物理教學(xué)中實際問題向抽象問題引申初探

鄒兆云

[中國礦業(yè)大學(xué)(北京)附屬中學(xué) 北京 100083]

王 飛

(北京市海淀工讀學(xué)校 北京 100095)

(收稿日期：2016-05-11)

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物理教學(xué)中實際問題向抽象問題引申初探

鄒兆云

[中國礦業(yè)大學(xué)(北京)附屬中學(xué) 北京 100083]

王 飛

(北京市海淀工讀學(xué)校 北京 100095)

(收稿日期：2016-05-11)

傳統(tǒng)的物理教學(xué)注重習(xí)題教學(xué)，略去了由實際問題到抽象問題引申的過程，導(dǎo)致學(xué)生面對以物理情境為背景的習(xí)題時往往無從下手.由實際問題到抽象問題的引申既能引導(dǎo)學(xué)生從日常經(jīng)驗中獲取信息，又體現(xiàn)物理以觀察和實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科背景，且符合新課標(biāo)從生活走向物理的要求.基于此筆者結(jié)合前兩年發(fā)生的雨后司機(jī)溺亡事件和初中物理液體壓強教學(xué)環(huán)節(jié)，試圖通過原始物理問題的介入，培養(yǎng)學(xué)生由實際問題到抽象問題的引申及運用物理知識分析、解決實際問題的能力.

實際問題 抽象 引申 解題

眾所周知，在沒有物理環(huán)境的情況下學(xué)習(xí)物理非常困難.新的課程標(biāo)準(zhǔn)也一直強調(diào)物理教學(xué)不能脫離情景，鼓勵、要求一線的物理教師在教學(xué)過程中都要創(chuàng)設(shè)合適的情境引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果；同時還要求教師給學(xué)生提供的練習(xí)試題中也努力和情境掛鉤[1,2].但是經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練，筆者發(fā)現(xiàn)：學(xué)生解決生題的能力還是非常薄弱.基于此筆者展開研究并進(jìn)行嘗試，試圖尋找解決學(xué)生面對生題無從下手的措施.

筆者發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過大量的訓(xùn)練后學(xué)生面對生題仍是無從下手，或一筆就掉進(jìn)陷阱、錯誤百出.筆者認(rèn)為這一現(xiàn)象說明學(xué)生解決物理問題的能力沒有得到有效的提高，簡單的加大做題量的訓(xùn)練收效不大.要想解決這個問題首先要弄清楚目前的物理教育對學(xué)生的訓(xùn)練方式問題出在哪里.于是筆者對目前的物理教育對學(xué)生的訓(xùn)練方式進(jìn)行反思.

筆者發(fā)現(xiàn)：目前物理教育對學(xué)生采取的訓(xùn)練方式主要是習(xí)題教學(xué)，而傳統(tǒng)的習(xí)題教學(xué)大多跳過了實際問題抽象簡化的過程，主要以固定的模型展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生利用所學(xué)知識去解釋或解決.如果遇到的習(xí)題以前碰到過，學(xué)生借助對公式的記憶，哪怕對于所提到的情境并不太明白，也能大致寫出答案.但是當(dāng)遇到的是新題型時，由于缺乏把實際問題向抽象解題能力的引申能力，學(xué)生便無從下手.這說明單純地靠加大習(xí)題解題量并不能真正提高學(xué)生的物理水平.這種情況下，我們不能簡單地將其歸因于學(xué)生的不努力，更應(yīng)該反思傳統(tǒng)習(xí)題教學(xué)中存在的掐頭去尾燒中斷的弊端.

