论解决物理实际问题能力的培养，本文主要内容关键词为：实际问题论文,物理论文,能力论文，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。
中共中央、国务院于1999年6月发布的《关于深化教育改革、全面推进素质教育的决定》中指出：素质教育应“以培养学生的创新精神和实践能力为重点”。面对即将到来的21世纪，我们倡导素质教育，注重培养学生的实践能力，不仅是为了克服当前中小学教育中仍然存在的重理论、轻实践的弊病，更是为了适应新世纪对高素质新型人才的需求而作出的一项战略决策。
1999年的高考也已明显地反映出这一导向：高考内容更注重对能力和素质的考查，试题设计增加了与实际贴近的应用性和能力型题目。命题也开始从知识立意转向以能力立意，传统的封闭的学科观念开始突破，注重考察学科的综合能力。
以上都对我们培养学生实践能力提出了新的更高的要求。
一、对物理学习中实践能力的认识
根据认知心理学的理论，人的能力是由神经功能和习得的知识共同决定的。而习得的知识是指广义的知识，包括陈述性知识、程序性知识和认知策略。由于人的神经功能主要是由先天决定的，因此学校教育中的培养能力主要指的是知识的学习。
实践能力是一种解决实际问题的能力。从物理的角度来看，实践能力是应用物理知识去解决现实中发生的“物理事件”的能力。从过程来看，解决物理实际问题有以下三个阶段：1.提出问题。这一阶段是将错综复杂的实际问题进行梳理，从实际问题中抽象出物理问题；2.尝试解决问题。这一阶段中要运用一定的物理规律去尝试解决问题；3.实际应用及反省。再将第二阶段提出的解决方案返回到实际问题中去，即将物理方案转变为实际应用方案并在实践中加以检验、修正。从认知心理学的角度来看，解决实际问题则是陈述性知识、程序性知识和作为特殊智慧技能的认知策略的综合应用。
二、解决实际问题的认知过程及知识要求
1.如何从实际问题中抽象出物理问题
要将实际问题转化为物理问题，首先要将具体情境转化成物理情境。这一过程有三个方面。
①运动主体的理想化
客观事物的变化是以构成事物的主体运动、变化的形式出现的。抓住主体的物理属性，并加以理想化，才能使问题的物理本质得以呈现。这一工作的结果便是运动主体理想化模型的建立。
②具体环境的理想化
事物的发展变化有内因，也有外因。在物理问题中，环境便是事物变化的外因。举例来说，牛顿第二定律F=ma中物体运动状态的变化（用描述）的原因既有物体本身的内因（用描述），也有环境的影响（用F描述）。将环境因素中的无效因素（相对而言）剥离，再酌情处理主要因素和次要因素的关系，则可得到理想化的具体环境。
③运动过程的理想化
当以上两个步骤完成了，则可以进行运动过程的理想化，其结果是运动模型的建立。
这一阶段的知识要求：对运动主体、环境及运动过程不但有较广泛的感性认识，而且能对其本质特征有准确的认识。这就要求学生的知识网络化，从而保证学生能在认知结构中准确提取，从而能去伪存真、去粗取精、由表及里地对运动主体、具体环境及运动过程进行抽象（理想化）工作。
2.物理模式的建立及解决方案的提出
物理情境建立后，要识别其结构的模式，是属于力学、电学、热学……中的哪一类。只有做好这一步，才有可能确定如何运用物理规律。
解决方案的提出则是在第一阶段的工作的基础上进行的。解题方案可分两类：常规性解题和创造性解题。常规性解题的知识前提是已掌握了一定的解题模式。当学生对问题的分析完成之后，认知结构中的相关知识被激活，当各项条件与原有的解题模式相吻合时，就出现了常规性解题。如果无法搜寻到与条件相吻合的解题模式，则会出现思维的反馈、扩散，以利于相关知识的重新分解、组合，探索解题的新方法——创造性解题方案因此而产生。
这一阶段的知识要求的一大特点是以产生式系统为代表的知识结构的存在。常规解题模式在认知结构中是以产生式形式存在的。而创造性解题方案一旦被实践检验证实切实可行，该方案也将转化为一个常规解题模式。
3.对解题结果的反思和评价
当我们用物理规律求出问题的解时（通常是以数学形式表达），我们还要将其还原成物理解，并放回到实际中去讨论其实际意义。只有当该解的物理解释满足实际条件、符合实际情况时，解题过程才结束。
在整个解题过程中，策略性知识（认知策略）往往起到了主导作用：在审题阶段，意识到问题的条件和目标，从而决策思维的目标指向；在提出解题方案时，对模式的抉择、对解题过程的监控以及在无法找到现成模式时的决策思维的指向；在对解题结果的反思时，对解题过程和解题结果进行评价，验证答案并提出新的问题。
