借鑒美國教材優(yōu)化高中物理例題教學(xué)的實(shí)踐

摘 要：人教版高中物理教材中的例題淡化表征問題、監(jiān)控、解題策略和習(xí)題同一性，在支持、促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)所起的作用及學(xué)習(xí)指導(dǎo)非常有限.借鑒美國教材及教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)歸納出優(yōu)化例題教學(xué)中學(xué)習(xí)指導(dǎo)的具體做法：一是展現(xiàn)問題解決過程，突出表征和監(jiān)控；二是系統(tǒng)介紹解題策略，展示操作性步驟；三是設(shè)置相似問題情境，保持例題與習(xí)題統(tǒng)一性；四是從新手角度出發(fā)，幫助學(xué)生成為專家.實(shí)踐調(diào)查表明，借鑒美國教材優(yōu)化例題教學(xué)過程與學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)自信心存在著正相關(guān).

關(guān)鍵詞：高中物理；例題教學(xué)；學(xué)習(xí)指導(dǎo)

作者簡(jiǎn)介：孔興?。?973-），男，教育碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向物理學(xué)科教學(xué).

狹義的樣例，是指具有詳細(xì)解答步驟的事物或例題，包括對(duì)問題的陳述、解決問題的過程以及問題的答案.作為樣例的例題，學(xué)生可以從中發(fā)現(xiàn)、領(lǐng)悟知識(shí)或解決問題的技能.正確的樣例及其學(xué)習(xí)方法，可以減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，提高學(xué)習(xí)效果.由此，作為教材重要組成部分的例題，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要的作用.美國高中選用率接近50%的理科物理主流教材《物理：原理和問題》2005年的最新版本的例題有值得借鑒的特點(diǎn).

1 展現(xiàn)問題解決過程，突出表征和監(jiān)控

現(xiàn)代信息加工心理學(xué)認(rèn)為，解決問題過程包括表征問題、設(shè)計(jì)解題計(jì)劃、執(zhí)行解題計(jì)劃和監(jiān)控這四步.美國教材例題中的分析概括問題包括表征問題和設(shè)計(jì)解題計(jì)劃，求解未知量對(duì)應(yīng)執(zhí)行解題計(jì)劃，驗(yàn)證答案對(duì)應(yīng)監(jiān)控.人教版高中物理教材淡化了表征問題這一重要環(huán)節(jié)，沒有指導(dǎo)學(xué)生如何審題、確定已知量和未知量，也沒有出現(xiàn)監(jiān)控這一環(huán)節(jié).借鑒美國教材的這一特點(diǎn)，對(duì)“用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題”中的例題進(jìn)行優(yōu)化實(shí)踐.

案例1 假設(shè)你的質(zhì)量為75kg，且你正站在放置于電梯的磅秤上.電梯從靜止開始，以2m/s2的加速度向上運(yùn)行了2s后，在這個(gè)加速的過程中，磅秤的讀數(shù)是多大？

分析問題 如圖1所示.

驗(yàn)證答案 符號(hào)否有意義？正號(hào)與坐標(biāo)系上顯示的一致.數(shù)值是否合理？電梯加速上升時(shí).

通過教學(xué)實(shí)踐，把例題的學(xué)習(xí)指導(dǎo)流程歸納如圖2所示.

教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這有利于學(xué)生理解并掌握解題步驟，習(xí)得程序性知識(shí).例題對(duì)計(jì)算結(jié)果再思考，將解決問題的思維過程置于一種自我監(jiān)控的過程中，這樣會(huì)讓物理思想方法浸潤(rùn)其中，不僅利于學(xué)生掌握知識(shí)，而且利于學(xué)生提高自身的反省認(rèn)知水平.

2 系統(tǒng)介紹解題策略，展示操作性步驟

美國教材系統(tǒng)介紹了解題策略，解題策略被描述為一系列具體而富有操作性的步驟，并且通過例題展示給學(xué)生.在物理問題的解決過程中，物理問題的解題策略及其蘊(yùn)涵的思想方法屬于認(rèn)知策略的范疇.而認(rèn)知策略是程序性知識(shí)的一類.在解決問題過程中應(yīng)考慮執(zhí)行這一程序所需的外顯規(guī)則，并練習(xí)廣泛地使用這些外顯規(guī)則，最后會(huì)高度綜合和協(xié)調(diào)地以高速、準(zhǔn)確、自動(dòng)、內(nèi)隱地使用這些規(guī)則.

案例2 在上述案例1中，系統(tǒng)介紹解決此類問題的可操作性策略.

解題策略 求解有關(guān)力和運(yùn)動(dòng)的問題時(shí)，可以采用以下解題策略.

（1）仔細(xì)審題，作出受力分析圖.

（2）選擇研究的對(duì)象，選取一個(gè)坐標(biāo)系.

（3）確定哪些量是已知量，哪些量是未知量.

（4）畫出運(yùn)動(dòng)示意圖，指出加速度的方向，標(biāo)出合力的方向.

（5）利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解.

（6）驗(yàn)證答案，看看它們是否合理.

案例3 一根質(zhì)量為22kg，高出地面13.3m的大樹枝下落到離地6m的屋頂上.忽略空氣阻力，求樹枝落到屋頂時(shí)的速率是多少？

解題策略 求解機(jī)械能守恒定律的題目時(shí)，可以采用以下解題策略：

（1）仔細(xì)審題，選擇研究的系統(tǒng).

（2）畫出受力分析圖.

（3）判斷系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒.

