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问题解决能力不仅是伴随一生的适应生活的重要能力，也是教育的重要目标之一。早在2001年6月教育部颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》指出，基础教育课程改革的目标之一是培养学生的分析问题和解决问题的能力。如何培养学生的问题解决能力也是当今国际上教育改革的重要议题，是世界各国教育培养学生的核心能力之一，在问题解决过程中引导学生掌握隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，掌握合作探究、自我指导的能力，培养实事求是、迎难而上的精神，在生活中遇到问题时，能真正学以致用解决问题。2014年，教育部印发《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，中国学生核心素养一词出现在这个国家文件中，核心素养被作为新一轮课程改革的方向，分为3方面6素养18个基本要点，其中要点之一明确提出就是问题解决，要求培养的学生关键能力之一为“有解决问题的兴趣和热情，善于发现和提出问题”。
专家与新手的比较研究一直以来是学习领域研究的重要参考和应用，对专家和新手的比较研究，最早可以追溯到20世纪40年代至60年代，其以国际象棋为依托开展的有关新手与专家的比较研究，不仅破解了国际象棋大师为什么能够成为大师的奥秘，而且奠定了认知心理学领域有关专家与新手比较研究的经典范式，了解专家如何记忆、思维和解决问题的，可以为新手提供启示和参考。德格鲁特的开创性工作，国际象棋大师德格鲁特通过棋局复盘的经典实验开启了专家和新手比较研究的先河，其后有关专家与新手的比较研究发现被广泛应用于教育领域。
本文基于专家和新手比较研究的视角，对学生问题解决的过程以及问题解决能力的培养进行了思考和研究，并对教师的教学设计提出了建议。
（一）概念内涵
“问题”这个词语我们都不陌生，是我们的日常用语，如果要给它下个明确的定义，在心理学上表述为：“在事物的初始状态转化为想要达到的目标状态之间存在的障碍的情境。”这种障碍因人而异，有的障碍对于儿童来说是个大障碍，但对成人来说可能算不上障碍。
“问题解决”是一种高层次的能力，我们把问题定义为障碍的扫除，问题解决的过程是从事物的初始状态转化为目标状态，中间所经历的过程为搜索、选择、运用已有知识的过程。
（二）问题解决的过程
问题解决都有哪些过程呢？只有了解了学生问题解决的过程，才能在实践中更好地设计教学，提升学生的问题解决能力。心理学家对问题解决进行了探索，杜威、加涅、华莱士等认为问题解决是一个过程，是创造的过程。根据著名心理学家布兰斯的五阶段，即IDEAL模型，专家与新手的比较研究中也借用了这个模型进行了研究。
1.第一步：发现问题
爱因斯坦曾经说过一句大家耳熟能详的话，即“发现一个问题往往比解决一个问题更重要”，道出问题发现的重要性。的确，问题解决是从问题发现开始的，也是问题解决的第一步。问题发现本身蕴含着创造力，爱因斯坦也正是因为提出了解决牛顿力学体系中存在的问题而建立了相对论，牛顿在常见的苹果落地的现象中发现了万有引力定律。发现问题至关重要，但在现实的教学和生活中，教师往往忽视对学生发现问题习惯的培养，一方面是因为缺乏意识，而另外一个方面是缺乏相关的专业知识。
教学中，教师要引导学生发现问题，重视培养学生发现有价值问题的能力，这是问题解决能力的前提。
2.第二步：表征问题
