试论物理教学中问题解决的思维与方法策略，本文主要内容关键词为：试论论文,思维论文,物理论文,策略论文,方法论文，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。
一、问题的提出
当前，中学物理学中存在的突出问题是，学生在动用物理知识解决实际问题这一至关重要的环节上面临较大困难，而许多教师常采用“题海战术”试图克服这一困难，可结果收效甚微，不仅耗费了师生大量时间和精神，而且把物理学这门充满情趣、极具魅力的学科，退化为枯燥的、毫无生机和活力的学科。呆板记忆加机械训练式的陈旧模式给物理教学带来了“灾难”，学习分析、解决问题的能力难以得到有效的提高。我们探寻物理问题解决的策略，其目的是试图探索一条从根本上脱离“题海”，挣脱“应试教育”的“黑洞”，有效培养学生分析问题和解决问题能力的途径，展现物理教学固有的魅力，给物理教学带来灿烂的春天。
中学物理教学过程从整体上可以看成是一个问题解决过程，本文重点探讨物理问题解决过程中的思维策略和方法策略。
二、物理问题解决的内涵
“问题解决”作为一个心理学的术语，它指的是人们在日常生活和社会实践中，面临新情景、新课题，发现它与主客观需要的矛盾而自己却没有现成对策时所引起的寻求处理问题办法的一种心理活动。
广义地说，我们可以将思维活动和问题解决活动等同起来，认为“思维即是问题解决”。但从物理教学中解决物理问题的研究这一特定内容来看，我们所关注、重视的是具有一定难度的、需要一定程序和方法，经过反复思考才能解答和完成解答过程的物理问题，因而我们比较认同“将问题解决定义为任何受目标指引的认知性操作序列”这一提法。一种活动必须满足以下3个标准，才能称之为问题解决活动：(1)必须是受目标指引的；(2)必须包含有一系列的操作；(3)这些操作必须具有重要的认知成分。据此，我们认为物理问题解决的内涵应该是：面临一个具有一定新意的物理问题，力图寻找有关的概念、规律、方法去解决这一问题的一个心理过程。明确这一界定，对于物理问题解决策略的研究是十分必要的。
三、物理问题解决过程的思维策略
在物理问题解决的一般思维过程中，探求解法的核心是思维策略的选择和运用。所谓物理问题解决的思维策略，是指在解决物理问题时所采用的总体思路，是带有原则性的思想方法，是主体接触问题或目标后的思维决策选择。当主体面对物理问题时，通常总是通过观察理解问题，抓住问题的特征进行广泛的联想、检索和回忆储存的信息，凭借已有的知识和经验，做出直觉性的理解和判断，选择总体思路或入手的方向。能否找到合适的解题策略与观察问题的角度及联想范围的广狭深浅有关。当思维受阻时，就应调整思维方向，确定正确的思维方向是十分重要的。因此，思维策略的选择和运用对于问题解决的成效优劣起着关键的作用，它是对解决问题的一种宏观的指导，同时，对培养学生的思维能力和提高思维品质具有极其重要的作用。
物理问题解决常用的科学思维策略有：
1.分析与综合
分析是将整体分解为部分，把复杂的事物分解为简单的要素，然后分别研究的一种思维方法；综合则是将对象的各个部分、各个方面和各种因素联系起来加以研究的一种思维方法。二者之间的关系可以用图1表示。
图1
物理学对物理问题的研究，总是以一定的系统作为研究对象的。如地球附近的物体和地球构成的重力势能系统，大量无规则运动的分子组成的热力学系统等等。因此，对一个具体的物理问题首先要把握整体，然后再研究各个部分、各部分之间的关系有部分与整体的关系，最后综合为整体以解决问题。分析与综合就是这种“整体——部分——整体”思想的具体操作方法。从这种思想出发，可以演绎出在中学物理解题中常用的“整体法”、“隔离法”等许多特殊方法，这在中学物理学、电学、热学等具体问题的研究中用得是较多的。
2.归纳与演绎
从个别事物中概括出一般规律的思维方法叫归纳；从一般规律出发得出个别结论的思维方法叫演绎。二者之间的关系可以用图2表示。
图2
用演绎的方法解题，关键应以某个一般性的原理做前提，从而推出个别对象的结论。用归纳的方法解题，经常用来研究运动规律为已知，在某种特殊条件下连续进行的过程。这种过程可分为若干阶段，过程的各阶段虽然性质相同，但具体的数量特征不同。研究问题时，关键是联系过程所遵循的普遍规律和过程进行的条件分析，发现各段过程中某些物理量在数量上的关联规律，以求得问题的解决。
3.类比与联想
