问题解决视野下高中 物理教材重构的现状及思考

高中物理新课程标准明确提出：“……尝试应用科学探究的方法研究物理问题。……通过自己的努力能解决学习中遇到的一些物理问题；……尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题。”显然，课程标准不仅把问题解决作为物理学习的目标，还将其作为一种重要的学习方式。有鉴于此，与问题解决思想相关的各种教学模式应运而生，尽管这些模式不尽相同，但都是将教材重构为引导学生自主学习的“学材”。但是，在教材重构的实践中，还存在一些比较突出的问题亟待解决。

一、 核心概念的界定

1.问题解决

问题解决是一系列的有目的指向性的认知操作活动过程。它包含以下两层含义，其一是认知层面，问题解决是从发现问题到解决问题的全过程，其目的是通过问题解决来激发认知者的思维，并改善其认知结构；其二是教学层面，问题解决是让学生以探究者、发现者等角色，去分析、发现和解决问题。

2.教材重构

教材重构是指教师在实施课程的过程中，依据课程标准，结合学科特点对教材内容进行适度增减、置换及加工，实现对教材创造性、个性化的演绎，使之更好地适应具体的教育教学情境和学生的学习需求而最终形成教学内容的过程。

问题解决视野下的教材重构，是教师在实施课程的过程中，把问题解决作为一种显性的学习内容和方式贯穿整个学习过程，实现对教材内容创造性、个性化的演绎，从而把学生的学习置于具体的、有意义的问题情境之中，促进知识内化，提升自主学习能力。

二、 教材重构中存在的问题

1.把“问题解决”等同于“解决问题”

问题解决旨在把认知过程当作问题解决过程，把学生学习看作是发现、提出和解决问题的过程，使学生在获得知识和技能的同时，突出问题解决过程中的体验，培养学生发现、提出和解决问题的能力以及合作、探究的精神。而解决问题更多的是倾向于教学的结果，其目标就是为了某个具体问题的解决，以实现相关知识的应用。

在实际重构中，存在着用“解决问题”替代“问题解决”的现象，表现为教师把自己对教材的理解、领悟以“学答”的方式呈现给学生，而没有体现出发现问题和提出问题的过程，因而限制了学生独立思考和自由发展的时空，导致其“发现问题”、“提出问题”的意识和能力低下。

2.重知识而轻科学方法熏陶

新课程标准注重知识的形成过程，突出科学方法在探究性学习中的作用，强调学生自主学习能力的培养。但因现行教材是以知识为体系进行表述的，而方法又分散隐藏于知识之中，导致对教材的重构往往表现为知识的高度浓缩，没有把物理科学方法有效地融入到科学探究之中，导致物理科学方法教育严重缺失。

3.重实证取向而轻科学态度形成

教材是学生学习的主要模仿对象，但是教材对于科学态度的体现程度却值得考量。它对大多数知识的呈现没有体现出人们对于科学知识的判断、选择和取舍过程，对于学生科学态度的形成缺乏有效的示范。具体表现在新知识引入时，对于其有效解释观察到的问题、预言实验结果的功能体现不足，因而无法让学生体会学习过程中行为上的成功感。

基于教材在科学态度体现程度上的不足，加之目前教师对此没有引起应有的重视，导致其在对教材重构时，实证主义倾向更为严重。

三、 问题解决视野下教材重构的策略

鉴于以上问题，在对教材进行重构时，首先，须以《课程标准》为前提，因为课程标准是物理教育目标的具体化，体现了物理学科对学生的基本要求，是培养学生科学素养的依据，具有政策指导性。其次，要最大限度地促进学生的身心发展，实现学科知识的逻辑顺序和学生的心理特征间的平衡。最后，要以学生发展为核心，在科学方法、科学知识、科学态度等方面追求和谐平衡。

为实现上述要求，需要对学习内容的选择、组织和呈现方式进行重构，以凸显问题解决是一种显性的学习内容和方式，其具体的策略如下。

1.内容选择——“贴近学生，贴近生活，贴近社会”

