论科学课堂教学中的问题解决式教学——学习心理学的视角，本文主要内容关键词为：学习心理学论文,视角论文,课堂教学中论文,式教学论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“新课程把转变学生的学习方式作为重要的着眼点，要求在所有的学科领域的教学中渗透‘研究性学习方式’，研究性学习是一种自主、合作、探究的学习方式”[1]，由此，新课程提出改变传授式的教学方法，倡导自主、合作、探究等教学方式，科学课程不仅将探究式教学视作一种重要理念，更将科学探究与科学内容一起列入内容标准中，显然是将科学探究视作必须达成目标的内容。采用研究性学习，其目的是希望学生通过自己解决问题来习得学科知识及解决问题的方法，形成相应的科学态度，而要能够达成研究性学习期望的目标，需要学生在学习中经历真正的问题解决过程。本文以学习心理学研究为依据，阐述真正解决问题过程所具有的特征，并结合课堂教学的实际条件，分析科学课堂教学中实施问题解决式教学的可行性以及应遵循的途径。 一、对问题解决的研究 （一）问题及问题解决 1.问题的构成 无论问题的具体内容及复杂程度如何，所有的问题都由初始状态、目标状态、障碍三个成分构成。从初始状态达到目标状态，不是简单地通过知觉或回忆而能实现的，其间存在障碍，需要通过一定的思维活动完成。[2]也就是说，对于课堂教学中教师提出的问题，学生如果不假思索、直接提取就可以回答，对于学生来说，其经历的就不是真正的问题解决。 2.问题解决的过程 现代信息加工心理学将解决问题分为以下几个阶段：形成问题空间、确定问题的解决策略、应用算子、评价当前状态。 算子指能够将问题空间中的一种状态转化为另一种状态的操作行动，在科学课程问题解决中，算子就是解决问题所必需的科学概念、定律、原理等。问题解决需应用一系列的算子，究竟选择哪些算子，将它们组成什么样的序列，都依赖于人采取哪种问题解决的方案或计划，问题解决的方案、计划或办法都称作问题解决的策略，它决定着问题解决的具体步骤。[3] 由以上分析我们可见，人们可以将问题解决看作问题解决者在形成的问题空间中，运用一定的认知策略，挑选、排列、组合解决问题所需的基本技能的过程。问题解决总是由一定的策略或方法来引导搜索的，不同个体在解决同一问题时可采用不同的策略。[4] 3.问题解决策略的类型 有研究者提出，问题解决的策略一般有两种类型：算法和启发式。“算法是一种能够保证问题得到解决的程序，算法总能对特定问题产生精确的解决，一般将它们称为强方法。启发式是由以往解决问题的经验形成的一些经验规则，与算法不同，启发式并不能保证得到答案。启发式适用范围较广但是并不能保证问题的解决，一般称之为弱方法。”[5] 例如，在物理问题解决中： 【策略一】求解静力学问题的方法 1.确定研究对象，并将“对象”隔离出来。必要时应转换研究对象。这种转换，一种情况是换为另一物体，一种情况是包括原“对象”只是扩大范围，将另一物体包括进来。 2.分析“对象”受到的外力，而且分析“原始力”，不要边分析边处理力。以受力图表示。 3.根据情况处理力，或用平行四边形法则，或用三角形法则，或用正交分解法则，提高力合成、分解的目的性，减少盲目性。 4.对于平衡问题，应用平衡条件∑F=0，∑M=0，列方程求解，而后讨论。 5.对于平衡态变化时，各力变化问题，可采用解析法或图解法进行研究。 【策略二】共点三力平衡问题的矢量三角形解法 如果物体受共点三力平衡，且受力为沿绳、沿圆周半径等方向，可运用力的矢量三角形方法求解。 基本步骤为：先分析出三力，并画出力的示意图；画出力的矢量三角形；运用三角形边角关系和已知条件求解或寻找与力的矢量三角形相似的由绳、杆、球面半径等构成的几何三角形，运用相似三角形求解。 策略一适用于所有静力学问题的求解，而策略二仅适用于静力学中“共点三力静平衡且受力沿绳杆”的一类问题，适用范围较策略一窄。