科学竞赛辅导中问题解决策略的培养

科学竞赛辅导中问题解决策略的培养  赵国强

 摘要：通过问题解决策略的培养，有利于学生运用掌握的知识去解决新问题。采取什么样的方式去解决问题是影响问题解决成败的重要因素，这就是所谓的策略。对学生进行问题解决策略的培养是竞赛辅导成功与否的关键。
 关键词：竞赛辅导 问题解决 策略
 一、问题的提出
 每年一届的浙江省自然科学竞赛以其题目新、难度大、应用性强的特点而一直受广大初中科学爱好者的青睐，但同时又具有很强的挑战性。因为科学竞赛从本质上讲就是对学生解决问题能力的一种挑战。为了使学生在竞赛中能获得好成绩，很多教师在辅导中倾注了大量的心血，把大量的时间耗费在学生知识面的扩展上，片面追求学生知识面的广度和深度，而忽视了问题解决能力的培养，结果事倍功半，事与愿违。
 事实与经验告诉我们，科学竞赛更多的是检验学生的问题解决能力而不单是知识的广度和深度，以问题解决理论为依据来实施科学竞赛辅导，对解决上述问题是很有帮助的，本文拟在介绍问题解决理论的基础上，讨论一下该理论在科学竞赛辅导上的应用。
 二、理论依据
 问题解决理论认为，问题解决就是以思考为内涵，以问题目标为意向的心理活动或心理过程。问题解决的活动既是规则、概念、原理的学习，又是学习能力的自然延伸，学习者原有的储存于记忆中的内容是解决问题的基础，它使问题的解决成为可能。通过问题解决过程，有利于学习者利用以前掌握的知识，规则而获取新的知识和规则，进而运用到解决新问题中去。
 问题解决学习不是指“学什么”，而是指“如何学”，即学生在问题情景的刺激下，通过积极的心理状态-----思考活动，去解决问题，从而学会思考，养成思考的习惯，培养思考的广度、深度、逻辑性、独立性、灵活性、创造性等思维品质。显然，问题解决学习是知识学习和技能学习的最终目的。
 采取什么样的方式解决问题是影响问题解决成败、效率高低的至关重要的因素，这就是所谓的策略。策略体现在行为中，任何一个学生在解题过程中都会自觉或不自觉地选择某些策略，好的策略可以使问题解决取得一剑封喉，出奇制胜的效果，不好的策略则使问题的解决陷入事倍功半，乃至无功而返的境地。因此，对学生进行问题解决策略的培养是竞赛辅导成功与否的关键，下面笔者根据问题解决理论，谈谈在科学竞赛辅导中如何对学生进行问题解决策略的培养。
 三、分析策略的培养
 心理学家将信息在头脑中的呈现方式称为表征，面临问题时，问题解决者通常会对问题有一个基本的了解，力求在头脑中形成准确全面的问题表征。问题解决理论认为，问题解决的心理过程分为三个主要阶段：准备阶段、产生解决办法阶段和评定阶段。
 1、准备阶段的主要任务是理解和诊断问题。面临问题时，我们要求学生对问题有一个基本的了解，力求在头脑中形成准确、全面的问题表征，分析问题时要教会学生提取、处理信息的方法；列出题目所涉及的概念、定义；列出数据，理顺数据关系，把数据转化成图像；弄清问题，如果题目中的问题表述很长，可要求学生把问题用自己能理解的语言重新组织。
 2、建立问题解决过程结构模式。在问题解决过程中，一些学生不会分析问题，常常使用试探法解题，尤如盲人摸象，瞎碰乱撞，不仅徒劳无功，又严重削弱自信心；还有些学生则习惯用过滤法解题，仿佛用一串钥匙，换个儿试开一把锁，事倍功半。针对以上现象，我们要按照解题方法的不同来组织习题教学。通常的习题教学都是按知识单元顺序进行，而科学竞赛辅导则应侧重于按解题方法顺序进行。例如理想化法、整体法和隔离法、等效替代法、对称法、图像法等，这样比较有利于学生掌握一些重要的解题方法，加深这些方法在头脑中的印象，达到牢固掌握，应用自如的目的。
 采用“台阶法”帮助学生掌握难度较高的题目的解题方法，是提高学生分析能力的有效手段。学生有一道难题不会做怎么办？老师不是直接告诉他怎么做，而是另外出几道与这道题目内容相似，但难度小一点的题目让他去做，或者是出一道内容完全不同，但所用方法有某些类似之处的题目让他做，直至他自己领悟出这道难题的解决办法。这种方法就是搭一个台阶让学生自己往上爬，用这种“台阶法”进行习题教学能使学生自我提高水平，效果较好。