建构主义认为，学习不仅仅是记忆和表面上理解别人研究出来的现成的概念和原理，而是一个积极主动的建构过程。在这一过程中，学生通过不断激活原有知识经验，进而对外在信息进行主动的选择和加工，达到对知识的深层次理解。

要促进学生积极地参与学习，实现知识意义的主动建构，必须让学生具备主动学习的心理。为此，需将知识的意义建构置于问题解决背景之下，并在内容选择上“贴近学生，贴近生活，贴近社会”，以便搭起教材内容通向学生生活世界的桥梁，从而把教学目的、要求转化为学生学习的内在需求，激发学生参与探究活动的强烈愿望和兴趣，并在真实的问题情境中经历过程与方法，获得丰富的情感体验。

当然，在内容选择上“贴近学生，贴近生活，贴近社会”，决不是简单罗列一些生活中的物理现象，而要选择那些既与实际生活密切相关，又具有一定内在逻辑联系的内容来促进知识的意义建构，即在内容选择上体现“源于生活—高于生活—提升生活—学会生活”，从而为学生未来参与社会生活奠定基础。

2.内容组织——“从生活走进物理，从物理走向社会”

在内容组织上，从学生已有的生活经验出发，引导学生从身边物理现象入手，进行自主探究性学习，然后运用所学的物理知识解决生活中的有关问题，从而在问题解决中获得鲜活的知识，完成知识的意义建构和科学价值观的形成，真正体会到探究的乐趣和价值，充分体现“从生活走进物理，从物理走向社会”这一新课标理念。

在内容组织形式上，要突出自主合作探究的学习方式。不要平铺直叙地将学习内容一览无遗地展现在学生面前，而要给学生充分思考的空间，让学生经历各种各样的探究性活动，如提出假设、实验、调查、讨论等活动，主动体验探究的过程，掌握探究的方法，体会探究的乐趣。

例如，在人教版教材必修1中安排了《探究小车速度随时间变化的规律》的实验，教材设置此实验的目的是为构建匀变速直线运动模型提供感性材料，并在其中渗透科学方法教育。但在内容选择和组织上，让学生感到匀变速直线运动似乎距离我们生活很远，造成了学习内容与日常生活现象脱节，实验探究的内在需求不足。

事实上，物体沿斜面下滑、重物从空中下落等日常生活中常见的现象，它们在一定条件下可近似看作是匀变速直线运动。为此，建议将实验内容重构为《探究重物下落速度随时间变化的规律》，在内容组织上，以递进性的问题链来展示研究的过程和方法。

（1）观察诸如纸张、纸团、粉笔等重物下落现象，说明其运动形式各不相同的原因，在这些运动中最简单的运动形式对应于什么情况？

（2）如何通过实验方式获得近似的最简单的运动形式？

（3）试设计一个实验方案，探究最简单运动形式中重物下落速度和时间的关系？

（4）设计一个表格，记录实验数据，并讨论实验数据的处理方法。

学生在对众多的重物下落运动的研究中，为了抽象出最简单的运动形式，需要忽略次要因素，突出主要因素，体现了源于生活、高于生活的特性，让学生体会到如何对实际问题进行简化、纯化，从而为学生的探究过程进行了有效的示范，也为以后的自由落体模型构建提供可靠的素材。

3.内容呈现——体现问题解决过程

学生的自主学习过程实际上就是问题解决过程，因此，在对教材进行重构时，要体现问题解决的过程，即如何发现问题、提出问题和解决问题，如何能使得学生对问题解决的过程与方法及情感上有更为深刻的体验。为此，在将教材内容重构为学习内容时，在内容呈现方式上要着眼于以下几个方面进行。

（1）搭建支架，发现问题

爱因斯坦曾说过：“提出（发现）一个问题往往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许只是一个数学上或实验上的技巧问题。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”但在现行教材中，实证主义倾向较为严重，表现在陈述知识时，往往不是以实验的真实结果为依据，而是在陈述了实验之后，以先知者的身份直接告诉学生将会得出什么结论，从而把物理学中最有魅力的部分变成了“阳关大道”。因而不利于对学生发现问题、提出问题能力的培养。

