楊卓璇 林欽

摘 ? 要：學(xué)生“物理問題解決能力弱”是長期困擾物理教學(xué)的問題，認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于問題解決的“IDEAL”模式為該問題的研究提供了新的視角。以2022年全國乙卷理綜第25題為例，借助“IDEAL”模式可以清晰地梳理問題解決的過程，明確各階段學(xué)生遇到的困難及成因。研究發(fā)現(xiàn)，借助“讀思達(dá)”教學(xué)法，通過粗讀、精讀等過程，可以有效幫助學(xué)生建構(gòu)物理模型、理清物理過程，從而提高物理問題解決能力。

關(guān)鍵詞：問題解決；“IDEAL”模式；“讀思達(dá)”教學(xué)法

1 ?問題提出

2019年教育部頒布《中國高考評價(jià)體系》，標(biāo)志著高考評價(jià)由“知識(shí)立意”向“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識(shí)為基”的綜合評價(jià)轉(zhuǎn)變[ 1 ]，高考更關(guān)注學(xué)生在情境中解決物理問題的能力。然而當(dāng)前許多教師，仍將反復(fù)講練作為培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的主要途徑[ 2 ]，即讓學(xué)生通過反復(fù)練習(xí)擁有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和“熟練”的解題技能以應(yīng)對考試。這種做法忽視了對學(xué)生認(rèn)知過程的關(guān)注，訓(xùn)練出來的學(xué)生難以在實(shí)際情境中靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法解決問題。

為解決這一困擾物理教學(xué)的問題，一些學(xué)者從問題解決的過程出發(fā)，提出培養(yǎng)學(xué)生審題和建模能力的策略，人大附中的劉娜[ 3 ]提出“表征變換”方法培養(yǎng)學(xué)生的審題能力；江蘇的陳林喬[ 4 ]則提出了結(jié)合數(shù)學(xué)表征特點(diǎn)提高學(xué)生的建模能力。這些策略在實(shí)際教學(xué)中取得了一定的效果，但由于缺乏深層認(rèn)知理論的支持，使得不少教師在未見效果的情況下半途而廢。

因此，本文以認(rèn)知心理學(xué)為基礎(chǔ)，挖掘了“IDEAL”這一從學(xué)生認(rèn)知出發(fā)劃分問題解決過程的模式，以2022年全國乙卷理綜第25題為例，分析中學(xué)生各階段的表現(xiàn)及可能遇到的困難，特別關(guān)注學(xué)生在審題和建模過程中的閱讀和思考，結(jié)合“讀思達(dá)”教學(xué)法的不同側(cè)重點(diǎn)提出教學(xué)策略，旨在提升學(xué)生的閱讀思考能力，幫助其解決困難，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的物理問題解決能力。

原題重現(xiàn)：如圖1，一質(zhì)量為m的物塊A與輕質(zhì)彈簧連接，靜止在光滑水平面上；物塊B向A運(yùn)動(dòng)，t=0 時(shí)與彈簧接觸，到t =2t0時(shí)與彈簧分離，第一次碰撞結(jié)束，A、B的v-t圖像如圖2所示。已知從t=0到t = t0時(shí)間內(nèi)，物塊A運(yùn)動(dòng)的距離為0.36v0t0。A、B分離后，A滑上粗糙斜面，然后滑下，與一直在水平面上運(yùn)動(dòng)的B再次碰撞，之后A再次滑上斜面，達(dá)到的最高點(diǎn)與前一次相同。斜面傾角為θ（ sinθ=0.6），與水平面光滑連接。碰撞過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。求：

{1}第一次碰撞過程中，彈簧彈性勢能的最大值；

{2}第一次碰撞過程中，彈簧壓縮量的最大值；

{3}物塊A與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。

圖 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2

本題屬于學(xué)習(xí)探索類情境，題干信息簡潔，是典型的力學(xué)綜合題，涉及牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量、機(jī)械能守恒定律等核心概念和規(guī)律。解決此問題需要清晰地分析物體的碰撞過程、彈簧壓縮過程，以及在此過程中速度、能量的變化及其原因，并根據(jù)圖像所給信息進(jìn)行綜合分析。試題充分體現(xiàn)了對學(xué)生提取文字和圖像信息能力、分析綜合、推理論證能力的考查。

