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培养学生应用学科知识解决问题的能力是学科教育的重要目标之一.对于学生来说,解决问题的能力高低很大程度上取决于解题策略的掌握.解题策略是指导和搜索解题路径和方向的方法,对问题的解决起定向、监控和调节的作用,是成功高效解决问题的重要影响因素之一,因此,在初中物理教学中,注重对学生解决问题思维策略的培养与训练,对于物理教学和学生解决物理问题能力的提高有着重要的作用.
1解决问题思维策略的理论基础
奥苏贝尔把解题策略定义为选择、组合、改变或者操作背景命题的一系列规则,以便填补问题的固有空隙(背景命题是指学生认知结构中与当前问题有关的事实、概念和原理).策略的功能在于减少尝试与错误的任意性,节约解题所需的时间,提高问题解决效率.
基克等根据对解决问题策略的研究,认为一般性的解决问题策略包括四个阶段:并在此基础上提出了一种有助于一般性问题解决策略的模式.
(1)理解和表征问题
理解和表征问题包括找出相关信息,忽略无关细节,准确理解问题中每一个句子的含义并集中问题的所有句子,达到对整个问题的准确理解.对许多问题,运用图形表征可能更有助于我们理解问题.
从解决问题过程的模式中,可以看到两种解决问题的过程:一是通过理解和表征问题,能联想起一个顿悟式的解决方案,用认知心理学家的话说,就是激活了一个适当的图式,按 “图式激活”的途径,直接进入尝试解答阶段;二是如果没有一个现成的图式联想起一个即时的解答,就得遵循解答的路线.
(2)寻求解答(选择设计解决方案)
寻求解答时,可能存在算法式和启发式这两种一般的过程.常用的启发式有手段——目的分析法,逆向反推法,爬山法以及类比思维,如果寻求解答失败就要回到第一阶段对问题重新进行表征.
(3)尝试解决方案(实施计划)
当表征某个问题选好解决方案后,下一步就要执行计划,尝试解答,在执行任务时,要保证每一个步骤的正确,防止出现系统的故障.
(4)评价结果
当选择并完成某个解决方案后,就要对结果进行评价.如果成功,问题解决就停止,否则就退回到前几个阶段.
2解决问题思维策略的实证研究
研究专家与新手解决问题思维差异的一般方法是给出一道物理题,让专家和新手去解答.实验中要求解答者大声说出自己的解题过程,实验人员详细记录,然后对这些原始记录进行分析,得出结论.有关研究表明:专家在思维策略上主要有以下优点.
(1)推理方式.专家倾向于由前向后推理,往往从最能包括已知量的公式或策略开始,即从已知条件前进到目标.
(2) 利用形象化思考方式.专家善于利用形象化思考,常在解题开始画出题的示意图,或者在头脑中形成形象.
(3)生成运用策略.能力强者能自发总结、生成策略,并能根据不同的任务的发展变化恰当的应用合适的策略.
(4)选择信息.能力强者能识别并能预期哪些内容是主要的、次要的、关键的、对解决问题有用的,他们的注意力较多地停留在关键部分.
(5)解题模式.能力强的解题过程是先理解题意,然后对问题进行定性分析,考虑不同的解题方案,满意后再用数学方法和物理公式求解.
以上间接说明了解题策略是影响解题的重要因素,能力强的人解决物理题的思维模式是问题叙述——定性分析——公式.
3解决力学问题的有效思维策略
心理学家研究思维策略最常用的方法之一就是“出声思维方法”, 通过对“专家”解决问题的思维过程进行分析,在实际教学中,笔者对优秀生、中等生和后进生在解决力学问题时的思维差异进行对比,概括出优生在解决力学问题时思维模式的四个阶段:理解题意→定性分析→寻求解法→过程反思.在此研究的基础上,结合有关教育心理学的理论和教学实际,总结出解决力学问题四个阶段的六条思维策略.
3.1理解题意阶段
策略1认真审题,在题目的装置示意图上(没有装置示意的自己画出)标出已知条件和未知条件,发现和挖掘隐含条件.
(1)一个状态,已知条件少(不标已知).
(2)一个状态,已知条件多(标出已知).
注意:已知要标对位置.
(3)多个状态,已知条件多(标出已知).
注意:除了标对位置外,还要标对状态.
变化的物理量用不加括号或加小括号区分开,如:F1、(F2).
