问题解决法在物理教学中的实践研究

摘 要：本文结合杜威作为问题解决法的教学五步，尝试以“思维五步”为教学基点，进一步探究物理课堂教学中教学五步的实践应用，并从谱教学流程曲、奏情境导入曲、练问题探究曲、唱理念形成曲和踏学生践行曲的“教学五步曲”，讨论了高中物理教学中学生物理认知水平提高的途径。

关键词：教学五步曲；提高；高中物理

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）4-0005-4

1 何为“作为问题解决法的教学五步”

杜威在《民主主义与教育》中指出，学校教授学生知识的目的，不在知识本身，而在学习如何获得知识，指导下一步的经验以满足需求的方法。他认为训练主动的、持续的、创造性的思维能力是教学的主要目的。由此出发，凡“有意义的经验”，总是在思维的活动中进行。每一思维的两端，开始是一个迷惑、纷乱或困难的情境，结果是一个澄清、统一或解决的情境，思维就在这两端之间进行着。在这两端之间，思维的过程经历了五个步骤：1）有疑难的情境引发思维的冲动；2）确定疑难究竟在什么地方；3）提出解决问题的种种假设；4）推断每个阶段所含的结果，看哪个假设能解决这个困难；5）进行实验，证实、驳斥或改正这个假设。基于我国教育的现状——重视教学内容的系统性、基础性，同时容易脱离学生的兴趣和生活实际，我们如何将杜威的教育思想进行中国本土落实是值得深入研究、探讨的问题。

2 物理教学中的五步曲教学实践

笔者一直在物理教学中努力地寻求更好的教学方式以求提高教学实效，本文结合杜威作为问题解决法的教学五步，以教学方法和步骤为侧重点，提出教学过程的五个步骤，重在实践杜威作为问题解决法的教学五步，从而达到教学生如何学习的目的。

杜威提出思维过程“既是组织思想的方法，又是做学问的途径”。因此，思维的方法亦即解决问题的方法。所以，杜威从思维的五步法类推出他的“以解决问题为中心”的教学过程，提出“教学法的要素和思维的要素是相同的”。即：第一步，提供给学生一个真实的经验情境——要有一个使学生对活动本身感兴趣的、愿意继续下去的活动；第二步，从这个情境内部产生出一个真实的问题，作为对学生思想的刺激和活动目的；第三步，学生要通过调用已有知识、查阅新的资料、从事必要的观察来对付这个问题；第四步，学生必须一步一步地形成、提出解决问题的方法；第五步，学生要通过实际活动来检验他的解决方法，使这些方法更加清晰具体，并且检验它们是否有效。

笔者结合杜威思维五步及教学五步，在物理教学实践中探索设计了“谱曲”“奏曲”“练曲”“唱曲”及“踏曲”的教学五步曲，主要流程图如图1所示。

教学五步曲的主要特点是：教学开展从学生当前的实际需要出发，以学生为主体，教师为主导，以表现和培养学生的个性为主要内容，在教学中以学生自由活动的形式进行，注意培养学生的创造性思维能力，最终让学生从自己的活动、自身经验中学习并有所收获。

2.1 基于认知冲突分析，谱好有效的教学流程曲

教师给学生准备一种真实经验的情境，并给予一些暗示，使学生在暗示中产生要了解某个方面问题的兴趣。教师在给予各种暗示时，应依据学生的本能需要和既有经验，换句话说就是需要对学情进行详细的分析。根据学情再进行教学流程设计，内容包括情景导入、情景案例展示、探究活动的设计等。这是一节课的前提与总纲，也是教学过程的预设与浓缩。从流程图就可以一目了然地了解一节课的主要理念等。这一环节是必要的，它可以使教师对每一堂课有一个宏观框架的把握，有利于教师成功地调控课堂，发挥在教学过程中的主导作用。

图2为“楞次定律”物理课的教学流程图，它展示了要达到“学生能够运用楞次定律判断感应电流方向，解决问题”这一教学目标的教学设计。

2.2 明确情境问题指向，奏好有效的情景导入曲

学生在情境中产生一个真实的问题，作为引起思维的刺激物，教师要给学生提供足够的资料，使学生能够解决在情境中产生的问题。俗话说得好：良好的开始是成功的一半。恰当的情景导入是一节好课的关键，它联系学生的生活，引领学生的思维，与学生的情感产生共鸣，使学生在有意无意中走进教师预设的情景，走进思维的殿堂。