在解決本題時(shí)，大多數(shù)學(xué)生能通過讀題干確定這是熟悉的碰撞模型，并搭建起A、B物體剛接觸、壓縮彈簧、彈簧開始恢復(fù)原長至相互分離幾個(gè)過程中的靜態(tài)模型。但對于各時(shí)刻速度關(guān)系、A物體兩次到達(dá)斜面底端速度相同等隱含信息則需要深入解析題干才能找到，并以此挖掘出A、B物體碰撞過程中彈簧最大壓縮量背后隱藏的相對運(yùn)動(dòng)位移的求解問題，是學(xué)生的思維高地[ 5 ]。此外，碰撞過程中的運(yùn)動(dòng)為非勻變速直線運(yùn)動(dòng)，使得學(xué)生無法直接運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解，也給其增加了一定的困難。下面借助問題解決的“IDEAL”模式深入分析學(xué)生存在的問題。

2 ?基于“IDEAL”模式的學(xué)生問題解決過程分析

20世紀(jì)以來，已有眾多學(xué)者從心理學(xué)角度出發(fā)，對問題解決領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究。皮亞杰的認(rèn)知心理學(xué)產(chǎn)生之后，人們才開始從認(rèn)知的角度，結(jié)合問題解決的動(dòng)態(tài)過程，提出不同的問題解決模式，將問題解決研究推到了一個(gè)新水平[ 6 ]。其中，布蘭福斯特和斯騰提出的 “IDEAL”模式被人們廣泛應(yīng)用于問題解決過程的分析，我國化學(xué)、英語、物理等學(xué)科的學(xué)者均關(guān)注到該模式的價(jià)值，并將其運(yùn)用到各自學(xué)科問題解決的研究中[ 7-9 ]。

該模式將問題解決過程分成五個(gè)階段：識(shí)別問題（Identify）；定義問題（Define）；探索問題（Explore）；實(shí)施策略（Act on）；檢查效果（Look at）[ 6 ]。識(shí)別問題指的是通過閱讀題目熟悉場景；定義問題是在場景的基礎(chǔ)上明確待解決的問題，靜態(tài)建模；探索問題是運(yùn)用物理規(guī)律與方法關(guān)聯(lián)靜態(tài)模型，建立動(dòng)態(tài)模型；實(shí)施策略是將物理過程轉(zhuǎn)化為表達(dá)式，計(jì)算求解；檢查效果是對模型的反思與創(chuàng)新。而當(dāng)前中學(xué)物理問題解決的一般過程模式分為問題表征，策略選擇，應(yīng)用求解，檢驗(yàn)與反思四個(gè)階段[ 10 ]。其中問題表征是學(xué)生根據(jù)問題信息和自身的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建問題空間的過程[ 11 ]，即學(xué)生通過審題獲取信息建立過程模型的過程。分析可知“IDEAL”模式與中學(xué)當(dāng)前問題解決教學(xué)的思路基本吻合（如圖3所示）。

下面以2022年全國乙卷理綜第25題為例，介紹“IDEAL”模式在問題解決中的具體體現(xiàn)。

（1）首先是識(shí)別問題。初步識(shí)別問題場景是問題解決的前提，若能與學(xué)過的經(jīng)典問題場景相匹配，則會(huì)帶給學(xué)生“熟悉”感，有利于他們應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)和方法解決問題；若問題場景來源于生產(chǎn)生活，學(xué)生不熟悉，則可能會(huì)給他們造成心理壓力。如本題中，學(xué)生通過閱讀題目發(fā)現(xiàn)：是A、B兩物體碰撞的問題；是壓縮彈簧類問題，涉及能量的轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)問題的場景都是學(xué)生熟悉的，熟悉的情境，可以為接下來的過程奠定良好的心理基礎(chǔ)。

（2）若將識(shí)別問題看成是模型場景的搭建，定義問題則是對場景中模型元素位置及其相互關(guān)系的優(yōu)化，要求學(xué)生將場景中的模型元素組合并搭建，形成“實(shí)物模型”，明確模型元素之間的關(guān)系，建立各個(gè)狀態(tài)下的靜態(tài)模型。有些問題表述比較明確，學(xué)生可以直接布置元素，構(gòu)建實(shí)物模型；如在例題第（1）問中，學(xué)生被要求分析彈性勢能最大值的問題，由彈性勢能相關(guān)的概念可知，彈簧被壓縮到最短的時(shí)刻為彈性勢能最大值；當(dāng)彈性勢能最大時(shí)，就是彈簧壓縮量最大時(shí)刻。而對于一些來源于生產(chǎn)生活場景中的問題，表述比較模糊，則需要學(xué)生依據(jù)題意不斷變換元素位置，搭建恰當(dāng)?shù)膶?shí)物模型，定義問題。

