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物理习题教学中融入结构不良问题的教育价值及实施策略

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彭洁++郭怀中

摘要：习题教学是物理课堂教学中培养学生能力的重要方式之一，结构不良问题具有较大的开放性和灵活性，将它融入习题教学，既可以给予学生更大的发挥空间，也有利于培养学生综合运用知识的能力和创新能力。文章分析了结构不良问题融入物理习题的教育价值，并针对结构不良物理习题的特点，提出了在习题教学过程中的实施策略。

关键词：结构不良型物理习题；习题教学；创新能力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）12-0070-3

1 问题的提出

习题教学是物理教学的重要组成部分。近年来，随着基础教育课程改革的推进，通过物理习题教学提高学生分析问题与解决问题的能力显得越来越重要。然而，由于对习题教学理念上的偏差，有的甚至把“习题教学”变成了“题海战术”，这一教育现象已经引起了教育研究人员的重视[1]。由于传统的结构良好型习题禁锢了学生思维的发散性和创造性，所以结构不良问题融入物理习题教学有利于解决这一教学弊端。

2 结构不良型物理习题的基本特征

任何一个问题都是由初始状态、中间状态和目标状态组成的。初始状态是有关问题条件的描述；目标状态是有关问题结论的描述；中间状态就是从初始状态到达目标状态的一系列的认知操作[2]。根据问题组成是否明确可以把问题分为结构良好问题和结构不良问题。结构良好问题的条件、运算规则和目标都是明确的，而结构不良问题的情境内容、给定条件、目标结论和解决策略等则具有一定的开放性，这类问题大多是真实情境下的复杂问题，通常有多种解决方案。结构不良问题就像我们在日常生活中面临的问题，如电工检修电路故障等实际问题，其情境的某一个或某几个部分是不详细的，目标是不清晰的，而且也没有足够的信息来解决这些问题。

我们姑且可以把融入结构不良问题的物理习题称之为“结构不良型物理习题”。根据这类习题的情境内容、题设条件、目标结论和解题途径等要素的开放性，可以把它们划分为内容开放型、条件开放型、结论开放型、策略开放型和综合开放型五种。

3 结构不良型物理习题的教育价值

3.1 有利于培养学生创造性思维能力

目前，世界各国的基础教育都在强调开发学生的思维能力，而思维能力的训练或体现无一不是靠问题来呈现的。一个学生思维能力的高低，是在解决问题的过程中表现出来的。创造性思维是思维活动的高级过程，是个体用新颖独特的方法解决问题的思维过程，其核心是发散思维。结构不良问题由于具有不确定性和多解性等特征，决定了学生不可能通过简单的信息提取就能解决，而是需要多角度思考问题，通过发散思维设想出多种可能的解决方案。对培养具有创新能力的科技人才而言，结构不良型物理习题教学可以起到助推器的作用，这也是中学物理教师面对“钱学森之问”的当务之急。

3.2 有利于提高学生解决实际问题能力

传统课堂教学呈现给学生的问题实际上是经过高度抽象概括的结构良好问题，而使学生缺少了处理实际生活问题的方法，造成物理教学与生活实际问题相差太远。传统教学中，学生已经习惯于抽象的推理和运算，一个擅于求解轮船在水中所受浮力的学生，可能对沉船打捞问题一筹莫展。结构不良问题往往具有真实情境性，这类问题本身可能有多余的信息，或者缺少必要的条件，或者问题目标未加明确，学生要解决这种问题，必须灵活运用过去所学的知识。因此，教师应该向学生提供一些结构不良型物理习题，通过对这些问题的解决让学生重新构建知识，以便他们能将解决问题的能力迁移到实际领域中去。

3.3 有利于激发学生的科学探究兴趣

培养学生的科学探究能力是中学物理课程改革的方向和要求，2011年教育部颁布的《义务教育物理课程标准》明确指出，“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一”。问题是探究的源泉，探究的过程也是努力找寻问题的答案或解决问题的过程，结构不良问题具有解法多元、结构开放和生活化等特点，它没有现成的模式可以模仿，问题空间的不确定性可以激发学生产生探究的激情与欲望。然而，教材中的大部分习题具有与解题相似甚至相同的思考过程和模式，学生只要把例题的模式和方法直接应用即可。他们没有“疑问”，当然也无所谓“探究”。因此，结构不良型物理习题教学有利于学生对科学探究活动产生兴趣和需要。

4 结构不良问题融入习题教学的实施策略

通过上面的分析，我们已经把结构不良型物理习题分为五种类型，不同类型的习题在教学过程中所采用的方法也不尽相同，下面提供几条结构不良型物理习题教学的具体实施策略。

4.1 训练学生的概括能力，促进知识迁移能力的形成

内容开放的结构不良型物理习题是利用新信息构建问题情境，包括知识信息源和生活实际信息源，这种问题的情境具有较大的开放性。学生面对陌生的信息常常思维受阻，有效的迁移策略可以解决此类问题。根据贾德的概括化理论，迁移发生的充分条件是学习活动间的共同因素，对共同因素的概括是迁移的必要条件。迁移是学生学习物理知识的重要方法，教师不可能把所有的内容都传授给学生，通过知识的迁移可以使学生更好地学习知识。因此，物理教学中教师要重视训练学生对知识的概括能力，只有通过概括的思维活动才能促进知识的有效迁移。