 3、评定阶段是问题解决者对问题解决的科学性、可行性、最优化等三个方面进行评定。无论是从避免粗心大意的低级错误，还是从追求问题解决的最优化而论，都是十分必要的。事实上，一个好的问题解决者，应该是在对解决方法的评定结束后，才会认为问题得以真正解决。当然，评定阶段并不只在问题解决的最后阶段才进行，亦可对问题解决的全程予以即时评定，及时进行校正，不断完善提高。
 自然科学中有大量现成的实验，有时可以对这些实验进行评价和改进，以实现最佳方案。例如：在做伏安法测导体电阻实验时，我们让学生对这个实验进行了深入的研究。用简单的伏安法电路测电阻是许多学生都习以为常的，但如果进行合理评价，就会发现不论是电流表内接还是电流表外接，都有一定的系统误差。针对这个问题，笔者给学生介绍了补偿的思想，然后由学生自己设计电流补偿和电压补偿两种电路。补偿法解决了由于实验电路不完善带来的系统误差。但这个问题解决了，电流表和电压表不够准确的问题上升为主要矛盾，怎么办？经过进一步探究改进，大家认为可以用准确度高得多的电阻箱来取代电压表和电流表，再辅以灵敏度很高的电流表，便可以明显提高实验结果的准确性，这就是常用的惠斯通电桥。经过学生分别用简单伏安法，补偿伏安法和惠斯通电桥测量同一个标准电阻，可以证实惠斯通电桥是测电阻的最佳方法。历史上，从伏安法到惠斯通电桥是有一个很长过程的，而通过学生在解决问题过程中的即时评定，在较短的时间内获得了较完美的解决。
 四、创新策略的培养
 创新教育是以培养创新精神和能力为基本价值取向的教育，它能够使学习者通过对已有知识的学习，了解前人是怎样进行问题解决的，从而模拟前人问题解决的思考方式，在现有基础上积累经验，拓展视野，孕育创新，也就是说创新教育要求学生学习的是问题解决方法，而不仅仅是知识本身。它是问题解决策略培养的最高境界，是竞赛辅导的重要内容。
 1、寻根溯源中培养学生的创新精神
 对参加竞赛辅导的学生来说，科学定律的掌握是没有问题的，但对这些定律的建立过程却不一定都知道。事实上任何一个重要定律的建立，都有一个艰辛而漫长的过程。科学规律的探索之所以能成功，其中都有许多科学的研究方法和正确的思维推理方式，这些内容毫无疑问是属于科学探究中的精华，是人类一笔宝贵的知识财富，也是科学教学中需要加强的内容，这就是所谓的“溯源”教学。例如在介绍万有引力定律时，可以从第谷对行星进行几十年的观测积累的大量第一手资料讲起，然后是开普勒在拥有这些数据的基础上，通过大量计算总结出描写天体运动的经验规律（开普勒三定律），最后才是牛顿用定量的动力学原理对这些规律予以解释，终于发现了具有普遍意义的万有引力定律。
 对初中科学竞赛的要求而言，“溯源”教学的目标主要是培养学生的发散性思维，如逆向发散，即从对立的，完全相反的角度去思考问题，奥斯特发现电能生磁后，有许多科学家都转向这个问题的研究，但是英国科学家法拉第以其敏锐的洞察力反过来想到磁能否生电的问题，从而发现了电磁感应的现象，对人类作出了巨大贡献，再如质疑发散，不迷信书本和权威，不受传统观念束缚，大胆质疑，勇于提出自己的看法，如哥白尼对地心说的质疑，伽利略对亚里士多德落体说的质疑和批判，还有如原型发散，利用某种熟悉的、类似的事物作原型，经启发而找到解决问题的方法，牛顿从苹果落地到发现万有引力，瓦特从水蒸气冲开壶盖到发明蒸汽机，都属于原型发散。
 2、在解题过程中培养学生的创新思维
 一般认为，参加竞赛辅导就是做大量高难度的习题。因此，不论是教师还是学生，都在解题上花费大量的时间，就本质来说，科学习题主要是人们编制的假想自然场景。毫无疑问，科学家是不会去做大量习题的，他们是研究那些真实的、尚未发现的自然科学规律。同样，发明家也不会去做习题的，他们是在力图应用已有的科学规律去解决一系列实际问题。学生解题的目的无非是要培养学生的理解、分析、推理等能力，而通过解题来培养创新思维，则是应该达到的更高境界的目标。
 追求一题多解是培养创新思维的常用方法。如烧开水的壶盖上没有出气孔，而盖又盖得很紧有何弊病？可以从气压的角度去分析，也可以从
功和能的角度分析。再如气象站的百叶箱为何是白色的？
可以从白色的作用去分析，也可从如果不是白色的有何
影响来分析。非常规解题也是培养创新思维的重要手段。
如图所示，两个完全相同的小球a和b，以相同的初速
度，同时沿着水平光滑轨道和弧形轨道滑行，问哪个小球先到达终点？这个问题对初中学生用常规的速度知识是很难解决的，但如果应用机械能守恒的知识就比较容易得出结论了。