（3）探索問題則需要在明確問題的基礎(chǔ)上，運(yùn)用有關(guān)的物理概念和規(guī)律，還原場景中各元素變化的過程，建立各狀態(tài)下靜態(tài)模型之間的聯(lián)系，構(gòu)建“物理過程模型”，明確物理量變化的原因和結(jié)果，為求解問題提供思路和方法。如例題第{1}問，需要關(guān)聯(lián)各時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，綜合分析物體碰撞前后的狀態(tài)變化規(guī)律，應(yīng)用動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律即可求解彈簧最大彈性勢能；而在第{2}問中，由于不知道彈簧勁度系數(shù)，即使學(xué)生自學(xué)過彈性勢能公式也無法求解彈簧的最大壓縮量，因此從彈性勢能的角度難以解決問題，需要學(xué)生轉(zhuǎn)變思路，重新匹配場景，從相對運(yùn)動(dòng)的角度分析問題。

（4）從認(rèn)知視角看，實(shí)施策略就是要將問題的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)知輸出。對于簡單問題，學(xué)生可順利將物理過程轉(zhuǎn)化為物理表達(dá)式，再通過數(shù)學(xué)運(yùn)算求解問題；對于復(fù)雜題目，則需要學(xué)生掌握更高階的問題解決方法和技巧，如整體-隔離法、微元法、對稱法等。如例題第{2}問，通過對A、B兩物塊相對運(yùn)動(dòng)的分析求兩者間的相對位移是學(xué)生的思維高地，需要學(xué)生在勻加速直線運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，求解變加速直線運(yùn)動(dòng)中的相對位移。

（5）解決問題后，能否考慮解決問題的不同思路？能否運(yùn)用新方法解決新問題？這都是檢查效果階段需要思考的問題。如通過解決例題{1}{2}問，建立起速度相等時(shí)刻彈簧壓縮量最大的模型，當(dāng)學(xué)生再次遇到同類模型時(shí)，應(yīng)具有一定的敏感度，即能識(shí)別出關(guān)鍵點(diǎn)“速度相等時(shí)刻”，為問題解決節(jié)省的大量時(shí)間。

3 ?基于“IDEAL”模式的問題解決困難及成因分析

基于以上分析，學(xué)生“一聽就會(huì)、一做就錯(cuò)”的原因主要卡在“前兩步”，即審題階段無法定義問題，或建模階段難以將靜態(tài)模型動(dòng)態(tài)化，究其原因在于學(xué)生缺乏獨(dú)立閱讀和思考的能力。為幫助學(xué)生突破這些困難，提升閱讀思考水平，進(jìn)而提高問題解決能力，我國學(xué)者分別聚焦培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立閱讀或獨(dú)立思考的能力展開了大量研究[ 12 ]。但是，若將閱讀與思考割裂開單獨(dú)培養(yǎng)，容易造成學(xué)生另外一種能力的不足，形成短板。余文森教授提出的“讀思達(dá)”教學(xué)法[ 13 ]（如圖4），同時(shí)包含了閱讀、思考、表達(dá)三個(gè)相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立的過程。即在閱讀的同時(shí)也有思考和表達(dá)，閱讀階段側(cè)重的是閱讀，主要培養(yǎng)學(xué)生的物理閱讀能力。

因此，筆者結(jié)合“讀思達(dá)”教學(xué)法，提出教學(xué)策略，旨在讓學(xué)生學(xué)會(huì)精準(zhǔn)的閱讀，深入的思考，規(guī)范的表達(dá)，進(jìn)而提升物理問題解決能力。

4 ?以“讀思達(dá)”教學(xué)法，提升物理問題解決能力策略及示例

具體策略如圖5。

4.1 ?識(shí)別問題（I）、定義問題（D）——以“讀”為重

獨(dú)立閱讀能力貫穿問題解決的整個(gè)過程，特別是在審題階段顯得尤為重要。因此識(shí)別、定義問題階段致力于培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力，旨在幫助學(xué)生搭建完整的物理場景，使物理問題清晰明了。這一過程主要包括兩個(gè)關(guān)鍵步驟：粗讀和精讀。

4.1.1 ?粗讀：以提取信息，識(shí)別場景

為使學(xué)生能夠獨(dú)立識(shí)別陌生場景，首先要學(xué)會(huì)粗讀，端正審題態(tài)度，認(rèn)識(shí)“審題”的重要性，并養(yǎng)成“從題干到問題”的良好審題習(xí)慣。教師也要強(qiáng)調(diào)粗讀并不代表草率讀題，需逐字逐句的讀題推敲，要深入理解問題場景。在此階段，不要求學(xué)生深挖題干，只需將題干的文字、圖像等字面信息轉(zhuǎn)化為物理語言并進(jìn)行標(biāo)注、賦值，建立初步的場景模型，并與已學(xué)過的理想場景模型相匹配，以緩解學(xué)生在解題前的心理壓力。在例題中除了題干基礎(chǔ)信息的標(biāo)注，還需將圖像中坐標(biāo)的比例關(guān)系轉(zhuǎn)化為等式關(guān)系，如在t=t0時(shí)，v=v0。

