普通物理实验教学中的“提出问题”

王 震,丁永文,杜 木

(辽宁师范大学物理与电子技术学院,辽宁大连116029)

1 引 言

本文所涉及的“问题”,有其特定的科学内涵,由认知心理学、教育心理学原理可知,“问题”是指在目标确定的情况下,却不明确达到目标的途径或手段.运用自己的已有知识去成功地寻找达到目标的手段或途径的过程,就是“问题解决”[1].所有问题都含有3个基本成分:

1)给定.一组已知的有关问题条件的描述,即问题的起始状态.

2)目标.有关构成问题结论的描述,即问题要求的答案或目标状态.问题解决就是要把问题的给定状态转化为目标状态.

3)障碍.正确的解决方法不是直接的、显而易见的,必须通过一定的思维活动才能找到答案,达到目标状态.如果没有障碍,问题解决实质上成了回忆,而不是真正的思维过程[2].

任何一个真正的问题,都是由这3个成分组成的.问题的条件和目标之间有着内在的联系,但是要把握这种联系,其间存在着障碍,需要进行思维活动.因此,在最终的问题解决之前,可能会有一些错误和曲折,要经过许多的步骤.大学普通物理实验课是大学生接受系统科学实验方法和实验技能训练的开端[3],也是学生日后进行综合性和设计性实验的基础.综合性与设计性实验的内容从问题的提出到问题的解决,都需要学生具备较好的思维能力.发现问题、提出问题,是解决问题的前提,也是创造性思维的重要组成部分.实验离不开思维,依靠思维设计实验方案,依靠思维分析实验结果,依靠思维进行严密的推理,依靠思维总结物理理论等[4].我们在对学生进行基本实验训练的同时,要展开对学生思维能力的培养.

2 思维与提出问题

2.1 实验教学中学生思维上存在的不足

笔者通过实验教学以及学生在课堂上的表现,发现学生思维上存在的不足主要表现在:实验思路不清晰,对于实验中要做什么、该如何去做、应该得到什么现象,没有清晰的思路;思路过于局限,除了教师讲的思路外,很少再去思考其他思路;不善于运用物理思维的基本方法,如比较、抽象、概括等方法来思考问题;思维时常处于无问题的意识,缺少主动发现问题的精神,很少或几乎没有向教师和同学提出过问题;缺少对思维过程的自我检查和自我调节,表现为过多地把功夫用在仪器的操作上,习惯于用反复尝试错误的方法来解决问题,总是在遇到问题时才寻找原因;不能主动地对实验结果进行自我评价;不善于反思实验中的收获和教训.学生思维上存在的这些不足与学生理论知识的掌握程度、学生的学习动机、教师的教学方式等多方面有关,我们认为教学方式是影响学生思维发展的一个重要方面.

2.2 实验教学中的提出问题

思维总是与问题联结在一起,问题是思维发展的动力.以往的实验教学中,教师常常只注重让学生去做实验,遇到问题时再进行指导,而较少会去考虑精心地设计、提出一些指向学生思维的问题.在我国,早在两千多年前,孔子就提出“疑是思之始,学之端”、“学而不思则罔,思而不学则殆”,他要求学与思要相结合,高度评价了问题在思维活动中的重要性.可见与思维联结的问题需要具有一定的难度,能够引起学生的认知失衡,需要经过仔细思考才能够解答的疑难或矛盾.而一些只需要简单记忆检索或没有重要认知成份参与就可解答的问题,如“实验预习了吗?”“测得的数据是多少?”等,这类问题难以促进学生思维的展开,不是认知心理学所特指的“问题”的概念,以下所论述的“问题”,均为认知心理学中定义的“问题”概念.

在实验的课堂上,我们把提出问题作为一种有效的教学活动,通过有意地提出问题,让学生思考、设计和解决,教学的主要目的是对思维的训练,同时学生也逐步地学会了在探究的情境中提出问题,使提出问题又成为了学生的一种学习活动,促进了自身思维的发展.下面就以普通物理实验中全息照相术实验为例,谈谈提出问题对学生思维培养所起到的积极意义.

