培養學生問題解決能力的課例研究*
——以一節高三物理題型專題復習課為例

程柱建

(如皋市教育局教研室 江蘇 南通 226500)

1 引言

《普通高中物理課程標準(2017年版)》的教學建議之一是“通過問題解決促進物理學科核心素養的達成”[1]．物理教學應該從哪些方面來提升學生的問題解決能力呢？國際學生評估項目(PISA)問題解決能力的結構對物理學科教學有重要的指導作用．

PISA的問題解決能力的結構由理解、分析、推理、實踐、反思和表達等6種要素構成[2]．結合物理問題解決的實際，我們將各要素進行了“物理學科化”的表述：理解指閱讀問題文本，構建物理情境；分析指獲取問題信息，尋找物理條件；推理指理清解題思路，選擇物理規律；實踐指自主解決問題，進行計算或實驗；反思指審視問題結果，完善解題過程；表達指規范書寫結果，積極展示交流．另外，我們還認為，學生問題解決能力的培養需要堅持學生的主體地位，讓學生處于課堂的中心．

本研究以同一位教師在不同的平行班級針對同一課題連續3次的“施教-研討-改進”，對學生問題解決能力六要素進行課堂觀察，發現問題并進行改進，探討培養學生問題解決能力的教學策略．

2 教學準備

2.1 研究主題

培養學生問題解決能力的教學策略．

2.2 確定課題

高考江蘇物理卷具有穩定的題型設置．縱觀近年江蘇高考物理試卷，第二道計算題均為多物體的力學問題，主要考查學生對受力分析、共點力的平衡、運動的合成與分解、牛頓第二定律、動能定理、機械能守恒定律等知識的準確理解和靈活運用．試題通過接觸面、細繩、輕桿、彈簧等對物體的約束限制、相互牽連，考查學生的理解能力、分析綜合能力、推理能力和應用數學處理物理問題的能力，對學生的問題解決能力提出較高的要求．

高三第二、三輪復習中穿插題型專題復習，既可以減輕備考負擔，提高復習效率，又可以培養學生的問題解決能力．基于以上認識，江蘇省白蒲高級中學高三物理組設計了“力學計算題專題(一)——牽連體問題”題型專題復習課．

2.3 設計導學案

首先，確定學習目標．備課組深度剖析了江蘇和全國近年牽連體類型的高考試題，界定了專題復習的知識范圍和能力要求，確定了如下的學習目標：能在規范作受力示意圖的基礎上熟練解決物體的平衡問題；會用運動的合成與分解規律處理牽連體問題；會分析繩、桿對系統能量的影響，能正確運用系統機械能守恒解決相關問題．

其次，編寫導學案．根據學習目標，備課組精心選擇了3道題目，第1道是2015年高考全國卷Ⅱ第21題(改編成3小問的計算題)，第2道是2018年高考江蘇卷第14題，第3道是2016年高考江蘇卷第14題，編寫了“活動方案”．遵循“先做再評”及“練習即考試”的原則，在專題標題的下方標注了“總分48分，時間45 min”的字樣．

最后，設置計劃課時．本節復習課計劃用時2課時．第1課是學生自主限時練習．第1課課后，教師對學生的答題情況進行批閱，統計學生的答題情況，并將典型錯誤和優秀解答拍了照片．第2課時用于導學案的講評．

3 課堂觀察

3.1 第一次課試教

教學的大致流程：首先，教師進行了學情通報，表揚了部分做題優秀和進步顯著的學生；其次，學生根據下發的答案自主訂正；最后，師生根據3道題目的設問進行了分類討論和交流．

3.1.1 教學優勢

(1)分析與推理要素方面．教師對3道題目的設問進行分類講評，可以有效提高學生根據物理條件，選擇不同規律或方法分析靜力學問題、動力學問題或力學中的能量問題．

(2)反思要素方面．教師給學生留出了自主學習和反思的時間．如，每題的第(1)問，均考查了學生受力分析和共點力的平衡知識．從學生答題的反饋看，正確率比較高，教師采用了學生對照答案自主訂正、學習小組組長督查的方式．教師還及時對相關問題解決的思路或方法進行了總結．如，教師對牽連體速度、加速度的關系進行了總結，強調了分析合運動和分運動的重要性；總結了對于多物體應用機械能守恒定律的注意點．