为此，在对教材进行重构时，需要还原知识产生的背景，将学生置于还原后的真实情境之中，从而为学生搭建起发现问题、提出问题、解决问题的“脚手架”，引导学生经历知识的发生、发展过程。

例如，在对《质点 参考系》教学中，如果我们简单地设置诸如什么是质点、参考系等“学答式”问题，学生通过预习教材能清楚质点、参考系等概念，但是丧失了质点模型的建构过程以及研究问题的方法，丧失了问题解决过程中的情感体验。

为此，在对其进行重构时，首先，列举如何研究人的行走过程中的运动轨迹问题，从而引出物体大小、形状等因素对运动情况的影响。

其次，要设置具有长成性、启发性的问题，引发学生的认知冲突，从而抽象质点模型。如一长为500m的列车，从北京到上海，路程为500km，求所用的时间，请互相交流所得结果。从而引发学生的认知冲突，从中发现问题、提出问题进而构建质点模型。学生在问题解决中，有的考虑列车的长度，有的没有，但在对所求结果进行交流时发现，考虑与否对研究问题影响可以忽略不计，从而抽象出质点模型。

最后，设置问题，引导学生在问题解决中完善对质点模型的认识。如果此列车通过长为1000m的大桥时，所用的时间又为多少？在这两个问题中，你对质点模型有怎样的认识？在问题解决中，学生体会到同一物体，在不同情况下，有时能抽象成质点，有时则不能，从而深化了对质点模型的认识。

（2）构建“样例-探究”模式，引导学生自主探究

基于问题解决视野下的教材重构，其价值取向是让学生学会学习，这就要求我们在对教材进行重构时，要为学生构建范例，以引导学生自主学习。

有鉴于此，在对教材重构时，应将样例学习和问题解决有机结合起来，构建“样例-探究”模式，引导学生通过“样例”自主探究，从而有效体验知识发生、发展和发现过程。那么，如何设计样例才能促进学生的问题解决呢？

样例设计是一个系统工程，它既考虑学生问题解决的心理，又考虑物理教学对促进知识迁移的实际要求。研究表明，在样例设计中，将样例与问题临近给出，且采用带有“空白”的不完整样例（渐省样例）时能明显提升问题解决的效率。

当然，本文中的样例不仅仅是狭义上的例题，而应为所有能为学生自主探究提供示范的素材。现以《速度变化的快慢 加速度》为例，说明“样例-探究”模式的构建方式。

①运用图表方式，呈现感性材料

以下为一组运动物体的速度变化的数据，思考如何比较它们速度变化的快慢程度？它与我们学习过的什么物理量的建立方式相似？

通过图表方式，对众多现象进行比较，便于学生从中发现问题，感受到建立描述速度变化快慢物理量的必要性。同时，从两个层面探究该物理量的建立方式，一是针对图表中的数据特点，建立一个统一的标准来反映速度变化的快慢；二是类比于速度概念的建构方法，建立加速度的概念。

②运用类比方法，建构加速度的矢量性

根据速度、加速度的意义，你对加速度概念能提出多少自己的观点？简要说明你的依据。

关于矢量性问题，是学生进入高中阶段首先遇到的较易出现错误的问题，通过类比方法引导学生自主建构，并有效将其纳入到已有的知识结构中。

③运用类比方法，加深对加速度的理解

在以上呈现方式中，运用图表方式，把速度与加速度的相关知识对应起来，减弱了学生的分散注意效应。同时，在样例中省去的内容和插入的空白，驱动学生对空白部分进行自我解释，有效促进学生的自主学习，并完善了学生的认知结构。

从上面的案例研究可以看出，以“样例-探究”模式呈现学习内容，能为学生创造一种探究情景，引导学生模仿样例学习相关原理，同时也训练学生运用归纳、类比方法发现知识的能力。

