难题解决教学方式在高中物理教学的运用

《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》中明确指出：智育工作要转变教育观念，改革人才培养模式，积极实行启发式和讨论式教学，激发学生独立思考和创新的意识，切实提高教学质量。但在课堂教学中如何进行素质教育，教学模式如何构建，学生如何才能生动活泼、积极主动地全面发展等问题也给教师带来很多困惑。笔者在多年的课堂教学实践中，应用“问题解决教学模式”收到了良好的效果，促进了高中物理课堂教学改革和发展，是对传统教学模式的突破，也是素质教育的有效形式。

一、问题解决教学模式的内涵及其重要性

教学模式是在教学实践基础上建立起来的一套组织、设计和调控教学活动的方法论体系，是在一定教育思想指导下，围绕着某个主题及其涉及到的各种因素和关系，对教学结构进行组合的方式，它是教学结构的变式和重组。

1、问题解决教学模式的内涵

问题解决教学模式的根本特征是学生的学习自主性，是个体经验的获得，是把整个教学过程设计成为学生的学习过程，而不是纯粹的接受学习。主张学生在实际活动中通过发现和解决问题来学习，强调亲身体验和增长经验，要求从学生困惑的情境出发，创设适宜的问题情境，进行一系列的假设、推理、检验的活动而获得问题解决，并使学生的兴趣和才能得到自由和发展。

2、问题解决教学模式的重要性

物理教学中一些重要概念、原理、规律性的结论，只有让学生经过自己亲身实践和探索，才能更正确地理解和掌握与应用。高中学生智力发展比较充分，知识基础比较扎实，抽象思维能力较强，他们迫切希望独立自主地学习，愿意更多地发表个人的见解，这是运用问题解决模式的基础。素质教育的课堂教学目标要求教师在课堂教学过程中，注重启发引导，创设新颖有力的问题情境，给学生架起探究学习的桥梁和引导解决问题的正确途径。让学生在积极思维、消化知识的过程中，改组自己的认知结构，培养科学的思维方法和良好的学习态度。由此可见充分运用问题解决模式进行教学不仅促使学生进行主动学习，而且能做到教师的主导作用和学生主体作用的完善结合，能做到掌握知识、技能和发展智力、能力的完善结合，真正实现多元化素质教育的目标。

二、应用问题解决教学模式的原则和策略

在组织问题解决学习活动时，教师必须掌握有意性、有效性、层次性、情感性原则并采取相应的教学策略。

1、有意性原则

在物理课堂教学中，教师应当有意识、有目的地采取一定的方法和手段，给学生提供适当的课题背景，使大多数学生能通过教师所创设的问题情境，很快地集中注意力，产生旺盛的求知欲，才使思维顺利展开。

2、有效性原则

教师给学生呈现的问题必须服从于整个教学任务，即问题的呈现应当具有一定的效度。当前，相当一部分教师担心练习题量少而未能达到熟练，或题型不全而未能掌握各种解题思路和技巧。这种担心的后果使教师呈现的问题过多，学生负担过重。“题海战术”只能造成学生的“知觉定势”、“思维定势”、“功能固定”，不利于学生思维的发散，这是素质教育所摒弃的。另外，问题情境应更多地来自生活和社会，而不应更多来自学科知识。从学生已有的社会生活经验基础上创设的问题情境，对教学的推动作用有时比从已有认知基础上创造的问题情境更有力。因此，教师设计问题时应更多取材于社会和生活，以一个课题背景为中心，创设一系列连环式的问题情境，才使问题解决一步步推向深入。

3、层次性原则。

教师首先必须要提高学生的元认知水平，即向学生讲授学生掌握知识的过程，帮助学生了解自己学习的特点，了解自己学习过程的强项与弱点。促使学生将本属于身体内部的言语活动过程外化，将自身的思维过程用口语加以表述，以利于提高学生作为主体地位的意识，有助于学生自觉地控制并调节自己的学习活动。其次，教师必须针对不同层次的学生设计阶梯式层次递进的问题，注意引导并启发让每一个学生都积极投入学习。第三是教师必须对不同学生进行分层评价以激发其积极性，强化其认知内驱力，培养其创新思维。