三、对物理教学的启示
如何在教学中有意识地培养学生解决实际问题的能力呢？从以上分析我们可以看到，除了一般教学过程的普遍要求之外，还应该重点做好以下几项工作。
1.培养学生收集和处理信息的能力
审题在认知心理学中称为问题的表征，物理属性被抽象出来是其特征。这是认识问题的第一步。这个过程的目标是建立已理想化了的运动主体模型、环境模型和运动模型。
为了培养学生收集和处理信息的能力，在编题和选题时，应向实际问题靠近。所谓“靠近”，一是提供信息“原始化”，不仅提供有用信息，也提供无用信息，以培养学生的选择、判断能力。二是注意扩大学生的实际应用的知识面，以构成较为完整、丰富并排列有序的原材料库，便于学生在需要的时候有足够的“原型”可供选择、改造并使用。陈述性知识在解决实际问题中的各个阶段都必不可少，在第一阶段（即审题阶段）尤为重要。我们在教学内容上应更强调实际应用知识的学习。这就要求学习的内容应在知识形成的环节上向两端拓展。例如，在开始教“匀变速直线运动”的概念时，应提供一定数量的匀变速直线运动的实际模型，以形成学生良好的命题网络；在检测学习效果时，不应要求学生孤立地进行信息记忆（如要求填空“（ ）的运动称为匀变速直线运动”），而应考察学生对概念的理解，以检测到学生的命题网络是否真正形成作为检测目标。
2.加强科学方法教育
当我们解决实际问题时，物理的规律（包括定律、定理等）的正确使用是关键性的一步。按认知心理学的知识分类，物理的规律属于程序性知识。由于物理规律具有较高的抽象性，而在实际问题中各种关系错综复杂，往往还需要借助科学方法才能将实际问题与物理规律联系起来（如前所述的理想化模型的建立就是一例）。因此，加强科学方法教育是提高学生解决实际问题能力的必由之路。科学方法也是一种特殊的程序性知识。在物理研究中，理想化方法、等效法、类比法、图像法等是较常用的科学方法。
教师在实际教学中如何加强科学方法的教育呢？由于方法和物理知识是密不可分的关系，我们没有必要、也不可能孤立地进行方法教育。抓住知识和方法的结合点是通过知识教育渗透方法教育的关键。但以往的物理教学中科学方法的教学隐性教育较多，显性教育较少，这对学生形成正确的科学方法观和较完整的方法体系是不利的。其实高中阶段学生的理解能力、抽象思维能力都已接近成人，故应逐步加强科学方法教育，并较多地采用显性教学，这样可以引导学生有意识地学习并使用科学方法。
3.重视策略性知识的学习
方法是为目的服务的。同一目的可以通过不同的方法来达到，同一方法也可以服务于不同的目的。但目的总是先于方法，即只有在确定了目的后才能考虑选用何种方法。在解决实际问题的过程中，一般总是将整个过程分解，并制定若干个分目标。而确定各个层次的目标正是认知策略的一项重要任务。
当目标制定后，方法的选择也需要解题者的决策。因为在一般情况中，相关的解题模式不是有多种，就是没有直接可用的模式，解题者没有必要、也不可能一一尝试。认知策略在解决实际问题中的作用是贯穿始终的。以上的各个步骤也并非孤立完成的，而是相互影响、相互制约的。以地球绕太阳作环绕运动为例；如果研究的目的是地球的公转速度，则可以把主体（地球）抽象成一个质点，把环境理想化为真空中有一个引力源（太阳），运动过程可理想化为一个沿椭圆轨道运动的变速过程；而如果研究目的是地球上的四季变化，则地球就不能抽象为质点，运动轨道理想化为椭圆也无必要了（此时离太阳的远近已成为次要因素了）。因此，解题者的认知策略在解决实际问题中的确是起到了主导作用。
但目前流行的某些教学模式不注重学生认知策略的训练，如单元教学时教某一内容（方法）时，就反复训练相应的这一内容（方法），这对掌握陈述性知识和程度性知识是有利的，但不加注意就会忽视策略性知识的训练。许多学生在单元学习时似乎成绩不错，但在综合练习时却成绩大幅度下降，究其原因，往往是单元学习时只训练了如何使用某种解题模式（当时所有的问题都可以用同一模式解决，故学生只掌握了程序性知识），而未学会在何时使用（即缺乏认知策略的训练）。针对这种情况，教师在教学中应有意识培养学生学习物理规律和解题模式的条件意识，在单元学习中不仅要进行各种变式练习，还应训练学生在不同情况下自主判别是否可使用所学的规律和模式。同样，在解决实际问题的各个阶段都应重视认知策略的训练，只有这样，才能有效地提高学生解决物理实际问题的能力。