新課程理念下物理開放題的教學(xué)探索

不可否認(rèn)，在新課程改革中，課堂教學(xué)仍是學(xué)生學(xué)習(xí)的主陣地。因此，在物理教學(xué)中對(duì)學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)與習(xí)題的練習(xí)是分不開的。例題和習(xí)題的形式和質(zhì)量如何設(shè)置，直接關(guān)系到它們是否能起到培養(yǎng)學(xué)生能力、發(fā)展學(xué)生智力，是否能讓學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。物理開放題隨新課程的實(shí)施應(yīng)運(yùn)而生，在目前強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新教育的背景下更加顯示出其在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)方面的重要作用。

目前有許多高考題就是以開放題的形式出現(xiàn)的，如(2003江蘇卷，19)圖1為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小物塊A，上端固定在C點(diǎn)且與能測量繩的拉力的測力傳感器相連。已知有一質(zhì)量為m0的子彈B沿水平方向以速度v0射入A內(nèi)(未穿透)，接著兩者一起繞C點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。在各種阻力都可以忽略的條件下測力傳感器測得繩的拉力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖2所示。已知子彈射入的時(shí)間極短，且圖2中t=0時(shí)刻為A、B開始以相同速度運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，根據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中(包括圖1、圖2)提供的信息，對(duì)反映懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量(例如A的質(zhì)量)及A、B一起運(yùn)動(dòng)過程中的守恒量，你能求得哪些定量的結(jié)果?

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1 物理開放題的特征

傳統(tǒng)的物理問題條件簡單、題型封閉、結(jié)論僵化，往往有一定的模式可套用。物理開放題是指題設(shè)條件不確定、解題方法多樣化、答案不唯一的綜合性題目。物理開放題以物理知識(shí)為載體，以創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)，通過求解這一類問題，可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高學(xué)習(xí)興趣，考查學(xué)生的發(fā)散思維能力和創(chuàng)新能力。此類問題有的條件開放、有的策略開放、有的結(jié)論開放、還有的學(xué)習(xí)環(huán)境開放，可謂千姿百態(tài)、異彩紛呈。物理開放題的幾個(gè)主要特征是：對(duì)學(xué)生來說不是常規(guī)的，不能只靠簡單的模仿來解決；具有趣味和挑戰(zhàn)，能引起學(xué)生的思考；不一定有統(tǒng)一答案，各種不同的學(xué)生都可以根據(jù)自己的能力或淺或深地作出回答；有時(shí)需以小組合作的形式進(jìn)行活動(dòng)。

2 物理開放題幾種主要形式

2．1 條件不完備導(dǎo)致答案不確定

這種問題的練習(xí)，可以使學(xué)生舉一反三，開闊思路，大膽猜想，教師在教學(xué)過程中要給學(xué)生留足余地，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真審題，根據(jù)問題情景中的信息，建立正確的物理模型的習(xí)慣。

如：小車內(nèi)有一光滑斜面，小車在水平軌道上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，小物塊A恰好能與斜面保持相對(duì)靜止，在小車運(yùn)動(dòng)過程中的某時(shí)刻(此時(shí)小車速度不為零)，突然使小車迅速停下來，物塊A將做什么運(yùn)動(dòng)?

這個(gè)問題中物塊和小車運(yùn)動(dòng)情況有兩種可能性：（1）向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；(2)向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。若是情況(1)，則使小車在迅速停下的過程中，物塊將離開斜面做曲線運(yùn)動(dòng)；若是情況(2)，則使小車停下過程中，物塊沿斜面向上滑動(dòng)。

2．2 解答方法不唯一

發(fā)散性思維是依據(jù)對(duì)象所提供的信息，打破常規(guī)思維，尋求變異，廣開思路，充分想象，探索多種解決方案或新途徑的思維形式。一題多解可以引導(dǎo)學(xué)生全方位地觀察問題，多角度、多層次地深入理解物理概念，提高靈活運(yùn)用物理規(guī)律的能力。有利于學(xué)生思維不循常規(guī)，標(biāo)新立異，勇于沖破固有的解題模式，尋找最優(yōu)的解題方法。一題多解不但有利于發(fā)散思維能力的培養(yǎng)，而且對(duì)于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力也是大有裨益的。

2．3 實(shí)驗(yàn)探索及設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)、重要內(nèi)容。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)只注意培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力訓(xùn)練，不重視思維能力的培養(yǎng)從而導(dǎo)致測量、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，探索、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及的概念或規(guī)律產(chǎn)生豐富的聯(lián)想，設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)方案，討論各方案的科學(xué)性、精確性、可行性及簡便性，從中選出最佳方案。

