中学物理问题解决的心理模式研究
中学物理问题解决的心理模式研究学院物理与电子工程学院[20191211095219]
摘 要
物理问题解决是认知心理学中一个重要研究领域。在某些特殊的情境下，比如国际象棋、汉诺塔问题上，学者们进行了深入细致的研究。然而，把这些心理学理论和学科教学结合起来，似乎还没有公认的好成果。而物理问题的分析和解决能力，始终是物理课程中的一个极为重要的目标。本文的意图就是将问题解决的心理学理论应用到物理教学之中，做一些初步的探索。
本篇论文首先论述了，中学物理问题解决的心理模式研究的背景和意义，然后提出了心理模式的定义和一些解决问题的心理模式，这些模式包括“生成—检验法”、“手段—目的分析”、“逆向作业”、“后退”和“类比推理”。接着论述中学生在解决物理问题时存在的一些问题，主要包括心理定势、采用不完整或者不正确的表征和缺乏关于问题的知识或者专长。紧接着，谈到了解决问题的推动力包括了：正迁移、类比迁移和酝酿。最后，就提高解决物理问题的能力给出了要有扎实的基础、培养兴趣、培养批判思维和解决问题的方法和模式灵活运用这四个建议。
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关键字:问题解决中学物理心理模式
目 录
第一章 绪论 1
第二章 解决问题的心理模式 3
一、心理模式的定义 3
二、对中学物理题目的分析 3
三、一些解决问题的心理模式 3
（一） 生成—检验法 3
（二） 手段—目的分析 4
（三） 逆向作业 4
（四）后退 6
（五） 类比推理 8
第三章 中学生解决物理问题存在的一些问题 10
一、心理定势 10
二、采用不完全或者不正确的表征 11
三、缺乏关于问题的知识或者专长 12
第四章 解决问题的推动力 14
一、正迁移 14
二、类比迁移 14
三、酝酿 14
第五章 提高解决物理问题的能力 16
一、拥有扎实的基础 16
二、培养兴趣 16
三、培养批判思维 17
四、解决问题的方法和模式灵活运用 17
结束语 19
参考文献 20
致谢 21第一章 绪论
我们国家的教育发展史上发生过一个大事件就是我们那个义务教育新课程标准的提出。新课程标准中尤其重视解决问题能力的培养和锻炼,而且这也是我国基础教育改革和发展的必由之路。实现在目前教学过程中,着重培养学生解决问题的能力，改变以前传统教学是一种类似于填鸭式的教育方式，而忽略了学生学习的主动性和创造性。而现在提出标的新课，在提醒我们，时代的进步，新的时代需要新的人才。这些人才不是呆板的，不知变通的而是需要有创造力的，有能力应对各种问题的具有科学素养的人才。科学素养是越早培养越好，这就需要我们，从小就对学生们进行科学素养的培养，着重提高他们自身面对问题时解决物理问题的能力。
其实培养学生的能力在某种涵义上是我国教育的根本宗旨，换句话说就是培养能运用自己所学知识灵活并独立的解决自己遇到的各种问题的人才。物理是一门新奇而又充满趣味的学科，它不仅告诉我们各种科学知识，而且能够有把这些知识与生活紧密的联系在一起。它能够充分培养学生各方面的素养,其中培养学生解决物理问题的能力也是物理教学中的重中之重，所以说研究解决问题的心理模式，是我们研究教学的必然趋势和教育事业的进步，我相信研究解决中学生物理问题的心理模式将对提高学生解决物理问题的能力有所贡献，从而在根本上达成学生们能够更好更快的的解决问题的目标，培养能够自己独立处理问题的人才，为我国教育的进步与发展尽出自己的一份力。
