高中物理综合题求解过程评析

摘要：高中物理解题过程是认知心理学中典型的问题解决过程。物理学习成绩较差的同学，审题时经常从已知量入手，通过已知量和所求量的关系从自己的长时记忆系统中去提取相关公式、规律，解决模式基本属于“尝试错误”模式，整个求解过程中认知负荷重，很容易中断；成绩较好的学生，常从物理过程入手，与自己的长时记忆系统中的物理模型（图式）对照，整个求解过程中认知负荷较轻，在解决问题遇到困难时，经常能重新表征问题，容易出现顿悟。

关键词：物理解题；问题解决；认知负荷；问题表征

高考物理综合题，往往具备以下特征：多对象，多过程，多规律，联系实际。联系实际的问题对于学生的审题能力提出了两个方面的要求：一是面对陌生的情景、冗长的文字，能否将题意准确、全面地收录到头脑之中；二是能否将所获取的信息抽象成理想化的物理模型。

高考物理综合题的审题、求解过程，是一个典型的认知心理学中的问题解决过程。

问题解决（problem solving）就是“当问题解决者没有显而易见的解决办法时，他/她致力于将当前情境转换为目标情境的认知加工过程”。

关于问题解决，心理学家们提出了许多理论。桑代克（1898年）最早研究，提出尝试——错误学习（trial—and—error learning）。1930年代格式塔心理学家指出问题解决常常涉及产生式思维和再生式思维，强调问题的重构和顿悟的作用，并通过对功能固有的研究，说明了以前经验可扰乱当前问题的解决。Ohlesson（1992年）从信息加工理论出发提出表征改变理论，关键假设如下：（1）问题解决需要从长时记忆提出相关信息到工作记忆（短时记忆），问题解决者关于问题的当前表征或建构方式就充当其间的记忆探测器；（2）僵局之所以出现，是因为问题的表征方式不能支持相关信息的提取；（3）改变了的问题的表征作为一个记忆探测器在长时记忆中提到了相关信息，顿悟就出现了，问题也就得到了解决。本世纪初，心理学家，继正迁移、负迁移的发现后，又发现了近迁移（把知识正迁移到一个相似的情境）、远迁移（把知识正迁移到一个不相似的情境）等。

人类的工作记忆，是我们认知活动进行的一个平台。人类工作记忆容量是有限的，为7±2个模块。1988年认知心理学家约翰·斯威勒（John Swelter）提出认知负荷理论（cognitive load theory，简称CLT）。林崇德等认为认知负荷指的是一个在中智力活动强加给工作记忆的总数。认知负荷理论也成为研究认知过程和教学设计框架的一个主要理论。

根据上述理论，我们再重新认识学生解答物理习题过程。第一遍读题，主要通过视觉进行感觉输入，根据自己的模式，自然地会注意一些信息，相应的也会忽略一些信息，被注意的信息，通过内部语言复述进入工作记忆。研究中发现不同水平的学生模块的容量明显不同：物理学习水平较差的学生，一个物理量就是一个模块，对于复杂题目往往认知负荷过重，超工作记忆容量，问题解决陷入僵局；水平较高的学生，可将一个物理过程作为一个模块，与自己长时记忆系统的模型类比，可较好、较快地解决问题。

以北京市2008年理综第23题为例，采用“出声思维”的方法，学生在说自己的审题、解题过程时，遇到僵局，而在说自己思考断节处时，有顿悟出现，并且可说出自己的顿悟点。

初步审题时，观察学生的外显行为。水平较低的学生往往表现为：多遍较快速读题，时间较长，在已知、未知量处圈点，无表情、无眼动的想象时间较长；水平较高的学生，往往一遍中速读题，时间较短，除在已知和未知量处圈点外，还在一些“关键字”处（如1问中“输送功率”“损失功率”）圈点，审题过程中有明显眼动，从这些外显行为中，我们可以了解到他们的心理活动。水平较低的学生形成知觉的过程中，缺乏相应的“探测器”，不能较好地形成有意注意，无法快速从自己长时记忆系统中提取相关信息，一次性输入的信息量大，认知负荷大；水平较高的学生长时记忆系统知识规律存储模板化，有效形成“探测器”，可对关键信息形成有效注意，以物理过程为模块，认知负荷小。

对于综合题，学生往往要进行问题再表征，外显行为：水平较低学生：再圈点，书写相关公式，较多涂改（如2问中圈点ρ，v，书写有关公式）。水平较高的学生：画物理过程图，进行物理过程分析。说明他们的内心活动：水平较低的学生：长时记忆系统存储零乱，认知结构不成系统；水平较高学生：长时记忆系统存储有序，认知结构成系统。

教学建议：多数学生感觉在高中物理学科难度大，负担重。教师应多引导学生做好：知识成网、方法成套。引导学生梳理好知识结构，使知识规律存储有序化、模板化，加大物理模型的归纳总结。

参考文献：

[1]苏明义.高考物理试题的特点演变的原因及对策.中学物理教学参考，2011—04.

[2]M.W.艾森克.认知心理学·5.高定国，译.华东师范大学出版社，2009：518—536.

[3]曹宝龙，刘慧娟，林崇德.认知负荷对工作记忆资源分配策略的影响[J].心理发展与教育，2005（1）：36—42.

（作者单位 北京市广渠门中学）