諾貝爾物理獎獲得者楊振寧教授曾說過“物理的根源是現(xiàn)象”，現(xiàn)代學(xué)習(xí)科學(xué)也認(rèn)為“教學(xué)應(yīng)該在基于真實的任務(wù)情境中進(jìn)行”[3]，所以我們應(yīng)該對目前的物理教學(xué)方式進(jìn)行必要的調(diào)整，否則我們培養(yǎng)的學(xué)生除了能解物理題之外，別的就真的無能為力了，面對實際問題無從下手，進(jìn)入社會無法立足.不論目前，還是今后，社會需要我們培養(yǎng)的是能解決實際問題的人才，需要學(xué)生能夠把理論知識和生活實際聯(lián)系起來.基于此，更顯得培養(yǎng)學(xué)生從實際物理問題解決抽象物理問題能力的重要性.接下來筆者結(jié)合前兩年發(fā)生的雨后司機(jī)溺亡事件和初中物理液體壓強教學(xué)環(huán)節(jié)，闡述如何通過原始物理問題的介入，關(guān)注由實際問題到抽象問題引申的過程.培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識分析、解決實際問題的能力、思維能力，解決學(xué)生面對生題無從下手的現(xiàn)狀.

原始物理問題：近兩年電視和網(wǎng)絡(luò)媒體報道了多起司機(jī)在暴雨中溺亡事故，2013年8月30日深圳普降暴雨，在這場大暴雨中，一名年僅31歲女司機(jī)受困并溺亡.2012年7月21日，北京一位男士也在開車時因為暴雨被困在廣渠門橋下，沒能及時逃生，終年34歲.接連發(fā)生兩起類似司機(jī)溺亡事故，令人唏噓.據(jù)報道在這兩起事故中，司機(jī)在被困水中之后，多次電話求援，也采取過砸玻璃、推車門等措施自救，最終因無法從車內(nèi)打開車門，溺水身亡.在向兩位遇難者表示哀悼的同時，筆者也在思考司機(jī)打開車門究竟需要多大的力？

聯(lián)系生活實際學(xué)生很容易想到，打開車門需要克服水對門的壓力，車門打開與否主要取決于水對門的壓力有多大，學(xué)生自然把問題轉(zhuǎn)移到分析水對車門的壓力上去.我們發(fā)現(xiàn)上述問題中除了現(xiàn)象的描述之外，沒有任何有提示作用的數(shù)據(jù)，學(xué)生只有對水對車門壓力真正理解之后，才可能去尋找相關(guān)數(shù)據(jù)，從而求解.

那么此原始物理問題中求解水對車門的壓力需要哪些數(shù)據(jù)呢？根據(jù)所學(xué)物理知識F=pS，我們需要知道液體對車門的壓強和車門的面積.車門的面積S可以通過刻度尺進(jìn)行實測，水對車門的壓強垂直作用在門上，越深的地方壓強越大，可看作集中作用在車門中心位置O處，則中心位置O處的水深為h，從而便可計算出水對車門的壓力.相信經(jīng)過如此的訓(xùn)練學(xué)生將學(xué)會如何從實際問題抽象出一個物理模型，不至于面對實際問題而無從下手.

筆者針對上例進(jìn)行了探究：以福特?？怂蛊嚍槔瑢嶋H測量了汽車左前門(駕駛員位置處)車門底邊到車窗處的尺寸：長度為107 cm，高度為70 cm.為方便計算，把車窗以下部分近似為長方形，如圖1所示，107 cm取整數(shù)為100 cm，由此可以計算出車窗以下部分面積為：S=1 m×0.7 m=0.7 m2.水對車門的壓力垂直于車門，可以看作集中作用在車門中心位置O處，則中心位置O處的水深h=35 cm(從液面向下計算水深)，此處壓強為p(g=10 N/kg)

p=ρgh

代入數(shù)據(jù)得

p=3.5×103Pa

壓力為

F=pS

代入數(shù)據(jù)得

F=2.45×103N

也就是說，當(dāng)水淹到車玻璃位置處時，作用在車門外側(cè)的壓力有2 450 N，這個力非常大，相當(dāng)于舉起245 kg的重物，超過世界舉重記錄.在這么大的壓力下，兩位逝者縱然年富力強，也不可能推開車門.水淹到車玻璃上方后，產(chǎn)生的水壓會更大，更加無法打開車門了.