俗话说“学以致用”，学的好不好就得靠用的怎么样来检验，而学生在运用自己所学习的知识解决物理问题的时候，往往都存在着这样或者那样的问题。而以前教师们往往通过布置大量的作业来训练学生，使他们基本上可以达到，看到题目就可以知道答案的效果，但是这种方式存在着巨大的弊端，其一，学生学习负担重。其二，事倍功半，效率低。最后是学生碰到新题往往不知所措，无法形成自己的解题思路，解决问题的能力得不到锻炼，该怎么错还是怎么错，不懂得灵活的运用自己所学的各种知识来解决问题。这还是没有从根本上解决问题，我们教学的根本目的还是培养能够独立解决问题的学生，而不是培养出只会回答相同问题的机器。
针对这种状况，研究和归纳物理问题解决的心理模式很有必要，这样可以从根本上帮助学生减轻学习负担，提高解决问题的能力，更加能够联系实际，把物理上的一些心理模式，不单单解决课本上的物理问题，而且还可以运用到生活中去，解决生活中的各种问题，共同建设我们这个和谐社会。
第二章 解决问题的心理模式
一、心理模式的定义
心理模式是指人们通过经验、训练 和教导 ，对自己 、他人 、环境 以及接触到的事物 形成的模式 。
二、对中学物理题目的分析
问题的解决首先要联系到问题的表征。问题的表征是将问题的构成要素等与头脑中已有的知识、图式整合，达到问题的解决的关键过程。问题表征的过程和结果会影响到问题能否合理的解决。在心理学上，问题的表征主要分为三个层次:第一个是对问题的信息进行检索和提取；第二个是对你获取的信息进行深层次的加工；最后一个是要挖掘隐含的约束条件和意识化。这些观点运用到我们物理审题上面则表现为：第一步，要准确地抓住知识点和研究的对象；第二步：全面想象题目给定的物理过程；第三步：挖掘隐蔽条件。而要做到这几点，就需要解题者拥有扎实的基础、良好的发散性思维和批判性思维的帮助。
三、一些解决问题的心理模式
（一） 生成—检验法
生成检验法这种方法，顾名思义，就是生成多种可能的解决方法，然后对他们进行检验，加以分析，哪些可以实行，哪些不能很好做到，最后选出一个最好的解决问题的方式。
比如，在初中的摩擦力的一些问题，让你设计一双防滑的鞋？在这里，我们就可以运用“生成—检验法”，为了增大鞋的摩擦力，我们可以想出这三种方式：增加鞋对地面的压力、增大鞋底表面的粗糙程度和增大地面的粗糙程度，我们把这三种方式一一列出然后再逐一进行检验，我们很容易发现增大鞋对地面的压力和增加地面的粗糙程度显然不符合客观实际情况，所以采取增大鞋底表面的粗糙程度这个方法把其他两种可能排除掉。这样这个问题就很好的得到解答。
但是这种方法也处在着一些重大的弊端，就是在有的时候，如果按这种方法来实行时，可能会产生相当多的可能的方法，在没有特别的排出的方法的情况下，我们很难排除，这样的话，我们就必须对太多种方法都进行检验，这样的话就可能会使得问题的解决变得更加繁琐和困难。所以只有在可能不是太多的情况下，生成—检验法才能发挥出它存在的优势。
（二） 手段—目的分析
首先，明确你要达成的目的，拉近已知条件和目的之间的关系，要达成这个目的要需要一些先决条件，如果这些前提条件没能满足，子目标就会产生了，通过产生子目标，任务被分解成可以解决的小步骤，完整的解决方案就建构起来了。
例如题目，有一台小电动机、电流表和电源都串联在电路中（其中电源电压恒定且忽略电流表的内阻和导线的电阻）。如果我们用手按住线圈使得电动机停止转动，这时电流表的读数大约为2A。而如果这时我们松开手使得电动机能够正常转动，这时电流表的读数则大约为0.6A。求电动机的机械效率。