表征问题简单地说又叫理解问题，这一步至关重要，问题理解与问题解决之间的关系非常紧密，如果我们对问题形成了正确恰当的表征，那么这个问题会迎刃而解，但如果表征或理解不到位，那就很难将问题解决。下面以小学二年级数学中的一道问题解决的应用题为例：
小丁丁与小胖家相距1420米，两人约好从家出发碰头，相向而行，小丁丁先出门，他的步行速度是每分钟80米，五分钟后小胖从家里出来，小胖的速度是90米每分钟，问：小胖出发多久后两人可以相遇？
要解决这个问题，学生要对这个问题形成心理表征，学生要具备一些语言知识来理解题目的意思，如“相向而行”，还要有概念性的知识，如“距离=速度×时间”，这些概念性、原理性的知识在问题的理解过程中起到关键作用。
所以对问题的表征涉及语言性知识、概念性知识、原理性知识、事实性知识的综合运用，学生需要有一定的语言知识来理解题目的意思。通過与有经验的一线数学教师访谈沟通中了解到，在小学四年级的问题解决中，“增加几倍和增加到几倍”“乘法结合律和乘法分配律”“单位面积的换算进率”等是学生容易出错的问题，其实质是对语言性知识的理解错误。
3.第三步：探索策略
这一阶段为学生用各种方法来探索解决问题的过程，一般情况下学生会选择两种方法，一种在心理学中的专业属于叫“算法”，简单说就是指出了解决问题的步骤，只要一步一步执行问题就可以得到解决。如：乘法结合律、分配律等。另外一种叫“启发式”，这是一种可以运用到多种领域的一般性策略，其中有类别法、手段—目的分析、爬山法、头脑风暴法等。其中爬山法日常应用较多，形象地表示如同在黑暗中爬山一样，只要往上走，就会离山顶越来越近。以小学二年级数学中常见的一个问题为例：
根据下面的算式，求出圆形、三角形和五角星分别代表的数字是几？
这道题目的所使用的策略就是爬山式策略，两位数加两位数，百位数上最大为1，所以先算出圆形是1，然后一次算出三角形是9，五角星是2，这种一步步解决的办法就是较为常用的爬山法。
4.第四步：执行策略
解决问题的策略确定之后就要开始执行相关的策略进行实际的问题解决，这一阶段需要的主要是策略性知识，同时也需要学生掌握良好的程序性知识。在解决上述的相遇问题时，学生要有一定的计算技能，如最基本的加、减、乘、除的计算技能，这一个步骤其实是上一个步骤的具体实施，是问题解决的具体执行过程。 5.第五步：回顾反思
通过策略的执行后到这个环节，执行后得到结果，但并不意味着问题解决的结束，接下来要对结果进行监测和回顾，这一步是对问题是否解决的评价和确认，确认结果是否达到了目标，确认解决的过程是否正确，这一步对问题解决能力的提升十分关键。如果缺乏反思和回顾，即使解决了很多问题，他的额外难题解决能力也不能得到明显提高，回顾与反思作为问题解决的最后一个过程，至关重要。
心理学上对问题解决能力最早的关注为简单的、知识含量低的问题如何解决，这类问题，被测者凭借生活经验和一般的问题解决策略就能解决。20世纪70年代开始，心理学家们开始研究高知识含量的、复杂的问题解决，最为经典的方法是对新手和专家问题解决的比较研究，产生了深远影响。主要有以下几点启示：
（一）问题解决能力要在具体的学科教学中培养
有人提出，是否可以通过专门训练或单独设置科目，使学生获得一种适合所有领域的问题解决能力的培养？答案是这是不现实的，历来有许多研究者试图开发一种课程来提升学生各学科问题的解决能力，但都以失败告终。在专家和新手的研究中发现，专家出色的问题解决能力仅仅表现在他的专业领域范围内，在其专业领域之外的解决问题能力的差异性不大，这说明，专家的问题解决能力和他的专业领域是相连的，不同学科、不同领域的问题解决能力是不相同的。
问题解决能力是结合学科教学进行的，不同的学科内容有着不同的学科育人价值和问题解决能力培养，让语文或数学教师去解决化学学科中的问题，即使是语文专家也表现得像个新手。所以专门设置学科来培养学生的解决问题能力是不现实的。