面对一道具体的“共点三力静平衡的物理问题”，遵循策略一解决，其中每一步对解决者来说又构成一个问题，如在该题中“如何隔离和转换对象”、“如何选择适当的分解力的方法（是用平行四边形法抑或三角形法还是正交分解法）”，故策略一不能保证学生最终解决该习题，只是引导学生尝试各种可能选择出“解决该习题所需的技能”，所以，策略一是一种弱方法；而策略二则不同，它不仅给出解决特定问题的步骤，同时每一步都聚焦于解决该类问题所必需的技能，学习者搜寻必要技能的范围就小，解决问题的效率较高，所以，策略二是解决此类问题的强方法。 由上可知，强方法在解决某类特定问题时效率高，但强方法适用范围窄；弱方法适用范围相对广，较专门领域的强方法，解决问题的效率较低。策略一是物理学科解决静力学领域问题的弱方法，物理学科解决问题的弱方法还有如极端推理法、赋值法、排除法等方法，这些方法在解决一些物理习题时可用，在解决一些化学、生物习题时也可用，适用范围更广，但不能保证问题的最终求解。 此外，还有适用范围更广、更一般的解决问题的弱方法，如：手段—目标法、假设检验法、爬山法、逆推法等，其不仅可用于具体学科的问题解决，也常常会运用于日常生活中的问题解决。 4.问题解决的结果 问题解决的最终结果是出现新的思维产品。学习者经历了问题解决过程，形成了新的事实性知识，掌握了科学概念和规律，从加涅的学习结果分类来看，可以将其称为习得言语信息、智慧技能中的概念和规则以及高级规则，此为课程标准中“知识与技能”目标；同时，在解决问题过程中，学习者也增加了运用特定方法解决问题的经历，进而为习得方法提供了可能。“方法”在加涅的学习分类中属于认知策略，教师通过引导学生运用元认知反省自己解决问题的过程，可以帮助学生概括出其中所运用认知策略的条件和步骤，从而在实现“知识与技能”目标的同时，达到“过程与方法”目标。解决问题时，学生经历问题无法解决的困惑，并一直付诸心智努力解决，学生就会增强坚忍不拔等态度的行为体验，因而也就有可能养成或者说习得坚忍不拔的态度，即加涅的学习分类中“态度”这一学习结果，也就可能达成“情感态度”目标。 （二）问题解决的特征 从以上讨论我们可知，真正的问题解决应具有如下特征。 1.要经历“分析”与“综合”思维过程 解决问题需要个体依据已习得的知识理解问题题设条件的意义、各条件间的关系等，从而形成相应的问题空间，这需要学生具有布卢姆教育目标分类中“分析”层次的能力。 真正解决问题，又需要个体在策略的引导下从认知结构中挑选解决当前问题所需的基本知识和技能，并加以组合、排列才能实现，这需要学习者达到布卢姆教育目标分类中“综合”或“创新”这一层次的能力，尽管个体在解决不同问题中“创新”的程度可能存在较大差异。 所以，真正的问题解决，个体内部应经历分析、综合等复杂的思维活动。 2.用弱方法解决问题，并有新的学习结果出现 学习者用强方法解决问题，思维是直线型的，几乎无须“分析”“综合”等复杂的思维活动，也不会出现对学习者而言是新的学习结果，因此不是真正意义上的解决问题。 学习者用弱方法解决问题，就会将原先没有组合过的技能加以组合、排列，从而形成新的技能组合即加涅学习分类中的高级规则，也可能从此类问题解决过程中体会进而概括出解决此类问题的有效方法，即解决一类问题的强方法。所以，只有用弱方法解决问题，才会出现对个体而言的新的学习结果，才可能是真正意义上的问题解决。 3.解决同一问题存在个体差异性 在解决同一问题时，不同个体运用的弱方法可能不同，表现为选择解决的途径或步骤次序都有所不同，尝试挑选出用于当前问题解决的技能亦存在不同。不同个体遭遇到的障碍各异，由于思维定势的影响，个体突破定势的方式和时机不会一致，突破定势找出正确解决方案所需时间肯定也存在很大差异，比如，学生在考试中未能当场解决问题，或许在考后回顾时找出解决方案，也可能会经历几天甚至更长时间酝酿思考才能领会出解决方案。