初中生解决物理原始问题能力的调查、分析和思考

陆亚东 何季军

（南通市北城中学，江苏 南通 226500）

现代科技生活要求学生准备好学会应对现实中的问题，其中涉及到学生的高级思维能力，创造力，沟通、创新、协作能力，批判性思维和解决问题的能力.为了更好地引导学生走向生活，面临社会与生活的挑战，教师应该密切关注到学生提出问题、思考问题以及解决问题能力层面上来，以学生为中心的学习为学生提供了更大的机会.抛弃纯粹的机械化的概念学习，转向鼓励学生进行协作学习，打开对话并鼓励他们通过有效的方式进行批判性思考，学会对复杂的情境或问题以建模的思想加以解决.而这些问题的最佳呈现方式必然是原始物理问题.

1 初中生解决物理原始问题能力的调查和分析

原始物理问题解决是对感性和理性认知过程的总结，因此它提供了合理的解决方案.换句话说，对原始物理问题的解决，需要从提出合理问题开始，然后结束解决方案.解决问题可以通过体验或领悟的形式来完成.体验是提出问题、设计方案和执行方案的一种方式，学生可以通过这些过程提高解决问题的思维能力.解决问题的过程需要几种技能，包括合理计划，解释相关联的信息，使用合理科学方法，检查并反馈结果，尝试策略并愿意接受他人和同事的帮助.解决问题的策略包括4个步骤：了解确定问题的构成并会描述各个构成因素之间的因果关系，计划和确定解决问题的解决方案，分析反思解决问题方案以及评估解决问题的步骤.根据初中物理教师的访谈显示，绝大多数学生可以根据概念回答问题.但是，在回答有关概念在生活中的应用的问题时，他们总会遇到困难，难以在日常生活中应用科学概念.根据Sugiarto进行的研究，学生很难在日常生活中应用概念，这是说明学生在解决原始物理问题能力方面表现缺失.根据物理原理问题的解决策略，将解决物理原始问题的能力和各项指标呈现在表1中.

表1 解决原始问题的能力和指标

1.1 研究方法

该研究采用描述性定性研究来分析某省某市一所普通初中九年级学生解决物理原始问题的技能研究的结果.根据最近一次期末调研考试的分数，确定本研究的对象是200名具有低，中和高认知能力的学生.该调查问卷中包含5个问题，代表每个解决问题的指标，并且已经通过大学物理教育专家的验证.使用的问题采用描述的形式，测试结果的评估使用评分标准1-4分对结果进行分析和分类（表2）.解决原始问题技能的百分比计算使用以下公式：

表2 标准评估

其中SM=最高得分，R=获得的原始值，NP=预期百分比值.

1.2 结果与讨论

图1显示了该校初中学生在物理学习中解决原始问题技能的测量结果.

图1 初中生在物理学习中解决原始问题技能的测量结果

确定问题的构成包括理解问题的组成部分，基于数据或关联事实以及确定问题的公式或问题.在本研究中，确定问题的方面分为两个指标，分别是确定问题的构成和描述问题构成的因果关系.讨论的问题是城市面临的日益复杂的光污染问题.设计该问题的目的是通过问题激发和鼓励学生去学习光学相关的知识，训练学生去思考，提问和分析，直到找到正确的解决方案为止.根据发现问题的指标进行问题解决测试的结果是68.00%和62.00%，这表明它属于中等层次.在确定并分析问题的结果显示，在对学生进行解决问题的能力测试的所有项目中，其得分最高.进一步显示，通过两年多的学习，学生可能已经学会从现象通过对比或类比寻找并确定要研究的问题.通过观察该指标上学生的答案，结果是大多数学生都从给出的文本情境中获取他们的答案，也就是能够抽象并概括出相关问题.从该结果可以得出结论，学生的认知能力已经得到非常大的提高，已经学会利用对比或类比分析的方法总结归纳并提出较为合适的问题，并能将问题的构成要素进行因果关系的描述，但逻辑不够严谨，问题的叙述也仅限于问卷中所提供的文字.

解决问题首先需要制定计划，也就是设计与面临的问题有关的一些想法或解决方案.该指标的结果表明，学生在设计解决问题方案以解决问题方面的技能仍然很低.学生的答案仅限于常识和经验，或者不太具体.它表明学生在寻找解决问题的潜在解决方案方面的能力仍然很低.该陈述基于测试百分比得分54.00%.在课堂上的观察结果表明，学生解决问题的能力远非短期能够得到提高的，必须通过系列培训学生才能帮助他们找到解决学习活动中问题的方法.教师在平时的教学过程中，应该主动带领学生设计学习活动，以阐明日常问题中的所遇到的物理概念.教师设计学习活动，鼓励学生讨论一些可能的解决方案来解决问题.教师可以帮助学生确定这些解决方案能否在短期或长期内解决问题，从而使学生获得最有效的解决方案.在通过对学生进一步问卷调查可以知道，学生无法制定计划，设计相关的活动方案最主要的原因是学生缺乏建模的能力，情境中的次要因素反复干扰学生的思维，导致活动方案的设计无法进行下去.

通过确定与问题相关的逻辑和相关解决方案的指标来应用解决实验方案的方面，比其他指标的百分比要低.在测试中观察到的结果表明，学生很难确定解决方案，因为教师几乎没有教过他们从问题开始的学习，即使偶尔有之，也不过是教师照本宣科：问题是假问题，解决方案也不过是书上的文本罢了.因此，久而久之，学生倾向于只关注文本，因为他们不习惯面对问题并找到解决这些问题的解决方案，当然不能够发展出解决问题的思想.结果还表明，学生还没有更高层次的思考能力.

