原始物理問題與傳統(tǒng)習題設計的對比研究

李夢夢　張 磊

(山東師范大學　山東 濟南　250014)

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原始物理問題與傳統(tǒng)習題設計的對比研究

李夢夢張 磊

(山東師范大學山東 濟南250014)

原始物理問題較之傳統(tǒng)習題能更好地促進學生綜合能力的提高，越來越受到教育者的關注，本文從設計意圖、呈現(xiàn)方式、解決方法3個方面對原始物理問題和傳統(tǒng)習題進行比較，以幫助促進原始物理問題在中學物理教學中的廣泛應用．

原始物理問題傳統(tǒng)習題對比研究

傳統(tǒng)習題設計的意圖是使學生準確地掌握物理知識和熟練運用解題技巧，所以傳統(tǒng)習題遠離生活情景，以條件簡潔、圖像清晰的物理模型呈現(xiàn)，考查學生是否掌握了物理概念，能否準確推導物理公式．這樣的習題思路清晰，便于把握規(guī)律，但容易束縛學生的思維，不利于培養(yǎng)學生的能力．原始物理問題的設計目的是提高學生用物理知識解決實際問題的能力，所以其大都是以生活情景或?qū)嶒炃榫霸佻F(xiàn)的方式呈現(xiàn)，體現(xiàn)了課程標準要求的物理與生活相融合的理念，由于原始物理問題自身復雜性使其解決問題的方法很多，沒有標準答案，在實際教學中實施較困難．

1　原始物理問題與傳統(tǒng)習題的教育價值

在物理教育中引入習題的初衷是鞏固和加深學生學習的知識，考查學生掌握知識的水平，培養(yǎng)學生應用知識解決問題的能力[1]．課程標準明確指出要重視習題對學生發(fā)展方面的評價作用，要求測驗和考試命題應該注重理解和應用，應該多選擇有實際科技背景或以真實物理現(xiàn)象為依據(jù)的問題，切記那種脫離實際的純“思辨游戲”式的題目，要研究并設計有利于學生思維發(fā)展、聯(lián)系生活和社會的開放性試題[2]．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的物理現(xiàn)象和物理事實[3]，也就是學生所熟悉的生活中的實際問題，符合課程標準提出的“從生活走進物理，從物理走向社會”的理念．新課標中對科學家發(fā)現(xiàn)問題及探索過程的重視，也就是體現(xiàn)對原始問題的重視，和對其價值的高度認同[4]．傳統(tǒng)習題則是由出題人或者教師將生活中客觀存在的事物抽象而成的物理模型，對于學生的考查就是運用物理知識和數(shù)學方法解決已成型的物理模型的相關問題．這樣的傳統(tǒng)習題模式是對學生靈活運用物理概念、規(guī)律及數(shù)學方法的考查，對于培養(yǎng)學生的物理思維、物理方法、創(chuàng)新能力、建模能力等方面都沒有很好的體現(xiàn)，并且重復小球、斜面、木塊等羅列的習題也常常使得學生感到枯燥無味．其實對學生而言，在接觸物理學科之前所遇到的問題可以說是原始問題，學生本來是樂于觀察探求其本質(zhì)的，學生也樂于學習一些能夠解決實際問題或者解釋生活現(xiàn)象的一些方法，但是一旦將這些原始問題搬到我們的物理課堂上成為物理習題，學生就常常對其失去了興趣．

2　傳統(tǒng)習題的設計

2.1傳統(tǒng)習題的設計意圖

一直以來，物理教育界認為想學好物理必須做到能夠用自己的語言陳述出所學習的新的概念、定義及公式本身的含義，能夠自己證明定理、推導公式．所以學習物理必須要做習題才能夠?qū)λ鶎W習的概念、公式、定理熟練地推導和證明，才能夠理解公式成立的條件，推導的關鍵步驟，演算技巧等．傳統(tǒng)習題設計的意圖是為了全面考察學生對知識掌握的水平，以幫助學生扎實地掌握物理概念、規(guī)律，熟練地推導物理定理、公式，是為了學習物理知識而設計的，學生是為了做對題、會做題而去做題．