（二）专家更关注问题的深层表征
通过大量的练习，专家对专业领域的问题解决已经达到自动化的程度，专家解决问题的速度比新手要快，能够准确、迅速地解决问题。研究发现，其特点之一为比新手花费更多的时间在表征问题这个环节，并且相比能够更深水平地表征问题。有研究表明专家解决问题时对初始状态思考的内容有24%，而新手只有1%，通过对问题初始状态的充分、深入的分析，才能识别出突破这一问题的关键因素，这提示我们在解决问题的过程中需要花更多的精力在问题的深层表征上，教师要有意识地引导学生多投入时间进行问题理解和表征。
（三）专家更好地自我监控问题解决的过程
自我监控、自我反思和调节能力是提升问题解决的关键能力，专家相比新手，更能够意识到自己在哪一步出现错误，什么时候来检查他们的解决方法。而新手则通常缺乏监控和检查自己的解决问题过程及结论，也通常不知道自己是否犯了错误。正如能力较强的学生在测验后大致能对自己的作答进行判断，而有些学生则不清楚作答是否正确。
日常教学中，有经验的教师会经常强调学生在作答题目时要进行反复检查、确认，其实是强化学生的自我监控、自我反思能力，这对学生问题解决能力的提升具有促进作用。
（一）组织有意义练习，夯实学生专业知识的学习
丰富的专业知识是提高学生问题解决能力的基础，如何获得丰富的专业知识？埃里克森（K.A.Ericssion）经过大量的调查研究后认为专业领域的知识的获得需要进行有意义练习。
何为有意义练习？首先，学生要在练习中明确目标，并且通过教师或自己监控练习的结果是否达到目标。其次，教师要在学生练习过程中给予指导，让学生获得练习的反馈。再次，要激发学生的学习动机，不断挑战更难的任务。
除了天赋、遗传等不可控因素外，教师要有意识地提高学生有意义练习的时间和频次，这是夯实专业知识、提升学生问题解决能力的基础。
（二）强化自我反思，培养学生的元认知能力
自我监控能力是问题解决的重要环节，教师要有意识地培养学生的自我意识和自我调节能力，即元认知能力，在这种能力的作用下，学生自我启发，便较容易审清题意，它是培养学生良好思维品质，提升学生问题解决能力的重要保障。
日常的练习中，教师可以引导学生进行自我观察、自我监控、自我评价、自我反思，强化学生要经常自我提问这些问题，如：我读懂题目要求了吗？这个问题的已知条件是什么？未知条件是什么？解决这个问题，我该怎么做？我应该选择如何突破？我的答案正确吗？如果不正确，错在哪里？等等。对学生有意识地进行思维策略的培养和训练，培养学生自我监控的能力，这是学生主动建构的过程。
（三）关注问题解决过程，让不同学生的思维发声
基于专家和新手的研究，布卢姆提出了一种叫做“参与性示范”的教学方法，并对实际效果做了检验。教师先描述说出自己的思维过程，随后让学生也描述自己的解决过程，把内在的解决问题的过程都通过语言说出来，接着，引导学生将自己描述的思维过程和教师的对比，找到差距，师生全部参与，使得学生的解决问题的过程逐渐接近教师的思维过程，这种教学方法也广泛地运用到现代课堂教学中。
这种方法还可以用在同伴之间的学习，问题解决能力较强的学生和学习困难的学生在解决统一个问题时，以发生思维的方式描述自己的思维过程，然后要求学习困难的学生将自己的问题解决过程和问题解决能力较强的进行比较，找到区别和差异，这种方式可以提升学习困难学生的问题解决能力和自信心。
（四）改变教学方式，开展基于问题解决的项目化学习
既然问题解决能力是可以通过专门的途径培养的，那么可以开展基于问题解决的学习方法。近年来，项目化学习这个名称逐渐进入人们视野，并成为一项受到广泛关注和推崇的学习方式，PBL是“基于项目的学习”的简称，作为一种对传统学习方式的變革，引起教育者的普遍关注和广泛应用，项目化学习理论核心“项目”最早可以追溯到杜威的“做中学”思想，是由20世纪50年代中期在美国医学教育中发展而来。