面对这种问题时我们就可以采用“手段—目的分析”的方法。首先我们先要明确这道题目的具体目的。很显然这道题的目的是求电动机的机械效率。那么我们就可以先把求机械效率的公式列出来：
机械效率＝有用功功率/总功率
有用功功率不知道，而总功率＝ ，所以问题产生子目标求有用功功率。
这时根据所学的物理公式把求有用功功率的公式列出：
有用功功率＝总功率－发热功率＝
因为线圈电阻题目并没有给出，所以，问题又产生子目标，求线圈电阻：
这时线圈电阻的物理公式：
当我们把我们产生的子目标都解决时，这整道题目也就得到解答了，所以得：电动机正常运转时有用功功率＝
这时的得出：总功率＝
这样就能得到：机械效率＝
（三） 逆向作业
我们还常常用到一种比较普遍的解决物理问题的方法叫作逆向作业。和“手段—目的分析”的方法一样在用逆向作业的方法时也是先明确最后的目的，然后明确为达这个目标所要达到的最后一个步骤是什么，后来再分析紧挨着最后一个步骤的前一个步骤是什么，就这样以此类推直到所有的问题都得到解答。逆向作业这种方法通常也是需要建立子目标的，所以它的操作方式和“手段—目的分析”的方法十分相似。
比如题目：在一个简单电路中，我们已知电阻的比率关系 ，并且把 和 并联在电路中，这时我们测得干路上的电流为 ，而通过电阻 上的电流则为I1．试证明
同学们在解决这类问题的时候，不难看出对于这类综合题时往往不能直接从已知的条件得出我们所要求得的结果，这时我们就可以采取“逆向作业”这种方式，从最后一步往前面推，从而达到解决这类问题的效果。
“逆向作业”和“手段—目的分析”的方法一样首先就是明确我们所要达到的目的，分析现有的条件：由题目条件得 ，而它的隐含条件是，需要求出的 结果是 的比例。
因为我们要达到的目标是求 ，我们逆向行驶去求它的前一步： 。
因为 ，和已知条件 然后我们就能求得它的再前一步就是 所以得出结果 ，这样这道题目就得到解答了。
对于，这些我们一开始无法马上从前面推导到后面的题目，我们肯定会茫然不知所措，找不到头绪，这时如果我们能把注意力集中于题目所要我们求出的结果，我们就可以顺着这个目标，一步步倒退回去，这样按图索骥，就不会使我们失去方向感，从而能得到正确的答案。
然而“逆向作业”也是需要在特定情况下才会特别方便，如果你遇到的问题逆推时，他的路径不是唯一的而是存在多种可能，这时就会在解决问题时变得十分的繁琐。所以需要我们根据题目的不同情况灵活运用，不要一味的运用这种方法。
其实不难看出“手段—目的分析”和“逆向作业”都是在试图把我们已有掌握的条件和我们要达到的最终目的进行拉近，在不断拉近后就能达到更容易的能够解决问题效果。
（四）后退
通常我们会遇到各种各样的问题，而面对这些问题，当试图解决时，通常不会碰到唯一的情况，这时我们就会做出某些假设。当然某些假设是正确的，但是有时某些假设却被证明是错误的，那么这些假设就必须“剔除”。在处理这一类问题的时候，我们就必须让自己清楚的明白我们在哪个地点，哪个时间，哪个状态下提出的假设，而我们假设的内容又是什么，这样一来才能方便你随时回到你可以进行选择的点重新开始，这一过程被称为“后退”。
我们举一个例子，如这边的这道题目：如图所示,质量为m的小物块与甲,乙两个轻弹簧（忽略质量）相连,乙弹簧下端与地面相连接，而甲弹簧下端则与小物块相连接，两个弹簧的劲度系数分别为 和 .先用手拉轻弹簧甲的上端A，使得它缓慢竖直上的移动，当乙弹簧的弹力为原来的2/3时，求甲的上端A移动的距离为多少？[8]
图1
首先我们根据题目进行分析，原先乙轻弹簧是被压缩着的，我们能够得到
后来的弹力变为原来的2/3.
