问题解决是思维的重要形式，也可以说是思维的目的。现实生活中无论我们学习知识还是掌握技能，其目的都是要解决实际问题。因此，解决问题也是我们物理学科学习的终极目标。正因为此，在学校教育与教学中培养学生的问题解决能力并促进其思维的发展，成为我们教育教学中备受关注的问题，而帮助学生成为一名有效、成功的问题解决者则成为我们教育者的重要目标。
一、问题解决的经典性界定
众所周知，一个人在生活中每时每刻都会遇到形形色色、大大小小的问题，那么何为问题?问题应该如何进行表征?何为问题空间?何为问题解决?
1.问题解决的基本含义
目前西方心理学界比较流行的问题的定义是由美国心理学家纽厄尔和西蒙(Newell & Simon)提出的，即：问题是这样一种情境，个体想做某事，但不能即刻知道做这件事所需采取的一系列行动。安德森指出：所谓问题解决，当有三个基本的特征：一是目的指向性，这种行为是为了达到某一目的而组织起来的；二是子目标的分解，问题解决的实质在于必须将原先的目的分解为一些子任务或子目标；三是算子的选择，算子指能够将问题的一种状态转换成另一种状态的行动，而整个问题的解决便是有序地使用这些已知的算子。
2.问题空间
问题空间是指问题解决者在解决问题时所经历的各种问题状态，它是由问题解决者最初所面临的各种问题情境（起始状态）、在抵达目的途中所面临的各种问题情境（中间状态），以及最终达到的目的状态所构成。显然，从起始状态出发，问题解决者可以选择多种途径来改变自己所面临的状态。美国卡内基一梅隆大学的纽厄尔和西蒙将上述问题解决者所达到的一系列状态称为问题空间或问题状态，问题解决者不断地明确和启用问题解决的算子，借以将问题中的一种状态转变为另一种状态，也就是说问题空间是一种迷津，问题解决者必须找到一条通路走出状态的迷津。
3.物理问题解决
物理问题也是这样一种状态，一种给出有关问题条件的描绘及构成问题结论的描述，学生在这种状态下暂时不能一目了然就可以得到问题结论，它与浅显的“某某叫什么”不一样，这种状态构成学生一种知识的需要，要达到目标要寻求算子，而后者则不是问题，它只能是简单的陈述性知识的描述。物理问题解决也是寻找算子填补问题空间，即问题解决者从已知的问题初始状态出发，寻求解决问题必备的算子，如果一步可以实现，就用一种算子，否则就要将目标状态分解为无数子目标，再应用算子实现状态的迷津，最后实现复杂物理问题的解决。
二、影响物理问题解决的因素
问题解决过程不是直线式的，而是经历了种种曲折。问题解决者要尝试运用各种假设，再评价其结果，以此来逐渐积累信息。随着信息的积累，问题解决者把有关的全部知识构成他的认识状态，通过算子改变此时的认识状态，达到一个新的认识状态，最后过渡到目标状态。由于问题解决受人的知识经验和各种心理过程的制约，所以在问题解决过程中难以避免地走入死胡同。问题解决者在不断成功失败、错综复杂的情势下寻求问题的真谛，在众多影响问题解决的因素中，下面几条尤为突出。
1.问题的识别
在解决物理问题的过程中首先要识别问题，即根据物理问题出现的情境或状态，确定所要解决问题的目标状态，这是解决问题的先决条件。在现实物理教学过程中，我们常常发现学生对物理问题识别欠佳，如一道电学题：有两只灯泡，一只标有“6V 2W”，另一只标有“6V 3W”，现在把这两只灯泡串联在同一电源电路中（电源内阻不计），试问电源电压是多少?对于这样的问题，要想正确求解，首先要明确此问题的目标状态，这两只灯泡分别给出了额定电压和额定功率，通过电压和功率可以得出灯泡的额定电流和灯泡的电阻，再根据串联电路电流电压的特点就可以求解，可是现实中我们常常发现学生识别不了此问题给提供的情境，想不到由额定电压和额定功率可以得出电阻和额定电流。
2.问题的表征
