物理问题解决过程中学生思维灵活性的研究
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摘要
随着物理教育研究的不断深入，如何培养学生的科学思维能力，分析和解决问题的能力成为研究的热点。我们的学生虽然学习了许多物理知识，但他们在解决实际物理问题时却常常不知道什么时候用这些知识，怎么用这些知识，当然亦就谈不上使用中的灵活与应变。为了达到提高学生解决实际物理问题的能力，培养学生思维的灵活性这一教学目标，本论文在这方面做了初步探讨。
本论文从心理学和物理教育的角度分析了问题解决研究的现状，在此基础上，对物理问题解决中学生思维灵活性进行了实证研究。依据我们提出的物理问题情境要激发学生兴趣和认知冲突的原则，设计了具体的物理问题情境，并在桂林两江中学98-3班初三学生及广西师大物理系本科三年级学生中进行了诊断性测试，由测试结果分析提出了影响物理问题解决中学生思维灵活性的因素，即学生认知结构上的缺陷，思维定势及发散性思维，并论述了表征对物理问题解决的重要作用。
学生认知结构的缺陷导致了物理问题不能顺利获得解决，体现出来学生思维灵活性差，根据现代认知心理学的理论及研究，我们归纳出了知识的条件化与结构化并进行了具体的阐述。发散性思维是属于认知策略范畴，我们为此设计了对应的知识试卷对学生施测，结合前述诊断性测试中的发散性思维能力题目(开底型题)，应用社会科学统计软件SPSS对学生物理问题解决中发散性思维进行了统计分析。由于缺乏水平常模，我们让教师进行了经验评定并让学生自评。另外，相关分析发现发散性思维和此次测试中学生成绩相关程度不高(r=0.414)，t检验表明男女生发散性思维没有显著差异(p＞0.05)。这是我在教育评价领域所做的一次初步尝试希望能为发散性思维的研究提供一些借鉴。最后，通过对一个物理问题解决诊断性测试的进一步研究，从心理学的角度指出了学生在思维碰到障碍时迅速转化并取得突破的困难所在，并提出了在研究中作者的体会，我们的学生并不缺乏思维的灵活性，他们缺乏的是探究的习惯与探究的能力。我们力图通过本研究工作找到一个普适通用的、可操作性强、容易为第一线教师所理解的这样一个学生思维灵活性的测量工具，在这方面，本课题有持续研究的意义。
With the further development of the physics educational research, it becomes the hot point that how to train the capability of the students' thinking in science, and the ability for analyzing and solving real problems. Although our students learn physical knowledge a lot, they still can't solve the specific problems smoothly, we can also say, they don't know when and how to use them, undoubtedly can't use them flexibly. In order to attain the didactical goal of improving the students' abilities of real physics problem- solving, and developing the flexibilities of the students' thinking, in this respect this thesis make a primary research.
From the view of psychology and physics educational study, this thesis analyze the present situation of problem-solving research, On the basis of it, we carry on experiment research. First, according to the principle which we have advanced that physics problem situations need to stimulate students' interests and cognitive conflict, we. design specific physics problem situations and make a diagnosing test at Guilin liangjiang middle school 98-3 class, as well as Guangxi Normal university physics department 3 grade. According to the diagnosing test result, we put forward the factors which influence students thinking flexibility of physics problem-solving, namely, the defect of cognitive construction, thinking fixing and divergent thinking belong to cognitive tactics, and discuss the important role of problem presentation to physics problem-solving.
The defect of cognitive construction result in physics problem can't be resolved smoothly, thereby the flexibility of students' thinking is poor, on the basis of the modern theory and study of cognitive psychology, we conclude and put forward conditionalized knowledge and structured knowledge, making a concrete discuss, divergent thinking belong to cognitive tactics category, so we design corresponding knowledge test, combining the divergent thinking ability test (opening-bottom problems), analyze and make statistics about the results by using the statistical software SPSS, which belongs to the Social Science. Because lacking of standard, we make the teacher do the experience assessment and make the students do ego-assessment, besides, correlation analyzing discover that the correlativity degree of divergent thinking and students' achievement is not high (r=0.414).T-test indicate schoolboys' and schoolgirls' divergent thinking have no remarkable difference (p>0.05). This is my first attempt belonging to the educational evaluation field, hoping it may supply some valuable reference for the study of flexibility of the students' thinking. At last we further make a study on the diagnosing test and from the view of psychology we point out the difficulty where a student' thinking coulo1 transform rapidly and also break through when come into obstacle. At last, we refer to the author's point that what our students lack of is not flexibility of thinking, but the
inquiring habit.
