影响高中生物理问题解决因素的探究

徐永山

一、物理问题及物理问题解决

1.什么是物理问题

“物理问题”既具有一般问题的共性又兼具物理学科的特色，它指的是利用物理知识（物理现象、概念、规律和假说）或物理思维方法才能解决的问题.这些问题能够激发学生的探究欲望，使学生利用已有的知识通过逻辑思维、形象思维、灵感思维主动地建构新知识.它应满足以下三个特性：可接受性、障碍性和探究性 .可接受性是指让学生思考的问题应在学生的物理知识和思维能力范围之内，能在学生的最近发展区激发学生学习兴趣；障碍性是指学生不能直接运用现成知识或经验得以解决，必须经过深入的思考运用物理知识或思维方法才能得到答案；探究性是指能够激发学生的探究兴趣，能够引发学生的思维走向物质的本质.

结合于实际教学物理问题应有目的的指向于需要学习的物理概念、规律和方法，要使问题携带明显的“物理”特征，而且问题要切合学生的学习“需要”、满足学生的学习心理“需求”.

2.物理问题解决

美国人安德森（Anderson ）认为问题解决的过程是问题解决者克服障碍从问题的初始状态出发，以实现目标状态的过程，而问题解决的效果取决于问题解决者认知活动的紧张性和质量.就物理问题解决来看，应该关注具有一定难度的、需要一定程序和方法才能完成的过程性物理问题，因此，问题解决可以定义为有目的指向性的认知性操作序列.物理问题解决是一种高级形式的物理教学和学习活动过程，是一个发现、探究、解决和创新的过程，是在新的物理情境中思考和探索问题，努力寻找相关的概念、规律、方法去解决某一物理问题的心理过程.物理问题的解决需要认知主体主动、灵活的运用一系列的复杂认知技能，以实现物理解决能力和思维水平的综合提升.

二、影响物理问题解决的因素

高中生解决物理问题的能力水平受诸多因素的影响.主要的影响因素有以下几种：

1.物理认知结构

认知结构是个体原有观点的全部内容和组织.每个个体的知识都是以独特的方式组织的，从而构成了他们不同认知结构.良好的认知结构对于问题的表征和策略的采用都起十分重要的作用. 物理知识结构是物理学习内容中的基本概念、基本规律、基本观念和基本方法的组织形式和相互联系. 学生在物理学习的过程中常常出现“一听就懂、一看就会、一做就错”现象，究其原因在于解决物理问题不是简单应用已有的知识的（更有甚者死记硬背、生搬硬套）过程，而主要是对物理信息与物理认知结构间进行加工、组合的动态过程.在此过程中学生不仅需要考虑物理问题所涉及物理概念、原理、方法的内容及它们之间形成的联系，还要考虑物理概念、物理规律的正确的数学逻辑表征，解决问题时这些都需要学生独立完成，从思维难度上说远比“听”、“看”难的多，学生在自己独立解决问题需要用到复杂的逻辑判断和推理.当学生头脑中有与之相对应的知识组块，问题将很快解决.当学生头脑中没有现成的合适知识组块时（即新问题），就需要从基本的概念、定理或定律入手通过物理思维方法把物理信息进行重新加工，生成新的物理知识组块储存与认知结构中，这样使得物理认知结构更加贯通、丰富和具体.解决物理问题能力就是体现在解决“新问题”的能力，要求能灵活的运用知识，面对新问题时要有重新组合知识、生成新知识组块的能力.当然这种能力的提高必须依赖于完善、联系紧密的认知结构的建立，所以学生的认知结构完善程度将很大程度地决定着其解决物理问题的能力.

2.物理思维能力

思维是物理智力活动的核心，一个人思维能力的高低将从根本上决定着其学习、获得物理知识及运用物理知识解决问题的能力.物理思维能力主要包括：物理抽象能力、物理概括能力、物理判断推理能力、物理分析综合能力.

（1）物理抽象能力 在解决物理问题中，需要通过思维中的抽象，抓住主要因素忽略次要因素，把实际问题转化为典型的物理问题或物理模型.因此抽象是物理学习中一项基本的能力.

（2）物理概括能力 找出一类事物的共同特征需要概括，认知结构的重新组合需要概括.概括可以使学过的知识和掌握的经验按其各自的特征进行分类并归纳到一定类别的系统中，使得它们更加清晰、有序，形成完整的物理认知结构.学生的概括能力越高，就越能揭示以前没有认识的同类新对象的实质，并将新对象纳入到认知结构中，从而实现知识的顺利迁移.

