问题解决教学的实践

目前“问题解决”教学模式已得到教育界的广泛认可和接纳,并逐渐发展成为当前教育改革的一条主线.“问题解决”教学模式就是把某课题教学内容转化为若干个不同层次或类型的问题,以问题为载体建构教学流程,让学生在问题解决中逐步完成本课题内容学习,达成相应的三维目标.“问题解决”教学模式可以为学生提供一个自主的、体验的、合作的、创新的人本发展平台,同时也为教师提供了一条践行新课程理念、优化课堂教学的有效捷径.

1物理问题设计的一般原则

1.1从物理问题的内容特征看

（1）问题应具有发展性.设计的问题应贴近学生的最近发展区,是学生力所能及的,这样的问题有利于学生自信心的培养.

（2）问题应具有探索性.设计的问题应能给学生提供自主探索和创新的空间,要求学生具有某种程度的独立见解和探究精神,这样的问题有利于学生创造能力的培养.

（3）问题应具有开放性.设计的问题应尽可能有多种可能的解答或解,这样的问题会促使学生更多地进行合作、交流、讨论,有利于学生合作精神的培养.

1.2从物理问题的结构特征看

（1）问题应具有层次性.围绕三维目标,贴近学生的最近发展区,设计不同类型和层次的问题,使学生在问题解决的过程中感受发展、体验成功.

（2）问题应具有连续性.以问题内在逻辑为线索科学组合问题,把问题链接在一起构成“问题连续体”,让学生在问题解决的过程中牢固掌握知识、体会整体美.

2物理问题解决的一般过程

（1）明确问题.首先对问题进行阅读,明确字面意义,形成对问题的大概认识；然后考察细节,全面把握信息,抓住问题的外部特征,搞清问题的己知条件.

（2）表征问题.调动大脑中的认知结构,对问题进行直觉的洞察、深入的分析和丰富的联想,寻求问题解决的方法和途径.

（3）求解问题.求解问题是问题解决的中心环节,需要寻找一些具体方法、步骤,做出简明扼要、完整规范的推理、运算,进而得出结论或者提出检测设.

（4）反思问题.反思是问题解决过程中容易忽视的一个重要部分,回顾问题解决的思路,反思所解决问题结构,思考问题情景中所隐含概念、过程和规律,并把解决过的问题纳入到己有的认知结构中.

问题解决的四个阶段相互联系、相互影响、相互作用,在问题解决过程中,学生掌握了思维的常规,并能进行思维的创造,解决问题的能力得以提高.

3运用“问题解决”教学的一般模式

以“生活中的圆周运动”的教学为例.

3.1问题解决情境创设

建构主义认为学习总是与一定的社会文化背景（即情境）相联系.创设“问题解决情境”就是在教学内容和学生求知心理之间制造一种“不协调”,造成一种悬念,激起学生学习兴趣,引导学生忘我探索,促使学生全身心投入学习.问题解决情境的创设应围绕三维教学目标和学生的实际情况,把需要解决的课题,有意识地寓于各种各样符合学生实际的知识基础之中,注重培养学生发散思维与创新意识,且难度适中.

问题情景1课件展示赛车在经过弯道时都会减速,如果不减速赛车就会出现侧滑,从而引发事故.思考如何才能使赛车在弯道上不减速通过?接着展示自行车赛中自行车在通过弯道时的情景,由展示可以看出自行车在通过弯道时都是向内侧倾斜,注意赛场有什么特点?思考这样做的目的是什么?

问题解决情景创设就是要造成事实性知识与学生头脑中概念性知识冲突,通过创设显性或隐性问题情境,自然引出课题,并促使学生迅速进入新的学习状态.

3.2问题解决互动探究

学生主体、教师主导的问题解决活动就是教师引导学生用已有的知识、方法解决问题,并在解决问题的过程中深化对知识的理解,提升知能结构.在问题解决过程中,教师应给予适时的指导,提醒学生“做什么”、“一般怎么做”、“为什么要这么做”、“还能怎么做”,要求学生在问题解决过程中清楚做的缘由.这样使内在思维过程外显,让学生意识到自己的思维过程,有利于学生自我调控.

问题情景2课件展示赛车转弯、过山车在竖直面内圆周运动,分析做圆周运动的物体受力情况.物体做圆周运动时,受力有何共同点?向心力方向如何?大小如何?

互动探究1从受力分析研究“供力”、运动分析研究“需力”两个角度理解向心力公式,并提炼出物体做匀速圆周运动的原因（见图1）.

通过师生互动探究,促进学生知能提升,对物体做匀速圆周运动的认识由概念性水平提升到概括性水平.即物体作匀速圆周运动的原因：“供方”提供物体作匀速圆周运动的力与“需方”物体做匀速圆周运动所需的力达到平衡.

问题情景3课件展示火车转弯.火车以半径R等于300 m在水平轨道上转弯,火车质量为8×105 kg,速度为30 m/s.设向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供Ff等于mv2R,代入数据可得Ff等于2.4×106 N,但轨道提供的静摩擦力最大值Ff静m等于μmg等于1.96×106 N.在火车转弯做圆周运动过程中的主要矛盾是什么?

问题情景4课件展示高速赛车场的试车道、自行车赛道.为使火车沿轨道安全通过弯道,应怎样设计?简述设计方案思想,画出草图,简单计算说明,并进行可行性分析.

