决 问题解决常发生在一个问题解决者旨在克服某一问题的认知活动中。问题解决是一种 重要的思维活动，它在人们的实际生活中占有特殊的地位。与概念形成、推理等思维活动 相比，问题解决显得更加宽阔，甚至可以将它看作思维活动的一个最普遍的形式，因为概 念形成和推理等都直接或间接地具有问题解决的形式，并且它又突出地表明人的思维活动 的智慧性和创造性，与人的智力密切相关。有关问题解决的研究，经历了一个漫长的过程。 一、何为问题解决 问题解决早就得到心理学的重视和研究，曾经提出过不同的学说。卡尔登克尔( k a r l d u n k e r 1 9 4 5 ) 这样解释道：“当一个人不能简单地通过行动从一既定的情境进入所求的情 境时，就不得不进行思考”，而且“这种思考的任务是设想出某些能成为现有情境与所求 情境之间中介的行动”。波利亚( p o l y a ，1 9 8 1 ) 将问题解决定义为“发现一种摆脱困难的途 径，一种绕过障碍物的途径，已经达到无法在瞬间达到的目标”。在开发计算机模拟的问 题解决时，纽厄尔与西蒙( 1 9 7 2 ) 将问题解决定义为寻求某一问题的既定状态与目标状态 之间的路径。梅耶( m a y e r ，1 9 9 0 ，1 9 9 2 ) 则总结了问题解决定义的三个方面： 问题解决是认知性，因为它发生在问题者的认知系统内部； 问题解决是一个过程，因为它包含问题解决者对知识的操作与应用； 问题解决是可以指导的，因为问题解决者尝试去达到若干目标。 作为认知心理学家和人工智能创始人之一的美国著名心理学家和计算机科学教授，西 蒙则将问题解决看作是人类认知的三类基本信息加工过程( 再认、问题解决和学习) 之一。 他认为，一旦某人按照某种方法完成了某项任务，就意味着它解决了这个问题。国 j o n s a s s e n ( 2 0 0 4 ) 认为，如果一个问题值得解决，那么问题解决就是指引探寻未知事物 的以目标为导向的认知操作序列。这些认知操作有两个重要属性。首先，问题解决需要对 问题情境做出心理表征( 或心智模型) 。即，问题解决者构建一个被称为问题空间( d r o b l e m s p a c e ) 的问题心理表征( m e n t a lr e p r e s e n t a t i o n ) 。关于心智模型空间的含义，尽管还没有 达成一致，但是，研究人员普遍认为问题的内部心智模型( i n t e m a lm e n t a lm o d e l ) f 相对于 社会或小组心智模型而言) 是由结构性知识、程序性知识、反思性知识、明喻隐喻系统、 执行或策略性知识构成的多重表征。也就是说心智模型是由关于问题结构的知识、如何进 行检验或其它问题解决活动的知识、问题环境及组成部分、何时及如何使用程序的知识组 。高文一般的问题解决模式【j 】步 国教育资料，1 9 9 9 ：1 9 2 4 1 0 第二章问题解决及问题解决教学概述 成。心智模型可以整合多种不同类型的知识，它是问题空间的心理建构形式。而问题空间 对于问题解决是至关重要的。其次，成功的问题解决需要学习者主动使用并检验他们的心 智模型。思维是内部心理活动，尤其是在问题解决的时候。所以，问题解决者的知识与其 外在行为活动是互补的，相互依赖的过程。问题解决者不仅要知道做什么，而且还要脚踏 实地地去做需要做的事情。成功的问题解决要求学习者在物质世界进行尝试之前，先制定 并检验他们头脑中( 心智模型或问题空间) 的解决方案。 高文( 2 0 0 2 ) 认为，问题解决就是所面对的问题得到解决的认知过程，也是问题解决 者与任务环境相互作用的过程。 通过以上对有关问题解决的论述和定义的学习和理解，本文中的问题解决可以界定 为：学习者在为达到预期状态而陷入困境时，主动运用已有知识、技能的内部心理操作过 程和支配外部行为操作过程。内部过程和外部过程是彼此依赖、相互作用的，缺一不可。 问题解决能力就是指学习者在这个问题求解的过程中所表现出来的认知操作技能和对问 题的成功解决有重要意义的意志品质。 二、问题解决的阶段 在实际生活中，常常会遇到如何把握问题解决过程的阶段问题。尽管问题本身是各式 各样的，问题解决的过程不会完全相同，但是问题解决作为一个过程，也并不都是“偶发 事件”。许多教育学家和心理学家都提出过各种问题解决过程的步骤或模式。 ( 一) 杜威的问题解决的“五步法” 第一个著名的解决问题的过程模式是由哲学家杜威于1 9 1 0 年提出的。他在我们怎样 思维一书中提出反省思维经过如下五阶段：。 1 情境：即疑难的情境，处于困惑、挫折或意识到困难的状态； 2 问题：即确定疑难的所在，并从疑难中提出问题，包括不太具体地指出所追求的目 的，需要填补的缺口或要达到的目标； 3 假设：通过观察和其他心智活动，并搜集事实材料，提出解决问题的种种假设； 4 推理：如有必要，连续检验这些假设，并对问题重新加以阐述； 5 用行动检验这些假设：进行验证，证实、驳斥或改正假设。 