因此，不同个体真正解决同一问题一定会表现出差异性。 4.需要解决者具有较强的动机 学习者真正解决问题时，要尝试提出各种自己已知的、可能的解决方案的假设，并加以检验，常常会进入死胡同，他需要先退出来，再尝试其他途径，所以真正解决问题，其思维过程一定是经历种种曲折，需要解决者付出大量的心智努力，既费“神”也费力，如果缺少强烈的、想要了解的动机，学习者无法在一个较长时间内维持自己解决问题的行为。 二、课堂教学的特征及其对问题解决式教学的制约 （一）从解决问题的动机来看 学生在课堂学习活动中被激发的主要是认知需要。而同一知识点教学内容，难以使所有学生都产生认知上的需要。 马斯洛将人的需要分为基本生理需要、安全需要、归属与爱需要、自尊需要、认知需要、审美需要和自我实现需要，前四级需要属于缺失性需要，也就是对每个人来说都是不可或缺的，这些需要尚未满足前，它们一直推动人们去从事满足这些需要的行为，其推动作用是持续产生，所以个体追求前四级需要满足的动机就强。认知需要是个体希望了解、理解和分析自身和周围世界中未知对象本质或属性的需要，认知需要指向被认知对象本身，它并不是缺失性需要，缺少了认知需要的满足，比如，不理解“铅球做斜抛运动的距离与哪些因素有关、有什么样关系”、不理解“物质反应时，反应前质量与反应后质量有什么样的关系”以及“为何有这样的关系”，并不会产生一直推动每个人去分析上述研究对象并最终理解对象的行为。 对于基于认知需要产生的探究动机，人们通常还会存在一种误解，认为“儿童是天生的‘探究者’，探究作为一种天生的本能，学生具有自发探究的能力”等。[6]实际上，儿童对周围世界的物、人与其关系的探究倾向，主要还是满足其生理性需要以及理解其生存环境的安全性需要，比如，儿童常常会表现出拆卸玩具如拆卸小闹钟等的行为，其主要目的是想看看拆开后会不会产生对自己好或不好的结果，主要是满足其认识周围环境安全性的需要，并不是要了解小闹钟有几部分构成，其各个齿轮如何配合保证指针的运动等认知需要。 认知需要是非缺失性需要，并且不同个体产生认知需要的学科领域也不尽相同，即便某一个体对物理学科有认知需要，也不意味着他对所有要学习的物理课题都会产生一样强烈的探究动机，有的个体可能只对研究静电现象有兴趣或对研究热机中的机械结构有兴趣，因此，在课堂教学中，对于同样的知识内容，要求所有学生对所学知识都产生很强的认知动机是很难实现的，更不要说全体学生都产生积极的解决动机。缺少有强度的探究动机，学生遇到障碍时往往容易放弃努力，这也是实际教学中，教师提出问题后，真正投入思考的学生只有很少的原因，实际上也是课堂问题解决式教学无法取得理想效果的主要原因。 （二）从解决问题需要的技能和方法储备来看 同一学习环境中，不同学习者遇到的障碍存在差异，难以保证全体学生各自都已具备解决自己面临问题的策略和技能。 《义务教育物理课程标准（2011年版）》中给出科学探究的七个要素：提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。对一个实际的研究课题来说，在每一环节实现时，学生由于通常不具备直接解决的经验，都可能会遭遇障碍，即需要学生经历解决问题的过程。如，学习“牛顿第二定律”时，如果采用问题解决式教学，学习者可能面对如下一系列子问题的解决：（1）猜测与假设环节：遵循何种策略或方法分析影响加速度的各种因素？（2）制定方案环节：在已知影响加速度的可能因素的条件下，遵循何种方法规划实验方案？（3）设计实验环节：遵循何种方法确定实验原理、选择实验仪器并加以组合，形成可行的实验装置来研究这些因素间有什么样的关系？（4）执行实验环节：遵循何种方法来形成执行实验的具体步骤？（5）分析与论证环节：采用何种方法来对实验数据进行处理，并分析获得结论？（6）评估环节：采用何种方法对所获结论的可靠性进行验证？等等。 