（4）寫出初末狀態(tài)的機(jī)械能的表達(dá)式.

（5）根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程求解.

（6）驗(yàn)證答案.看看它們是否合理.

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這樣有利于學(xué)生在解決問題的過程中考慮執(zhí)行這些步驟.學(xué)生經(jīng)過適當(dāng)?shù)木毩?xí)后，可以把這些步驟聯(lián)結(jié)起來.再經(jīng)過一定的練習(xí)后，學(xué)生可以高度綜合和協(xié)調(diào)地使用這些步驟并遷移到解決其他問題情境中.

3 設(shè)置相似問題情境，保持例題與習(xí)題統(tǒng)一性

心理學(xué)研究表明，以命題表征的概括性命題知識(shí)向以產(chǎn)生式表征的智慧技能和認(rèn)知策略轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵條件，是規(guī)則在變化的情境中練習(xí)和運(yùn)用.在知識(shí)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用階段題型或情境的變化，將有助于學(xué)習(xí)者獲得熟練解決問題的技能.值得指出的是在概念和規(guī)則習(xí)得的最初階段，宜設(shè)置與原先學(xué)習(xí)情境相似的問題情境進(jìn)行練習(xí)，練習(xí)課題之間要保持一定的同一性.

案例4 二維空間中的庫侖定律.已知小球A所帶的電荷量為+6.0μC，小球B所帶的電荷量為-3.0μC，B球位于A球右方4.0cm處.

（1）求B球?qū)球的作用力.

（2）如果所帶電荷量為+1.5μC的第三個(gè)小球C加入該系統(tǒng)，它位于A球的正下方3.0cm處，求此時(shí)A球受到的靜電力.

相應(yīng)的習(xí)題：

（1）在例題1（即本文中的美國教材例題）中，如果B球所帶電荷量為+3.0μC.試作出示意圖，計(jì)算A球受到的靜電力.

（2）A球位于原點(diǎn)，所帶的電荷量為+2.0×10-6C.B球位于x軸上的+0.60m處，所帶的電荷量是-3.6×10-6C.C球位于x軸上的+0.80m處，所帶的電荷量是+4.0×10-6C.試確定作用在A球上的靜電力.

人教版教材在課后的問題與練習(xí)中也給出了相應(yīng)的習(xí)題.但是，美國教材的習(xí)題與原來的例題之間的情境更為相似，即在例題與習(xí)題之間保持了一定的同一性，這更有助于學(xué)生更好地習(xí)得解題策略.

4 從新手角度出發(fā)，幫助學(xué)生成為專家

廣義的專家是在某個(gè)領(lǐng)域或方面有專長(zhǎng)的人，狹義的是指對(duì)某種學(xué)術(shù)、技能有特長(zhǎng)的人.心理學(xué)研究給出了專家與新手的問題解決的特征，如表1所示.

從專家與新手的問題解決的特征的比較可以看出，美國教材更好地體現(xiàn)了專家的問題解決的特征.美國教材花費(fèi)了不少筆墨對(duì)問題進(jìn)行表征，在解題策略和問題解決過程中監(jiān)控問題解決的過程.但是人教版教材的問題策略內(nèi)的步驟、順序在編寫上就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，反而不利于學(xué)生學(xué)習(xí).在例題、習(xí)題教學(xué)中，可以借鑒美國教材，注重問題解決的過程，重視問題的表征，引導(dǎo)學(xué)生分析、歸納、總結(jié)解題策略，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我監(jiān)控.

案例5 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及應(yīng)用

例1 有一個(gè)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它在兩段連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)通過的位移分別是24m和64m，連續(xù)相等的時(shí)間為4s，求質(zhì)點(diǎn)的初速度和加速度大小.

例2 一輛汽車在筆直的公路上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，該公路每隔15m安置一個(gè)路標(biāo)，汽車依次通過路標(biāo)ABC，汽車通過AB兩相鄰路標(biāo)用了2s，通過BC兩路標(biāo)用了3s，求汽車通過A、B、C三個(gè)路標(biāo)時(shí)的速度.

例3 一個(gè)物體做初速度不為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，通過連續(xù)兩段長(zhǎng)分別為x1、x2的位移所用的時(shí)間分別為t1、t2，求物體運(yùn)動(dòng)的加速度.

學(xué)生解答之后，學(xué)生在教師引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)：例3更本質(zhì)，它歸納了例1和例2.之后，筆者引導(dǎo)學(xué)生從單位上對(duì)例3的計(jì)算結(jié)果：a=2（x2t1-x1t2）t1t2（t1+t2）進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的單位正好就是m/s2，計(jì)算結(jié)果從單位上是合理的.這樣，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控，有助于學(xué)生自我監(jiān)控能力的發(fā)展.接著，引導(dǎo)學(xué)生歸納此類運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的解題策略.

從新手的角度出發(fā)，把問題策略描述為一系列具體而富有操作性的步驟，有助于學(xué)生最終能成為專家.

筆者對(duì)某普通高中的高一學(xué)生經(jīng)過一年的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：對(duì)物理學(xué)習(xí)比較喜歡的有69.6%，高于全市常模的57.6%；對(duì)學(xué)習(xí)過程感到開心、有成就感的有64.3%，高于全市常模的45.6%；比較喜歡物理教師的有54.4%，高于全市常模的44.9%；即使別人不督促我，我也會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)的有50.6%，高于全市常模的37.6%.可見，借鑒美國教材優(yōu)化例題教學(xué)過程與學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)自信心存在著正相關(guān).

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