2.2傳統(tǒng)習題的呈現(xiàn)方式

傳統(tǒng)習題主要是作為一種工具幫助學生對所學習的知識進行鞏固并通過紙筆測試對學生進行甄別和選拔，所以傳統(tǒng)習題注重物理知識，不注重物理模型的建立過程．編制的傳統(tǒng)習題通常以完美的物理模型(如輕繩、光滑斜面、小球等)以及人為設置的簡潔、無冗余的物理量來呈現(xiàn)所要學習或者考查的內(nèi)容，是從科學現(xiàn)象與事實中抽象、剝離出來的問題[5]．雖然有的習題也是以生活情景為背景編寫的，但不是生活情景的再現(xiàn)而是將抽象的習題鑲嵌在生活背景中，不是真正地將物理與生活相融合．傳統(tǒng)習題的答案唯一，思路清楚，使大多數(shù)學生能容易地掌握，但是不利于培養(yǎng)學生獨立分析、解決實際問題的能力[6]，并且過于標準化的習題失去了物理學科所具有的豐富性和趣味性．

2.3傳統(tǒng)習題的解題方法

解決傳統(tǒng)習題一般都有固定的步驟，教學中所謂的一類題型就是指有統(tǒng)一解題步驟的一類習題．下面的例題就是高中物理圓周運動中常見的題型.

【例1】如圖1所示質(zhì)量為m的小球處于靜止狀態(tài)，輕繩OA與豎直方向夾角為θ，輕繩OB水平，試求燒斷繩OB的瞬間繩OA上的拉力．(重力加速度為g)

圖1

即

故此時繩OA的拉力

圖2

圖3

2.4評析

此例題直接建立好了物理模型，研究對象是小球、輕繩，所給物理量是小球質(zhì)量m，OA與豎直方向的夾角θ，重力加速度g，考查學生受力分析、力的分解及圓周運動的知識，此種類型的傳統(tǒng)習題有固定的解題步驟，學生即使不理解其含義也可以通過對解題步驟的模仿或者是套公式來解決這個問題，題目所給物理量等于所需物理量，如果學生在解題時沒有用上全部的物理量便會想到有錯誤之處，進而改正解題方法以求得正確答案，沒有真正做到對其能力的考查．即使學生所得答案是正確的有時也不清楚為什么要研究這樣的問題，難以真正做到學以致用．

3　原始物理問題的設計

3.1原始物理問題的設計意圖

原始物理問題在設計方面注重的是學生對知識的應用，除了對所學的物理知識與解題技能的考查外，還注重實驗探究的過程與方法的訓練，以及對物理學科的情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)．原始物理問題設計的意圖是使學生成為一個生活中的明白人，即能夠運用所學的物理知識解決生活、生產(chǎn)中的實際問題或解釋生活現(xiàn)象；也使學生成為一個學習中的明白人，即知道所學習的物理知識具有怎樣的實際應用價值．

3.2原始物理問題的呈現(xiàn)方式

原始問題以情景化的方式呈現(xiàn)，一個報道、一則故事、一種自然現(xiàn)象的描述等生活情景再現(xiàn)問題都可以算是原始問題．下面這個例子就是一個描述生活場景的原始問題：吊威亞是目前影視行業(yè)常用到的一種特技效果． 吊威亞就是吊鋼絲繩的意思，“威亞”就是從wire(鋼絲)這個單詞音譯過來的，最早來自香港影視制作界“吊wire(鋼絲)”的口語，香港習慣采用國語與英語混用的詞匯，傳入內(nèi)地后就成為業(yè)界統(tǒng)稱．吊威亞多用于電視、電影等的特效制作，也可以用于廣告，主要是使演員“飛行”的工具，用鋼絲繩固定演員腰部，拉起后完成“飛”的特殊效果．在影視劇中的人物騰空、飛躍及空中武打鏡頭常常要通過吊威亞實現(xiàn)，后期剪輯階段再處理．演員吊威亞時，工作人員先用鋼絲繩將演員吊起，再用繩子將演員拉至場景一邊，控制好演員的位置，然后松掉繩子，使演員從高空“飛”入鏡頭，完成“飛行”的動作．