项目化学习的实施促进了基础教育学校教与学的方式变革，它的特点是以创造性问题解决能力为导向，通过实践和研究，发现问题、找到解决问题的方法，以三类项目，即活动项目、学科项目、跨学科项目为主要形式和载体，创设情境，设计真实并富有挑战的任务，引导和指导学生在一定周期内运用策略、持续探究创造性地解决实际问题，从而提升学生问题解决能力。
专家与新手的比较研究一直以来是学习领域研究的重要参考和应用，对专家和新手的比较研究，最早可以追溯到20世纪40年代至60年代，其以国际象棋为依托开展的有关新手与专家的比较研究，不仅破解了国际象棋大师为什么能够成为大师的奥秘，而且奠定了认知心理学领域有关专家与新手比较研究的经典范式，了解专家如何记忆、思维和解决问题的，可以为新手提供启示和参考。德格鲁特的开创性工作，国际象棋大师德格鲁特通过棋局复盘的经典实验开启了专家和新手比较研究的先河，其后有关专家与新手的比较研究发现被广泛应用于教育领域。
本文基于专家和新手比较研究的视角，对学生问题解决的过程以及问题解决能力的培养进行了思考和研究，并对教师的教学设计提出了建议。
一、问题解决的内涵和过程
（一）概念内涵
“问题”这个词语我们都不陌生，是我们的日常用语，如果要给它下个明确的定义，在心理学上表述为：“在事物的初始状态转化为想要达到的目标状态之间存在的障碍的情境。”这种障碍因人而异，有的障碍对于儿童来说是个大障碍，但对成人来说可能算不上障碍。
“问题解决”是一种高层次的能力，我们把问题定义为障碍的扫除，问题解决的过程是从事物的初始状态转化为目标状态，中间所经历的过程为搜索、选择、运用已有知识的过程。
（二）问题解决的过程
问题解决都有哪些过程呢？只有了解了学生问题解决的过程，才能在实践中更好地设计教学，提升学生的问题解决能力。心理学家对问题解决进行了探索，杜威、加涅、华莱士等认为问题解决是一个过程，是创造的过程。根据著名心理学家布兰斯的五阶段，即IDEAL模型，专家与新手的比较研究中也借用了这个模型进行了研究。
1.第一步：发现问题
爱因斯坦曾经说过一句大家耳熟能详的话，即“发现一个问题往往比解决一个问题更重要”，道出问题发现的重要性。的确，问题解决是从问题发现开始的，也是问题解决的第一步。问题发现本身蕴含着创造力，爱因斯坦也正是因为提出了解决牛顿力学体系中存在的问题而建立了相对论，牛顿在常见的苹果落地的现象中发现了万有引力定律。发现问题至关重要，但在现实的教学和生活中，教师往往忽视对学生发现问题习惯的培养，一方面是因为缺乏意识，而另外一个方面是缺乏相关的专业知识。
教学中，教师要引导学生发现问题，重视培养学生发现有价值问题的能力，这是问题解决能力的前提。
2.第二步：表征问题
表征问题简单地说又叫理解问题，这一步至关重要，问题理解与问题解决之间的关系非常紧密，如果我们对问题形成了正确恰当的表征，那么这个问题会迎刃而解，但如果表征或理解不到位，那就很难将问题解决。下面以小学二年级数学中的一道问题解决的应用题为例：
小丁丁与小胖家相距1420米，两人约好从家出发碰头，相向而行，小丁丁先出门，他的步行速度是每分钟80米，五分钟后小胖从家里出来，小胖的速度是90米每分钟，问：小胖出发多久后两人可以相遇？
要解决这个问题，学生要对这个问题形成心理表征，学生要具备一些语言知识来理解题目的意思，如“相向而行”，还要有概念性的知识，如“距离=速度×时间”，这些概念性、原理性的知识在问题的理解过程中起到关键作用。