3 提出问题对学生思维能力的培养

3.1 提出问题有助于触发学生注意的唤醒水平,启动思维

唤醒水平是一种一般的警觉程度,能使我们的注意系统活跃起来,去接受知觉的输入.思维的进行离不开注意,注意使思维集中地指向认知活动的对象[5].心理学的实验证明[5],适度的唤醒水平能使学生的注意力集中,思维灵活运用,容易发现事物的关键线索,解决问题.为此,我们在教学中提出难度适宜,具有新颖性和独特性的问题,让学生保持高度的唤醒水平,投入较多的注意资源,调动思维积极参与来解决问题.例如,照完全息片后,教师问学生,如果3个照相底片混在一起,其中一个是全息照相片,一个是光栅常量大的光栅片,一个是光栅常量小的光栅片,在不利用参考光和显微镜的情况下,如何分辨这3个片子各是什么?这个问题既联系到当前的实验,又涉及到学生已经学过的有关光栅方程的理论知识,难度适宜.而且从3个相片在感知水平上看完全相同,这对学生来说更具有浓厚的吸引力.学生此时增加了注意资源的投入,思维内部会产生一种自我刺激、自我发展,促进已有知识的提取,来解决问题.

3.2 提出问题有助于促进学生思维的层层深入

在实验教学中,常常会把实验内容中关键性的、难于理解的问题分解为一个个小问题,一环扣一环地提出问题.分解后的小问题,会变得简单、层次清楚,有益于学生运用比较、判断、推理等思维形式解决问题.在教师提问的过程中,学生的注意力集中,大脑皮层处于活跃激发状态,对事物感受性提高,思维表现出更为深入地、逻辑清晰地思考问题.例如,全息照相的重点是需要学生在对干涉原理理解的基础上,正确地调出物光束和参考光束的相干光束的光路.实验中,先让学生动手调节光路,待学生调节了一段时间,头脑中对光束有了感性认识之后,我们逐步地提出问题.比如,一个好的干涉光路需要满足哪些条件?为什么要满足这些条件?你是否弄清楚了仪器台上各镜的性质?具体如何调节光路?如何检查和判断光路已经调好?教师提出的这些问题向学生展示了一个清晰的调节思路,既要求学生善于把握住光路调节的本质,又需要学生联想到已经学过的干涉原理,弄清楚仪器台上各镜的性质,还需要学生运用判断、推理等思维形式来检查和判断光路.问题的运用对思维的刺激程度远超过了教师的一般讲解,让学生的思维得到深入地发展.

3.3 提出问题有利于发挥学生思维的独创性

美国创新思维学者迪伯诺曾言:“思维的目的不在于求正确,而在于求有效.”对于同一个问题,教材中一般只介绍一种解决问题的方法,但为达到解决问题的目的,其中可能隐含着多种方法.教学中我们引导学生不依赖于现成的说法,鼓励学生要善于采用新的思维方法来理解问题,发表不同见解.

教师在能引起学生发散性思维或学生认识上易发生矛盾、有争议性的地方设计好问题,组织学生讨论.在参与学生的讨论时,教师主要是倾听学生的思路,对学生的回答要暂缓评价,以促进学生们踊跃发言,借此引出多种想法.我们发现在讨论中,学生们会有意识地注意到他人的思维过程,体会思路上的差异,正确地评价别人和进行自我评价.例如,拍摄完全息光栅片后,学生认为完成了任务,没有学生再对片子做更进一步的探究.此时教师提出问题,有哪些方法可以测量光栅片的光栅常量?问题的提出对学生的思维具有一定的拓展性,诱导学生进一步地探究.在这个问题的激励下,学生又进行了独立思考,提出了多个新颖的测量方法,体现出了思维的独创性.

3.4 提出问题有利于学生对思维过程的监控

在整个实验过程中,精心设计具有启发性的问题,将实验的原理、思想、方法自然而然地渗透到问题中.学生会边操作边思考,有意识地将自己的思维活动作为思考的对象,不断地对其进行反思、调节和修正.比如,学生认为光路已经调节好了,让教师检查光路,教师肯定了学生光路调节得还不错.就在学生自以为结束时,教师发现2束干涉光强度不够,便不失时机地提出问题,你认为你的光路能得到好的全息图吗?学生在问题的启发下,依据光路调节的要求,重新审视自己的操作,体会出要想得到好的全息图,干涉光束应强些.如何使光束变强?该怎么改进?学生学会了向自己提出问题,重新动手调整光路.教师反思性问题的提出,使学生自觉地进行反省.解决问题的过程中,学生还学会了向自己的思维主动地提出问题.