We try to find a common, usable, workable surveying instrument which the teachers can use to measure the flexibility of the students' thinking, which can also be easily accepted by the teachers. From the view of this aspect, the thesis has the significance of continuing study.
本论文从心理学和物理教育的角度分析了问题解决研究的现状，在此基础上，对物理问题解决中学生思维灵活性进行了实证研究。依据我们提出的物理问题情境要激发学生兴趣和认知冲突的原则，设计了具体的物理问题情境，并在桂林两江中学98-3班初三学生及广西师大物理系本科三年级学生中进行了诊断性测试，由测试结果分析提出了影响物理问题解决中学生思维灵活性的因素，即学生认知结构上的缺陷，思维定势及发散性思维，并论述了表征对物理问题解决的重要作用。
学生认知结构的缺陷导致了物理问题不能顺利获得解决，体现出来学生思维灵活性差，根据现代认知心理学的理论及研究，我们归纳出了知识的条件化与结构化并进行了具体的阐述。发散性思维是属于认知策略范畴，我们为此设计了对应的知识试卷对学生施测，结合前述诊断性测试中的发散性思维能力题目(开底型题)，应用社会科学统计软件SPSS对学生物理问题解决中发散性思维进行了统计分析。由于缺乏水平常模，我们让教师进行了经验评定并让学生自评。另外，相关分析发现发散性思维和此次测试中学生成绩相关程度不高(r=0.414)，t检验表明男女生发散性思维没有显著差异(p＞0.05)。这是我在教育评价领域所做的一次初步尝试希望能为发散性思维的研究提供一些借鉴。最后，通过对一个物理问题解决诊断性测试的进一步研究，从心理学的角度指出了学生在思维碰到障碍时迅速转化并取得突破的困难所在，并提出了在研究中作者的体会，我们的学生并不缺乏思维的灵活性，他们缺乏的是探究的习惯与探究的能力。我们力图通过本研究工作找到一个普适通用的、可操作性强、容易为第一线教师所理解的这样一个学生思维灵活性的测量工具，在这方面，本课题有持续研究的意义。
With the further development of the physics educational research, it becomes the hot point that how to train the capability of the students' thinking in science, and the ability for analyzing and solving real problems. Although our students learn physical knowledge a lot, they still can't solve the specific problems smoothly, we can also say, they don't know when and how to use them, undoubtedly can't use them flexibly. In order to attain the didactical goal of improving the students' abilities of real physics problem- solving, and developing the flexibilities of the students' thinking, in this respect this thesis make a primary research.
From the view of psychology and physics educational study, this thesis analyze the present situation of problem-solving research, On the basis of it, we carry on experiment research. First, according to the principle which we have advanced that physics problem situations need to stimulate students' interests and cognitive conflict, we. design specific physics problem situations and make a diagnosing test at Guilin liangjiang middle school 98-3 class, as well as Guangxi Normal university physics department 3 grade. According to the diagnosing test result, we put forward the factors which influence students thinking flexibility of physics problem-solving, namely, the defect of cognitive construction, thinking fixing and divergent thinking belong to cognitive tactics, and discuss the important role of problem presentation to physics problem-solving.