即便在“设计实验”子环节，学习者也可能会在“如何确定研究对象”、“如何确定实验中应出现的物理过程和状态”、“如何确定需要测量的物理量以及测量原理”和“如何依据测量原理选择适当的实验仪器”等处遭遇障碍。也就是说，即使是解决“设计实验”问题，不同个体遭遇到的障碍也可能不同，所需策略和技能也不尽相同。实际上，在一个具体问题的解决中，学生是否具备解决问题的策略，能不能适时启动策略；所需知识技能是熟练掌握还是提醒下会用还是没有掌握，抑或是所需策略和必要技能都未具备，这些情况都可能存在。期望有意愿解决教学中问题的学生都已事先具备解决问题的策略和技能是不现实的。 （三）从解决问题的指导来看 学习者会遭遇的不同障碍，因而，课堂教学中教师难以提供一一对应的有针对性的指导。 教师都有这样的经验，如果考试中某位学生未能解决一道难题，需要课后对症指导，教师首先要根据学生解决问题时表现出的行为，判断学生遭遇到的具体障碍节点，是没有理解问题（即没有形成正确的问题空间，需要教师指导审题的方法），还是问题清楚但没有解决的思路（即没有可应用于解决当前问题的认知策略，需要教师指导解题的方法），或是未掌握如何正确应用解决问题所需技能（需要教师指导学生正确应用所需技能）等，这一判断过程往往不是一蹴而就的，需要教师与学生围绕解决问题互动多次才能实现。课堂教学中不同学生遭遇到的障碍有所不同，要求教师在短时间内一一判明并提供有效指导是难以实现的。 问题解决式教学中，教师通常采用分组学习方式，希望学生之间相互协作解决问题。然而，学生解决同一问题不是同步的，即使有些学生策略选择适当、形成解决问题的方案，他很可能直接告诉同组其他同学“具体如何做”，要求已完成的学生像教师一样将“为何这样做”清晰合理地解释给其他同学是不现实的。这样一来，同组其他还未想清楚的学生仍旧不知为何这样做，也即是“不知其所以然”，就难以产生真正意义上的学习。 （四）从课堂教学的时间来看 目前的课堂时间难以保证学生真正解决问题所需的时间差异性。 学生在解决同一问题时遇到的障碍往往是不同的，解决问题所需的时间也有差异，有些对他人来说看似可以直接解决的子问题，对问题解决者来说，由于不具备或者没有提取出必需的技能，抑或由于思维定势影响其没有沿正确思路思考，都会影响其解决问题的效率和时间。而课堂教学时间有限，并不能为每位希望自己解决问题的学生提供充足的时间。 （五）从学生的学习结果来看 问题解决式教学同样是以课程标准规定的学科知识的习得为主要目标。 课程标准规定的学科知识目标是每一位学生都应该达到的，也就是说，问题解决式教学也应保证每一位学生识别习得新知识所必需的信息，并最终习得相应的学科知识。问题解决式教学重过程，但如果这个过程无法确保多数学生获得习得学科知识所必需的信息，即便“过程”在形式上再丰富多彩，也都是无效的教学。教师在运用问题解决式教学时，不仅应对学生是否活动、活动的自主程度等方面重点关注并给予及时指导，还应该关注学习者是否习得学科知识这一基本目标。 由上所述，课堂教学面对全体学生，有明确的学习结果，受限于学生认知动机、学生储备的解决当前问题所需策略和技能的质量，以及课堂时间和资源，难以为每一位学生提供解决问题的充分条件，因此，在课堂教学中，要求大多数学生通过“真正”问题解决并习得特定学习结果是难以实现的，换句话说，课堂并不是培养学生解决问题能力的适合的场合。 培养学生真正解决问题的能力应通过课外研究性课题来实现，因为这样的课题多经过学生的选择，学生有一定兴趣，解决问题又不受时间制约并有相对充分的资源可以选择运用，同时，教师也有时间和精力对学生提供有针对性的帮助。 三、问题解决式教学的实施 尽管就一节具体的课堂教学来说，让全体学生都通过真正的问题解决而学习是不现实的，但教学中的确应该提倡教师通过问题引导学生学习，为学生提供适当的思考时间，保证学生维持积极思维活动，从这一角度看，问题解决式教学作为一种教学方式，还是值得倡导也是可以实施的。 