类比是从两类不同事物之间找出某些相似关系的思维方法，联想则是由一事物想到另一事物的心理过程。类比的思维方式是由特殊——特殊。类比不是逻辑推理的方法，而是一种猜测的方法。它的本质特征，就在于要求突出地抓住类比对象之间的“关系”相似，发挥丰富的想像力和创造性联想，将从一类事物所得的研究方法和规律，应用于另一类事物，以求得问题的解决。
类比在物理问题解决的活动中，起着一种启发思路、提供线索，借助于某种“范例”而举一反三、触类旁通的作用。借助于类比，常能创造性地解决一些比较陌生、难度较大的问题。如在学习电流、电压等知识时，常用“水流”、“水压”做类比。但值得注意的是：类比毕竟不同于逻辑推理，从本质上看，它是猜想或推想，它提供的只是一种可能性，其或然性较高，因而类比不能代替实验研究和理论分析。
4.比较与鉴别
比较，是确定事物同异关系的思维过程和方法。鉴别，则是通过比较识别事物的共同点和差异点。比较和鉴别是中学物理中经常应用的科学思维策略，在物理问题解决过程中主要动用于下列几个方面：
图3
对不同问题的形、质进行比较，或将几个貌似相同或相近而物理过程却根本不同的问题进行比较，如振动图像和波动图像的比较，在比较中揭示出它们的共性和特征，消除和澄清易混淆的模糊概念，以免导致解题错误；或是将几个貌似不同 （即物理条件不同）而其物理规律却相同的问题进行比较，如图3中，求摆长相等，带电荷量相同的四个钢球在不同情况下振动周期的问题。通过比较可以透过现象看本质，寻找到相同的处理方法。
对多种解题方法的比较。一道题目往往有多种解法，如动力学问题，常可从牛顿第二定律和运动学规律、动量定理或动量守恒定律、动能定理或能量守恒定律这3条路径中选择任一条路径求解。解题中对几种方法进行比较和鉴别，不仅有助于学生巩固基础知识，掌握基本解法，而且可以遴选出最优的解法，从而掌握解题的一般规律。
5.直觉思维
直觉，实际上是思维过程中经常存在的这样一种状态：我们只可以认出它的两个端点，但从始点到终点的“过渡”却完全是空白的；我们只是受到某种甚至非常表面的启示，一下子就得到问题的答案或结论，至于这个答案或结论的获得，却没有逻辑可言，甚至说不出任何缘由。例如，普朗克为解释黑体辐射而提出量子假说；爱因斯坦为解决力学相对性原理和光速不变原理的矛盾而提出相对论假说等，都是以这种思维的直觉形式出现的。
在物理问题解决活动中，有时也会出现这样的情况：当解答者围绕问题有目的地进行苦心思索，概念、规律、方法虽然在其中起着主要的作用，但往往靠直觉的顿悟能帮思考者一下子从问题跳到结论，解决了这个“百思不得其解”的难题。虽然这种直觉产生的机制和规律迄今人们还比较陌生，但可以确定的是，丰厚的有关背景知识和灵活的思维是产生直觉必不可少的条件。同时，有意识地训练学生从整体出发，用猜测的、跳跃的、搜索的方式，直接而迅速地寻找可能的、接近的答案，无疑对培养学生的直觉思维能力是有益的。
6.数形结合
表达物理规律的最好语言是数学。数与形是反映物理事物间关系的两种不同的数学形式。数学表达式具有概括、精确、简洁的特点，而图形则具有形象、生动、直观的特点，二者相互联系、相互补充、相互转化。在求解物理问题时，视具体情况，将数学表达式和图形、图像相结合，注意它们之间的转化，寻找最佳的解题途径和表达方式，这种思维策略称为数形结合。物理问题解决过程中，利用数形结合，也常是一种可贵的思维策略。
四、物理问题解决的方法策略
诚然，问题解决活动是一种个体行为，同一个问题，不同的研究者其解决问题的过程常常是不同的。但是，作为一种心理活动，它仍然有着一些普遍的规律和共同的特征。国内外许多学者对问题解决的一般过程提出了许多很有价值的观点，国外有代表性的3种为：邓克尔的“一般范围——功能解决——特殊解决”3层次观点；瓦拉斯的“准备——孕育——明朗——验证”4阶段观点；杜威的“认知困惑—尝试识别—结构重组—检验假设—理解应用”5步观点。国内具代表性的有查有梁的“假设—实例—应用—反馈”观点。这些观点对于我们探讨物理问题解决的方法策略具有很大的启发意义及价值。
物理题从题型上来分，可分为选择题、填空题、作图题、简答题、实验题、计算题、探究题等题型，从评卷方式上来分，可分为主观题和客观题两类。应该说，每种题型都有各自独特的解题特点，但在思维程序上，也存在着共性。在物理问题解决的过程中，思维模式具体反映出这样一个序列步骤：物理问题解决出发点的形成方式——物理问题解决方向的形成方式——物理问题解决思路、步骤的建立方式——物理问题结论的确立和回顾方式。从这一步骤我们可以提出物理问题解决过程一般应经历的4个基本环节（图4）。