在对问题识别的基础上必须要较好地定义或表征物理问题，以能够使自己对这个问题有所理解和知道应该怎么去做。这一步是很关键的，因为只有对问题定义和表征准确了，才可能寻找到问题解决的答案。如教师在讲到磁生电一节时，通过实验教师已经得出小磁针放在通电导线周围，当闭合开关时小磁针会发生偏转，当把导线缠绕在一起就形成一个通电螺线管，接通电源后，在它的周围也会有磁场存在，请问通电螺线管相当于什么磁铁呢?这样的问题首先就没有表征清楚，如果教师在讲这一问题时，教师事先绕线圈，让学生感知线圈的绕法，然后在螺线管的周围放上小磁针，接通电源学生可以通过实验直观真切地感受到通电螺线管就相当于条形磁铁。由此我们可以看出：教师在教学过程中首先要注意对问题进行明确表征；其次在教学中要多注意运用直观的手段，让学生在直观感受中体验到物理问题解决的初始状态和目标状态，只有这样学生才能顺利实现物理问题的解决。
3.选择问题解决策略缺失
问题解决需运用一系列的操作，究竟选择哪些操作，将它们组成什么样的序列，这些都依赖于人们采取哪些问题解决方案或计划。问题解决的方案计划统称为问题解决策略，它决定着问题解决的具体步骤，选择操作与确定问题解决的策略密不可分，问题解决总是由一定策略来引导搜索的，因此选择好问题解决策略是问题顺利解决的先决条件。但在现实中我们发现教师在教学过程中只注重告诉学生问题的结论，常常忽视教给学生解决问题的策略，学生没有方法，对于物理问题的解决而言，只能知一题会一题，不会融会贯通，更不会触类旁通。
4.自动化基本技能的欠缺
大量实践充分证明：在解决物理问题情境中，相对的专家与相对的新手解决问题的速度和准确度不同，专家在解决物理问题时能够透过现象把握问题的本质，善于调用和筛选必需的知识来界定当前问题的性质，这是专家的特长。透过专家的特长我们可以看到专家之所以能在短时间内识别、界定并找寻到解决问题的办法，其原因是相对专家具有自动化的基本技能，由于强大的特殊领域知识决定专家的特征：一是知识的程序化，相对专家使陈述性知识向程序性知识转化，这样的转化使专家脱离了就问题而论问题的陈述性知识的浅层次；二是学会战术性知识策略性知识转化，专家在特殊领域已经脱离了简单的应用程序性知识，在特定领域的知识达到自动化后，善于发现问题的深层结构。如对于力学问题中的斜面问题，相对专家往往从已经自动化的程序知识出发构建自己的图式，这样既提高问题解决的速度，同时也利于提高问题的解决的准确性。而同样是斜面问题，相对新手则只能就题论题，因为他们的程序性知识还没有达到自动化程度，更难以谈到上升到策略性知识。
三、提高物理问题解决能力的有效策略
1.提供解决物理问题的一般方法
解决物理问题的关键在于搜索问题空间，以期找到一条走出问题迷津的最佳路径，即寻找一条从问题的起始状态到达目标状态的通路，也就是找到一定的算子序列，算子搜索或寻找要依靠策略的引导，也就是说，在实际教学中，为了提高学生的物理问题解决能力，应该教给学生一些解决问题的一般策略，这样才有助于学生物理问题解决能力提升。问题解决策略多种多样，一个问题可以用不同的策略来解决，应该用哪种策略既依赖于问题的性质和内容，也依赖于人的知识和经验。从物理学科实际出发，有一定指导意义的解决问题的策略主要有手段—目的分析、逆向思维、类比解决问题法。手段—目的分析是将问题分解的一种方式，其特点是：(1)比较初始状态和目标状态，提出一个子问题，如何缩小两者之间差距?(2)找到缩小差距的办法和操作；(3)如果提出的办法的实施条件不成熟，则提出第二个子问题，如何创造条件?(4)找出创造条件的办法和操作；(5)如果(4)中提出的办法实施条件不成熟，则提出第三个子问题，如何创造条件?……如此循环进展，直至问题解决。如我们物理学中常常用到的转换问题主要是应用了手段—目的分析，就是要求问题解决者找到一个操作程序，将起始状态转化为目标状态。问题解决者在应用类比解决问题法时，尝试将某一问题的解决结构用于指导另一问题，它被看做一种重要的问题解决策略。
2.创设问题情境，给学生以思维空间