因为我们根据现有的条件，无法明确在后来的状态下乙弹簧是压缩着的还是伸长着的所以这时我们就要在解决问题的时候进行假设，我们先假设一种情况，如果这时候的弹簧还是被压缩的，此时 伸长了
此时可以通过受力分析得到小物块m的受力平衡情况：
甲弹簧的伸长量
得出A点向上移动的距离为：
这种假设成立，如果不成立我们就要回到提出假设的位置，把这一假设进行剔除，再进行假设。
然后我们假设第二种情况，这时候乙弹簧是伸长的，乙弹簧的弹力因为是原来的2/3那么乙弹簧相比原先就向上上升了
根据此时可以通过受力分析得到小物块m的受力平衡情况：
A点上升了
这种假设也成立，如果假设不成立我们就必须回到假设提出的位子，再进行假设。这时问题也就得到了解答。
摘 要
物理问题解决是认知心理学中一个重要研究领域。在某些特殊的情境下，比如国际象棋、汉诺塔问题上，学者们进行了深入细致的研究。然而，把这些心理学理论和学科教学结合起来，似乎还没有公认的好成果。而物理问题的分析和解决能力，始终是物理课程中的一个极为重要的目标。本文的意图就是将问题解决的心理学理论应用到物理教学之中，做一些初步的探索。
本篇论文首先论述了，中学物理问题解决的心理模式研究的背景和意义，然后提出了心理模式的定义和一些解决问题的心理模式，这些模式包括“生成—检验法”、“手段—目的分析”、“逆向作业”、“后退”和“类比推理”。接着论述中学生在解决物理问题时存在的一些问题，主要包括心理定势、采用不完整或者不正确的表征和缺乏关于问题的知识或者专长。紧接着，谈到了解决问题的推动力包括了：正迁移、类比迁移和酝酿。最后，就提高解决物理问题的能力给出了要有扎实的基础、培养兴趣、培养批判思维和解决问题的方法和模式灵活运用这四个建议。
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关键字:问题解决中学物理心理模式
目 录
第一章 绪论 1
第二章 解决问题的心理模式 3
一、心理模式的定义 3
二、对中学物理题目的分析 3
三、一些解决问题的心理模式 3
（一） 生成—检验法 3
（二） 手段—目的分析 4
（三） 逆向作业 4
（四）后退 6
（五） 类比推理 8
第三章 中学生解决物理问题存在的一些问题 10
一、心理定势 10
二、采用不完全或者不正确的表征 11
三、缺乏关于问题的知识或者专长 12
第四章 解决问题的推动力 14
一、正迁移 14
二、类比迁移 14
三、酝酿 14
第五章 提高解决物理问题的能力 16
一、拥有扎实的基础 16
二、培养兴趣 16
三、培养批判思维 17
四、解决问题的方法和模式灵活运用 17
结束语 19
参考文献 20
致谢 21第一章 绪论
我们国家的教育发展史上发生过一个大事件就是我们那个义务教育新课程标准的提出。新课程标准中尤其重视解决问题能力的培养和锻炼,而且这也是我国基础教育改革和发展的必由之路。实现在目前教学过程中,着重培养学生解决问题的能力，改变以前传统教学是一种类似于填鸭式的教育方式，而忽略了学生学习的主动性和创造性。而现在提出标的新课，在提醒我们，时代的进步，新的时代需要新的人才。这些人才不是呆板的，不知变通的而是需要有创造力的，有能力应对各种问题的具有科学素养的人才。科学素养是越早培养越好，这就需要我们，从小就对学生们进行科学素养的培养，着重提高他们自身面对问题时解决物理问题的能力。
其实培养学生的能力在某种涵义上是我国教育的根本宗旨，换句话说就是培养能运用自己所学知识灵活并独立的解决自己遇到的各种问题的人才。物理是一门新奇而又充满趣味的学科，它不仅告诉我们各种科学知识，而且能够有把这些知识与生活紧密的联系在一起。它能够充分培养学生各方面的素养,其中培养学生解决物理问题的能力也是物理教学中的重中之重，所以说研究解决问题的心理模式，是我们研究教学的必然趋势和教育事业的进步，我相信研究解决中学生物理问题的心理模式将对提高学生解决物理问题的能力有所贡献，从而在根本上达成学生们能够更好更快的的解决问题的目标，培养能够自己独立处理问题的人才，为我国教育的进步与发展尽出自己的一份力。