4、情感性原则

教师要善于在教学中创造出这种气氛，不仅要以自己的专业知识、教学与教育的方法技能去影响学生，同时又要以自己的感染力去影响学生，使自己真正成为影响学生的最积极最活跃的因素。问题解决学习中必须加强师——生和生——生之间的信息交流，让师生之间的情感准备成为问题解决学习的必要基础，教师要注意对学生的了解、理解、爱护、信任，更好地体现教学民主。

三、问题解决教学模式在课堂教学中的应用

《力的分解》是《相互作用》这一章的最后一节，也是学生学习力的处理方法比较困难的一节，难度来自于二个方面：一是“力的效果”比较抽象，学生难于把握的是把力沿什么方向分解的问题；二是应用数学知识解决物理问题的能力要强，故教学设计的重点放在如何解决难点上。

教材的思路如下：

通过拖拉机拉着耙，拉力是斜向上的实例

↓

概念：力的分解

↓

逻辑推理：力的分解是力的合成逆运算，遵守平行四边形定则，这种方法为理论探究

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发现同一对角线，有无数个平行四边形，根据实际效果和需要分解

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例题推进，研究方法

↓

矢量相加法则：平行四边行定则和三角形定则

教学过程设计总体思路：本节教科书是通过例题来说明如何根据力的实际效果和需要来分解的。实际上，学生接受的难度是很大的，为此，教学过程设计中特别强调用实验来引领学生，让学生观察和体感“力的实际效果”。（课前布置好学生要带的一些简要实验器材）

教学过程：

1、创设情境（多媒体演示）：通过拖拉机拉着耙，拉力是斜向上的实例，引入课题？提出问题：拉力产生的效果？

让学生思考、讨论。在学生争论的基础上，设计三个不同类型的简单实验：

2、实验设计

实验1、让学生自己完成下图实验。学生的思维障碍在于斜面上的物体重力有压支持面的效果，并没有其它的效果，因此设计从这个角度出发，把一物块放在薄塑料板上，观察塑料板的形变，从而理解了这一效果。

例如：斜面上物体受到的重力分解为垂直于斜面和平行于斜面的两个分力是一种常见的分解方法，要指出这样分解是因为物体在重力作用下一方面压斜面；一方面要沿斜面下滑。为了观察物体压斜面的效果，在一个直角木支架上，用塑料垫板作斜面，将一用橡皮筋拉着的小车放在斜面上，观察塑料垫板和橡皮筋的形变（如图所示）。

改变小车上的砝码数目，观察塑料垫板和橡皮筋的形变。从塑料垫板和橡皮筋的形变随小车和砝码总重力的变化情况可以明显看到小车重力对斜面和橡皮筋产生的作用效果：垂直压紧斜面和沿橡皮筋方向拉紧橡皮筋的效果实验虽然看似简单，但最能说明问题，因为学生理解它的作用效果最容易——橡皮筋伸长了，塑料垫板弯曲了。因而学生能较容易地探究出分解的依据——根据力的作用效果分解。

解读与思考：这一实验是学生在老师指导下自己完成。这样做的目的是让学生练习观察，并从观察中自己得出结论。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且会逐渐形成观察与思考的习惯，不做思想的懒汉。

实验2、第二个实验师生共同完成。目的在于让学生探究斜向上拉物体有向上提的效果。学生的思维障碍在于斜向上的拉力有水平向前拉物体的效果是明白的，但对竖直向上提物体的效果则不容易体会。因此设计从这个角度出发，把一物块放在台秤上，观察台秤的读数，从而理解了这一效果。

作用于平面上的物体的拉力分解为水平向前的分力和竖直向上的分力，这也是一种常见的分解，学生对这可以通过如图所示的演示实验来说明。将物体放在弹簧台秤上，让学生注意指针，然后作用一个水平拉力，再使拉力的方向从水平方向缓缓向上偏转，台秤示数逐渐变小，说明拉力有竖直向上提物体的效果。

