借鉴美国教材优化高中物理例题教学的实践

摘 要：人教版高中物理教材中的例题淡化表征问题、监控、解题策略和习题同一性，在支持、促进学生学习所起的作用及学习指导非常有限.借鉴美国教材及教学实践，总结归纳出优化例题教学中学习指导的具体做法：一是展现问题解决过程，突出表征和监控；二是系统介绍解题策略，展示操作性步骤；三是设置相似问题情境，保持例题与习题统一性；四是从新手角度出发，帮助学生成为专家.实践调查表明，借鉴美国教材优化例题教学过程与学生的学习兴趣、学习自信心存在着正相关.

关键词：高中物理；例题教学；学习指导

作者简介：孔兴隆（1973-），男，教育硕士，中学高级教师，研究方向物理学科教学.

狭义的样例，是指具有详细解答步骤的事物或例题，包括对问题的陈述、解决问题的过程以及问题的答案.作为样例的例题，学生可以从中发现、领悟知识或解决问题的技能.正确的样例及其学习方法，可以减轻学生的认知负荷，提高学习效果.由此，作为教材重要组成部分的例题，对于学生的学习具有重要的作用.美国高中选用率接近50%的理科物理主流教材《物理：原理和问题》2005年的最新版本的例题有值得借鉴的特点.

1 展现问题解决过程，突出表征和监控

现代信息加工心理学认为，解决问题过程包括表征问题、设计解题计划、执行解题计划和监控这四步.美国教材例题中的分析概括问题包括表征问题和设计解题计划，求解未知量对应执行解题计划，验证答案对应监控.人教版高中物理教材淡化了表征问题这一重要环节，没有指导学生如何审题、确定已知量和未知量，也没有出现监控这一环节.借鉴美国教材的这一特点，对“用牛顿运动定律解决问题”中的例题进行优化实践.

案例1 假设你的质量为75kg，且你正站在放置于电梯的磅秤上.电梯从静止开始，以2m/s2的加速度向上运行了2s后，在这个加速的过程中，磅秤的读数是多大？

分析问题 如图1所示.

验证答案 符号否有意义？正号与坐标系上显示的一致.数值是否合理？电梯加速上升时.

通过教学实践，把例题的学习指导流程归纳如图2所示.

教学实践中发现，这有利于学生理解并掌握解题步骤，习得程序性知识.例题对计算结果再思考，将解决问题的思维过程置于一种自我监控的过程中，这样会让物理思想方法浸润其中，不仅利于学生掌握知识，而且利于学生提高自身的反省认知水平.

2 系统介绍解题策略，展示操作性步骤

美国教材系统介绍了解题策略，解题策略被描述为一系列具体而富有操作性的步骤，并且通过例题展示给学生.在物理问题的解决过程中，物理问题的解题策略及其蕴涵的思想方法属于认知策略的范畴.而认知策略是程序性知识的一类.在解决问题过程中应考虑执行这一程序所需的外显规则，并练习广泛地使用这些外显规则，最后会高度综合和协调地以高速、准确、自动、内隐地使用这些规则.

案例2 在上述案例1中，系统介绍解决此类问题的可操作性策略.

解题策略 求解有关力和运动的问题时，可以采用以下解题策略.

（1）仔细审题，作出受力分析图.

（2）选择研究的对象，选取一个坐标系.

（3）确定哪些量是已知量，哪些量是未知量.

（4）画出运动示意图，指出加速度的方向，标出合力的方向.

（5）利用牛顿运动定律列方程求解.

（6）验证答案，看看它们是否合理.

案例3 一根质量为22kg，高出地面13.3m的大树枝下落到离地6m的屋顶上.忽略空气阻力，求树枝落到屋顶时的速率是多少？

解题策略 求解机械能守恒定律的题目时，可以采用以下解题策略：

（1）仔细审题，选择研究的系统.

（2）画出受力分析图.

（3）判断系统的机械能是否守恒.

（4）写出初末状态的机械能的表达式.

（5）根据机械能守恒定律列方程求解.

（6）验证答案.看看它们是否合理.

实践中发现，这样有利于学生在解决问题的过程中考虑执行这些步骤.学生经过适当的练习后，可以把这些步骤联结起来.再经过一定的练习后，学生可以高度综合和协调地使用这些步骤并迁移到解决其他问题情境中.