在有限的课堂时间中实施问题解决式教学，要取得良好的实际效果，需要教师做到以下几点。 （一）选择单一问题加以解决 一位教师在“自由落体运动规律”教学中，要求学生分组根据提供的实验仪器，自主探究“自由落体运动是否是匀变速直线运动”。这一问题的解决实际包含：实验装置的设计、实验方案和步骤的确定、实验数据的记录、实验数据的处理、获得结论等若干子问题的解决，在课堂有限时间内要求学生能有顺序地思考并解决各子问题是不现实的，因此，笔者建议采用问题解决式教学时，教师选择其中一个子问题加以解决为宜。 选择出需要学生解决的问题，应满足条件：需要学生通过“分析”与“综合”等比较复杂的思维活动才能完成，同时，问题的解决存在比较明确的解决策略或方法。 显然，如果一个问题，其解决需要的技能或方法是不明确的，那么当学生无法解决时，教师也无以提供有效帮助，这样的课题当然不合适采用问题解决式教学。 只有所需解决的问题单一，解决问题的策略和所需技能相对有限，教师才能清晰地分析与把握，在课堂有限时间内，为学生提供具体、有针对性的帮助，而不至于因为涉及解决问题比较多，策略和技能难以全面把握，导致教学中教师顾此失彼，无法提供有效的指导。 （二）做好教学任务分析 学习者无法解决问题，要么是没有解决问题的思路，要么是未掌握解决问题的必要技能，或两者兼而有之。那么，就要求教师在开展问题解决式教学前，做好教学任务分析，清晰地概括出：需要学生解决的问题为何、解决问题总的策略为何、依据策略引导的途径上可能存在几个障碍节点、解决各障碍节点子问题所需的必要技能及解决策略为何？等等。 依据分析出的学生可能的障碍节点，教师应事先分别准备提示单（或称工作单），提示单分为“技能单”和“策略单”两种，教学中当学生解决问题遇到困难时，如果缺少的是必要的技能，教师不应直接呈现，可以通过事先准备好的“技能单”引导学生反省以往的学习经验来获得；当学生没有思路时，教师可以通过事先准备好的“策略单”提示解决此问题所需的策略来加以引导，即教师的工作应保证问题最终的解决部分依赖于学习者通过自己的思维活动来完成，体现出学习者一定的“解决问题”性。[7] 在学生具备解决技能的前提下，若学生无法解决问题，表明学生不具备解决问题的策略，此时，教师可以通过提示解决此问题所需的策略来引导学生解决问题。 提供策略有两种基本方式：第一种是以提供较为明确的文字的方式呈现所用的策略；第二种是提供以往的运用该策略解决问题的实例供学生分析类比，由学生自己领悟解决问题的策略，并加以运用。[8]第二种提示中，学生的思维活动更积极、丰富，“探究”特征更突出，这是一种可以采用的、较好的引导方式。 （三）做好教学小结 在问题解决式教学中，不同学生探究的动机强度不一，承担的分工各有侧重，能够对需要解决的问题、解决思路、结果等有整体性认识的学生往往并不多，因此，实际上多数学生获取的信息并不完整，也可能比较零散，从而影响学习目标的达成。目前，问题解决式教学通常是让不同组的学生汇报交流，而很难要求学生能像教师一样对知识习得的前因后果作整体思考，并呈现清楚，所以，在此类教学的结尾阶段，教师应将每一环节需要解决的问题、解决方案的形成、执行方案获得结论的过程、不同方案的优点及不足作清楚的阐述，对学科知识习得所必需的信息给予清晰的呈现，以帮助所有学生达到基本的学科知识目标。 研究性学习本质上是解决问题的过程，如果没有经历真正地解决问题，再多“形”似也不会实现研究性学习的理想价值。尽管在课堂教学中难以实现多数学生通过“真正”问题解决学习，但还是应该倡导教师通过设置问题引导学生，让学生思考，而教师应具体清晰地分析出所有课堂问题的解决过程和条件，并为突破不同障碍节点作出有针对性的准备，努力在教学实践中提高此类教学的效果。标签：教学技能论文; 学习障碍论文; 心理学论文; 科学论文; 思维障碍论文; 教师技能论文; 科学思维论文; 课堂教学论文; 教学过程论文; 认知障碍论文; 认知过程论文;