圖1 對汽車左前門的測量數(shù)據(jù)

課后學(xué)生結(jié)合課上所學(xué)對自家車輛進(jìn)行測量得到S和h后進(jìn)行運算得到了類似的結(jié)果，基本上都在200 kg以上.這次計算，讓學(xué)生理解了兩位遇難者的困境，同時真正體驗到了如何利用所學(xué)物理知識解決實際問題的過程.可喜的是有學(xué)生在這個過程中還想到了新的問題.剛才的計算過程中， 沒有考慮車內(nèi)進(jìn)水的情況，實際上汽車不可能完全密封，總會有水漏進(jìn)來，這樣車?yán)锩娴乃粫饾u上升，車內(nèi)積水會給車門一個向外的壓力.當(dāng)內(nèi)外水位差不多的時候，內(nèi)外的水壓基本上相互抵消了，此時就可以打開車門逃生了.這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，再次讓學(xué)生領(lǐng)略到物理知識的神奇.

事實上車內(nèi)不僅會進(jìn)水，而且進(jìn)水速度很快.據(jù)新聞報道，深圳女司機(jī)在凌晨4：40給親屬打電話說車子進(jìn)水，已經(jīng)到膝蓋了；凌晨4：54，親屬打電話給她，“她說水已經(jīng)淹到脖子了，但是砸不開窗玻璃”.5：11再打電話給她，“當(dāng)時她說水淹到脖子了”.從這段報道可以知道，車內(nèi)水位的升高速度也不慢，水位高度也不低，因為一兩次的失敗就放棄了努力，付出的可是生命的代價.

由此可以看出：原始物理問題只給出了學(xué)生一個現(xiàn)象的描述和所要解決的問題，沒有給任何相關(guān)數(shù)據(jù)，學(xué)生必須從物理現(xiàn)象入手，通過抽象建立物理模型，再運用物理知識結(jié)合數(shù)學(xué)工具來解決物理問題.在這個過程中，學(xué)生經(jīng)歷了完整的思維訓(xùn)練，相信當(dāng)學(xué)生解決完這個原始物理問題之后，再給學(xué)生相應(yīng)的物理習(xí)題，哪怕是我們所謂的生題，學(xué)生也能解決.

原始物理問題的提出給一線教師指引了方向，它比習(xí)題增添了分解、簡化抽象的過程，確實能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行完整的思維訓(xùn)練[4,5].學(xué)生經(jīng)過原始物理問題適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，更能抓住物理的本質(zhì)，更能從生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，從而提高物理水平！原始物理是我國物理教育涌現(xiàn)出來的具有里程碑意義的教學(xué)理論，作為奮斗在一線的物理教師，我們在發(fā)揚習(xí)題教學(xué)優(yōu)勢的前提下應(yīng)適當(dāng)引入原始物理問題，彌補習(xí)題教學(xué)的不足.

1 張博. 新課標(biāo)下中學(xué)物理科學(xué)方法教育的探究:[學(xué)位論文]. 上海：華東師范大學(xué), 2007

2 葉業(yè)煌. 談新課標(biāo)下中學(xué)物理新課的情境導(dǎo)入. 科技資訊, 2008(28): 104～105

3 基思·索耶. 劍橋?qū)W習(xí)科學(xué)手冊．北京：教育科學(xué)出版社，2010.83

4 邢紅軍. 物理教學(xué)論.北京：北京大學(xué)出版社,2015.6

5 邢紅軍，陳清梅.原始物理問題測量工具：編制與研究. 課程·教材·教法，2008(11):59～63

鄒兆云(1980- )，女,碩士在讀，主要研究方向為中學(xué)物理教學(xué)教法.

王飛(1979- )，男，碩士，主要研究方向為中學(xué)物理教學(xué)教法.