浅论物理程序解题能力的培养|物理解题模型

　　摘 要：物理教学中有一个重要的活动过程，帮助学生准确、快速的解题。近年来在认知领域对解题的思维过分成四个阶段，物理解题也如此。在常规教学中学生往往因为认知结构影响了解题的质量。另外在解物理中，初学者与“专家”的差别、策略各不相同。在解题教学中也存在着若干问题。培养学生解题能力，必须从打好知识基础、引导思维方式、训练方法入手，才能提高学生的解题能力。
　　关键词：物理；培养；解题能力
　　
　　解题是物理教学活动中的一项重要的内容。通过解物理习题的活动能够培养学生分析问题、解决问题的能力。因此快速、科学的解题技巧对学生正确的解题有着重要的意义。结合我几年的教学实际经验，谈谈我的一些见解：
　　一、近年来对解题的研究
　　关于人是如何解决问题的研究已有近百年的历史，近几十年来随着认知心理学和电子计算机问世，解决问题的研究有了很大的进展，从而促进了学生解物理习题的研究。
　　（一）关于解物理习题程序的研究
　　纽威尔和H．A．西蒙在《人类解决问题》一书中指出，人类解决问题过程分四个阶段。
　　（1）任务环境。识别问题的组成和提出条件。
　　（2）问题空间。认清目标，判别那些与目标有关，为了实现目标必须做什么？
　　（3）作业环境。运用问题所给出的和从记忆中引出的信息去加工材料，向目标前进。这时所采用的智力操作就是作业系统，它的具体行为取决于问题空间的内容和形式。
　　（4）检验调整。在作业系统中要注意每一步操作是否缩短了与目标的距离，若没缩短则要调整操作和重新认识问题空间。 相应的解物理习题也有以下阶段。
　　①形象化思考。通过读题在脑中形成习题所描述的事件、现象的形象化模型，必要时可绘出简图。
　　②状态确定和描述。确定习题的研究对象，确定描写研究对象，确定描写研究对象的物理量及性质。
　　③建立关系。通过分析确定已知条件、暗含已知条件和习题要求目标间的关系。这种关系一般指状态量间的关系，状态变化规律。
　　④具体解答问题。
　　⑤对所得结论进行讨论。
　　（二）解题模式和具体方法研究
　　我国物理学界对各种解题模式和具体方法研究比较广泛和深入。他们提出的解题模式有量纲法、估算法、排除法、图象法、隔离法、微元法、穷举法、等效法、对称法、临界法、极质法、比例法、换元法等。各种具体的解题方法更是多种多样。
　　二、注重解决学生中存在的问题
　　（一）在知识教学中重视图式类知识的教学，忽视程序类知识的教学
　　许多在教学一线的教师深知，知识是解题的基础，没有良好的知识基础就无法进行解题活动，这无疑是正确的。但对知识包括些什么的认识片面，往往认为知识就是概念和规律及它们间的相互联系。不把程序看成知识，只看成“步骤”。因此，教学过程中强调概念和规律的讲深讲透、理解掌握，而“步骤”除了物理实验课之外，则很少涉及，致使许多学生知识并不差，但习题仍不会解，特别是见到新题，更不知从何下手。
　　在图式类知识教学中注重一个个概念、规律的讲深讲透，忽视让学生掌握知识结构，形成有层次结构的知识体系
　　这就是说，教学中不重视归纳、总结，从而无法使学生获得一个有相互联系的一个个概念和规律。虽然学生对每个概念、规律记忆闲熟，理解较深，但解题活动是一个知识综合应用的过程，没有完整的知识体系的认识和掌握是无法进行的。
　　（三）在解题教学中，只重视一个个具体的例题解法讲深讲透，不重视解题普遍思维过程的引导
