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教学解题理论若干概念简介

作者: admin  发布时间:2011-12-31 09:16  字体:  浏览次数:

 

 

    本文以中学物理习题教学为例,对教学解题理论的若干问题进行讨论。中学物理教学中,当学生问“怎样解答物理习题”时,教师通常地回答是:首先要审好题,然 后分析物理过程,确定研究对象,再选择适当的公式建立方程式进行计算。如果学生进一步追问:“应当怎样去分析物理过程”,“怎样确定研究对象”,“怎样选 择解题的公式”,这时教师们将感到无言以对,没有办法把这种最常见的最基本的问题讲清楚。值得注意的是,这种情况在教学领域中不是个别的偶然现象,而是一 种由来已久普遍存在的历史现象。这种状况反映出当今的习题教学在理论上还存在着重大缺陷,教师们的教学实践非常需要相关理论的支持。

    习题教学中提出的这类基本问题,并不是物理学的研究课题,物理科学不可能为教师们提供这类问题的答案。就当前的情况看,认知心理学、教育心理学或人工智能 都远远不能提供现成答案,然而这些问题在教学实践中早已是急待解决的问题。长期以来,人们为了提高习题教学的效率,培养学生的思维能力,进行了许多探索, 总结了许多有益的经验。但是这些总结基本上局限于经验的水平,始终停留在比较表面的层次上,缺乏深入系统地理论性分析和概括。

    教学解题理论作为教学心理研究的一个部分,它既不是这样那样“解题方法”的汇编,也不是各种典型习题的题解。教学解题理论以教学领域的解题思维过程作为主 要的研究对象。笔者认为,在这种研究中,应当把解题思维作为一个系统来加以考察,要深入的分析、解剖这个系统,发现并区别系统的各种基本要素,认识这些要 素的属性、特征以及它们之间的内在关联。此外还必须把解题思维当作特定系统的运动过程来加以考察,要研究系统运动过程的阶段结构,研究各个阶段上系统的状 态特征及其演变规律和方式。笔者希望从这种认识上的突破中为教师们的教学实践提供理论上的支持,更希望从中找到新的教学方法要素和新的教学手段。 (2006年作者发布的计算机软件“高中物理智能解题导师”就是利用已有理论成果研制成的一种全新教学手段,最新的1.5免费版,可在互联网上用关键词 “高中物理智能解题导师”搜索下载)

    学科教学解题理论研究中,遇到的第一个障碍是问题和个体解题思维的极端多样性,学科中的习题千差万别,解题时的具体思维过程也因人因题而异,似乎很难有什 么共性可言。然而如果把复杂的综合题看作是问题的完全形态,把较简单的问题看成是不完全的简化了的形态,把成熟的思考当作一般的东西,那么抓住那些完全的 成熟形态的解题思维过程进行研究仍然是很有意义的。

    由于篇幅的限制,本文只就描述物理计算题解题过程的几个概念作扼要介绍。

    一、组成计算题的四种条件

    物理计算题中的问题情景通常由四种情景要素构成,其一是实物装置;二是量值要素;三为动变特征要素;四是数量关系要素。一系列特定要素结合在一起就构成一 个确定的问题情景。各种情景要素在问题中的存在形式以及他们在解题中的地位、作用是不相同的。同四种情景要素相对应,计算题中的条件(已知条件)也可以分 为四种,即实物条件、量值条件、动变特征条件、数量关系条件。

    1、量值条件。凡是在题中以数字形式或字母形式给出的物理量值都属于量值条件,量值条件给出物理对象的某种属性或状态的定量描述。

    2、实物条件。任何一个物理计算题,总是就某一个特定的物理实物系统拟定的,不论系统多么简单,它总是由一个以上的物质实体(包括电场、磁场),按一定的空间位置关系构成的。题中所给出的构成系统的各个物体以及它们联结成的整个物体系统,属于实物条件。

    3、动变特征条件。问题表述中,用以说明某些物理系统内运动、变化和相互作用特点的条件是动变特征条件。

    4、数量关系条件。指题中直接说明某些物理量间的数量关系的条件,这种条件常常直接给出几个量间以和、差、积、商形式出现的特殊等量关系,这种关系在综合性计算题中较为多见。    二、计算题的含蓄性及潜在情景

    问题的陈述能提供两类情景要素(条件或信息)。一种是由题的陈述直接表达出的直接条件和信息。另一种是由题的直接陈述出发,通过运用知识进行推理才能发掘 出来的间接条件和信息。这些间接的情景要素在题中藏而不露,隐蔽地包含在题的表述之中,这就使问题具有一种含蓄性。

    由问题的陈述直接提供的条件、信息(情景要素),通常不能直接满足确定解法的需要,为此我们往往要通过分析和推理去进一步揭示出一系列新的情景要素和间接 条件。当这种要素和条件扩大到一定程度时,就能够为寻找题的解法提供充足的条件。我们把由题的陈述直接提供的问题情景称为初始情景,把那种经过分析、发掘 后变得更加丰富充实,能为确定解法直接提供充足条件的问题情景称为定解情景(或末情景)。从定解情景中排除初始情景后,余下的部分称为问题的潜在情景(或 情景缺陷)。潜在情景也就是通过分析发掘出来的那些新的情景要素(条件、信息)的总和。情景缺陷的大小对题的难度影响很大。如果说定解情景提供完备的解题 条件,那么初始情景则是不完备的。初始情景只有同一定知识,推理相结合,才能扩大深化为定解情景。初始情景和定解情景在问题的状态演变过程中分别对应问题 的初始状态和定解状态(或末状态)。

    [例1]一个探空气球的质量为200克,另有50克的重物系于气球上,气球以10米/秒的速度上升,当升高到400米时,重物从气球上掉下。问当重物落地时,气球距地面多少米?设气球浮力不变,空气阻力不计。

    分析:从本例题述的初始情景出发,运用有关知识,可以发掘出下列新的情景要素。(潜在情景):    题中整个运动可以划分为两个阶段,其一是气球和重物一道匀速上升,这时它们所受重力与浮力大小相等,方向相反,发生二力平衡现象。当重物脱离气球后,运动 进入第二阶段,这时气球在浮力和自身重力作用下向上作匀加速直线运动,重物由于受重力作用并且具有匀速上升时的初速度,故将从400米高处开始,作竖直上 抛运动而落到地面。当重物落地时,气球高度等于匀速上升高度与气球在第二阶段中上升高度之和。

    上述分析揭示出的潜在情景是解题所不可缺少的。它既包括对现象产生机理的深层分析,也包含对某些新数量关系的揭示。这种潜在情景和题述的初始情景合起来组 成问题的定解情景。人们通常所讲的“分析物理过程”,也就是指揭示潜在情景,使认识由初始情景扩充到定解情景的过程。很明显这个利用初始情景和相关知识揭 示潜在情景的过程是一个复杂的思维操作过程,是学生解题思维的主要困难之一,它决不是用“逻辑推理”四个字能说清楚的。在例题讲解中,教师不仅要向学生介 绍问题的潜在情景,而且必须向学生展示分析物理过程揭示潜在情景时的关键步骤及其基本的思维操作方式,只有这样才能有助于学生学会分析、解决问题,才能做 到既符合教学的物理学标准又符合教学心理标准。(责任编辑:admin)

 

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