教师可以通过一些似是而非的选择设置情境，使得学生用已有的知识和经验无法解决新问题而产生认知冲突。例如，在讲机械能守恒定律前可以创造一个惊心动魄的情境：教师可以把一个大铁球悬挂在教室的天花板上，将它拉至偏离竖直位置，紧靠着自己的头，在学生目不转睛之时，把球放开，球开始运动，下面的学生为教师捏了一把汗，不知道老师能否避过这一“灾难”。教师稳如泰山地站着不动，球摆回时却并没有如学生预想的那样碰到教师的头。这一场面吸引了学生，也在惊心动魄中与学生的认知结构产生冲突，使得学生情不自禁地去思考其中的奥妙，为实现自我调节注入了动力，从而为讲授机械能守恒定律做了一个良好的开端。

2.3 提出解决问题的假设，练好有效的问题探究曲

学生从资料的应用中产生对解决疑难问题的思考和假设。要想达到这个效果，笔者认为有两点是最重要的：第一，选择的案例情景能否吸引学生的注意力和是否贴近学生的生活，能否引起学生情感上的共鸣；第二，所设计的问题是否能激发学生的思维。教师如果在这个问题上作具体说明，提出问题的设计让学生有话可说、让学生思考后再说、让学生有话想说、让学生主动来说，也就是说要杜绝假问题、模糊问题，不停留在形式上参与，而是思维上的、更高层次的参与。这不是对杜威教学法的更好的运用吗？

例如，在讲解竖直面圆周运动轻绳模型时，笔者设置了一个爆胎情境问题：某一天某人开了一辆六年未换过轮胎的汽车自驾去风景区旅游，经过一下坡路，由于景区内游客较少，司机一个兴奋就加速冲下去，刚到坡面底部紧接着要上升时，突然之间爆胎了。请问这是为什么？问题抛出后学生心中有一个生活化的具体情景，他们愿意集中注意力去认真思考与探索问题，从而激发物理思维。

又如，在一次习题课教学中，笔者结合学生对机械能守恒定律、运动的合成与分解以及圆周运动的认识，透析到大部分同学不会考虑多过程运动衔接时的能量是否损失这个问题，在此基础上设置了如下例题。

例1 一轻绳长为L，其一端固定，另一端接一质量为m的小球，把小球拉至与轻绳结点水平面高为h处，此时轻绳与结点水平面夹角为θ，如图3所示，然后自由释放小球，问小球运动到最低点时所具有的动能？

绝大部分学生认为此题小菜一碟，以为小球在下落过程机械能守恒，故列出机械能守恒公式：1/2mv2=mg（h+L），解答后也有大部分同学脸上露出轻松得意的神情。然后，教师解述：实际上，在小球从初始位置落到结点水平面下h处的过程中做自由落体运动，绳子不绷紧，但在绳子绷紧的瞬间，小球有能量损失，损失来源于轻绳对小球做功。那么，机械能守恒吗？学生在这时有所躁动，教师接着讲解：正确解答应该是对小球在结点水平面下h处的速度进行分解，而接下去小球做圆周运动，即径向的速度在轻绳绷紧瞬间损失了。这样不难算出损失的机械能，从而得到正确的答案。此时，认为稳稳做对的同学都重新投入到解题中，马上有学生做出了正确答案。由此可见，物理教师设置的问题应该对学生产生思维冲击从而激发学生思维。

2.4 通过理性分析与推理，唱好有效的理念形成曲

在解决了一个问题或一类问题后，教师往往会不厌其烦地给学生总结归纳解决问题的知识、方法等，并使这些方法上升到知识理论高度。但高度总结概括的理论对于学生而言缺乏亲切感，所以，不妨让学生自己负责把设想出来的解决问题的方法加以整理和排列。这一环节是必要的，在师生共同参与、共同探究的基础上，应形成正确的理念，包括知识、能力、情感态度价值观，比如复述、演示、归纳板书等等。

在学过高一必修一第三章《相互作用》后，对于力学问题的基础性学习已经告一段落。此时，教师在嘴边说的最多的一个词是“受力分析”。学生在解相应力学问题时也知道要做好“受力分析”，但他们在解题的方法上还不能形成较完整的系统性。例如，画力不全，画力不正确等是最容易出现的问题。此时，教师应重视引导学生主动去归纳总结“受力分析”的程序化：①确定研究对象；②按照重力、弹力、摩擦力以及其他外力的顺序依次画出情境中存在的力的示意图；③画完力之后需要对力进行处理，处理包括力的合成和分解两种；④对于平衡状态列平衡方程，非平衡状态列动力学方程；⑤计算求解。

