Problémové vyučování je jednou z nejefektivnějších metod, které u žáků podporují rozvoj myšlení, schopnosti řešit problémy a překonávat obtíže. Od ostatních vyučovacích metod se liší především tím, že na začátku nemáme všechny potřebné informace k úspěšnému vyřešení problému. Metoda je využívaná v podstatě při každé vyučovací hodině na všech typech škol. Problémové vyučování je možné využít ve všech předmětech, nejvíce se však hodí do předmětů, které vychází z přírodních věd (fyzika, chemie, biologie, matematika).
Tomášek a Potužníková[1] charakterizují problémovou úlohu takto: Řešení problémových úloh představuje schopnost jednotlivce využívat kognitivní procesy k řešení reálných mezipředmětových situací, v nichž není okamžitě zřejmý způsob řešení a které ani typem gramotnosti, ani obsahem nespadají pouze do oblasti matematiky, přírodních věd nebo čtení.
Ideální problémová úloha vychází z reálné situace a žáci ji řeší na základě experimentu nebo vyhledávání informací. Při řešení těchto úloh se z žáků stávají skuteční vědci, odborníci a badatelé. Učitelé vedou žáky k samostatnému uvažování, vyhledávání informací z různých zdrojů a vyvozování závěrů.
U teoretických problémů je organizace a příprava méně náročná a to jak z časového hlediska, tak z materiálního hlediska (vystačíme si s pomůckami jako je tužka a papír). Žáci využívají jednoduchých myšlenkových operací.
Praktické řešení problémů je mnohem náročnější na pomůcky a především na aktivitu a fyzickou činnost žáků.
Jedná se o nejobtížnější fázi celého procesu. V této fázi si žáci uvědomí existenci nějakého konkrétního problému. Úkolem učitele je vymezit problém tak, aby žáky zaujal a motivoval je k jeho řešení.
V této fázi dochází ke zjišťování podstatných faktů a vztahů mezi nimi. Hledáme souvislosti daného problému.
V podstatě plynule navazuje na předchozí fázi. Na základě zjištěných faktů vymezíme otázky, na které hledáme odpověď.
Jedná se o nejdůležitější a nejcennější fázi. Je nutná maximální soustředěnost a aktivita žáků (posluchačů). V této fázi hledáme vhodné metody, postupy a cesty, které povedou k vyřešení problému. Výzkumy uvádí, že na tvorbu hypotéz a přemýšlení o nich by měli mít žáci (posluchači) alespoň 10 minut.
V této fázi se opíráme o analytické, logické a kritické myšlení. Našim úkolem je zjistit, jestli vedou zvolené cesty a metody k řešení problému. V případě, že žádná z hypotéz nevede k řešení problému, vrací se žák (posluchač) k formulování nových domněnek.
Je výsledkem správně stanovené hypotézy. V této fázi jet také důležité ověření hypotéz.
Didakticky významné nejsou pouze zdařilé pokusy, ale naopak i ty nezdařilé jsou z výchovného a vzdělávacího hlediska významné. Jde o to, že při nezdařilém pokusu jsou žáci vedeni a motivováni k hledání nových metod a postupů, jak úkol vyřešit. Problémové vyučování podněcuje žáky k hledání, zkoumání, uvažování a k dalšímu vzdělávání. Problémové vyučování se používá také pro zpestření výuky. Můžeme řešit buď jednotlivé problémové úlohy nebo zadat přímo badatelské projekty. Největším a nejužitečnějším rozdílem oproti klasické výuce, procvičování učiva a drilování je téměř 100% úspěšnost v zapamatování si poznatků, které jsou navíc ve většině případů trvalé. Velkou nevýhodou je časová náročnost, protože jednotlivé fáze, které jsou popsány výše, nelze přeskočit ani uspěchat.
Problémové vyučování je využíváno ve výuce fyziky, pozornost mu věnuje již jeden z tvůrců české didaktiky fyziky Emil Kašpar (1907 - 1998). Didaktik fyziky Ivo Volf definoval řešení problémové úlohy takto:
1. Formulace problému
2. Analýza podmínek vyplývajících z úlohy, analýza vlastních znalostí
3. Formulace hypotézy o řešení
4. Ověření, zda je hypotéza oprávněná
5. Formulace výsledku a jeho zvážení s ohledem na vybrané vstupní údaje
Podle Volfa se tento postup se používá (vědomě či nevědomě) jako strategie u každé obtížnější fyzikální úlohy.[2] Ve fyzikálních soutěžích (Fyzikální olympiáda, FYKOS) se vyskytují převážně problémové úlohy. Volf píše: Některé úlohy vyžadují spojit vědomosti z několika částí fyziky, jiné je možné řešit jenom tehdy,když se uváží informace z techniky nebo z dalších přírodovědných disciplín. (...) nelze jen vybrat vhodný fyzikální vztah a "zbavit se" problému.[3]