图4
下面对4个环节的内涵做一解析。
1.审题
审题，就是研读题目。拿到题目后，要先从整体上进行粗读，在对题目的全貌做到心中有数的情况下，再进行局部性的细读，审清条件和目标。审题中，要弄清题目中给出的已知条件及题目中隐含的已知条件，明确题目应达到的目标。审题的过程实质上是获得解题信息，形成问题解决出发点的过程。特别要注意的是，在这一过程所获得的诸多信息中，既有对解题有用的信息，也有对解题无用的甚至是起干扰作用的有害信息，我们必须认真区分，并充分利用有用的信息，排除无用的信息，尤其要排除有害信息的干扰，确保解题的正确方向。
在审题这一环节，一定要做到全面确切了解题意，特别要弄清题目中关键词语的涵义，不要盲目确定解题方向；要养成将所获得的信息用示意图展示出来的.良好习惯，这样有利于我们排除无关信息的干扰。
2.建构
建构，是物理情景的形成和建立过程，这一过程必须确定解题方向。所谓物理情景，是经过简化与纯化之后的物理对象，在一定的规则联系下，按一定的时间顺序和空间关系，在研究者头脑中形成的静态或动态形象，再内化为一定的概念。简化与纯化后的物理对象，实际上就是我们通常所说的物理模型，它可以是关于研究对象，如质点、理想气体等；也可以是关于研究过程的，如匀速直线运动、稳恒电流等；还可以是关于制约条件的，如光滑平面、恒力等。所谓一定的规则，就是指物理概念、物理原理和物理规律。
物理情景的建构过程，通常需经历3个阶段：科学的抽象、模式的再认和合理的想象。科学的抽象阶段，主要是对审题中发现的各种解题信息进行分析、判断，抽象出物理对象的本质特征和问题的实质涵义；模式的再认阶段，主要是将研究者头脑中活跃着的有关的各种模型与问题情景中抽象出的物理对象的特征进行比较，从中鉴别出适当的模式，对研究的对象、状态、过程等进行表征；合理的想象阶段，主要是根据模式特征搜索出必要的物理概念或规律，在概念、规律的指导下展开对模型形象、过程和相互关系的想象，在头脑中形成三维的动态（或静态）图像。这种图像的形成过程就是物理情景的建构过程。
物理情景的建构过程是确定问题解决方向的过程，这是问题解决整个过程中的关键环节。一般情景的建构，只是知觉的直接或是知觉形象的回忆和重视，是属于感知水平的再生性形象思维过程。而物理问题解决活动中物理情景的建构，则是概念、规律、表象的有机结合。抽象思维、形象思维的有机结合属于认知水平的思维过程。这就是学生常感到物理题难的症结所在，也是物理问题解决活动能有效地促进学生智力发展的有利因素。平时教学中若能帮助学生建立正确的物理模型形象，培养学生形象化思考问题的习惯，则将有助于学生顺利掌握建构环节。
3.求解
求解，是展开解题思路、构思解题步骤、实施数学运算的具体过程。
明确物理情景，确定解题方向之后，还需要寻找相应的解题依据，建立解题方程，然后按照建立方程的逻辑顺序，进行简明、扼要、完整、符合规范要示的运算，这一过程就是求解环节。在求解环节需要特别注意两点是：(1)注意精选解法。许多物理题，往往有多种解法，解答时不要以求得答案为唯一目的，要有意识地培养学生从不同侧面，去寻求不同方法解题的习惯；同时注意进行不同解法的比较，选出最简单、最巧妙的解法。通过精选解法的训练可以使学生加深对基本概念、规律的理解，能帮助他们灵活运用知识，促进思维品质的提高；(2)注意解题的规范化。解题规范化要求是解题方法的基本要求，包括文字符号要一致，单位使用要统一，解答过程要有条理，计算结果要准确并符合题意等。我们必须注重在平时的教学中培养学生规范化解题的良好习惯。
4.检验
检验，是解题过程中的最后一环，也是极为重要的一环，同时又是解题者相对容易忽视和疏漏的一环。检验是遵循系统论的观点，在问题解决后进行整体反思和回顾的一个过程。检验通常包括两个方面：一是检验结果是否符合实际和物理规律，如有的结果从数学角度看是正确的、合理的，但从物理意义上看，则是不符合实际和物理规律的；二是解后的反审，这是回顾全题，再次展现全题物理情景的过程，主要是回顾思维过程，总结成功的经验和失败的教训，进行自我评价。
当然，物理问题解决过程中的4个环节不是孤立的，而是相互联系、彼此作用，相辅相成的。