(3)表達要素方面．教師利用拍攝的典型錯誤和優秀解答照片，適時地對解題規范性進行了示范和糾正．

3.1.2 問題發現

(1)理解要素方面．3道題目均來自于歷年的高考試題，有一定的難度，從答題結果統計得出3道題目總體的難度為0.4．

(2)實踐要素方面．在課堂教學中，教師引導講評的時間偏長，相應的學生自主學習、小組學習的時間仍偏少．

(3)表達要素方面．雖然教師在教學過程中總結了規律或方法，但是由于僅僅采用的是口頭表達的方式，學生留下的印象不太深刻．

3.1.3 改進建議

(1)理解要素方面．對難度大的問題進行改編，給學生搭建理解和分析問題的思維臺階，例如，將第2題第(3)問改為“由于系統機械能守恒，小球運動到與A，B相同高度后，恰好能向下運動到初始位置，小球向下運動到最低點時物塊M所受的拉力大小T．”，將第3題第(2)問改為，“A滑動的位移為x時，求：(1)B的水平位移大小s1；(2)B的豎直位移大小s2；(3)B的位移大小s．”

(2)實踐要素方面．思維型教學一般包括以下的學生學習活動：自主學習、合作探究、成果展示和自我完善．為了保證講評過程中學生活動的效果，可以搭建腳手架，設置具體的問題讓學生活動．如，在學生探究第2題第(3)問時，設置如圖1所示的4個具體問題，讓學生通過4個問題，進行自主學習與合作探究，教師在學生進行成果展示時僅僅進行引導評價和點評提升．

(3)表達要素方面．題型專題復習的目的是幫助學生有效建構相關題型的解題思維模型，掌握解題的規律與方法．課堂上，教師可以讓學生先自主總結與展示，然后再通過板書或PPT進行提煉．規律與方法應從可操作性(程序性知識)的角度去考慮，并注意表述的直觀性和簡潔性．

圖1 針對第2題第(3)問設計問題

3.2 第二次課改進

3.2.1 積極變化

(1)理解和分析要素方面．通過改編，3道題目的總體難度由0.4提升到0.51，學生對物理情境的構建與物理條件的挖掘發生了可喜的變化，提升了學生學習的自信心．

(2)推理和實踐要素方面．在難點問題的突破上，通過搭建臺階，將學習內容從學習的恐慌區移到學習區，有效地加強了學生學習的參與度和達成度，活躍了課堂學習氣氛．

(3)反思和表達要素方面．學生在解決問題的過程中對牽連體的速度、加速度規律進行了總結，并積極在小組內和班級內進行了展示和交流．教師不僅利用課前拍攝的典型錯誤和優秀解答照片對解題規范性進行了示范和糾正，還在課前手寫了第2道題目的完整規范答案，課堂上進行了投影，并留足時間給學生自主完善解答過程．

3.2.2 問題發現

(1)理解和分析要素方面．題目講評過程中，教師僅強調了解題過程，未能對學生存在的錯誤尋根溯源，忽視了審題的重要性．

(2)實踐要素方面．除了計算外，是否還有其他的方法來驗證推理？

(3)反思要素方面．在3道題目中輕繩、輕桿的長度未發生變化，說明它們在整個過程中對整個系統的能量無影響，同時不計一切摩擦力，系統的機械能是守恒的．如果題目出現輕彈簧，能量又會如何轉化呢？有必要進行適當的拓展，提升學生解決問題時思維的深刻性．

3.2.3 改進建議

(1)理解和分析要素方面．教師培養學生的審題能力，會將題目的文字轉換成物理情境，由物理情境、物理條件選擇相關的規律，目的讓學生從會解一道題到會解一類題，提升學生的表征問題解決能力．教師可以在導學案的頁腳標注關鍵詞來提醒學生，如“注重審題，正確進行受力分析、運動分析、功能分析，規范解答．”

(2)實踐要素方面．實驗可以提升學生的實踐能力，例如，教師可以制作出第2題的實驗裝置，在學生表征問題與構建運動情境后，讓學生通過實驗來呈現小球和小物體的實際運動情況．