例1 太阳能发电装置是由大量反射镜组成的（见图1），各个反射镜由计算机控制，使反射的太阳光聚集在塔顶的集热器（锅炉）上，集热器中的水变成水蒸气后推动汽轮机，从而带动发电机发电。试说明太阳能发电过程中所涉及的物理学知识或原理。

分析本题改编自“苏科版”9年级《物理》下册的课后习题，其问题的情境内容来源于实际的生产、生活，具有一定的开放性。表面看来，学生几乎都不了解太阳能发电装置，但是初中生的知识体系中应有光的反射现象、发电机原理、可再生能源、能量转化等方面的知识，通过对这些知识的概括和迁移即可解决此题。

4.2 采用头脑风暴法，激发学生的发散性思维

条件开放的结构不良型物理习题是在给定结论的前提下，让学生探求满足结论的可能条件。与其相反，结论开放的结构不良型物理习题是在给定条件的前提下，让学生探索符合条件的答案。由于问题的条件和结论是相对而言的，因此这两类问题本质上是一致的。教师在教学中可以采用相同的策略，即教师提出问题后激励学生快速联想，让他们尽量找出多种答案，无须考虑其是否正确，教师也不作评论，直到所有可能想到的答案都提出来为止。头脑风暴法有利于学生顺利解答条件开放的结构不良型物理习题和结论开放的结构不良型物理习题。

例2 （2014，山东菏泽）“免费公共自行车”成为菏泽市区一道亮丽的风景线。公共自行车的结构和普通自行车相同，只是零件都是特制的，在其他自行车上无法使用。在公共自行车的设计中，很多地方都会用到物理知识或原理，请写出自行车的两个部件并说明对应的物理知识或原理。

分析例2选自山东菏泽的中考物理试题。这是一个结论开放的结构不良型物理习题，问题的答案是多元的，问题的情境也是实际生活中学生比较熟知的，教师可以采用头脑风暴法来激励学生联想到各种可能的答案。当然，解决这类问题需要学生具有一定的知识储备，如摩擦力知识、压强知识和杠杆知识等。

4.3 提供问题解决原型，建构学生物理问题图式

策略开放的结构不良型物理习题是指在问题的条件和结论都明确的前提下，解决问题的方法多样或具有多种解决方案的习题。个体形成学科问题图式有利于提高自身的学科问题解决能力，而问题图式中不仅含有类似问题的“原型”，同时也含有大量具体的问题解决策略性知识。首先，教师要呈现给学生一些典型的、具有代表性的问题解决原型；然后，引导学生分析原型的内容情境、采用的方法或原理等，使学生获得经验性知识，建构学生相关物理问题的图式，为今后解决类似问题提供示范和支撑。

例3 尤坎是挪威泰勒马克行政区的中心城市，位于地势崎岖的深山峡谷里，每年的9月至次年的3月都照射不到阳光。为了方便当地人们晒太阳，小镇议会斥资将三面巨镜放在山上捕捉阳光（见图2）。请你分析这里所用的物理原理，并尝试利用这一原理解决生活实际问题。

分析这是一道典型的策略开放的结构不良型物理习题：题给条件和目标是明确的，但是解决此题的策略是不确定的。教师可以利用光的反射原理向学生提供解决问题的原型，引导学生运用光的反射可以改变光的传播路径来分析讨论本例中的问题，进而帮助学生找出相关器具，顺利解决生活中的实际问题。

4.4 开展小组合作学习，提高学生的反省认知能力

综合开放的结构不良型物理习题是指问题结构的诸要素至少有两个是不确定的，问题的条件、解题策略或结论都呈现极大的开放性，增加了问题的难度。学生面对这类问题时很难独立完成任务，通常可以采用合作学习方式。合作学习的过程是学生与学生之间交流与合作的过程，由于学生解决问题时表现出的个体差异性，在这个过程中他们会多层次开展对自己解决问题的监控与调节，从而提高自我反省认知能力。反省认知是处理问题时广泛运用的综合策略，包括自我监视和自我管理，它是个体解决问题、发挥创造性的核心成分。学生在合作学习过程中通过自主参与、互动讨论，不仅可以获得解决问题的成就感，也能培养他们的反省认知能力。

例4 在初中物理实验中，常常用长方体木块作为实验器材来研究某些物理问题。请你以长方体木块作为实验器材之一，适当添加其他辅助器材，设计一个实验，探究某一特定的物理问题，并说明解决该问题的相关物理知识或原理。

分析本题是综合开放程度较大的结构不良型物理习题，题给条件不确定，问题的答案也不明确，添加不同的辅助器材，可以设计出不同的探究实验。为了完成该实验，学生需要自行设计实验方案，并在小组合作学习过程中开展交流、讨论，拓展思路，及时调整自己的实验方案。

5 结束语

中学物理教师应该注重在习题教学过程中融入结构不良问题，因为它在培养学生的创造性思维能力、问题解决能力和科学探究能力等方面有着不可替代的作用。开放类型不同的结构不良型物理习题具有不同的特点，这就要求教师在课前做好充分的准备工作，对习题教学中所要提出的问题逐一研究，针对不同类型的习题选择合适的教学实施策略。

参考文献：

[1]陈恒.新课程理念下中学物理习题有效教学模式的创新[J].物理教学探讨，2011，29（8）：63—65.

[2]张大均.教育心理学[M].北京：人民教育出版社，1999：184—185.

（栏目编辑邓磊）

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