難題解決教學方式在高中物理教學的運用

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《中共中央國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》中明確指出：智育工作要轉變教育觀念，改革人才培養模式，積極實行啟發式和討論式教學，激發學生獨立思考和創新的意識，切實提高教學質量。但在課堂教學中如何進行素質教育，教學模式如何構建，學生如何才能生動活潑、積極主動地全面發展等問題也給教師帶來很多困惑。筆者在多年的課堂教學實踐中，應用“問題解決教學模式”收到了良好的效果，促進了高中物理課堂教學改革和發展，是對傳統教學模式的突破，也是素質教育的有效形式。

一、問題解決教學模式的內涵及其重要性

教學模式是在教學實踐基礎上建立起來的一套組織、設計和調控教學活動的方法論體系，是在一定教育思想指導下，圍繞著某個主題及其涉及到的各種因素和關系，對教學結構進行組合的方式，它是教學結構的變式和重組。

1、問題解決教學模式的內涵

問題解決教學模式的根本特征是學生的學習自主性，是個體經驗的獲得，是把整個教學過程設計成為學生的學習過程，而不是純粹的接受學習。主張學生在實際活動中通過發現和解決問題來學習，強調親身體驗和增長經驗，要求從學生困惑的情境出發，創設適宜的問題情境，進行一系列的假設、推理、檢驗的活動而獲得問題解決，并使學生的興趣和才能得到自由和發展。

2、問題解決教學模式的重要性

物理教學中一些重要概念、原理、規律性的結論，只有讓學生經過自己親身實踐和探索，才能更正確地理解和掌握與應用。高中學生智力發展比較充分，知識基礎比較扎實，抽象思維能力較強，他們迫切希望獨立自主地學習，愿意更多地發表個人的見解，這是運用問題解決模式的基礎。素質教育的課堂教學目標要求教師在課堂教學過程中，注重啟發引導，創設新穎有力的問題情境，給學生架起探究學習的橋梁和引導解決問題的正確途徑。讓學生在積極思維、消化知識的過程中，改組自己的認知結構，培養科學的思維方法和良好的學習態度。由此可見充分運用問題解決模式進行教學不僅促使學生進行主動學習，而且能做到教師的主導作用和學生主體作用的完善結合，能做到掌握知識、技能和發展智力、能力的完善結合，真正實現多元化素質教育的目標。

二、應用問題解決教學模式的原則和策略

在組織問題解決學習活動時，教師必須掌握有意性、有效性、層次性、情感性原則并采取相應的教學策略。

1、有意性原則

在物理課堂教學中，教師應當有意識、有目的地采取一定的方法和手段，給學生提供適當的課題背景，使大多數學生能通過教師所創設的問題情境，很快地集中注意力，產生旺盛的求知欲，才使思維順利展開。

2、有效性原則

教師給學生呈現的問題必須服從于整個教學任務，即問題的呈現應當具有一定的效度。當前，相當一部分教師擔心練習題量少而未能達到熟練，或題型不全而未能掌握各種解題思路和技巧。這種擔心的后果使教師呈現的問題過多，學生負擔過重?！邦}海戰術”只能造成學生的“知覺定勢”、“思維定勢”、“功能固定”，不利于學生思維的發散，這是素質教育所摒棄的。另外，問題情境應更多地來自生活和社會，而不應更多來自學科知識。從學生已有的社會生活經驗基礎上創設的問題情境，對教學的推動作用有時比從已有認知基礎上創造的問題情境更有力。因此，教師設計問題時應更多取材于社會和生活，以一個課題背景為中心，創設一系列連環式的問題情境，才使問題解決一步步推向深入。

3、層次性原則。

教師首先必須要提高學生的元認知水平，即向學生講授學生掌握知識的過程，幫助學生了解自己學習的特點，了解自己學習過程的強項與弱點。促使學生將本屬于身體內部的言語活動過程外化，將自身的思維過程用口語加以表述，以利于提高學生作為主體地位的意識，有助于學生自覺地控制并調節自己的學習活動。其次，教師必須針對不同層次的學生設計階梯式層次遞進的問題，注意引導并啟發讓每一個學生都積極投入學習。第三是教師必須對不同學生進行分層評價以激發其積極性，強化其認知內驅力，培養其創新思維。