4.1.2 ?精讀：以挖掘信息，完善圖景

粗讀后，題干信息雖已基本理清，但為讓學(xué)生能在完整的題干信息背景下調(diào)動(dòng)模型元素以搭建“實(shí)物靜態(tài)模型”，需進(jìn)行精讀，即再次審題并補(bǔ)充問題細(xì)節(jié)，明確狀態(tài)。精讀的關(guān)鍵在于在審題的同時(shí)加入思考推理，挖掘隱含信息和臨界條件，篩選有用信息，以建立各狀態(tài)下的物理圖示（如表1）。

在解決例題第{1}問時(shí)，學(xué)生通過精讀畫出兩物體第一次碰撞過程中各階段的受力分析圖，并結(jié)合圖像關(guān)鍵交點(diǎn)信息容易分析出，速度相等時(shí)刻為物體間距離以及彈簧彈性勢能變化的臨界點(diǎn)，由此，學(xué)生能夠判斷A、B物體速度相等時(shí)刻為彈簧彈性勢能最大時(shí)刻。識(shí)別和定義問題并不是兩個(gè)有明確界限的階段，當(dāng)學(xué)生百煉成兵，規(guī)范了審題習(xí)慣，且具備了捕獲信息的能力后，可以將粗讀過程融入精讀。

4.2 ?探索問題（E）——以“思”為重

完整的實(shí)物靜態(tài)模型為探索問題階段打下了良好基礎(chǔ)，因此在本階段以“思”為重，通過引導(dǎo)學(xué)生深入思考，找到突破點(diǎn)，建立靜態(tài)模型之間的聯(lián)系，使模型動(dòng)態(tài)化。要讓學(xué)生破除思維定勢，在學(xué)習(xí)物理方法的同時(shí)深入探討物理量變化的原因和結(jié)果，改變學(xué)生盲目使用方法忽視物理規(guī)律的習(xí)慣，持續(xù)建立題干與問題、物理知識(shí)與問題之間的聯(lián)系，透過表象看本質(zhì)，匹配真正符合題意的物理規(guī)律。

對于無法用常規(guī)思路解決的問題，要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)轉(zhuǎn)變思路，及時(shí)跳出思維困境。思考突破點(diǎn)包括兩個(gè)方面：首先，回歸題干，檢查是否存在未使用的條件；其次，回歸場景，尋找物理場景中包含的其他問題模型的線索。如題干中“物塊A運(yùn)動(dòng)的距離為0.36υ0t0”這一條件，給學(xué)生將彈簧壓縮量轉(zhuǎn)化為物體間的相對運(yùn)動(dòng)位移求解提供了線索；而B物體在碰撞壓縮彈簧的過程中A物體會(huì)向右加速運(yùn)動(dòng)，這是隱藏在碰撞問題之后的一個(gè)過程，提示學(xué)生可以與追及問題的場景相匹配。

4.3 ?實(shí)施策略（A）、檢查效果（L）——以“達(dá)”為重

為確保學(xué)生經(jīng)歷完整的問題解決過程，最后應(yīng)將重心放在“達(dá)”上，關(guān)注問題結(jié)果的精準(zhǔn)表達(dá)，以及反思與運(yùn)用，包含準(zhǔn)達(dá)和通達(dá)兩個(gè)步驟。

4.3.1 ?準(zhǔn)達(dá)：以結(jié)合數(shù)理，精準(zhǔn)表達(dá)

通常，學(xué)生列出表達(dá)式后，通過數(shù)學(xué)計(jì)算即可求解。但在日常學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)加強(qiáng)對學(xué)生的問題解決的規(guī)范性訓(xùn)練，讓學(xué)生養(yǎng)成檢驗(yàn)的習(xí)慣，回歸題目明確問題，考慮結(jié)果的物理意義，避免盲目把計(jì)算結(jié)果當(dāng)作最終結(jié)果而失分的現(xiàn)象出現(xiàn)。

