對“物理教學(xué)中應(yīng)引入‘原始問題’”一文的商榷

所謂“原始物理問題”，是自然界及社會生產(chǎn)、生活中客觀存在的，能夠反映物理概念、規(guī)律且未被加工的典型物理現(xiàn)象和物理事實(shí)。［1］然而，我拜讀了《物理教學(xué)探討》2006年第11期(上半月)刊登的《物理教學(xué)中應(yīng)引入“原始問題”》［2］一文(以下簡稱“原文”)后，發(fā)現(xiàn)文中的三道原始物理問題均為習(xí)題，深切感到有必要對“原始物理問題”的概念做一次梳理。

“原文”中就“原始問題”和“抽象問題”談了自己的見解，這表明“原始問題”已經(jīng)受到一線教師的關(guān)注，這是很有積極意義的。但是“原文”中所列舉的一些有關(guān)“原始物理問題”的實(shí)例，筆者有些疑義，現(xiàn)舉例說明，并期待與大家一同探討。

文章中出現(xiàn)了這樣一道題目：天空有近似等高的濃云層，為了測量云層的高度，在水平地面上與觀測者的距離為d=3．0km處進(jìn)行一次爆炸，觀測者聽到由空氣直接傳來的爆炸聲和由云層反射來的爆炸聲時間上相差Δt=6．0s。試估算云層下表面的高度。已知空氣中的聲速v=13km/s。

“原文”中認(rèn)為這是一道原始物理問題，并且以此為例闡述了學(xué)生解決這類問題出現(xiàn)錯誤的原因。而筆者認(rèn)為：這道題并不屬于原始問題，在這里出現(xiàn)了理解上的錯誤。原始物理問題是如何呈現(xiàn)的呢?原始物理問題的呈現(xiàn)形式是對物理情景的描述，沒有物理習(xí)題中常常有的已知量、未知量，需要學(xué)生自己去抽象、自己去設(shè)置?！霸摹敝刑峒暗倪@道題目，雖然在形式上聯(lián)系了物理現(xiàn)象，但顯然已經(jīng)脫離真實(shí)的問題情境，已經(jīng)被高度抽象化了，已經(jīng)給學(xué)生設(shè)置好了所需的各種物理量并提供了完美而詳細(xì)的數(shù)據(jù)。毋庸質(zhì)疑，這道例題是個標(biāo)準(zhǔn)的物理習(xí)題而非原始物理問題。

如若把這題還原回“原始物理問題”的形式，其表述形式應(yīng)該如下：天空有近似等高的濃云層。為了測量云層的高度，在水平地面上距觀測者一定距離處進(jìn)行一次爆炸，觀測者在聽到由空氣直接傳來的爆炸聲之后又聽到由云層反射來的爆炸聲，二者有一定時間間隔。試估算云層下表面的高度。

為了使大家了解原始物理問題的精髓，我在這里列舉一道典型的原始物理問題，描述其一步步蛻變到物理習(xí)題，并最終得到解決的完整過程。

題目：《中國青年報(bào)》1990年12月25日報(bào)道了我國前往南極的科學(xué)考察船“極地號”發(fā)來的專電——“極地號啟動減搖裝置慢速航行”，“隨著西風(fēng)帶的離去，船體擺動愈發(fā)劇烈，船體橫搖已達(dá)15°，最高達(dá)27°……為了減小船體搖動，船上已采取了新的減搖措施，為此航速已減至十節(jié)?！豹?/p>

怎樣來解決這樣一個原始物理問題?任何原始問題經(jīng)分解、簡化和抽象均能找出一個合理的物理(或數(shù)學(xué))模型，并可運(yùn)用已學(xué)過的物理知識求解，本題亦然。那么，怎樣得到一個恰當(dāng)?shù)哪Ｐ湍?

按照由特殊到一般的認(rèn)識規(guī)律，先來看兩種特殊情況。(a)船的速度方向和波浪傳播的方向在同一直線上；(b)船的速度方向和波浪傳播的方向垂直。

(a)設(shè)船的速度為u，波浪的速度為v，則波浪相對船的速度v′=v-u，式中u正方向與v相同。波長相對于運(yùn)動著的船不變，故λ′=λ。波浪相對船的頻率：

f′=v′λ′=v-uλ=vλ-uλ=f-uλ。

(b)情況時波浪相對船的速度v′=v，波速是波的傳播速度，在垂直其傳播方向上觀察，觀察者的運(yùn)動不影響結(jié)果，故λ=λ′，波浪相對船的頻率：

f′=v′λ′=vλ=f。

任意方向的速度總可以分解成a和b兩種情

況。當(dāng)船以速度u與波浪傳播方向成θ角航行時，輪船受到波浪沖擊力的頻率為：

f′=f-ucosθλ(0≤θ≤2π)。

其中，f是波浪的頻率，λ是波浪的波長。

這樣我們就找到了與此原始物理問題相對應(yīng)的物理模型，在此物理模型建立過程中，我們運(yùn)用了歸納推理方法。此時我們就清楚了：輪船在海面航行時，要盡量避免f′與輪船搖擺的固有頻率接近，以免發(fā)生共振。在一般情況下，f′往往大于輪船的固有頻率，但如果船速u較大，就有可能使f′與輪船的固有頻率接近。而輪船搖擺的固有頻率通常是確定的，因此，人們往往通過改變輪船的航向和速度以達(dá)到使兩者遠(yuǎn)離的目的。

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革提出了提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的課程理念，并把“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”作為課程目標(biāo)。我們認(rèn)為，原始問題教學(xué)應(yīng)成為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)教育課程改革目標(biāo)的途徑之一。這是因?yàn)槲锢斫虒W(xué)內(nèi)容只有在原始物理問題中才有生命力，才能彰顯其內(nèi)涵、色彩，才能顯示其內(nèi)在的理由、作用和功能。一定數(shù)量的原始物理問題訓(xùn)練，可以使學(xué)生有效地學(xué)習(xí)物理知識、掌握科學(xué)方法、訓(xùn)練物理技能，從而有效促進(jìn)中學(xué)物理素質(zhì)教育。但是，如果我們對“原始物理問題”本身到底是什么都沒搞明白，那“原始物理問題”的功能和價值就無從體現(xiàn)，因此，只有真正理解“原始物理問題”的內(nèi)涵，才能營造一個良好的“以習(xí)題訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以原始問題解決為升華”的課堂教學(xué)模式，最終全面推進(jìn)和實(shí)施素質(zhì)教育。

參考文獻(xiàn)：

［1］邢紅軍，陳清梅．原始物理問題教學(xué)的思考［J］．中國教育學(xué)刊，2006，(8)：67-69

［2］郭建衛(wèi)．物理教學(xué)中應(yīng)引入“原始問題”［J］.物理教學(xué)探討，2006，(11)：19-20

（欄目編輯羅琬華）

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。