4、情感性原則

教師要善于在教學中創造出這種氣氛，不僅要以自己的專業知識、教學與教育的方法技能去影響學生，同時又要以自己的感染力去影響學生，使自己真正成為影響學生的最積極最活躍的因素。問題解決學習中必須加強師——生和生——生之間的信息交流，讓師生之間的情感準備成為問題解決學習的必要基礎，教師要注意對學生的了解、理解、愛護、信任，更好地體現教學民主。

三、問題解決教學模式在課堂教學中的應用

《力的分解》是《相互作用》這一章的最后一節，也是學生學習力的處理方法比較困難的一節，難度來自于二個方面：一是“力的效果”比較抽象，學生難于把握的是把力沿什么方向分解的問題；二是應用數學知識解決物理問題的能力要強，故教學設計的重點放在如何解決難點上。

教材的思路如下：

通過拖拉機拉著耙，拉力是斜向上的實例

↓

概念：力的分解

↓

邏輯推理：力的分解是力的合成逆運算，遵守平行四邊形定則，這種方法為理論探究

↓

發現同一對角線，有無數個平行四邊形，根據實際效果和需要分解

↓

例題推進，研究方法

↓

矢量相加法則：平行四邊行定則和三角形定則

教學過程設計總體思路：本節教科書是通過例題來說明如何根據力的實際效果和需要來分解的。實際上，學生接受的難度是很大的，為此，教學過程設計中特別強調用實驗來引領學生，讓學生觀察和體感“力的實際效果”。（課前布置好學生要帶的一些簡要實驗器材）

教學過程：

1、創設情境（多媒體演示）：通過拖拉機拉著耙，拉力是斜向上的實例，引入課題？提出問題：拉力產生的效果？

讓學生思考、討論。在學生爭論的基礎上，設計三個不同類型的簡單實驗：

2、實驗設計

實驗1、讓學生自己完成下圖實驗。學生的思維障礙在于斜面上的物體重力有壓支持面的效果，并沒有其它的效果，因此設計從這個角度出發，把一物塊放在薄塑料板上，觀察塑料板的形變，從而理解了這一效果。

例如：斜面上物體受到的重力分解為垂直于斜面和平行于斜面的兩個分力是一種常見的分解方法，要指出這樣分解是因為物體在重力作用下一方面壓斜面；一方面要沿斜面下滑。為了觀察物體壓斜面的效果，在一個直角木支架上，用塑料墊板作斜面，將一用橡皮筋拉著的小車放在斜面上，觀察塑料墊板和橡皮筋的形變（如圖所示）。

改變小車上的砝碼數目，觀察塑料墊板和橡皮筋的形變。從塑料墊板和橡皮筋的形變隨小車和砝碼總重力的變化情況可以明顯看到小車重力對斜面和橡皮筋產生的作用效果：垂直壓緊斜面和沿橡皮筋方向拉緊橡皮筋的效果實驗雖然看似簡單，但最能說明問題，因為學生理解它的作用效果最容易——橡皮筋伸長了，塑料墊板彎曲了。因而學生能較容易地探究出分解的依據——根據力的作用效果分解。

解讀與思考：這一實驗是學生在老師指導下自己完成。這樣做的目的是讓學生練習觀察，并從觀察中自己得出結論。在這樣的學習中，學生不僅可以提高觀察與推理的能力，而且會逐漸形成觀察與思考的習慣，不做思想的懶漢。

實驗2、第二個實驗師生共同完成。目的在于讓學生探究斜向上拉物體有向上提的效果。學生的思維障礙在于斜向上的拉力有水平向前拉物體的效果是明白的，但對豎直向上提物體的效果則不容易體會。因此設計從這個角度出發，把一物塊放在臺秤上，觀察臺秤的讀數，從而理解了這一效果。

作用于平面上的物體的拉力分解為水平向前的分力和豎直向上的分力，這也是一種常見的分解，學生對這可以通過如圖所示的演示實驗來說明。將物體放在彈簧臺秤上，讓學生注意指針，然后作用一個水平拉力，再使拉力的方向從水平方向緩緩向上偏轉，臺秤示數逐漸變小，說明拉力有豎直向上提物體的效果。