3.5 提出问题能促进学生问题意识的形成

爱因斯坦的一段话[6],“提出一个问题比解决问题更重要,问题的解决可能只是涉及数学或实验技能,但提出新问题、新的可能性或从新角度来关注旧问题,则需要创造性的想象,常常标志着科学的真正进步.”有问题意识才会有积极主动的思维,课堂上有强烈问题意识的学生,能随时感受和发现认知活动中存在的问题,他们多数表现为好问、深问的思维特点.而有的学生只停留在回答教师提出的问题上,不会质疑,说明这些学生还没有学会思考.要学会思考,就要养成提出问题的习惯.

在探究规律的过程中,养成提出问题的习惯,这个习惯是一种良好的思维习惯[7].比如,在实验预习时,学生就应该向自我提问,为了能顺利地完成实验,需要复习哪些知识?实验需要的技能掌握得熟练吗?实验过程中问自己,清楚自己的每一步操作吗?调节出的光路和要求的情况进行对比分析了吗?该如何调整?实验结束时问自己,实验结果怎么样?弄清楚了全息照相的基本思想了吗?全息照相与普通照相的区别是什么?学生需要逐步地具有良好的提出问题的意识.我们精心地提出问题,启发学生思维的同时,鼓励学生提出问题.学生经历思考的过程,会逐渐地形成问题意识.

4 几点建议

4.1 实验教师的教学观念

观念影响着人们的行为,实验教师的教学观念会影响教师对这门课的理解以及所采取的教学行为.以往的实验教学过多地强调学生“做”实验,而不是强调学生“学会”做实验.由于教科书对实验的目的、内容、方法、步骤乃至记录表格都一一俱全,学生做实验大都是机械式地进行,独立思考问题的时候很少,这就在不同程度上束缚了学生思维的发展.在教学观念上,教师应该把“提出问题”看作是一种有效的教学手段来运用.

4.2 教师提出的问题

教师在课前需要精心挑选问题.教师提出的问题,要具有较强的探究性,好的问题能够激发探求意识;问题要有一定的启发性,有利于学生掌握有关的实验基本理论知识和实验的思想方法;问题要有一定的发展空间,能引发学生提出新的问题和多方面的思考;问题难度要适中,问题过于简单,不富有挑战性,只需要较低的唤醒水平就可知觉到,不能激发学生的求知欲.问题过于复杂、抽象,需投入较高的唤醒水平,学生寻不到问题的线索,易形成认知障碍.面对问题难于解决所产生的过度紧张,会将认知障碍转化为情感障碍,使学生对实验课产生厌恶情绪.因此,教师要不断地提高提出问题的能力.

4.3 学生进行思维学习

实验不只是一种知识学习,更是学会思维方法的一种学习活动.教师要积极地鼓励学生对思维活动进行自我监控,要让学生意识到自己正在做什么、怎么做的,形成思考的习惯.教师可以采用提示语,例如:你为什么这样做?你这个方法可行吗?下一步你要做什么?你的实验结论怎么样?让学生把认知活动自觉地指向思维本身,培养学生的问题意识.

5 结束语

综上所述,我们在普通物理实验的教学中,融入以“提出问题”为主的教学策略,感受到了问题在学生思维活动中的重要性,问题能深化学生的思维,能充分地调动思维积极、主动地参与当前的认知活动,同时促进了学生问题意识的形成,有效地推动了认知成分中思维的发展.

[1] 张大均.教育心理学[M].北京:人民教育出版社,2002:154-156.

[2] 王甦,汪安圣.认知心理学[M].北京:北京大学出版社,1992:277.

[3] 韩金元,桂维玲.普通物理实验研究型教学探索[J].山东师范大学学报(自然科学版),2008,23(3):140-141.

[4] 田世昆,胡卫平.物理思维论[M].南宁:广西教育出版社,1996:8.

[5] 李维.认知心理学研究[M].杭州:浙江人民出版社,1998:118-119.

[6] Einstein A,Infeld L.The evolution of physics[M].New York:Simon&Schuster,1938.

[7] 王少刚,刘仁培.开发综合性实验培养创新能力[J].实验室研究与探索,2009,28(9):117-120.