對于復(fù)雜問題，學(xué)生應(yīng)體會(huì)數(shù)學(xué)作為輔助物理問題解決的工具的重要作用。數(shù)學(xué)思想不僅可以幫助學(xué)生快速看到物理本質(zhì)，還能夠彌補(bǔ)物理知識(shí)短板。在日常教學(xué)中，教師應(yīng)向?qū)W生滲透數(shù)理結(jié)合的觀念，積累數(shù)學(xué)思想，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力。如解決例題第{2}問的關(guān)鍵為“微元-累加”思想，借助推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式時(shí)用到的“微元”分割思想，將非勻變速直線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為勻變速直線運(yùn)動(dòng)的累加，以此求解學(xué)生未學(xué)過的非勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移。

4.3.2 ?通達(dá)：以反思拓展，遷移創(chuàng)新

學(xué)生問題解決能力的演進(jìn)過程為，從解決一個(gè)問題到解決一類問題，最終掌握問題解決的思想方法，以在實(shí)際情境中應(yīng)對千變?nèi)f化的物理問題。為此，教師要提供一定量的變式練習(xí)，讓學(xué)生在不同情境下反復(fù)運(yùn)用，加深學(xué)生對物理模型和方法的理解，培養(yǎng)其總結(jié)歸納的能力，建立問題圖示體系。同時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)角度尋找解決問題的思路，培養(yǎng)其反思的意識(shí)，拓寬學(xué)生的思維。如例題第{2}問還可以從人船模型、雙星模型、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)模型等角度求解。

5 ?總結(jié)與思考

“IDEAL”模式從認(rèn)知視角出發(fā)，關(guān)注學(xué)生在問題解決過程中的思維過程，通過明確劃分各階段界限，使學(xué)生困難更清晰的顯露出來，教師則更容易發(fā)現(xiàn)學(xué)生可能存在的問題。因而可以借助與認(rèn)知加工過程相契合的“讀思達(dá)”教學(xué)法，有針對性地幫助學(xué)生解決各階段的困難，有側(cè)重的提升閱讀、思考和表達(dá)能力，促進(jìn)學(xué)生問題解決能力的發(fā)展。然而，問題解決能力的培養(yǎng)是一個(gè)長期目標(biāo)，在課標(biāo)和高考評價(jià)體系的指引下，只有在日常教學(xué)中，提升教師從“認(rèn)知過程”關(guān)注學(xué)生問題解決能力培養(yǎng)的意識(shí)，才能真正改變學(xué)生物理問題解決能力弱的現(xiàn)狀，使核心素養(yǎng)落地生根。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 教育部考試中心. 中國高考評價(jià)體系[N]. 中國教育報(bào)， 2020-1-8（1）.

［2］ 孔興隆.認(rèn)知視角下物理問題解決的教學(xué)策略研究[J].物理教師，2022，43（8）：21-26.

［3］ 劉娜，張玉峰.淺議高中物理審題教學(xué)流程[J].物理教師，2020，41（7）：83-86.

［4］ 陳林橋，賈蘇榮.把握數(shù)學(xué)表征特點(diǎn)，提升建模解決物理問題能力[J].物理教師，2021，42（12）：67-68，71.

［5］ 陳森林，陳朝南.立足物理規(guī)律模型的深度理解 ?考查學(xué)科關(guān)鍵能力：評析2022年全國高考乙卷理綜第25題[J].物理教師，2022，43（10）：81-84，87.

［6］ 劉儒德.論問題解決過程的模式[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），1996（1）：22-29，92.

［7］ 戴明.基于IDEAL模式的問題情境教學(xué)策略研究：以“鐵及其重要化合物”教學(xué)為例[J].天天愛科學(xué)（教育前沿），2019，126（11）：38-39.

［8］ 周春潔.IDEAL問題解決策略指導(dǎo)下初中英語閱讀課提升學(xué)生思維品質(zhì)的問題鏈設(shè)計(jì)[J].中學(xué)生英語，2021，849（18）：68.

［9］ 宋靜.基于IDEAL過程模式的儀表改裝類真實(shí)問題的解決策略[J].湖南中學(xué)物理，2022，37（12）：63-66.

［10］ 童宇軒，陳曙光，田澤安，等.物理問題解決策略及教學(xué)策略的探究[J].大學(xué)教育，2020（12）：105-107.

［11］ 胥興春，劉電芝.問題表征方式與數(shù)學(xué)問題解決的研究[J].心理科學(xué)進(jìn)展，2002（3）：264-269.

［12］ 張曉紅，姚建欣，朱燕明.物理閱讀素養(yǎng)的理論析解與培養(yǎng)探討[J].物理教師，2016，37（11）：64-67.

［13］ 余文森.論“讀思達(dá)”教學(xué)法[J].課程·教材·教法，2021，41（4）：50-57.