The defect of cognitive construction result in physics problem can't be resolved smoothly, thereby the flexibility of students' thinking is poor, on the basis of the modern theory and study of cognitive psychology, we conclude and put forward conditionalized knowledge and structured knowledge, making a concrete discuss, divergent thinking belong to cognitive tactics category, so we design corresponding knowledge test, combining the divergent thinking ability test (opening-bottom problems), analyze and make statistics about the results by using the statistical software SPSS, which belongs to the Social Science. Because lacking of standard, we make the teacher do the experience assessment and make the students do ego-assessment, besides, correlation analyzing discover that the correlativity degree of divergent thinking and students' achievement is not high (r=0.414).T-test indicate schoolboys' and schoolgirls' divergent thinking have no remarkable difference (p>0.05). This is my first attempt belonging to the educational evaluation field, hoping it may supply some valuable reference for the study of flexibility of the students' thinking. At last we further make a study on the diagnosing test and from the view of psychology we point out the difficulty where a student' thinking coulo1 transform rapidly and also break through when come into obstacle. At last, we refer to the author's point that what our students lack of is not flexibility of thinking, but the
inquiring habit.
We try to find a common, usable, workable surveying instrument which the teachers can use to measure the flexibility of the students' thinking, which can also be easily accepted by the teachers. From the view of this aspect, the thesis has the significance of continuing study.
引文
[1]2000年实验修订版《中学物理教学大纲》人民教育出版社
[2]段继杨《创造性教学通论》吉林人民出版社1999年
[3]皮连生《学与教的心理学》华东师范大学出版社1997年
[4]田进昆、胡卫平《物理思维论》广西教育出版社1996年
[5]续佩君《物理能力测量研究》广西教育出版社1996年
[6]张大均《教学心理学》西南师范大学出版社1997年p381～384、p429
[7]刘炳升《中学物理教学概论与技能训练》(初稿)高等师范院校面向21世纪课程教材《中学物理学科教学主干课程改革》课题组1997年p188～
[8]殷传宗 查有梁 廖伯琴《物理教育学研究》四川科学技术出版社1996年p703、p706
[9](苏)卡尔梅科娃《中学生的创造性思维》上海翻译出版公司1985年p30
[10](英)布莱克Black Physics Education in the New Mellennium《新千年的物理教育》2000年
[11]刘炳升 冯容士《中学物理实验教学与自制教具》上海教育出版社p13
[12]刘炳升《科技活动创造教育原理与设计》南京师范大学出版社p183
[13]王敏《逆向思维》思维与智慧2000年第4期
[14]张庆林《当代认知心理学在教学中的应用》西南师范大学出版社1998年p388、p391、p64～69、p395
[15]Christian Ucke《Connecting past and future》The original version of this lecture with color pictures can be downloaded from the URL:http//www.e20.physik.tu-muenchen.de/-cucke/publicat.htm
[16](德)克里斯汀．乌克《连接过去与未来》99‘桂林国际物理教师会议论文集
[17]罗星凯《中学物理疑难实验专题研究》广西师范大学出版社1998年p112
[18]乔际平《物理创造思维能力的培养》首都师范大学出版社1998年
[19]黄恕伯《以培养创造力为目标的物理教学实践与探索》物理通报2000年第1期
[20]白先同《教育心理学》广西师大出版社
[21]《训练你的观察力》浙江人民出版社2000年
[22]J.B.Gerhart(华盛顿大学)《如何对待物理教学中的各种数量问题》《国际物理教育通讯》第期
[23]刘炳升《物理课堂实验教学设计》稿本
[24]陈龙安《创造性思维与教学》中国轻工业出版社1999
[25]林崇德主编 愈国良《创造力心理学》浙江人民出版社1996年
[26]董奇《心理测量-读人的科学》北京师范大学出版社2000年
[27]张敏强《教育与心理统计学》人民教育出版社1999年
[28]张厚粲《心理与教育统计学》北京师范大学出版社1993年
[29]邢红军《高中物理课外探索性实验的设计研究》学位论文
[30]《布卢姆教育目标分类学40年回顾》华东师范大学出版社1998年
[31]《美国教育绿皮书》教育科学出版社2000年
[32]《发达国家教育改革的趋势》人民教育出版社1992年
[33]《美国国家科学教育标准》科学技术文献出版社1999年
[34]《高中物理课外实验》国家教育委员会教学仪器研究所 人民教育出版社1993年
[35]郑永柏 何克抗《结构主义对教学系统设计的影响——一种可行的教学系统设计模型》计算机教育应用与教育革新p49
[36]丁家永《建构主义与教学心理学研究的新发展》南京师大学报2000年9月第5期
[37]何克抗《建构主义学习环境下的教学设计》URL:http//www.nrcce.com/Expert/htm.