通过分析反思解决问题方案的影响这项指标评估结果我们可以看出，该指标的百分比结果为低层次，仅为36.00%.结果表明，学生无法对所确定的解决方案加深了解，也就是学生没有使用逻辑思维来预测使用该项解决方案对解决问题的影响.他们甚至不会在实验活动完成之后对实验方案进行回顾反思，审视自己在制定完成解决问题中的不足或优势所在.该项指标评估的结果以及对学生回答问题的障碍进行的面谈结果表明，学生发现困难是因为他们忘记了理论，并且对所提问题中的重要事项较少关注，因此他们的答案可以说牛头不对马嘴.这个结果表明，学生只专注于文本，因为他们只是通过简单的记忆来学习，而没有经过训练来解决学习活动中的问题.学生仅认识到问题和概念，但难以实施和评估相关解决方案.许多学生没有意识到并对如何运用他们的知识和概念来解决问题感到很困惑.因此，学生需要经常练习，以便能够应用并反思概念.

2 关于初中生解决物理原始问题能力提高的思考

2.1 情境体验引发学生提问

解决问题的技巧可以通过反复对学习中的概念和知识理解来训练.概念理解可以通过旨在提高学生思维能力的情境学习来完成.在课堂上，教师积极组织学生活动，在自主科学活动中能够自然生成问题，促使学生对提出问题和解决问题产生浓厚的兴趣.

案例.在学习凸透镜成像规律的知识时，教师可以采取以下活动：取一只透明的圆柱形玻璃杯，在杯子后面适当距离放上一个卡片，卡片上画有几个箭头，如图2所示.让学生透过玻璃杯观察卡片上的箭头.逐步向杯中加水，透过水所看到的箭头方向变反了，学生会觉得非常意外：有了水怎么看到的箭头会变反，同时与没有透过水所看到的箭头形成非常显著的对比.逐步将卡片靠近，卡片上的箭头会变模糊不清；卡片继续靠近，卡片上的箭头似乎又变成和没有透过水所看到的箭头方向一致了，但是，似乎箭头变粗了.通过这个活动，学生会意识到看到的箭头是透过玻璃杯所成的像，这个像的大小、正倒与物体到玻璃杯的距离有关.于是便会产生“究竟它们的关系如何”这一问题了.由于这个问题是学生自主活动生发出来的，学生也会乐于接纳，并产生解决问题的强烈欲望了.

图2

学生作为初学者，由于他们的认知水平有限，对课题的关注点与重难点不一致，再加上对问题的表述能力有限，提出的问题往往比较杂乱无序，逻辑不清.所以教师在训练学生达到这一层级要求时，建议逐步提高要求，循序渐进.可以先以小组为单位，提倡学生通过小组讨论协作提出问题.教师在适当时候，应该予以指导.比如，可以帮助学生理清问题的各个要素之间的逻辑关系，帮助学生将模糊肤浅的表述提炼精简.这样就可以把原始物理问题抽象概括为精练的物理问题了.

2.2 深刻体悟提高解决问题能力

通过学习活动可以提高解决问题的能力，学生可以利用以前学过的知识来阐述新知识，要求学生在活动中提高解决问题的能力.鼓励学生发挥创造力，做出决定，进行批判性和分析性思考，以期使学生能够轻松地找到解决问题的方法或解决生活中的问题的技巧.在科学活动中，回答描述性问题主要运用经验方法，即通过观察实验、调查考察等手段，获取关于事物的有用信息.回答解释性问题需要对所获得的信息进行理性的加工，即运用比较分析、抽象概括等方法，透过事物的现象认识事物的本质.而回答操作性问题，则是设计对认识方法的选择.好的方法既有助于对事物建立全面而准确的感性认识，又有助于主体从感性认识上升到理性认识，从而使认识得到深化.选择合适的方法解决合适的问题有助于提高解决问题的能力.解决问题技能的影响因素除了所面对问题的性质以外，更重要的是学生知识的结构.学生的知识结构与其初始知识有关，这些知识是通过例如理论，事实，原理和假设等呈现的.根据解决问题能力的分析结果，可以确定影响学生技能的几个因素.这些因素是：（1）经验因素包括学生以前已经掌握的背景知识；学生处理问题的习惯.（2）认知因素或学生的思维能力包括学生的阅读能力、分析和逻辑技能.（3）情感因素或态度包括准确性，毅力和耐心.这些个因素要求我们教师在引导学生解决原始问题时，需要多让学生体验领悟，体验的是问题的情境，解决问题的过程，领悟的是在解决问题过程中我们如何不断修正所设计的实验方法，采用的解决问题的方法等.比如设计问题的方案应该更具有开放性，让最多的学生全身心的投入，让更多的方法加入到研究过程中，这样有助于培养学生发散性思维.

2.3 有效反思提高解决问题能力的批判性

教育的意义在于迁移.我们为什么在物理学习中要求学生不断通过提出原始问题并解决问题呢？其本来意义并不在于学生通过解决问题活动中获取到多少有用的知识，而在于学会如何提出问题并解决问题，提升在解决问题活动过程中的能力，以期将来在面向社会时能够将这些能力顺利迁移过去.在解决问题结束后，教师引导学生开展反思，领悟在这个活动中我们运用到哪些方法，哪些比较有效，哪些步骤还有 缺陷，需要如何提升.这是对自己思维活动过程的自我反省领悟，有助于能够从常人没有发现的问题中再次找出问题，从常人没有看出的破绽中寻找出破绽，对思维活动的批判性提高有着重要的意义.

根据已进行的调查研究结果，可以得出结论：初中九年级学生的解决物理原始问题的能力仍然很低，这就要求教师不断设计使用与日常生活相关的物理学习媒体来设计学习活动，以最大程度地提高学生解决问题的能力.