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促进中学生思维品质的发展研究
邢红军1
（首都师范大学
物理系，北京100048） 摘要 关键词 在物理教育教学中促进学生思维品质的发展，始终是学校、教师和家长关注的问题。基于此，我们尝试运用原始问题促进中学生思维品质的发展，希冀对当前基础物理教育课程改革以有益的启示。 一．促进中学生思维品质发展研究 怎样在物理教育教学中促进学生思维品质的发展，一直以来，在我国物理教育理论与实践中都没有得到很好解决。近年来，伴随着原始物理问题教学理论的发展，才开始为这一问题的有效解决打开了一扇窗口。 原始物理问题是对自然界及社会生活、生产中客观存在、能够反映物理概念、规律本质且尚未加工的物理现象的描述。而习题则是把物理现象和事实经过一定程度抽象后加工出来的练习作业。两者的关系如图1所示。[1]
比如：人在弯曲的跑道上跑步时会倾斜一定角度，问当倾角多大时才能使人既能转过弯又不会倾倒？[2]这样的问题就是典型的原始物理问题。与习题不同的是，其呈现形式是对物理现象的描述而非抽象，解决问题的物理量需要学生根据实际情况自己来设定。由于原始物理问题原汁原味呈现了物理现象，真正与生活、社会有机联系在一起，从而体现了物理教育的生态化。如图2为中学生解决原始物理问题影响因素的结构方程模型，表明原始物理问题解决不仅涉及物理知识和物理方法，而且还涉及思维品质。图中X为各思维品质的构成维度，图中的系数为回归系数。
 研究以自然教学班级为单位，从北京市某市级示范校高一年级选取四个班学生为被试，进行为期半年的思维品质培养实验。设计模式如下：
 由图3可见，实验包括实验组和对照组且为两个随机（以“R”表示）等组。实验组接受原始物理问题干预（以“X”表示），对照组不给予任何干预（以“—”表示）。实验后两组同时进行后测，分别获得测验结果O1和O2，比较O1和O2可得到实验结果。 研究使用的测验工具为《原始物理问题测验工具》[4]和《思维品质问卷》[5]。采用前者测查学生解决原始物理问题表征能力的变化，采用后者测查学生思维品质的变化。研究使用的干预材料是自编的27个原始物理问题。 教育干预的形式有三种。一是原始物理问题训练课；二是进行原始物理问题练习；三是写反思日记。 训练课以课堂教学为依托，以原始物理问题专题讲座为主，兼有小组讨论。下面以弯道跑步原始物理问题为例，介绍训练过程。
将人抽象为直杆模型。设人的质量为m，质心为c，质心到触地点距离为j。重力为mg，支持力为N，摩擦力为f，速度为v，半径为r，倾角为θ
竖直方向受力平衡：N=mg；水平方向由摩擦力充当向心力: 选质心为转动轴，由力矩平衡原理：
，即
二是原始物理问题练习。高一上学期教学内容包括力的合成与分解、物体的平衡，直线运动，牛顿运动定律及应用，曲线运动五部分，每部分教学内容完成后，将对应的原始物理问题以作业形式留给实验班学生，学生上缴作业后，由任课教师批改。以上这些环节只在实验班进行而对照班不采取任何干预，对照班按照教学进度正常布置相同数量的物理习题，以保持两者作业量的均衡。表1是部分训练用的原始物理问题。 表1：原始物理问题训练材料
三是写反思日记。在每章的原始物理问题练习后，要求学生把练习中的收获和体会记录下来，分析需要提高的方面，并将出现的困难反馈给任课教师，任课教师对学生进行辅导。这种方式结合了反思日记和临床谈话的方法，具有较好的效果。学生与教师的对话与互动，也部分实现了临床谈话法的作用。 二．促进中学生思维品质发展结果 实验结束后，使用《原始物理问题测验工具》，对实验班和对照班学生进行测试，两班学生在原始物理问题各个表征上的得分如表2、图4所示。 表2 实验班与对照班原始物理问题表征得分
思维品质是智力活动中、特别是思维活动中智力与能力在个体身上的表现，其实质是人的思维的个性特征。[6]如前所述，在中学物理教学中渗透原始物理问题的研究，既关注学生原始物理问题表征能力的发展，又关注学生思维品质的发展。为此，使用《思维品质问卷》，测查了实验班和对照班的学生思维品质。两班学生在各个思维品质上的得分如表3，图5。 表3：实验班与对照班思维品质得分
图5干预后实验班与对照班学生思维品质得分 由表3及图5可知，经过教育干预，实验班学生在各个思维品质的得分都高于对照班，统计检验表明，经过一个学期原始物理问题教育干预，实验班与对照班学生在思维品质的深刻性、独创性和灵活性上达到了显著性水平，但在思维品质的批判性上未达到显著性水平。 表4：干预后实验班与对照班思维品质得分统计检验