3.2定性分析阶段
策略2弄清物理状态和物理过程,判读解题的方向.明确研究对象,对研究对象进行受力分析.力学题主要是解决力的关系,若已知没有直接给力,为了顺利求解,先根据已知找力.如已知:m,V排,p、S
1解决问题思维策略的理论基础
奥苏贝尔把解题策略定义为选择、组合、改变或者操作背景命题的一系列规则,以便填补问题的固有空隙(背景命题是指学生认知结构中与当前问题有关的事实、概念和原理).策略的功能在于减少尝试与错误的任意性,节约解题所需的时间,提高问题解决效率.
基克等根据对解决问题策略的研究,认为一般性的解决问题策略包括四个阶段:并在此基础上提出了一种有助于一般性问题解决策略的模式.
(1)理解和表征问题
理解和表征问题包括找出相关信息,忽略无关细节,准确理解问题中每一个句子的含义并集中问题的所有句子,达到对整个问题的准确理解.对许多问题,运用图形表征可能更有助于我们理解问题.
从解决问题过程的模式中,可以看到两种解决问题的过程:一是通过理解和表征问题,能联想起一个顿悟式的解决方案,用认知心理学家的话说,就是激活了一个适当的图式,按 “图式激活”的途径,直接进入尝试解答阶段;二是如果没有一个现成的图式联想起一个即时的解答,就得遵循解答的路线.
(2)寻求解答(选择设计解决方案)
寻求解答时,可能存在算法式和启发式这两种一般的过程.常用的启发式有手段——目的分析法,逆向反推法,爬山法以及类比思维,如果寻求解答失败就要回到第一阶段对问题重新进行表征.
(3)尝试解决方案(实施计划)
当表征某个问题选好解决方案后,下一步就要执行计划,尝试解答,在执行任务时,要保证每一个步骤的正确,防止出现系统的故障.
(4)评价结果
当选择并完成某个解决方案后,就要对结果进行评价.如果成功,问题解决就停止,否则就退回到前几个阶段.
2解决问题思维策略的实证研究
研究专家与新手解决问题思维差异的一般方法是给出一道物理题,让专家和新手去解答.实验中要求解答者大声说出自己的解题过程,实验人员详细记录,然后对这些原始记录进行分析,得出结论.有关研究表明:专家在思维策略上主要有以下优点.
(1)推理方式.专家倾向于由前向后推理,往往从最能包括已知量的公式或策略开始,即从已知条件前进到目标.
(2) 利用形象化思考方式.专家善于利用形象化思考,常在解题开始画出题的示意图,或者在头脑中形成形象.
(3)生成运用策略.能力强者能自发总结、生成策略,并能根据不同的任务的发展变化恰当的应用合适的策略.
(4)选择信息.能力强者能识别并能预期哪些内容是主要的、次要的、关键的、对解决问题有用的,他们的注意力较多地停留在关键部分.
(5)解题模式.能力强的解题过程是先理解题意,然后对问题进行定性分析,考虑不同的解题方案,满意后再用数学方法和物理公式求解.
以上间接说明了解题策略是影响解题的重要因素,能力强的人解决物理题的思维模式是问题叙述——定性分析——公式.
3解决力学问题的有效思维策略
心理学家研究思维策略最常用的方法之一就是“出声思维方法”, 通过对“专家”解决问题的思维过程进行分析,在实际教学中,笔者对优秀生、中等生和后进生在解决力学问题时的思维差异进行对比,概括出优生在解决力学问题时思维模式的四个阶段:理解题意→定性分析→寻求解法→过程反思.在此研究的基础上,结合有关教育心理学的理论和教学实际,总结出解决力学问题四个阶段的六条思维策略.
3.1理解题意阶段
策略1认真审题,在题目的装置示意图上(没有装置示意的自己画出)标出已知条件和未知条件,发现和挖掘隐含条件.
(1)一个状态,已知条件少(不标已知).
(2)一个状态,已知条件多(标出已知).
注意:已知要标对位置.
(3)多个状态,已知条件多(标出已知).
注意:除了标对位置外,还要标对状态.
变化的物理量用不加括号或加小括号区分开,如:F1、(F2).
3.2定性分析阶段
策略2弄清物理状态和物理过程,判读解题的方向.明确研究对象,对研究对象进行受力分析.力学题主要是解决力的关系,若已知没有直接给力,为了顺利求解,先根据已知找力.如已知:m,V排,p、S