所以对问题的表征涉及语言性知识、概念性知识、原理性知识、事实性知识的综合运用，学生需要有一定的语言知识来理解题目的意思。通過与有经验的一线数学教师访谈沟通中了解到，在小学四年级的问题解决中，“增加几倍和增加到几倍”“乘法结合律和乘法分配律”“单位面积的换算进率”等是学生容易出错的问题，其实质是对语言性知识的理解错误。
3.第三步：探索策略
这一阶段为学生用各种方法来探索解决问题的过程，一般情况下学生会选择两种方法，一种在心理学中的专业属于叫“算法”，简单说就是指出了解决问题的步骤，只要一步一步执行问题就可以得到解决。如：乘法结合律、分配律等。另外一种叫“启发式”，这是一种可以运用到多种领域的一般性策略，其中有类别法、手段—目的分析、爬山法、头脑风暴法等。其中爬山法日常应用较多，形象地表示如同在黑暗中爬山一样，只要往上走，就会离山顶越来越近。以小学二年级数学中常见的一个问题为例：
根据下面的算式，求出圆形、三角形和五角星分别代表的数字是几？
这道题目的所使用的策略就是爬山式策略，两位数加两位数，百位数上最大为1，所以先算出圆形是1，然后一次算出三角形是9，五角星是2，这种一步步解决的办法就是较为常用的爬山法。
4.第四步：执行策略
解决问题的策略确定之后就要开始执行相关的策略进行实际的问题解决，这一阶段需要的主要是策略性知识，同时也需要学生掌握良好的程序性知识。在解决上述的相遇问题时，学生要有一定的计算技能，如最基本的加、减、乘、除的计算技能，这一个步骤其实是上一个步骤的具体实施，是问题解决的具体执行过程。 5.第五步：回顾反思
通过策略的执行后到这个环节，执行后得到结果，但并不意味着问题解决的结束，接下来要对结果进行监测和回顾，这一步是对问题是否解决的评价和确认，确认结果是否达到了目标，确认解决的过程是否正确，这一步对问题解决能力的提升十分关键。如果缺乏反思和回顾，即使解决了很多问题，他的额外难题解决能力也不能得到明显提高，回顾与反思作为问题解决的最后一个过程，至关重要。
二、专家与新手问题解决研究的启示
心理学上对问题解决能力最早的关注为简单的、知识含量低的问题如何解决，这类问题，被测者凭借生活经验和一般的问题解决策略就能解决。20世纪70年代开始，心理学家们开始研究高知识含量的、复杂的问题解决，最为经典的方法是对新手和专家问题解决的比较研究，产生了深远影响。主要有以下几点启示：
（一）问题解决能力要在具体的学科教学中培养
有人提出，是否可以通过专门训练或单独设置科目，使学生获得一种适合所有领域的问题解决能力的培养？答案是这是不现实的，历来有许多研究者试图开发一种课程来提升学生各学科问题的解决能力，但都以失败告终。在专家和新手的研究中发现，专家出色的问题解决能力仅仅表现在他的专业领域范围内，在其专业领域之外的解决问题能力的差异性不大，这说明，专家的问题解决能力和他的专业领域是相连的，不同学科、不同领域的问题解决能力是不相同的。
问题解决能力是结合学科教学进行的，不同的学科内容有着不同的学科育人价值和问题解决能力培养，让语文或数学教师去解决化学学科中的问题，即使是语文专家也表现得像个新手。所以专门设置学科来培养学生的解决问题能力是不现实的。
（二）专家更关注问题的深层表征
通过大量的练习，专家对专业领域的问题解决已经达到自动化的程度，专家解决问题的速度比新手要快，能够准确、迅速地解决问题。研究发现，其特点之一为比新手花费更多的时间在表征问题这个环节，并且相比能够更深水平地表征问题。有研究表明专家解决问题时对初始状态思考的内容有24%，而新手只有1%，通过对问题初始状态的充分、深入的分析，才能识别出突破这一问题的关键因素，这提示我们在解决问题的过程中需要花更多的精力在问题的深层表征上，教师要有意识地引导学生多投入时间进行问题理解和表征。