互动探究2引导学生思考如何解决“供需”不足的问题,师生共同讨论探究,设计方案：（1）增大转弯半径；（2）增加轮缘,提供额外的向心力；（3）轨道面倾斜,利用支持力的分力提供额外的向心力.并分析方案的设计原理,讨论优缺点.通过师生互动探究,进一步提升概括化水平面.

问题情景5课件展示,火车车轮有凸出的轮缘,外轨作用在火车轮缘上的力F是使火车必须转弯的向心力,外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力.如图2所示,火车以半径R等于900 m转弯,火车质量为8×105 kg,设计通过速度为30 m/s,火车轨距l等于1.4 m,要使火车安全通过弯道,轨道应该垫的高度h?（θ较小时tanθ等于sinθ） 学生活动1由力的关系得Fmg等于tanθ,

由向心力公式得F等于mv2R,

由几何关系得hl等于sinθ,

所以h等于lv2Rg等于0.14 m.

问题情景6若火车速度与设计速度不同会出现怎样的情况?如果火车速度大于设计速度时怎样?火车速度小于设计速度时又怎样?

互动探究3需要轮缘提供额外的弹力满足向心力的需求,过大时,外侧轨道与轮之间有弹力；过小时,内侧轨道与轮之间有弹力.

问题情景7如果火车车轮无轮缘,火车速度过大或过小时将向哪侧运动?

互动探究4火车速度过大时,火车向外侧运动――离心；火车速度过小时,火车向内侧运动――向心.（图3）

通过师生互动探究,学生对物体做匀速圆周运动的认识进一步提升.

问题情景8计算比较汽车在两种不同桥面时桥面受力的情况,设车质量为m,桥面半径为R,此时速度为v.对于凸面桥,如果汽车速度过快,汽车做何种运动?汽车有无可能做如图4所示的运动?若可能应满足怎样的条件?

互动探究5从“供”、“需”两方面来进行研究.提供的力FN+mg,需要的向心力mv2R,由“供”、“需”平衡做圆周运动得FN+mg等于mv2r,又FN≥0,所以有v≥gr,也就说汽车过最高点的速度必须大于等于gr.

这是“问题解决”教学过程的主体阶段,教师要紧紧围绕教学主题和教学目标,精心设计不同类型和层次的问题,建构问题组合,形成问题连续体,使问题始终处于学生的“最近发展区”之中,真正使“问题解决”教学得以规范实施,取得应有的效果.

3.3问题解决主动提升

通过预设问题,教师充分放手,不再告诉学生怎么做,而是让学生依靠前一阶段形成的知能结构,由学生自己去摸索、去尝试、去反思,从而为学生自主构建个人知识以及依照自己的思维方式去认识问题提供机会.这一过程,学生知能建构的自主性很强、自主权很大,问题解决的探究方案是自主建构的,问题解决的过程展开是自主进行的,问题解决的结论得出是自主完成的.

问题情景9播放建筑工地上用来砸实地面的“电动夯”工作时的情况.思考什么时候底座离开地面?什么时候砸向地面?为什么会出这样的结果?

自主探究1如图5所示,在质量为M的电动机上,装有质量为m的偏心轮,偏心轮转动的角速度为ω,当偏心轮重心在转轴正上方时,电动机对地面的压力刚好为零；当偏心轮重心在转轴正下方时,电动机对地面的压力最大.

学生根据已有的知能结构自然容易想到,由受力分析得到提供的向心力、运动分析得到需要的向心力,并依据两者关系可顺利处理上述问题,自主处理过程中也建构了主体知能结构,促进学生主动提升.

4“问题解决”教学的反思

4.1问题解决教学中应突出“三主”策略

问题解决教学是以问题为主线、学生为主体、教师为主导的课堂教学模式.设计层次化、系列化问题,在教师精心主导下,让不同层次的学生都有思考与讨论、交流与合作的空间,这种教学模式关注了学生知识形成、能力生成和情感体验.问题解决教学的目标是把学生培养成问题解决者,让学生主动进行问题解决、自主建构知能结构,因此学生是问题解决教学的主角.教师设计的问题能否符合学生的实际、激发学生的热情,教师的引导是不是顺势而为、是否引起学生共鸣,因此目标的达成离不开问题的设计、离不开教师的主导.

4.2问题解决教学中应注重学习方式的选择

层次性的问题对学生能力要求不一,教学过程中不能单纯采用一种学习方式,应根据问题的难度、学生的反应选择合适的学习方式.对于学生能通过自主学习就能够解决的问题就放手让学生独立解决；对于稍有难度问题应让学生通过小组讨论,相互启发、相互交流合作解决；对于通过学生小组讨论还不能解决的问题,教师应顺势利导,引领学生一起解决问题.

4.3问题解决教学中应重视课堂氛围的营造

教师与学生、学生与学生之间的地位与人格是平等的,教师是学习活动的组织者、引导者和参与者,在平等原则基础上实现对话、协商与讨论,以达到认识上的共享与共识.问题解决教学过程中应鼓励学生积极探索、耐心引导并回答学生提问,让学生的求知欲在不断地看、听、问、思中得到满足.只有在问题大家讨论、谁的见解全面就听谁的这样一个宽松的环境里,才能更好地引导学生去观察、去分析、去判断和推理,寻求问题解决的方法.总之,营造和谐的课堂氛围,是将问题解决教学推向高层次的有效策略.

基于“问题解决”模式下的物理课堂教学模式,学生的学习是在元认知调控下的自主学习,问题的解决方式主要是合作探究学习,学生最终获得相应的知识与技能,掌握相关的学习方法,并形成相应的情感态度与价值观.