俗话说“学以致用”，学的好不好就得靠用的怎么样来检验，而学生在运用自己所学习的知识解决物理问题的时候，往往都存在着这样或者那样的问题。而以前教师们往往通过布置大量的作业来训练学生，使他们基本上可以达到，看到题目就可以知道答案的效果，但是这种方式存在着巨大的弊端，其一，学生学习负担重。其二，事倍功半，效率低。最后是学生碰到新题往往不知所措，无法形成自己的解题思路，解决问题的能力得不到锻炼，该怎么错还是怎么错，不懂得灵活的运用自己所学的各种知识来解决问题。这还是没有从根本上解决问题，我们教学的根本目的还是培养能够独立解决问题的学生，而不是培养出只会回答相同问题的机器。
针对这种状况，研究和归纳物理问题解决的心理模式很有必要，这样可以从根本上帮助学生减轻学习负担，提高解决问题的能力，更加能够联系实际，把物理上的一些心理模式，不单单解决课本上的物理问题，而且还可以运用到生活中去，解决生活中的各种问题，共同建设我们这个和谐社会。
第二章 解决问题的心理模式
一、心理模式的定义
心理模式是指人们通过经验
二、对中学物理题目的分析
问题的解决首先要联系到问题的表征。问题的表征是将问题的构成要素等与头脑中已有的知识、图式整合，达到问题的解决的关键过程。问题表征的过程和结果会影响到问题能否合理的解决。在心理学上，问题的表征主要分为三个层次:第一个是对问题的信息进行检索和提取；第二个是对你获取的信息进行深层次的加工；最后一个是要挖掘隐含的约束条件和意识化。这些观点运用到我们物理审题上面则表现为：第一步，要准确地抓住知识点和研究的对象；第二步：全面想象题目给定的物理过程；第三步：挖掘隐蔽条件。而要做到这几点，就需要解题者拥有扎实的基础、良好的发散性思维和批判性思维的帮助。
三、一些解决问题的心理模式
（一） 生成—检验法
生成检验法这种方法，顾名思义，就是生成多种可能的解决方法，然后对他们进行检验，加以分析，哪些可以实行，哪些不能很好做到，最后选出一个最好的解决问题的方式。
比如，在初中的摩擦力的一些问题，让你设计一双防滑的鞋？在这里，我们就可以运用“生成—检验法”，为了增大鞋的摩擦力，我们可以想出这三种方式：增加鞋对地面的压力、增大鞋底表面的粗糙程度和增大地面的粗糙程度，我们把这三种方式一一列出然后再逐一进行检验，我们很容易发现增大鞋对地面的压力和增加地面的粗糙程度显然不符合客观实际情况，所以采取增大鞋底表面的粗糙程度这个方法把其他两种可能排除掉。这样这个问题就很好的得到解答。
但是这种方法也处在着一些重大的弊端，就是在有的时候，如果按这种方法来实行时，可能会产生相当多的可能的方法，在没有特别的排出的方法的情况下，我们很难排除，这样的话，我们就必须对太多种方法都进行检验，这样的话就可能会使得问题的解决变得更加繁琐和困难。所以只有在可能不是太多的情况下，生成—检验法才能发挥出它存在的优势。
（二） 手段—目的分析
首先，明确你要达成的目的，拉近已知条件和目的之间的关系，要达成这个目的要需要一些先决条件，如果这些前提条件没能满足，子目标就会产生了，通过产生子目标，任务被分解成可以解决的小步骤，完整的解决方案就建构起来了。
例如题目，有一台小电动机、电流表和电源都串联在电路中（其中电源电压恒定且忽略电流表的内阻和导线的电阻）。如果我们用手按住线圈使得电动机停止转动，这时电流表的读数大约为2A。而如果这时我们松开手使得电动机能够正常转动，这时电流表的读数则大约为0.6A。求电动机的机械效率。
面对这种问题时我们就可以采用“手段—目的分析”的方法。首先我们先要明确这道题目的具体目的。很显然这道题的目的是求电动机的机械效率。那么我们就可以先把求机械效率的公式列出来：
机械效率＝有用功功率/总功率
有用功功率不知道，而总功率＝ ，所以问题产生子目标求有用功功率。
这时根据所学的物理公式把求有用功功率的公式列出：
有用功功率＝总功率－发热功率＝
因为线圈电阻题目并没有给出，所以，问题又产生子目标，求线圈电阻：