 教师要帮助学生从不同方向，不同角度去分析问题，拓展发散思维，形成了不同的思维链，并善于将这些思维进行比较，学生就不但能灵活解题，而且还能获得更有价值的丰富的创新思维。
 3、在研究性实验中培养学生的创新能力
 科学实验是培养学生创新能力的重要手段，以科学发展史看，无论是新规律的发现，还是新理论的提出，都是与科学实验密切相关的。从某种意义上说，科学的发展史就是科学实验的创新史。科学实验的创新功能是指学生在熟练掌握知识和方法的基础上，对日常生活和社会实践中遇到的新情况，新课题所引起的寻求解决问题的科学方法。
 科学实验的创新功能可分为以下两类：①模拟型的创新实验，这种实验活动是学生根据自己过去做过的实验，去进行同类知识的迁移实验。例如，要求学生通过实验鉴别盐水和水，鉴定电池两极等等。②更新型的创新实验，这种实验活动是学生在细致观察，熟练理解的基础上，启动新课题综合思路和进行创新设计研究的实验。这种创新实验是高层次的实验，是各种实验功能的最高体现。它是参加竞赛辅导时所应追求的目标。
 五、情绪策略的培养
 这是一个竞赛辅导中很容易忽略的策略培养。事实上这种策略在解决问题的过程中起着很重要的作用。问题解决者的情绪对解决问题的影响是很大的，积极情绪表现为乐观、平静、主动、自信、坚韧，这无疑是有助于问题解决的，而消极情绪则表现为紧张、退缩、浮躁、压抑、消沉，这就有碍于问题的解决。在积极情绪状态下，学生的乐观精神会使其产生淡化问题本身的艰巨性、困难度的心理取向，甚至具有特殊情况下创造奇迹的心理效应。消极情绪状态下，学生的悲观心理会使其产生夸大问题本身的艰巨性，困难度的心理取向，关键时刻甚至会因为缺乏自信，束缚了自身的聪明才智的发挥而错失问题解决的良机。
 参加竞赛辅导的学生都是平时学习中的佼佼者，为何在参加竞赛活动时会产生消极情绪呢？根据笔者的分析，主要来自两个方面。
 1、心理定势。心理定势是指先前的心理活动对当前问题解决的影响，构成当前问题解决的心理准备状态。
 2、动机。人们的基本需要、态度、责任感、自信心等，都会引发问题解决的动机，影响问题解决的对策。
 教师要注意帮助学生从平时的课堂学习思维转变到竞赛学习思维中来，创设竞赛学习特有的学习情景来破解学生的思维定势。要重视创设良好的问题情景，吸引学生进入最佳的求知状态，以提高学生的专注力，激发他们的好奇心和求知欲，促使学生的思维处于兴奋状态，质疑能够激思。教师对问题的精心设计能不断地调动学生积极情绪，破解消极情绪，提高其自信心，因此，对问题的设计要注意以下原则：（1）要富有启发性和趣味性；（2）题目难度不宜太大；（3）出题意向明确，且有利于知识的联系和迁移；（4）解决问题的方式可灵活多样。
 譬如：辅导功率的内容时，笔者设计了这样一个题目：要求分析一个人骑自行车的功率。如果按照书本知识P=FV或P=W/ t 来解决这个问题，就显得难度很大。笔者尝试这样引导：在自行车由静止到启动的过程中，人做的功除了增加人和车的动能外，还要克服空气阻力和地面的摩擦力，其中哪些因素是主要的，哪些因素是次要的，学生根据自己骑自行车的经验，认为空气阻力是很明显的，不能忽略，而地面和车轮之间的滚动摩擦一般比较小，可以忽略。接下来的问题是怎样测量人克服空气阻力所做的功？学生都有这样的体会：顶风骑车时，骑得越快风的阻力越大，因此可以设风的阻力和车的速度成正比，车的速度怎样测？风的阻力和车速的比例因素又是多少？问题一个接着一个地出现，又被大家一个接着一个地解决，最后终于找到了一个大家比较满意的实验方案，接着布置学生课外去做实验，自己去处理实验数据，作出图像，得出实验结果。在整个过程中，除了问题是由教师提出外，问题解决的方案和途径都是大家共同讨论得出的，因此学生都觉得很有意思。这样，既破解了许多学生的思维定势，又激发了他们的思维。通过质疑激发了思维，通过激思解决了问题。
 参考文献：
 1、施农农《中外初中自然科学全科教育研究与比较》浙江大学出版社会   2001年
 2、缚小兰《探索问题解决的奥秘：表征与策略》人民教育出版社  2001年
 3、林崇德 辛涛《智力的培养》浙江人民出版社   1996年

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