需要认真反思的是，长期以来，我国物理教学一直存在着“题海战术”现象，而原始物理问题则基本上没有出现，这就在一定程度上使学生的思维品质不能得到有效发展。虽然上世纪90年代以来，我国物理教育领域相继出现了中学生物理问题的表征研究，但这些研究的材料仍然局限于物理习题的范畴内，没有突破习题教学的窠臼。[7][8]教育干预实验表明，运用原始物理问题促进中学生思维品质的发展，是一条切实可行的途径。 三．促进中学生思维品质发展启示 运用原始物理问题促进中学生思维品质发展研究的启示，主要表现在以下四个方面。 1. 促进思维深刻性品质的发展 自组织理论认为，非平衡是有序之源。学生的思维之所以不断深化，是因为在大脑的认知过程中，原来认知结构的平衡状态被外来的刺激所打破，发生了“同化”或更深刻的“顺应”过程，使认知结构得到充实或变革，从而达到新的水平和新的平衡。[9]习题和原始问题的区别在于，前者很难打破大脑的平衡状态，而后者则可以打破平衡状态。由于原始问题解决使学生的大脑与物理现象发生相互作用，从而使大脑的认知状态从平衡态向非平衡态延伸。通常而言，思维的深刻性指思维活动的广度、深度和难度，显然，只有大脑的认知状态到达非平衡态，思维的深刻性才能表现出来。 比如弯道跑步问题，学生的困惑在于：这是一个什么问题？向心力问题？二力平衡问题？还是转动问题？对此，需要进行综合的整体判断，开展系统的理解活动，这个思维活动本身就是对思维品质的训练。接下来，学生还要进行受力分析，由于缺乏已知条件，受力分析的难度就增加了，这同样体现了对思维品质的训练。最后，把水平方向运动，竖直方向运动以及直杆模型转动综合起来进行考虑，则体现了思维深刻性“把问题的不同部分进行相互联系、预见问题解决的发展进程”的要求。正是透过原始物理问题解决中的系列思维活动，促进了学生思维深刻性品质的发展。 对此，学生反思道：“平时学习中缺乏反思，缺乏对知识的梳理，滥用公式，忽略重要的思考过程，分不请主、次因素，不积极质疑，所以形成了没有思考，见题就做，强烈依赖惯性思维的坏习惯。这些原始物理问题让我了解，只有摆脱思维定势，不靠感觉和经验，才能体会到平时看不到的、物理的更深一层的奥妙”。这种思维境界，可谓“昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路”。 2. 促进思维独创性品质的发展 思维的独创性，一般认为是主体对知识经验或思维材料高度概括后集中而系统的迁移，进行新颖的组合分析，找出新异的层次和交接点。概括性越高，知识系统性越强，减缩性越大，迁移性越灵活，注意力越集中，则独创性越突出。进一步，思维的独创性还是思维与想象的有机统一，是分析思维与直觉思维的统一并有灵感思维的参与。[10] 在原始问题解决中，思维独创性首先表现在物理量设置上。以弯道跑步问题为例，有些物理量出现在结果中，有些则属于中间变量，即只在问题解决过程中出现，但在结果中却没有出现（如，重力mg，支持力N，摩擦力f）。正是这些在习题解答中从未出现过的物理量设置训练，促进了学生思维独创性的发展。 其次，思维独创性还体现在学生对知识经验的迁移上。比如，高中物理教材讲解过火车转弯问题，学生能否迁移到弯道跑步问题上，就体现了思维独创性。需要强调指出的是，对学生来说，物理习题是常规的，靠简单的模仿即可解决。而原始物理问题不是常规的，不能靠简单的模仿解决且具有趣味和魅力，能引起学生的思考和向学生的智力提出挑战。显然，只有通过原始物理问题，才能使学生的思维进入到“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”的阶段。 3. 促进思维批判性品质的发展 在训练中，我们提供了一道“自动称米机”的原始物理问题，引起了学生的极大兴趣并展开了热烈讨论。自动称米机是让米从米仓中下落到台秤上的装置。买者认为，因为米落下时有向下的冲力，造成读数偏大，因而米给少了。卖者认为，当切断米流时，尚有一些米还在空中，因而米给多了。请给出自动称米机是否准确的定量解释。
在“自动称米机”问题中，学生面临的困难是，利用动量定理写方程时，研究对象是谁？这一研究对象既不是已经落在台秤上的米，也不是尚在空中的米，而是瞬间落在台秤上质量为
 。令表示单位时间出米量，故，显然m`为空中米流的质量。故M=m+m`，可见自动称米机工作原理是准确无误的。 实验结果表明，教育干预在学生思维品质的深刻性、独创性和灵活性上达到了显著性水平，但在思维品质的批判性上未达到显著性水平，这说明了思维批判性品质发展的困难性。 4. 促进思维灵活性品质的发展 根据自组织理论，一个系统只有开放才能有序。因为有序的结构需要输入物质、能量或信息并与外界进行交换才能维持，封闭的系统无法进行有效的交换，因而最终变为混沌。习题作为一个封闭系统，基本上排除了环境因素的影响，因而不能使学生的大脑充分开放。而原始问题所具有生态性和开放性等特点，决定了其解决过程必然是探索和发现的过程。面对客观真实的原始问题，学生很难找到可以直接模仿的题型，需要通过独立思考，不断尝试，对问题的解决提出多种可能的解决方案。显然，只有摆脱习题的束缚，学生的思维灵活性品质才能真正得到发展。