如在設(shè)計(jì)“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，可讓學(xué)生先自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生們可能想到的情景是很多的：有“人從車上跳下”、“子彈射擊木塊”、“兩小球碰撞”、“人在船上走動(dòng)”等等。在物理量的測量問題上學(xué)生想到測量質(zhì)量的儀器可以選用天平測量；而速度的測量則方法眾多，可以用速度計(jì)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、光電門、利用平拋運(yùn)動(dòng)間接測量，利用機(jī)械能守恒設(shè)計(jì)圓周運(yùn)動(dòng)間接測量等等。在各種方案中教師可以組織學(xué)生們進(jìn)一步討論適合實(shí)驗(yàn)室的簡易方案，也就是利用平拋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換測量的方法。探索性實(shí)驗(yàn)有廣闊的活動(dòng)空間和思維空間，可以激發(fā)和滿足學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望。學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以使實(shí)驗(yàn)時(shí)目的更加明確，實(shí)驗(yàn)后學(xué)生無論對(duì)實(shí)驗(yàn)所揭示的結(jié)論、還是實(shí)驗(yàn)的思想及方法都會(huì)留下深刻的認(rèn)識(shí)和理解。

2．4 問題討論型

例如，在人造衛(wèi)星的教學(xué)中，“同步衛(wèi)星是否只能在與赤道同平面的軌道上運(yùn)行?”這個(gè)問題用該章節(jié)內(nèi)容來解決答案應(yīng)為“是”。而現(xiàn)在科學(xué)家正在研究發(fā)射極地同步衛(wèi)星，設(shè)想研制太陽帆利用光壓平衡萬有引力。所以在課后可以讓學(xué)生思考在極地發(fā)射同步衛(wèi)星遇到的困難是什么?是否可能解決這這個(gè)困難?這樣的作業(yè)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生學(xué)會(huì)進(jìn)一步深入思考，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)。

2．5 調(diào)查研究型

調(diào)查研究型開放題有很多：如，“游戲場中的物理學(xué)”、“家用電器的發(fā)展帶來的安全問題”等在第一個(gè)研究題中，學(xué)生的結(jié)論是極其豐富的。有研究秋千中的振動(dòng)問題；有的研究高山滑道的終極速度問題(那時(shí)摩擦力和重力沿斜面向下的分力相平衡)；有的研究翻滾過山車中能量轉(zhuǎn)化和超重、失重問題……涉及到牛頓定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)、向心力、動(dòng)量守恒、能量守恒、力矩等等物理學(xué)知識(shí)。

在“家用電器的發(fā)展帶來的安全問題”一題的調(diào)查研究過程中，學(xué)生可以通過查閱大量資料、采訪有關(guān)專家，充分認(rèn)識(shí)到科技是一把雙刃劍，它既可以使人類文明獲得巨大的進(jìn)步，也可以給人們生活帶來危害。

2．6 課題研究型

課題有：“研究材料的保溫性能”、\"眼鏡與隱形眼鏡”等等。教師先將有關(guān)資料和研究內(nèi)容交給學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生選題、制定研究計(jì)劃，并提供器材，組織學(xué)生調(diào)查、實(shí)踐，給出小課題研究的規(guī)劃格式，讓學(xué)生獨(dú)立完成課題報(bào)告的撰寫。在過程中應(yīng)強(qiáng)調(diào)方法和思想上的創(chuàng)新，對(duì)于學(xué)生一點(diǎn)一滴的創(chuàng)新火花，教師都要充分肯定。

設(shè)計(jì)小課題研究的目的是全面培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達(dá)能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生參與實(shí)踐的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生物理研究能力的提高。課題研究教學(xué)過程引發(fā)了師生關(guān)系的新格局，研究課題的廣泛性使得教師不再是權(quán)威，其中很多涉及科技領(lǐng)域或社會(huì)中的新問題，教師不可能都有答案，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過自己查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，小組討論，得出結(jié)論，這使得他們經(jīng)歷了一個(gè)完整的探索過程，也就是心理學(xué)中說的從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的過程。教師從中也向?qū)W生學(xué)到了不少的東西，真正起到了教學(xué)相長的作用。

2．7 撰寫小論文

在小論文的寫作練習(xí)中，解決問題的方法比起這一問題所涉及的知識(shí)內(nèi)容本身更具有普遍意義。在實(shí)踐中教師要做一些前期指導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、撰寫論文的格式及要求等。實(shí)踐證明經(jīng)過多次的訓(xùn)練，多數(shù)學(xué)生對(duì)小論文的寫作有興趣，有的學(xué)生還自己撰寫小論文，將自己的觀察及研究記錄下來。例如，有學(xué)生在觀察“共振”演示實(shí)驗(yàn)時(shí)注意到一個(gè)特殊的現(xiàn)象：當(dāng)作為策動(dòng)小球的A球開始振動(dòng)后，B球也開始振動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間后，A球振幅減小，B球振幅增大，然后，A球振幅又比B球的振幅大。他把這個(gè)問題記錄了下來，當(dāng)學(xué)到“電磁振蕩”時(shí)，他聯(lián)想到上次的觀察記錄，對(duì)這個(gè)問題深入研究，寫下了一篇題為“共振實(shí)驗(yàn)中的能量振蕩”的小論文。讓學(xué)生學(xué)會(huì)寫小論文的主要目的是：使學(xué)生初步了解科學(xué)研究的方法及論文的基本格式，重在實(shí)踐的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。

