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。