教育的关键不在于向受教育者传授现成的结论。因为现成的结论，只是对以往问题的探究结果，他们往往是经过提炼的、条例清楚的。现实中的问题并非如此。教师要呈现问题的复杂性、模糊性，这就要求我们的教师在教学中，要给学生以思维的空间，教会学生独立思考和自主探究。如“浮力”这一概念是在前面有关力和运动及压力的基础上进行学习的知识。由于学生在生活中对浮力现象虽有所认识，但是很肤浅。教学中教师应首先通过学生实验：弹力球压入水中，让学生在感性上对浮力有个初步的认识。然后通过实验：钩码在水中沉入杯底是否受到浮力呢?在教学中应在教师引导下，鼓励学生进行大胆猜测。然后提出能激发学生思维探究空间的一个问题：你能否根据已有的物理知识和给定的的实验器材，自己设计实验，来证明浸入水中的钩码也受到浮力的作用呢?通过这个开放的问题，首先给学生提供一个思维的广阔空间，把学生带入一个主动学习、主动探索的空间，使学生有一种主动投入去学习的愿望。
3.善于利用“一”和“多”的转化，培养和训练学生的发散思维
在物理教学活动中，善于运用“一”和“多”相互转化，既可以使学生所掌握的知识大量增值，又可开拓思路，促进学生头脑中知识的活化，同时又可遏止单向定向思维的消极影响，具体可以通过以下方法实现：
第一，培养与训练学生善于从具体物理问题所提供的各种已知条件出发，运用不同的已知条件的组合，多渠道地解决问题的能力。当我们在解决具体问题时，由于观察问题的侧面不同，思考问题的角度各异，问题中所提供的已知条件就可能直接或间接地满足多种不同的条件组合，从而形成解决问题的多种渠道，培养和训练学生的发散思维。
第二，培养与训练学生运用同一物理概念、物理规律去分析处理多种物理问题的能力。使学生善于从同一概念、规律出发，向着不同的方向探究，尽可能多地解决各种各样的问题，如能的转化和守恒定律像一根红线，把物理学的各个部分紧密联系在一起，善于从功能的观点出发，去处理各种各样的物理问题。
第三，培养和训练学生善于运用多个物理规律去处理同一物理问题的能力。使学生善于以某一物理问题条件为扩散点，变换思维角度进行多途径多方向思考，向不同方向探索。这样大脑中储存的大量知识会充分调动起来，使得多个知识点能在具体物理问题中互相沟通与综合，从不同角度不同侧面运用不同的物理概念、规律探索解决问题的各种途径，使思维得到极大的发散训练。
4.根据学科特点，发挥实验优势促进学生问题解决能力的提高
根据物理学科特点，我们可以充分发挥实验教学的优势，采用合理的方法去积极引导和促进学生发散思维能力的发展，具体可以采用以下几种方法：
第一，根据同一实验目的，进行多样性的实验设计。即根据现有的几个器材，要求学生采用不同的实验方法，设计不同的实验方案达到同一实验目的。如给一个3伏的直流电源、电阻箱、安培表或伏特表，要粗略地测出一个求知电阻的阻值。试画出电路图，并说明如何测量?学生会根据最基本的原理，充分调动自己的思维，为达到这一实验目的设计出各种各样的实验方案。
第二，根据现有的几件器材，要求学生进行发散性实验设计，最多能做多少种不同的实验，如给学生一根米尺、一段细绳和一个比较粗糙的砝码，要求学生设计多种实验。再如，给一个矿泉水瓶子，请你分别设计出力学的、电学的、光学的和热学的实验。
第三，根据实验目的，请学生自己设计实验方案，选择实验器材进行实验。如在实验器材任选的条件下，请你设计出测量液体密度的几种方法。
第四，黑箱问题，所谓黑箱是指内容结构机理不能或不便直接观察，但可通过外部观测或实验去认识其功能特性的现实系统或事物。在电学物理实验中，可以在封闭的箱子或盒子中放置多种物体或元件。如力学的、电学的或光学的元件。各元件可按一定的方式连接或组合，学生只能看到箱外的接线柱或其他装置等，要求学生通过外部观察、测试。经过数据分析，来确定箱内的物体或元件的结构。
在现实的物理教学中，影响物理问题解决的原因是多种多样的，但更主要的原因是我们以上所阐述的，这就要求我们教师针对不同的因素因势利导，要有意识地教给学生一些解决物理问题的一般策略，在实际教学中针对学生的实际性，有针对性地选择一些典型问题训练学生的发散思维，只有这样我们的学生才可能成为一名有效的、成功的物理问题解决者，也只有这样才可能实现我们教育教学的终极目标。
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