这时线圈电阻的物理公式：
当我们把我们产生的子目标都解决时，这整道题目也就得到解答了，所以得：电动机正常运转时有用功功率＝
这时的得出：总功率＝
这样就能得到：机械效率＝
（三） 逆向作业
我们还常常用到一种比较普遍的解决物理问题的方法叫作逆向作业。和“手段—目的分析”的方法一样在用逆向作业的方法时也是先明确最后的目的，然后明确为达这个目标所要达到的最后一个步骤是什么，后来再分析紧挨着最后一个步骤的前一个步骤是什么，就这样以此类推直到所有的问题都得到解答。逆向作业这种方法通常也是需要建立子目标的，所以它的操作方式和“手段—目的分析”的方法十分相似。
比如题目：在一个简单电路中，我们已知电阻的比率关系 ，并且把 和 并联在电路中，这时我们测得干路上的电流为 ，而通过电阻 上的电流则为I1．试证明
同学们在解决这类问题的时候，不难看出对于这类综合题时往往不能直接从已知的条件得出我们所要求得的结果，这时我们就可以采取“逆向作业”这种方式，从最后一步往前面推，从而达到解决这类问题的效果。
“逆向作业”和“手段—目的分析”的方法一样首先就是明确我们所要达到的目的，分析现有的条件：由题目条件得 ，而它的隐含条件是，需要求出的 结果是 的比例。
因为我们要达到的目标是求 ，我们逆向行驶去求它的前一步： 。
因为 ，和已知条件 然后我们就能求得它的再前一步就是 所以得出结果 ，这样这道题目就得到解答了。
对于，这些我们一开始无法马上从前面推导到后面的题目，我们肯定会茫然不知所措，找不到头绪，这时如果我们能把注意力集中于题目所要我们求出的结果，我们就可以顺着这个目标，一步步倒退回去，这样按图索骥，就不会使我们失去方向感，从而能得到正确的答案。
然而“逆向作业”也是需要在特定情况下才会特别方便，如果你遇到的问题逆推时，他的路径不是唯一的而是存在多种可能，这时就会在解决问题时变得十分的繁琐。所以需要我们根据题目的不同情况灵活运用，不要一味的运用这种方法。
其实不难看出“手段—目的分析”和“逆向作业”都是在试图把我们已有掌握的条件和我们要达到的最终目的进行拉近，在不断拉近后就能达到更容易的能够解决问题效果。
（四）后退
通常我们会遇到各种各样的问题，而面对这些问题，当试图解决时，通常不会碰到唯一的情况，这时我们就会做出某些假设。当然某些假设是正确的，但是有时某些假设却被证明是错误的，那么这些假设就必须“剔除”。在处理这一类问题的时候，我们就必须让自己清楚的明白我们在哪个地点，哪个时间，哪个状态下提出的假设，而我们假设的内容又是什么，这样一来才能方便你随时回到你可以进行选择的点重新开始，这一过程被称为“后退”。
我们举一个例子，如这边的这道题目：如图所示,质量为m的小物块与甲,乙两个轻弹簧（忽略质量）相连,乙弹簧下端与地面相连接，而甲弹簧下端则与小物块相连接，两个弹簧的劲度系数分别为 和 .先用手拉轻弹簧甲的上端A，使得它缓慢竖直上的移动，当乙弹簧的弹力为原来的2/3时，求甲的上端A移动的距离为多少？[8]
图1
首先我们根据题目进行分析，原先乙轻弹簧是被压缩着的，我们能够得到
后来的弹力变为原来的2/3.
因为我们根据现有的条件，无法明确在后来的状态下乙弹簧是压缩着的还是伸长着的所以这时我们就要在解决问题的时候进行假设，我们先假设一种情况，如果这时候的弹簧还是被压缩的，此时 伸长了
此时可以通过受力分析得到小物块m的受力平衡情况：
甲弹簧的伸长量
得出A点向上移动的距离为：
这种假设成立，如果不成立我们就要回到提出假设的位置，把这一假设进行剔除，再进行假设。
然后我们假设第二种情况，这时候乙弹簧是伸长的，乙弹簧的弹力因为是原来的2/3那么乙弹簧相比原先就向上上升了
根据此时可以通过受力分析得到小物块m的受力平衡情况：
A点上升了
这种假设也成立，如果假设不成立我们就必须回到假设提出的位子，再进行假设。这时问题也就得到了解答。
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