[38]祝智庭《CAI的教学策略设计》电化教育研究1998年第4期
[39]Paul.Black《Assessment in Physics Education》‘99ICPE桂林国际物理教师会议论文集
[40]Robert J.Dufresne,William J.Gerace and William J.Leonard《Solving Physics Problems With Multiple Representations》The physics teacher Vol.35,May 1997
[2]段继杨《创造性教学通论》吉林人民出版社1999年
[3]皮连生《学与教的心理学》华东师范大学出版社1997年
[4]田进昆、胡卫平《物理思维论》广西教育出版社1996年
[5]续佩君《物理能力测量研究》广西教育出版社1996年
[6]张大均《教学心理学》西南师范大学出版社1997年p381～384、p429
[7]刘炳升《中学物理教学概论与技能训练》(初稿)高等师范院校面向21世纪课程教材《中学物理学科教学主干课程改革》课题组1997年p188～
[8]殷传宗 查有梁 廖伯琴《物理教育学研究》四川科学技术出版社1996年p703、p706
[9](苏)卡尔梅科娃《中学生的创造性思维》上海翻译出版公司1985年p30
[10](英)布莱克Black Physics Education in the New Mellennium《新千年的物理教育》2000年
[11]刘炳升 冯容士《中学物理实验教学与自制教具》上海教育出版社p13
[12]刘炳升《科技活动创造教育原理与设计》南京师范大学出版社p183
[13]王敏《逆向思维》思维与智慧2000年第4期
[14]张庆林《当代认知心理学在教学中的应用》西南师范大学出版社1998年p388、p391、p64～69、p395
[15]Christian Ucke《Connecting past and future》The original version of this lecture with color pictures can be downloaded from the URL:http//www.e20.physik.tu-muenchen.de/-cucke/publicat.htm
[16](德)克里斯汀．乌克《连接过去与未来》99‘桂林国际物理教师会议论文集
[17]罗星凯《中学物理疑难实验专题研究》广西师范大学出版社1998年p112
[18]乔际平《物理创造思维能力的培养》首都师范大学出版社1998年
[19]黄恕伯《以培养创造力为目标的物理教学实践与探索》物理通报2000年第1期
[20]白先同《教育心理学》广西师大出版社
[21]《训练你的观察力》浙江人民出版社2000年
[22]J.B.Gerhart(华盛顿大学)《如何对待物理教学中的各种数量问题》《国际物理教育通讯》第期
[23]刘炳升《物理课堂实验教学设计》稿本
[24]陈龙安《创造性思维与教学》中国轻工业出版社1999
[25]林崇德主编 愈国良《创造力心理学》浙江人民出版社1996年
[26]董奇《心理测量-读人的科学》北京师范大学出版社2000年
[27]张敏强《教育与心理统计学》人民教育出版社1999年
[28]张厚粲《心理与教育统计学》北京师范大学出版社1993年
[29]邢红军《高中物理课外探索性实验的设计研究》学位论文
[30]《布卢姆教育目标分类学40年回顾》华东师范大学出版社1998年
[31]《美国教育绿皮书》教育科学出版社2000年
[32]《发达国家教育改革的趋势》人民教育出版社1992年
[33]《美国国家科学教育标准》科学技术文献出版社1999年
[34]《高中物理课外实验》国家教育委员会教学仪器研究所 人民教育出版社1993年
[35]郑永柏 何克抗《结构主义对教学系统设计的影响——一种可行的教学系统设计模型》计算机教育应用与教育革新p49
[36]丁家永《建构主义与教学心理学研究的新发展》南京师大学报2000年9月第5期
[37]何克抗《建构主义学习环境下的教学设计》URL:http//www.nrcce.com/Expert/htm.
[38]祝智庭《CAI的教学策略设计》电化教育研究1998年第4期
[39]Paul.Black《Assessment in Physics Education》‘99ICPE桂林国际物理教师会议论文集
[40]Robert J.Dufresne,William J.Gerace and William J.Leonard《Solving Physics Problems With Multiple Representations》The physics teacher Vol.35,May 1997