解讀與思考：這一實驗是老師與學生共同探究、演示，過程十分重要，學生觀看與思考。過去強調的是如何把知識講清楚，現在要強調的是自主探究、充分展示過程和方法?，F在倡導自主學習，重視科學探究，學習科學方法，實現學習方式的多樣化。

實驗3、第三個實驗是合作進行。目的在于理解向下的力產生的效果，全體學生做，讓學生學會合作。學生的思維障礙對豎直向下的力產生的效果不容易體會。因此設計從這個角度出發，二人合作，體感“力的實際效果”。每二位同學配合，如下圖所示，一人手撐腰，形成圖示形狀，另一人在膀的拐彎處用一豎直向下的力，感受向下的力所產生的效果，然后再相互調換，同組學生也可以調換，“體驗”腰部受壓力，肩部受拉力。

解讀與思考：這是一個合作探究實驗?！案淖儗W習方式”的核心是讓學生不做被動的“受教育者”而是做一個主動的“探索者”。這里說的探索當然包括常說的科學探究，科學探究是一種精神，在一定程度上可以說，人們對未知事物的探求精神是與生俱來的。因此，物理教材從整體上是以探究的思路展開的。對以上三個實驗進行小結和分析，進一步理解“力的效果”，為第二方面數學運算做準備。

3、力的分解的數學應用

通過實驗培養學生觀察能力、實驗設計能力，在實驗中層層設置問題引導學生回答，自然自主地找到分解的依據：根據力的實際作用效果進行分解，從而確定兩個力的方向，進而提問方向確定如何作出平行四邊形？從而培養學生運用數學工具解決物理問題的能力。并進一步理解力的分解的依據，知道力的分解遵守平行四邊形的定則，能用平行四邊行定則和三角形定則進行矢量運算。

以第三個實驗為例（其余二個不再敘述），進行數學求解：

力F產生兩個效果：“體感”腰部受壓力，分力大小為F2，肩部受拉力，分力大小為F1

根據三角形關系

F1=F/cosθF2=Ftgθ

通過學習，本節課三維目標得到真正的落實：學生知道了分力的概念及力的分解的含義，了解力的分解的一般方法，理解力的分解的依據“效果”物理意義，能用平行四邊行定則和三角形定則進行矢量運算，設置問題，啟發學生，組織探究實驗，訓練學生格物致理的能力，培養學生的合作精神，激發學生的學習興趣，使學生了解到物理規律與數學規律之間存在的和諧美，使學生有美的愉悅和成功的情感體驗。另外，對于基礎比較好的學生可以介紹“正交分解法”，擴大學生的知識面。

四、應用問題解決教學模式的思考

認為運用問題解決教學模式組織教學活動，務必做好以下幾項工作，才能達到素質教學的目標。

（1）挖掘素材，精心設計問題情境

①精選素材。隨著科學技術的高度發展，聯系實際的教學內容應有所增加，可以充實環境保護、工農業生產、新材料、新能源、海洋、衛生保健、食物等方面的內容，體現人和自然、社會的協調發展，強調學科之間的滲透、交叉與綜合。力求引導學生能夠運用物理視角，去觀察各類物理問題，培養學生的觀察能力、思維能力、自學能力、信息處理能力。

②精心設計問題情境。創設問題情境指在講授內容和學生求知心理間制造一種“不協調”，將學生引入與問題有關的情境中。最重要的就是選擇“牽一發而動全身”的“突破口”，即通過刺激引起強烈反應的環節，讓學生很快進入“思維興奮狀態”，使學生的問題意識得到強化。學生通過自己的思維意識到這是需要解決的問題，有了這種意識就有強大的認知驅動力。

（2）充分激發學生的“認知沖突

問題解決能力是一種綜合能力，反映了學生知識、技能掌握狀況及智力水平，但不可否認個性心理特點對其也有制約作用。因此問題解決活動中讓學生積極參與和親身體驗，教師在設計教學活動中要留有充分的時間，讓學生主動活動，充分展開討論以激發學生的“認知沖突”，積極發揮學生的主體作用。