例2 如图4所示，将质量m=0.1 kg的圆环套在固定的水平直杆上，环的直径略大于杆的截面直径。环与杆间的动摩擦因数μ=0.8。对环施加一位于竖直平面内斜向上，与杆夹角θ=53 °的拉力F，使圆环以a=4.4 m/s2的加速度沿杆运动，求F的大小。

根据学生自我总结出来的受力分析程序，按步骤对该题进行解答，在解决上题过程中让学生自主地去体会受力分析其实就是一种“傻瓜操作”的理念，从而增强学生学习物理的信心。

2.5 明确问题结论，踏好有效的学生践行曲

在学生学习了某个物理规律通过自己的总结进行提升后，教师需要引导学生并为学生提供验证平台，验证学生自我提升的理论或假设是否正确或合理。为了验证这些理论或假设的价值，学生要根据这些假设亲自动手去做，在做的过程中，自己去发现这些假设的真实性和有效性。这与杜威的“验证假设”是一致的。杜威主张学生“在做中学”，通过各种活动让学生在做实际的事情中，获得各种知识、经验并提高能力技能。可以培养和发展学生的观察力、想像力、创造力、解决问题的能力以及实际动手操作的能力，甚至可以培养学生的道德观念。而良好的动手能力的训练在高中物理课堂教学中体现在实验中，唯有实验才是检验真理的恒定标准。因此，教师必须重视物理实验的开发，多结合生活实际设计出贴近学生而又值得学生自己动手做的实验。

例3 一根长0.1 m的细线，一端系着一个质量为0.18 kg的小球，拉住线的另一端，使小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，使小球的转速很缓慢地增加。当小球的转速增加到开始时转速的3倍时，细线断开。线断开前的瞬间受到的拉力比开始时大40 N，求：1）线断开前的瞬间，线受到的拉力大小；2）线断开的瞬间，小球运动的线速度；3）如果桌面高出地面0.8 m，求小球飞出后的落地点与O点的水平距离L。

求解本题中，学生常在第3问受阻，最根本的原因就是没能建立如图5所示的物理情境。这里可借助鲁科版教材第4章《圆周运动离心运动》一节课后习题提供的情景，就可以模拟演示上题中的类似情境：一把打开的雨伞边缘半径为R，且高出水平地面h。当该雨伞以角速度ω旋转时，雨点自边缘甩出落在地面上形成一个大圆。试求该圆的半径。

其实这一物理情境，离学生的生活并不遥远。当雨天撑伞时，雨伞上有雨水，会看到有学生把伞旋转，甩掉上面的水滴，水滴从伞的边沿飞出，其运动情景就和该题中的一样。为了帮助学生构建这样的物理模型，让学生自己找来一把雨伞，弄湿，重现学生甩雨滴的过程，让学生观察水滴落点到伞中心在地面上投影的距离，然后转至上题，让学生尝试画出如图5所示的运动情景图。图画出来后，问题自然迎刃而解了。使学生学习物理知识有亲切感和现实感，不仅能激发学生的学习兴趣，验证了物理理论知识，也丰富了物理课程的形式。

3 结 语

由各个方面的验证我们可以看出，杜威五步教学法的理论基础包括了哲学观与心理学观，重视发展人性，激发智慧。笔者结合杜威作为问题解决法的教学五步而设计的谱教学流程曲、奏情境导入曲、练问题探究曲、唱理念形成曲和踏学生践行曲的“教学五步曲”，良好地检验了五步教学法有较强的实用性。在今后的教学实践中，笔者也必将进一步借鉴并将其加以完善，以提高学生学习物理的能力。

参考文献：

[1]保宗悌.普通高中课程标准实验教科书物理必修1[M].广州：广东教育出版社，2005：58—66.

[2]黄晶.利用教材习题开发物理实验，提高教学效率[J].物理教师，2015，36（1）：18—20.

[3]郭小玲，张军朋.目标导向式物理课堂教学设计——基于加涅的学习理论和教学原理[J].物理教师，2014，35（8）：2—4.

[4]王精国.初探顺应认知发展理论的物理教学模式[J].物理教师，2014，35（7）：30—32.

（栏目编辑 赵保钢）