（三）专家更好地自我监控问题解决的过程
自我监控、自我反思和调节能力是提升问题解决的关键能力，专家相比新手，更能够意识到自己在哪一步出现错误，什么时候来检查他们的解决方法。而新手则通常缺乏监控和检查自己的解决问题过程及结论，也通常不知道自己是否犯了错误。正如能力较强的学生在测验后大致能对自己的作答进行判断，而有些学生则不清楚作答是否正确。
日常教学中，有经验的教师会经常强调学生在作答题目时要进行反复检查、确认，其实是强化学生的自我监控、自我反思能力，这对学生问题解决能力的提升具有促进作用。
三、教学策略与建议
（一）组织有意义练习，夯实学生专业知识的学习
丰富的专业知识是提高学生问题解决能力的基础，如何获得丰富的专业知识？埃里克森（K.A.Ericssion）经过大量的调查研究后认为专业领域的知识的获得需要进行有意义练习。
何为有意义练习？首先，学生要在练习中明确目标，并且通过教师或自己监控练习的结果是否达到目标。其次，教师要在学生练习过程中给予指导，让学生获得练习的反馈。再次，要激发学生的学习动机，不断挑战更难的任务。
除了天赋、遗传等不可控因素外，教师要有意识地提高学生有意义练习的时间和频次，这是夯实专业知识、提升学生问题解决能力的基础。
（二）强化自我反思，培养学生的元认知能力
自我监控能力是问题解决的重要环节，教师要有意识地培养学生的自我意识和自我调节能力，即元认知能力，在这种能力的作用下，学生自我启发，便较容易审清题意，它是培养学生良好思维品质，提升学生问题解决能力的重要保障。
日常的练习中，教师可以引导学生进行自我观察、自我监控、自我评价、自我反思，强化学生要经常自我提问这些问题，如：我读懂题目要求了吗？这个问题的已知条件是什么？未知条件是什么？解决这个问题，我该怎么做？我应该选择如何突破？我的答案正确吗？如果不正确，错在哪里？等等。对学生有意识地进行思维策略的培养和训练，培养学生自我监控的能力，这是学生主动建构的过程。
（三）关注问题解决过程，让不同学生的思维发声
基于专家和新手的研究，布卢姆提出了一种叫做“参与性示范”的教学方法，并对实际效果做了检验。教师先描述说出自己的思维过程，随后让学生也描述自己的解决过程，把内在的解决问题的过程都通过语言说出来，接着，引导学生将自己描述的思维过程和教师的对比，找到差距，师生全部参与，使得学生的解决问题的过程逐渐接近教师的思维过程，这种教学方法也广泛地运用到现代课堂教学中。
这种方法还可以用在同伴之间的学习，问题解决能力较强的学生和学习困难的学生在解决统一个问题时，以发生思维的方式描述自己的思维过程，然后要求学习困难的学生将自己的问题解决过程和问题解决能力较强的进行比较，找到区别和差异，这种方式可以提升学习困难学生的问题解决能力和自信心。
（四）改变教学方式，开展基于问题解决的项目化学习
既然问题解决能力是可以通过专门的途径培养的，那么可以开展基于问题解决的学习方法。近年来，项目化学习这个名称逐渐进入人们视野，并成为一项受到广泛关注和推崇的学习方式，PBL是“基于项目的学习”的简称，作为一种对传统学习方式的變革，引起教育者的普遍关注和广泛应用，项目化学习理论核心“项目”最早可以追溯到杜威的“做中学”思想，是由20世纪50年代中期在美国医学教育中发展而来。
项目化学习的实施促进了基础教育学校教与学的方式变革，它的特点是以创造性问题解决能力为导向，通过实践和研究，发现问题、找到解决问题的方法，以三类项目，即活动项目、学科项目、跨学科项目为主要形式和载体，创设情境，设计真实并富有挑战的任务，引导和指导学生在一定周期内运用策略、持续探究创造性地解决实际问题，从而提升学生问题解决能力。