杜威提出的“反省思维五阶段”被后人称为解决问题的五阶段，并被广为引用。 ( 二) 布朗斯福特与斯特恩的问题解决模式。 。杜威著姜文闵译我们怎样思维经验与教育i m 】北京：人民教育出版社，1 9 9 1 8 8 9 3 。高文一般的问题解决模式 j 外国教育资料，1 9 9 9 ：1 9 2 4 1 1 第二章问题解决及问题解决教学概述 自1 9 5 0 年以来，计算机科学和认知心理学家一直致力于开发可用于各种领域的问题解 决方式。其中比较有影响的有纽厄尔和西蒙在1 9 5 6 年设计的问题解决系统“一般问题 解决者”( g e n e r a lp r o b l e ms o l v e r ) ，以及布朗斯福特与斯特恩开发的五步问题解决模式。布 朗斯福特与斯特恩摸索包括：问题识别、问题表征、策略选择、策略应用、结果评价，共 五个步骤。如图2 1 所示： 图2 1 布朗斯福特与斯特恩问题解决模式 1 问题的识别 问题的识别或问题的定义，是指问题解决者必须意识到自己正面临着一个问题。在确 认问题的存在之后，必须正确地定义，弄清楚问题，才能着手解决问题。日常生活、学习、 工作中的许多例子可以证明，问题的识别看起来简单，事实上却是解决问题的一个十分重 要的步骤，也是第一步。做不好就会白白浪费许多时间去解决根本不存在的问题。对问题 的正确识别和定义，需要学生的创造性、坚持性以及避免迅速却十分草率地做出解答。研 究表明影响有效地识别问题的障碍有四个： 缺乏定义问题的经验 在学校情境中，学生面对的问题大部分是定义完善的。因此，学生尽管在学校学习很 长时间，但并没有受到识别问题、定义问题的足够训练和由此获得的相关经验。 缺乏具体领域的知识 在形成图式、使信息获得意义以及理解的建构过程中具体领域的知识与背景知识是十 分重要的。同样，这些知识对于问题解决也非常重要。这些背景知识在同化所学知识，解 决有关问题的过程中起着重要的固着点的作用。( 皮连生，1 9 9 8 ，p 3 3 7 ) 。 在清晰定义问题之前就急于得到解决方案的倾向 这是各年龄阶段的新手在解决问题时有的一个共同特点，那就是在他们清晰地识别出 问题之前就急于找出解决方案，他们往往迅速地对策略做出选择，并固执己见而无视该策 略的无效性。 习惯于辐合性思维的倾向 通常课堂上解决的问题只有一个标准答案，因此这类问题解决要求学生进行的是辐合 性思维，学生把注意力集中在问题的唯一解决方案的寻找上。与辐合性思维相反，发散性 】2 第二章问题解决及问题解决教学概述 思维要求学生努力寻求多个新颖的问题解决方案，即使这一解决方案似乎与原始问题有矛 盾。阻碍学生进行发散性思维的有这样一种称之为“功能固着”的心理想象，即通常习惯 于认为每一物体都只有一种功能。 2 问题的表征 问题的表征可以运用各种变化的方式，如以抽象方法或绘制图表、图片、草图和列表 等方法简化对问题的思考。运用视觉或书面的问题表征方式常常是十分有用的，因为这有 助于在一个大的情境下建构问题的框架并将问题与学习者现有的背景联系起来。工作记忆 的容量是有限的，而许多问题是很复杂的，工作记忆很容易超载。所以将问题置于纸上的 一个优点是可以减少工作记忆的负担。大量试验表明，掌握有关问题类型的知识，能促进 学习者对必须信息的注意和从记忆中提取有用的解决问题的策略从而有助于问题表征的 建构。还要注意在问题表征时，必须对已知信息进行筛选，去除多余的，选择必需的。 3 策略的选择 启发式是一种通用的、广泛运用的问题解决策略。是一种发现问题解决方案的程序， 是一种为获得创造性系统阐述而作为工具运用的技术。它可用于定义完善的问题解决，但 更见诸于人类大量的复杂行为之中，如问题解决、决策过程、概念学习等。通用的启发式 包括从无组织的策略到详细制定的行动计划，有：试误法( t r i a la n de r r o r ) ，手段目的分 析法( m e a n s e n d sa n a l y s i s ) ，逆向工作( w o r kb a c k w a r d ) ，提取类比物( d r a w i n ga n a l o g i e s ) 。 4 策略的应用 策略成功应用的关键是清晰详细地说明和表征问题并选择一个适宜的类比。如果该过 程的起始阶段能有效地完成。那么该策略的运用就其本质而言就是一种常规。如果问题解 决者在运用该策略时遇到困难。他可以反观原始问题或对所采用的策略进行反思。 5 结果的评价 结果的评价给了问题解决者反思的机会，以发现问题解决过程中所犯下的逻辑错误 并理解与问题相关的各个要素之间的关系。实施这一步骤时，教师应该