原始問題在設計方面不考慮學科的特點，就是單純的對生活現(xiàn)象的描述，不同學習層次的人有不同的見解、解決辦法，不同學科背景的人也能用不同的學科知識來描述這個生活現(xiàn)象，就像是一千個讀者就有一千個哈姆雷特一樣，原始問題就像是一個多姿多彩的舞臺，每個站在舞臺上的人都能夠跳出屬于自己的旋律．用物理學相關語言對生活實際問題進行描述，便使原始問題成為原始物理問題．原始物理問題只是在描述生活現(xiàn)象方面使用了物理學相關的語言，并沒有對生活現(xiàn)象中的各個條件進行簡化、抽象，也沒有將所研究的對象進行處理，更沒有將生活情景抽象成物理模型．

3.3原始物理問題的解決辦法

原始物理問題是相對開放性的問題，解決方法有很多，答案不唯一，但并不是沒有大體一致的解決途徑，要解決原始物理問題可以先將繁冗的干擾信息置換為規(guī)律應用明確的抽象情景，再從抽象情景中提取物理模型．合理地進行簡化、分解、抽象是從物理原型到物理模型的重要步驟[6]，也是解決原始物理問題較難把握的步驟．原始物理問題的解決需要經(jīng)過這樣幾個步驟：

第一，描述問題，即觀察一個生產(chǎn)、生活中的實際問題，用物理學相關的語言準確地描述出來，提出所要解決的問題，使之成為原始物理問題．

第二，篩選條件，即根據(jù)所要解決的問題將原始物理問題中的相關量進行篩選和簡化，選取本質(zhì)條件，舍棄非本質(zhì)聯(lián)系．

第三，建立模型，通過辨別、取舍、整合原來復雜的信息，將原始物理問題抽象為物理模型，使之成為傳統(tǒng)物理習題并能夠畫出相應的物理圖像．

第四，賦值，即對物理模型中所需要的物理量進行賦值．

第五，解決問題，即運用與問題相關的物理規(guī)律、公式等，使用數(shù)學工具求解出問題結果，從而解決問題．傳統(tǒng)習題的解決只需要經(jīng)歷最后一個過程，前面幾個能夠培養(yǎng)學生的觀察、分析問題、建模能力，力的過程在傳統(tǒng)習題中沒有考查和訓練．

按照解決原始物理問題的方法分析上面原始問題的例子：

(1)描述問題

用鋼絲繩將某演員吊起，工作人員用繩子將演員拉至一邊，然后松掉繩子，演員從場景一邊“飛入”鏡頭，求工作人員松掉繩子瞬間，鋼絲繩對演員的拉力．

(2)篩選條件

假設：鋼絲繩不可伸長，人的重心在腰部，工作人員松開繩子的瞬間與演員之間不再有作用力，重力加速度g=10N/kg．

忽略：鋼絲繩的質(zhì)量，空氣阻力，人的體型及動作變化(即將人看作在位置O處的質(zhì)點)．

(3)建立模型

某演員被一根不可伸長的輕繩OA吊起，如圖4所示.

圖4

工作人員用輕繩OB水平拉著他，使吊著他的輕繩OA與豎直方向的夾角為θ，求撤掉繩OB的瞬間輕繩OA對演員的拉力．

(4)賦值

假設：演員的質(zhì)量為m=50kg， 輕繩OA與豎直方向夾角為θ=60°．

(5)解決問題

3.4評析

原始物理問題以真實的生活情景為背景，既訓練學生的物理思維能力，又聯(lián)系科學、生產(chǎn)和生活實際，具有生命力．

解決原始物理問題的第一步描述問題，培養(yǎng)學生的觀察、歸納、概括能力，學生需要用語言描述出所觀察到的現(xiàn)象和所遇到的問題，或者將所收集到的內(nèi)容提煉出有用的信息，使之成為一個原始物理問題．不同認知階段的學生描述問題的角度不同，形成的原始物理問題也不同，各個層次的學生都可以參與其中，這也是造成原始物理問題復雜性的原因之一．