仍以“弯道跑步”问题为例。在训练中，有学生给出了不同的解答。为使人体平衡，支持力与摩擦力的合力必须通过人体质心，这样就可以保证对人体的力矩为零，也就是说，支持力与摩擦力的合力与地面的夹角即为倾斜角，所以 学生在反思中写道：“在我看来，原始物理问题和习题的最大区别在于：习题是将一个具体模型呈现在你眼前，原始物理问题是要自己把模型列出。正是这些区别，导致我在解原始物理问题时花费了大量的时间思考，使解题过程变得很慢，思维容易停顿。刚开始总觉得不明白，反复读题，就会感觉有时思路在一步一步打通”。正所谓“众里寻他千百度。蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”。 众所周知，课堂教学是没有天然物理环境的，物理知识与物理现象也是完全分离的。因此要学好物理学，就需要练习一定数量的物理习题。但习题练习与学生思维品质的发展之间还有很大距离。因为在习题教学中，物理现象、物理知识都被人为地分离开来，不能形成一个有机的整体。而物理学是“有血有肉活生生的东西”，[11]把无生命的部件拼凑起来模仿生命，效果可想而知。 我们认为，解决这个问题的有效方法，就是让学生把物理学作为有生命的东西来学习，在没有天然物理情境的情况下练习一定数量的原始物理问题，使这些原始物理问题形成一个有效的物理生态小环境。研究表明，思维品质培养只有在原始问题中才有生命力，才能显示出其内涵、色彩，格调，才能显示出其内在的理由、作用和功能。通过一定数量的原始物理问题训练，当学生解决实际问题时，各种各样的策略才能够迅速检索而无须搜肠刮肚地对照做过的题型，才有可能在处理前一个步骤时就在大脑中预感下一个步骤，根本无须暗暗回忆各种题型再思量其意义。正是在这个意义上，我们认为运用原始物理问题可以有效促进学生思维品质的发展。 参考文献 [1] 邢红军，原始问题教学：物理教育改革的新视域[J]课程·教材·教法，2007，05，51-57.
[2] Van E. Neie ,Analysis of Running on Banked and
Unbanked Curves [3] 邢红军，罗良，林崇德，物理问题解决的影响因素研究[J]课程·教材·教法，2012，06，91-96. [4] 邢红军，陈清梅，原始物理问题测量工具：编制与研究[J]课程·教材·教法，2008，11，59-63. [5] 邢红军，原始物理问题解决的自组织表征理论与实证研究[D]北京：北京师范大学，2010 . 45，75. [6] 林崇德，教育为的是学生发展[M] 北京：北京师范大学出版社，2006 . 68. [7] 廖伯琴，中学生物理问题解决的表征差异及其成因探析[M] 成都：四川教育出版社，2001 . 97-98. [8] 邓铸，问题解决的表征态理论与实证研究[D]南京：南京师范大学，2002 .60. [9] 邢红军，陈清梅，从习题到原始问题：科学教育方式的重要变革[J]课程·教材·教法，2006，01，56-60. [10] 林崇德，学习与发展[M] 北京：北京师范大学出版社，1999 .260-265. [11] 杨振宁，杨振宁文集[M] 上海：华东师范大学出版社，1998 .447.
Research of training high school students’ thinking quality by applying original physical problem Xing Hong-jun （Capital Normal University，Beijing 100048，China）
Liou
（Beijing
Abstract:It is always an important problem of physical education that teachers develop thinking quality of students while they teach knowledge.The research of longitudinal tracking on original physical problem indicates: Adopting teaching methods of original physics problem,it not only can culture characterization capability of students effectively,but also can promote the progress of thinking quality effectively. And it provides useful revelation of education reform .The reform is about fundamental education of physics currently.
———— 本文为全国教育科学“十二五”规划教育部重点课题“促进中学生思维品质发展研究”（DBA110180）阶段性成果之一。 收稿日期：2013-1-10 作者简介：邢红军（1960— ），男，河南平舆人，首都师范大学物理系教授，博士生导师，主要研究物理教学论；刘利（1980— ），男，山西大同人，北京12中中学一级教师，主要研究物理教学论。
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