解读与思考：这一实验是老师与学生共同探究、演示，过程十分重要，学生观看与思考。过去强调的是如何把知识讲清楚，现在要强调的是自主探究、充分展示过程和方法。现在倡导自主学习，重视科学探究，学习科学方法，实现学习方式的多样化。

实验3、第三个实验是合作进行。目的在于理解向下的力产生的效果，全体学生做，让学生学会合作。学生的思维障碍对竖直向下的力产生的效果不容易体会。因此设计从这个角度出发，二人合作，体感“力的实际效果”。每二位同学配合，如下图所示，一人手撑腰，形成图示形状，另一人在膀的拐弯处用一竖直向下的力，感受向下的力所产生的效果，然后再相互调换，同组学生也可以调换，“体验”腰部受压力，肩部受拉力。

解读与思考：这是一个合作探究实验。“改变学习方式”的核心是让学生不做被动的“受教育者”而是做一个主动的“探索者”。这里说的探索当然包括常说的科学探究，科学探究是一种精神，在一定程度上可以说，人们对未知事物的探求精神是与生俱来的。因此，物理教材从整体上是以探究的思路展开的。对以上三个实验进行小结和分析，进一步理解“力的效果”，为第二方面数学运算做准备。

3、力的分解的数学应用

通过实验培养学生观察能力、实验设计能力，在实验中层层设置问题引导学生回答，自然自主地找到分解的依据：根据力的实际作用效果进行分解，从而确定两个力的方向，进而提问方向确定如何作出平行四边形？从而培养学生运用数学工具解决物理问题的能力。并进一步理解力的分解的依据，知道力的分解遵守平行四边形的定则，能用平行四边行定则和三角形定则进行矢量运算。

以第三个实验为例（其余二个不再叙述），进行数学求解：

力F产生两个效果：“体感”腰部受压力，分力大小为F2，肩部受拉力，分力大小为F1

根据三角形关系

F1=F/cosθF2=Ftgθ

通过学习，本节课三维目标得到真正的落实：学生知道了分力的概念及力的分解的含义，了解力的分解的一般方法，理解力的分解的依据“效果”物理意义，能用平行四边行定则和三角形定则进行矢量运算，设置问题，启发学生，组织探究实验，训练学生格物致理的能力，培养学生的合作精神，激发学生的学习兴趣，使学生了解到物理规律与数学规律之间存在的和谐美，使学生有美的愉悦和成功的情感体验。另外，对于基础比较好的学生可以介绍“正交分解法”，扩大学生的知识面。

四、应用问题解决教学模式的思考

认为运用问题解决教学模式组织教学活动，务必做好以下几项工作，才能达到素质教学的目标。

（1）挖掘素材，精心设计问题情境

①精选素材。随着科学技术的高度发展，联系实际的教学内容应有所增加，可以充实环境保护、工农业生产、新材料、新能源、海洋、卫生保健、食物等方面的内容，体现人和自然、社会的协调发展，强调学科之间的渗透、交叉与综合。力求引导学生能够运用物理视角，去观察各类物理问题，培养学生的观察能力、思维能力、自学能力、信息处理能力。

②精心设计问题情境。创设问题情境指在讲授内容和学生求知心理间制造一种“不协调”，将学生引入与问题有关的情境中。最重要的就是选择“牵一发而动全身”的“突破口”，即通过刺激引起强烈反应的环节，让学生很快进入“思维兴奋状态”，使学生的问题意识得到强化。学生通过自己的思维意识到这是需要解决的问题，有了这种意识就有强大的认知驱动力。

（2）充分激发学生的“认知冲突

问题解决能力是一种综合能力，反映了学生知识、技能掌握状况及智力水平，但不可否认个性心理特点对其也有制约作用。因此问题解决活动中让学生积极参与和亲身体验，教师在设计教学活动中要留有充分的时间，让学生主动活动，充分展开讨论以激发学生的“认知冲突”，积极发挥学生的主体作用。