（3）设置问题链，重演知识的形成过程

在当前的物理课程改革中，已不再将结构化的物理概念、规律作为物理课程内容的惟一来源，还将物理概念、规律的发生和发展过程以及与此同时产生的文化作为课程开发和实施的资源。但是，在实际教学中，考虑到学生的认知结构，我们往往不能将原始的知识形成过程直接呈现给学生，此时需要我们重演知识的形成过程。

为引导学生完成知识的自主建构，最有效的方法是将学习内容问题化。因为问题是思维的源泉，更是思维的动力。但也要注意到，教材内容的问题化决不是简单地将教材内容转化为一个个的问题，否则，将使学生更为关注学习的结果，忽视学习的过程，这也正是目前教材重构中所表现出的最大问题。而应该基于问题解决思想构建以物理科学方法为节点的问题链，重演知识的形成过程，让学生在问题解决中建立概念、发现规律，实现知识的意义建构。下面以《动能 动能定理》为例，说明问题链的设计方式。

动能定理是运用微积分知识按演绎推理方式建立起来的。显然，这种建立方式不符合高中学生的认知水平。同时，现有教材中的呈现方式也存在逻辑问题，因此，需要对动能定理的形成过程进行重构，具体方式如下。

①由特殊模型初步建立功与■mv2的关系

在教材中，由图1所示的特殊物理模型（光滑水平面、单个恒力作用），运用牛顿第二定律F=ma与运动学公式v22-v12=2ax进行理论演绎，得出W=■mv22-■mv12。教材由此类比于重力势能建立动能概念，并将其称之为动能定理。

但从演绎推理的规则考察上面的知识呈现方式，不难发现其中隐含的逻辑问题，因为按特殊模型是不能建构起一般的动能概念和动能定理的。因此，这种呈现方式初步建立功与■mv2间的关系，而对■mv2和W=■mv22-■mv12的意义需要学生在问题解决中建构。

②以问题为载体、科学方法为主线，重演知识的形成过程

对于一般的运动模型、作用模型，是否仍有这样的规律？为此，设置以物理科学方法为节点的问题链，重演定理的形成过程，引导学生建构动能概念、“发现”动能定理。

问题一，如果图1中水平面是粗糙的，则合外力所做的功与物体的质量、速度间存在什么关系？

问题二，如图2所示，物体在粗糙的水平面运动，在l1、l2段分别受到的水平力F1、F2作用，则外力所做的功与物体的质量、速度间存在什么关系？

问题三，如果物体在粗糙的水平面上运动时，受到的水平作用力F是变化的，则外力所做的功与物体的质量、速度间存在什么关系？

问题四，如果物体从高为H处以速度ν0沿水平方向抛出，落地速度为ν，重力对物体所做的功与物体的质量、速度间存在什么关系？

问题五，如果物体做曲线运动，且受到的作用力F是变化的，则外力所做的功与物体的质量、速度间存在什么关系？

问题六，由直线运动、曲线运动中所得结论，你对物体动能概念有什么样的理解？能归纳出什么样的物理规律？

在以上问题系统中，物理科学方法是其内在主线，是连接各个问题的节点，具体脉络如图3。其中Ⅰ、Ⅱ是分类方法（Ⅰ按运动轨迹来分类，Ⅱ是按作用方式来分类），它为自主探究指明了方向；Ⅲ是演绎推理，Ⅳ是归纳推理，借助于两种推理方法，建构起动能概念、归纳出动能定理。

通过以上重演方式，完善了动能概念、动能定理的建构过程，消除了教材隐含的逻辑问题。同时，很好地解决了教材重构中的预设与生成问题，即通过教师的“点石成金”，把知识学习与方法体验有机地融合起来。另外，以上重演方式中，既是概念、定理的建构过程，也是动能定理的应用过程，从而把概念建立、定理“发现”过程有机融合在“做中学”、“用中学”之中，有效提升了教学效益。

参与文献

[1] 张正严.论新课程背景下中学物理教师对教材内容的重构.物理教师，2007（6）.

[2] 肖敏.从物理教材的知识呈现方式谈科学观念的培养.物理教学探讨，2007（1）.

[3] 周栋梁.对人教版几个物理规律的重构建议.教学月刊，2012（5）.