第二步篩選條件，這個過程是根據(jù)所要研究的內(nèi)容將原始物理問題簡化的過程，由于所研究的內(nèi)容不同或?qū)W生的認知能力水平不同，需要簡化、篩選的條件就會有所不同，對于一些復雜的物理量，可以通過合理的簡化或理想化使之成為容易被解決的物理量．不同層次水平的學生都能夠按照自己的方法力所能及地參與解決這個問題的過程，有利于增強學生的自信心．

第三個過程是構建物理模型的過程，在這個過程中將篩選出的物理條件抽象化、結構化，將所研究的問題構建成為物理模型，使原始物理問題抽象成了物理習題，同時通過畫物理圖像將一個物理習題形象地展現(xiàn)出來．

第四個過程是賦值的過程，學生可以通過查閱相關資料對所設定的物理量進行賦值，在查閱資料的過程中學生可以開闊視野，豐富知識，也可以對生活中所涉及到的質(zhì)量、距離、角度等量做到心中有數(shù)．

最后一個解決問題的過程，考查學生物理知識儲備和數(shù)學計算能力，就是解決傳統(tǒng)習題的過程．原始物理問題解決方法多樣，不是單純地通過模仿和套公式就能解決，需要學生經(jīng)歷觀察現(xiàn)象、分析問題、建立模型等一系列的過程，對學生的思維能力、分析問題和解決問題的能力都有很好的促進作用．

4　結語

學生的學習應該是一個主動加工的過程，傳統(tǒng)習題的設計使學生學習到的知識一般具有潛在的價值，學習的結果不能立即轉化為現(xiàn)實的價值，學生意識不到當前的學習與將來的生活實踐的關系時，學習就表現(xiàn)出一定程度的被動性[7]．原始物理問題的設計使學生將所學到的知識直接應用到生活中，滿足生活的需要，不同學習層次的學生都參與其中，增加了學習的主動性和積極性．課程標準明確提出要將與學生生活密切相關的事物引入物理課堂，多研究并設計面向全體學生，有利于學生思維發(fā)展、聯(lián)系生活和社會的開放性試題．物理教學必須從專注于理想的模型和結構優(yōu)良的傳統(tǒng)習題教學中走出來，面向真實的物理科學，面向?qū)W生的實際生活，讓學生經(jīng)歷對生活現(xiàn)象的描述、抽象，對物理量的提取、設置，構建各物理量的關系的過程，使學生學會解決這些實際問題的方法，這樣才能夠更好地實現(xiàn)物理知識在實際生活中的應用價值．

當然，原始物理問題教學與習題教學各有利弊，不能完全相互替代，在實際教學中合理地將二者結合，能夠更好地實現(xiàn)提高物理教育效能的目的．

1邢紅軍,陳清梅.從習題到原始問題：科學教育方式的重要變革.課程·教材·教法,2006(01):56～60

2中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準.北京：人民教育出版社,2003

3邢紅軍,陳清梅.對原始物理問題教學的思考.中國教育學刊,2006(08):67～69

4何燕君,金鈞.對原始物理問題與習題教學的思考.數(shù)理化解題研究(高中版),2010(01):30～32

5吳舉宏.從抽象習題到原始問題的教學變革.生物學通報,2007(08):37～38

6于克明.中學物理新思維.濟南：山東教育出版社,2002.314,323

7莫雷.教育心理學.南寧：廣西高等教育出版社,2005.45

李夢夢(1990-)，女，在讀碩士研究生，研究方向為基礎教育物理課程與教學改革.指導教師：張磊(1964-)，女，博士，副教授，主要從事課程與教學基本理論研究.

2016-03-24)