2．8 開放考試

考試在某種程度上能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起一定的導(dǎo)向作用，若在試卷中仍是傳統(tǒng)的封閉題型，就會(huì)影響學(xué)生完成開放題的自主性。因此，改革平時(shí)的考試內(nèi)容，適當(dāng)加入一些新的考試方式(如：小實(shí)驗(yàn)、小制作、小論文等)來鞏固教學(xué)中對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的成果，會(huì)對(duì)學(xué)生有更全面的評(píng)價(jià)。

例如，在“磁場”一章結(jié)束時(shí)，我給學(xué)生的測驗(yàn)是小制作，要求制作通電環(huán)形線圈，研究環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場對(duì)小磁針的作用，并寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用A、B、C、D、E五個(gè)等級(jí)來衡量成績。有的同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思精巧、合理，設(shè)計(jì)了雙刀雙擲開關(guān)改變電流方向，并且發(fā)現(xiàn)了磁化了的縫衣針在靜止時(shí)，N極總是略指向下方，觀察到了磁傾角。由于開放考試的發(fā)散性，培養(yǎng)了學(xué)生觀察、想象、分析、綜合、類比、演繹等思維方法，同時(shí)探索多個(gè)解決方向，增強(qiáng)了創(chuàng)新能力。

3 物理開放題的教學(xué)策略

在當(dāng)前的教學(xué)中要多給出一些訓(xùn)練，讓學(xué)生去探索未知的問題，突出傳授知識(shí)、思想、方法三者并重的教學(xué)思想，編寫一系列開放題。物理開放題的編制也要遵循系統(tǒng)性、和諧性、適度性、科學(xué)性原則，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平和心理水平的發(fā)展，優(yōu)化問題情景，要遵守中學(xué)教學(xué)大綱，又不拘泥于大綱，所涉及的知識(shí)應(yīng)以新穎、靈活，具有時(shí)代氣息的特點(diǎn)呈現(xiàn)出來，展示科學(xué)探索的進(jìn)程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3．1 可以在課本題中減少某些條件，或用較弱的條件替換原來的條件

經(jīng)再創(chuàng)造的課本習(xí)題，立足于基礎(chǔ)，層次性較強(qiáng)，符合循序漸進(jìn)原則，宜在新知識(shí)引入后結(jié)合以前的課本習(xí)題讓學(xué)生練習(xí)。

例如，在常規(guī)題中常見這樣的題：水平地面上放著一個(gè)質(zhì)量為m的物體，已知物體與地面間滑動(dòng)摩擦系數(shù)為μ，現(xiàn)給物體一水平向右的沖量I，求物體克服阻力做的功(空氣阻力不計(jì))。

可以將題中物體與地面的摩擦力變?yōu)椴淮_定，讓物體帶上電量為q的電荷，并在物體所在空間加上垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。如圖3，MN是絕緣桿，這樣摩擦力做功問題就要分三種情況去討論。

3．2 把題中的結(jié)論隱去，使其結(jié)論待定化或多樣化

例如：已知R1=1Ω，R2=2Ω，電源電動(dòng)勢ε=6V，通電3秒鐘，利用所學(xué)知識(shí)能求出哪些物理量?

3．3 改編學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)

教師可以選取合適的、需要探索的問題作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在教學(xué)中利用新舊知識(shí)間的聯(lián)系提出需要解決的問題，并設(shè)計(jì)一系列有針對(duì)性、啟發(fā)性的問題作為鋪墊。也可由學(xué)生提出申請(qǐng)，在實(shí)驗(yàn)老師的安排下，開放實(shí)驗(yàn)室，從領(lǐng)取儀器、器材到實(shí)驗(yàn)設(shè)備安置，從實(shí)驗(yàn)操作到儀器歸還、復(fù)位，全部由學(xué)生獨(dú)立完成。這將給學(xué)生的個(gè)性發(fā)展提供了自由的空間。

3．4 引入現(xiàn)代科技和創(chuàng)造發(fā)明

現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展為物理教學(xué)內(nèi)容的開放提供了手富的信息來源，把握時(shí)代脈搏，將現(xiàn)代科技研究納入物理教學(xué)，是現(xiàn)代教育的重要特征，許多科技成果的基本原理與中學(xué)課本中的物理原理都是習(xí)習(xí)相關(guān)的。

(欄目編輯鄧 磊)

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