(3)反思要素方面．在講評導學案中，可以進行適當的拓展或補充，增強學生解決具有差異化問題的能力．如，在第2道題目講評結束后，可以補充如下的拓展問題：如圖2所示，輕質彈簧一端固定，另一端與質量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環相連，彈簧水平且處于原長．圓環從A處由靜止開始下滑，到達C處的速度為零，AC=h，彈簧彈性勢能Ep，求此過程由于摩擦產生的內能.從能量轉化的角度，有重力勢能、彈性勢能、內能間的轉化，運動過程還有動能產生，豐富了能量的形式，可以提升學生的分析問題的能力和認知水平．

圖2 拓展問題情境圖

3.3 第三次課提高

第三次改進課是面向如皋市高三全體物理教師的一節公開課，聽課教師對本節課中問題解決能力培養的評價有以下4個方面.

3.3.1 教師將學生放在課堂的中心

學生思維活動的時間充分，學生間的交流活躍，成果展示時精彩紛呈，如，學生在展示第二題的斜面與物塊的位移關系時共形成了4種不同的思路．學生自主學習時，教師對學困生的個性化輔導，有效地增強了學困生的學習信心．

3.3.2 學生的理解與分析能力得到了提升

雖然題目的難度不小，但是從審題，到明確物理情境，到構建物理模型并選擇合適規律解題這一系列解題思維的訓練，讓學生碰到新問題時，能有條不紊地的分析和解決問題．

3.3.3 學生的推理能力與實踐意識得到了加強

教師對相關問題搭建腳手架，并適當地變式和拓展，提升了學生的思維品質和實踐意識．學生利用實驗驗證第2題中物體運動情境的猜想，強化了實驗與邏輯推理相結合的思維方式與研究方法．

3.3.4 學生反思與表達能力得到了提升

教師對相關模型的思維方法進行了精準的總結，有助于學生掌握方法并應用、遷移方法解決問題．教師從審題、畫示意圖、列表達式等各個方面，強化了學生認真、規范解題的習慣．

4 結論

問題解決能力是一個人成長過程中必備的一種關鍵能力，是學科教學的一個重要目標．問題解決能力的結構分為理解、分析、推理、實踐、反思、表達.為了操作方便，可以將學生問題解決能力劃分為如下3種子能力：表征問題的能力、找到解決問題的方法與結果的能力和自我評價與反思的能力，問題解決能力的各要素可以對應到以上3種能力中，對應關系如表1所示.

表1 問題解決能力的3種子能力及目標指向

為了有效培養學生問題解決能力，在教學中，教師需要重點關注以下4個方面.

4.1 堅持學生的主體地位——學生能力發展的途徑

學生是學習的主體，課堂中的合作探究、成果展示、自我完善均是建立在學生自主學習的基礎之上的．同時，教師還應該鼓勵學生善于發現問題，敢于提出問題，積極解決學習與生活中的問題，提升解決問題的實踐能力．

4.2 優化問題的設置——表征問題能力的抓手

學生問題解決能力是在解決問題的過程中逐漸形成的，所以問題的設置是培養學生問題解決能力的基礎．教師在設計導學案時，需要根據學情和教學目標，精心選擇問題，并設置好問題的呈現方式．情境化問題可以激發學生解決問題的積極性，培養學生的學習興趣．

4.3 搭建思維的腳手架——體驗問題解決的過程

問題解決的本質是一種思維活動，思維貫穿于學生表征問題和找到解決問題的方法與結果的全過程．教師要搭建學生問題解決過程中的腳手架，注重物理情境的分析和物理模型的構建，形成解決問題的程序性知識，同時，要養成學生解決問題時的科學態度和良好習慣．

4.4 提供反思的平臺——豐富問題解決的策略

教師應盡可能多途徑地給學生提供自我評價與反思的平臺，合作探究、成果展示、自我完善、實驗操作等均是較好的平臺，除此之外，教師還要幫助學生加強對問題解決過程的認識，引導學生自覺地運用元認知知識調節與監控問題解決過程，豐富學生的元認知體驗．

教師在教學活動中，注意到以上4個方面，對培養學生問題解決能力會有很大的幫助.