　　教学中教师只注意到一个个题是怎样解出来的，并加以详细讲解，没有在一个更普遍的框架中考察这些具体解题方法，引导学生普遍的解题思维程序。导致学生只会解熟悉的题，一旦遇到陌生的习题，便不知从何下手。有些老师也注意到教学生解题规律，但由于没有一个普遍框架，而只能提些“多审几遍题”、“弄清关键字和词”、“弄清各量间的关系”之类的含糊说法，学生听了之后，仍不知如何操作。
　　三、如何教会学生解题
　　解题是一个知识综合应用的过程，也是一个思维过程。因此，教会学生解题不仅是知识的传授过程，还是一个思维训练过程。不能认为，在知识为主的课程中，只要所传授的知识是科学的，就都能训练好学生的头脑，提高解题能力。应该认识到教会学生解题是一个综合训练，它主要通过以下三个方面的教学活动实现：即打好基础、引导思维，训练方法。
　　（一）打好基础
　　这主要是指知识学习。当然知识内容的娴熟记忆、透彻理解是十分重要的，但从解题角度看这只是知识学习的一个方面。通过知识的总结和概括，把握知识各单元、各个概念、规律间的联系，使知识在头脑中形成系统的、有层次结构的体系。概括和总结有两种方法：一种是把知识和方法分类排列，便于记忆和发现知识间的联系，这是条理化；另一种是把知识和方法组成有层次的网络，便于把握知识和方法的关键、核心，从相互联系中去掌握和理解，这是系统化。美国教育心理学家奥苏贝尔的“先行组织者”，前苏联教育学者沙塔洛夫“纲要信号图”都是实现知识系统化的网络图。
　　打好基础的第三个方面是选好典型例题，讲解解法。所谓典型就是在解题方面有代表性的习题。在讲解中，一方面侧重例题自身解法，另一方面则要讲清解法在解题模式中的代表性，它所表明的普遍意义是什么。
　　（二）引导思维
　　解题过程是一个思维过程，教学中引导学生思维有两个方面。一是对解题思维规律的认识和掌握。例如在前面介绍的物理习题的五个阶段就是解题思维规律。在每一个例题的讲解中，有意识的归纳出这五个阶段，使学生逐步认识这一规律，并且在解题中形成有序思维的习惯。第二是解题策略的决策。解题的每一个阶段都有一系列分析、归纳、推理决策。解题专家G.波利亚提出了启发式策略,如在形象化思考和状态确定阶段,典型的策略有：
　　1、弄清是否理解了未知、已知和有关条件。
　　2、弄清是否理解目标状态、初始状态和允许的操作。
　　3、是否有一个简图和图表。
　　4、如果你采取的形象化思考不能帮助解决问题，那么可以换一个形象化方式去思考。例如照相机问题就有两种形象化思考方式，一种是类似于实物的形象，另一种是以透镜符号简图画出的光路图。前一种往往不能解决问题，后一种才能解决问题。
　　（三）训练方法
　　解题方法主要表现在建立关系阶段③，这些方法如初学者常用的试探法、以辅助量法、反推法、类推法、归纳法等。这时需要通过例题的讲解和练习，使学生熟练掌握每一种方法使用的操作程序，这是个方法训练过程。为了训练方法，还应进行解题程序的训练，程序如下：读题 是否有示意图（否、是） 画出示意图→确定研究对象→分析对象受力→确定运动状态方向→建立x,y坐标系。
　　这一程序有助于建立解题关系。另外，还要利用知识网络图的推理训练。
　　知识网络推理图很容易发现解题中已知、未知、暗含的已知各量间的关系，从而找出解题线路。
　　最后要在解题教学中，注意启发学生解题动机和兴趣。因为有了解题动机并意识到训练的有效性，外部指导才会内化为自己的策略和积极行动。为此在训练中：
　　1、要不断地让学生获得成功。
　　2、指导要具体、可操作，不能笼统。
　　3、对差生采取“小步子、低速度、循序渐进”的策略。
　　4、为学生练习提供积极反馈。还要注意利用学生解题错误实施补救。