（3）物理判断推理能力 物理学习中判断首先表现在对物理概念合理性的判断，其次表现在实际的问题情境中判断其是否适用某一定理、定律或相关表达式.推理有归纳、演绎推理和类比推理三种.归纳推理是从一系列具体的事实中概括出一般原理的思维方法，物理中通过实验观察而得到的物理规律，一般都是归纳推理的方法.如：产生电磁感应条件、法拉第电磁感应定律、楞次定律等都用到了归纳推理的方法.演绎推理是一种必然性推理，它是从一般到个别的推理.在物理学习中演绎推理是由已有知识产生新知识的重要方法，它的演绎基础是已经被实验证实的物理原理，演绎出的推论是否正确还需要实验的证实，所以物理中演绎推理是需要以实验为基础的，如“月-地检验”.类比推理是一种或然性推理，当发现两个事物在某些属性上相同或相似时，而推理出其他属性页可能相同或相似的间接推理方法.类比推理是一种从个别到个别的推理，其结论的可靠程度需要实验来验证，它是一种具有启发性、探索性的推理方法，如：由“光的波粒二象性”类比得出“实物粒子的波粒二象性”.

（4）物理分析综合的能力 物理分析综合能力是指一种综合性分析物理问题的能力，即在整体考虑下把问题分解局部进行研究，再把各部分组合为整体，综合运用各部分物理知识得出正确结论的思维能力.①分析能力，物理现象和过程往往受各种因素制约，这些因素相互牵制又相互渗透，只有将它们隔离开来逐一进行分析，才能更加清晰的揭示这个因素与研究的现象和过程的关系，以便得出制约物理现象和过程的本质因素，例如，在探究实验中经常用到的“控制变量法”.②综合能力，物理学习中还需要学生拥有能从整体全面的综合分析各种因素的能力， 如有些物理问题研究的过程同时会涉及不同物理板块知识（力学、电磁学、热学、光学等），这些知识跨度大，学生头脑中没有现成的知识组块或物理模型，必须在头脑中进行检索、提取并重新组合相对应的物理知识，通过判断、演绎、类比、数理结合等思维方法找到各个物理组块知识之间的联系，由此看来这样的问题只能靠综合分析才能得到解决.

3.认知障碍

在特定的具体物理问题情境中，常常会出现不利于问题解决的心理影响，它们是无意识的表现出来的，有心理原因、有智力因素、也有非智力因素，现以以下三点来分析.

（1）因物理学科自身因素造成的障碍.

物理本身比较抽象、难懂，容易使一些成绩不理想的学生丧失学习物理的兴趣，而造成兴趣障碍.其次由于物理问题的解决需要复杂的物理思维，物理问题包含着多种因素的问题，有的是显性因素，有的是隐性因素，而隐性因素在某些时候起到指导作用，有时又起到干扰作用.学生由于不具备对待隐性因素的心理适应能力，缺乏判断是指导作用还是干扰作用的能力，从而造成对隐性因素的错位理解，导致思维的障碍.所以在教学中必须注意引导学生仔细的识别物理现象、物理过程，让学生学会全面的分析物理过程，深入挖掘隐藏在问题中隐性因素.

（2）学生自身因素造成的思维障碍.

学生的思维品质缺陷形成思维障碍，主要表现在：其一、思维片面性，学生在学习物理过程中不能全面的分析问题，只对事物的局部进行了解，没能从整体上进行综合分析，只是满足于对事物的一知半解；其二、消极的思维定势引起的思维障碍，在物理学习过程中，定势思维有积极的一面，也有消极的影响.消极的定势思维是指学生不自觉地把一种固有的思维方式“刻板”迁移到解决的物理问题中，限制了思维的活性；其三、逻辑思维引起的障碍，学生在学习物理概念和规律前，在头脑中就有相关的“前概念”，有些前概念对概念、规律的形成起到消极的作用，如亚里斯多德的关于力与运动的观点“力是维持运动的原因”一直伴随着高中生学习.

（3）以数学形式代替物理思维引起的障碍.

物理问题的处理是离不开数学的定量研究的，然而学生在头脑中建立的数学概念以及对数学问题的处理方式会在一定情景下迁移到处理物理问题中来，运用了绝对化、脱离物理意义的数学方式去解决实际的物理问题，这样反而对物理问题的处理起到了干扰作用.所以教学中要认识到让数学成为处理物理问题的工具，而不是用纯数学的方法去处理物理问题.endprint