3 设置相似问题情境，保持例题与习题统一性

心理学研究表明，以命题表征的概括性命题知识向以产生式表征的智慧技能和认知策略转化的关键条件，是规则在变化的情境中练习和运用.在知识转化和应用阶段题型或情境的变化，将有助于学习者获得熟練解决问题的技能.值得指出的是在概念和规则习得的最初阶段，宜设置与原先学习情境相似的问题情境进行练习，练习课题之间要保持一定的同一性.

案例4 二维空间中的库仑定律.已知小球A所带的电荷量为+6.0μC，小球B所带的电荷量为-3.0μC，B球位于A球右方4.0cm处.

（1）求B球对A球的作用力.

（2）如果所带电荷量为+1.5μC的第三个小球C加入该系统，它位于A球的正下方3.0cm处，求此时A球受到的静电力.

相应的习题：

（1）在例题1（即本文中的美国教材例题）中，如果B球所带电荷量为+3.0μC.试作出示意图，计算A球受到的静电力.

（2）A球位于原点，所带的电荷量为+2.0×10-6C.B球位于x轴上的+0.60m处，所带的电荷量是-3.6×10-6C.C球位于x轴上的+0.80m处，所带的电荷量是+4.0×10-6C.试确定作用在A球上的静电力.

人教版教材在课后的问题与练习中也给出了相应的习题.但是，美国教材的习题与原来的例题之间的情境更为相似，即在例题与习题之间保持了一定的同一性，这更有助于学生更好地习得解题策略.

4 从新手角度出发，帮助学生成为专家

广义的专家是在某个领域或方面有专长的人，狭义的是指对某种学术、技能有特长的人.心理学研究给出了专家与新手的问题解决的特征，如表1所示.

从专家与新手的问题解决的特征的比较可以看出，美国教材更好地体现了专家的问题解决的特征.美国教材花费了不少笔墨对问题进行表征，在解题策略和问题解决过程中监控问题解决的过程.但是人教版教材的问题策略內的步骤、顺序在编写上就实现了自动化，反而不利于学生学习.在例题、习题教学中，可以借鉴美国教材，注重问题解决的过程，重视问题的表征，引导学生分析、归纳、总结解题策略，引导学生进行自我监控.

案例5 匀变速直线运动的规律及应用

例1 有一个做匀变速直线运动的物体，它在两段连续相等的时间内通过的位移分别是24m和64m，连续相等的时间为4s，求质点的初速度和加速度大小.

例2 一辆汽车在笔直的公路上做匀变速直线运动，该公路每隔15m安置一个路标，汽车依次通过路标ABC，汽车通过AB两相邻路标用了2s，通过BC两路标用了3s，求汽车通过A、B、C三个路标时的速度.

例3 一个物体做初速度不为零的匀加速直线运动，通过连续两段长分别为x1、x2的位移所用的时间分别为t1、t2，求物体运动的加速度.

学生解答之后，学生在教师引导下发现：例3更本质，它归纳了例1和例2.之后，笔者引导学生从单位上对例3的计算结果：a=2（x2t1-x1t2）t1t2（t1+t2）进行验证，学生发现计算结果的单位正好就是m/s2，计算结果从单位上是合理的.这样，可以引导学生对计算结果进行监控，有助于学生自我监控能力的发展.接着，引导学生归纳此类运动学问题的解题策略.

从新手的角度出发，把问题策略描述为一系列具体而富有操作性的步骤，有助于学生最终能成为专家.

笔者对某普通高中的高一学生经过一年的调查发现：对物理学习比较喜欢的有69.6%，高于全市常模的57.6%；对学习过程感到开心、有成就感的有64.3%，高于全市常模的45.6%；比较喜欢物理教师的有54.4%，高于全市常模的44.9%；即使别人不督促我，我也会主动学习的有50.6%，高于全市常模的37.6%.可见，借鉴美国教材优化例题教学过程与学生的学习兴趣、学习自信心存在着正相关.

参考文献：

[1]皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2009.111.

[2]加涅.教学设计原理[M].上海：华东师范大学出版社，2007.67.

[3]Rorbert J.Sterbernerg.认知心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2009.212.

[4]皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2009.97.

[5]Rorbert J.Sterbernerg.认知心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2009.313.

[6]加涅.学习的条件与教学论[M].上海：华东师范大学出版社，1999.147.