例談基于教材實驗的原始物理問題解決策略

(江蘇省揚州市江都區(qū)仙城中學,江蘇 揚州 225200)

例談基于教材實驗的原始物理問題解決策略

錢士莊

(江蘇省揚州市江都區(qū)仙城中學,江蘇 揚州 225200)

縱觀全國各地近幾年的中考試題,與物理教材實驗的原始物理問題相關(guān)的題目在中考中愈來愈多,使很多學生和老師不太適應。針對此類問題,筆者通過教學實踐,摸索出“進行實驗探究→提煉原始問題→物理模型分析”的教學策略。實踐證明,該策略行之有效,在順利解決原始物理問題的過程中,極大地激發(fā)了學生物理學習興趣，調(diào)動了學生物理學習的積極性,切實提高了學生分析、解決問題的能力。

原始物理問題;教材實驗;解決策略

1 引言

《義務教育物理課程標準(2011年版)》指出：義務教育物理課程是一門注重實驗的自然科學基礎(chǔ)課程。此階段的物理課程應該注意讓學生經(jīng)歷實驗探究過程,學習科學知識和科學探究方法,提高分析問題和解決問題的能力[1]。物理學習的目標之一是學以致用,即利用物理知識原理來解釋、解決實際生活中的現(xiàn)象和問題?？v觀全國各地近幾年的中考試題,基于教材實驗的原始物理問題的考查題目越來越多,對學生應用物理知識解決原始問題的要求越來越高。

這些題目雖然源自于課本,但實際又略高于課本,很多同學對此總是一籌莫展。不少一線教師也為此頭疼不已,如何有效地解決此類問題、切實提高學生解決此類問題的能力呢?筆者通過教學實踐,摸索出了行之有效的解決策略,下面結(jié)合2009年江蘇省中考物理統(tǒng)考試卷第12題,具體談談筆者的做法。

2 原題再現(xiàn)

例題：如圖1所示,小剛將盛滿水的圓柱形透明玻璃杯貼近書本,透過玻璃杯觀看書上的鸚鵡圖片(圓圈中的鸚鵡圖與書本中的鸚鵡圖實際大小相等),他所看到的虛像可能是( )。

圖1

3 解決策略

3.1 進行實驗探究,仔細觀察現(xiàn)象

物理教育發(fā)生的起點應當是物理現(xiàn)象[2]，同樣這道題也是從物理探究實踐中來,該題實際源自于蘇科版物理教材,在引言部分(圖0-3)和第四章第四節(jié)“WWW”欄目(圖4-28)都涉及該問題,所以本題是基于教材實驗的原始問題。筆者所說實驗,不是在考試時進行實驗,而是在教學過程中進行,這就意味著平時應該重視教材中所有欄目的實驗探究、小制作和綜合實踐,更要經(jīng)歷相應的探究過程。

為了便于比較,實際實驗時,可以在白紙上畫一個箭頭作為物體(如圖2a),第一次將箭頭豎直放置進行實驗。通過實驗,學生會發(fā)現(xiàn)這個實驗的成像是比較復雜的:箭頭離得較近時,成左右放大、上下一致的像(如圖2b)；稍遠點時,成左右放大、上下一致的像(如圖2c);更遠點時,成左右縮小、上下一致的像(如圖2d);當箭頭距杯子的距離調(diào)節(jié)適當時,也可以成左右等大、上下一致的像。

a b c d圖2

第二次將箭頭水平放置(如圖3a),進行對應的一組實驗。觀察的現(xiàn)象是:箭頭離得較近時,成左右放大、左右一致的像(如圖3b);稍遠點時,成左右放大、左右顛倒的像(如圖3c);再遠點時,成左右縮小、左右顛倒的像(如圖3d);同樣,當箭頭距杯子的距離調(diào)節(jié)適當時,也可以成左右等大、左右顛倒的像。

a b c d圖3

綜合對比兩組實驗可分析得出:從豎直方向?qū)Ρ群?發(fā)現(xiàn)箭頭所成像相對于原來的箭頭在方向上沒有任何變化。從水平方向?qū)Ρ群?發(fā)現(xiàn)比較復雜:箭頭較近時,所成像與原箭頭指向一致,且像比物大;而箭頭較遠時,所成像與箭頭指向反向,且像比物大；箭頭更遠些時,所成像與原箭頭指向反向,且像比物小。

3.2 分析實驗現(xiàn)象,提煉原始問題

對比我們已經(jīng)學習的凸透鏡成像規(guī)律,結(jié)合觀察到的現(xiàn)象,可以提煉出如下問題:豎直箭頭所成像，所指方向為什么沒有發(fā)生變化，與凸透鏡成像規(guī)律是否一致?為什么箭頭所成像的水平左右方位及成像大小變化與箭頭到杯子距離有關(guān)，與前面已經(jīng)學習的凸透鏡成像規(guī)律是否吻合?站在教師角度,此時已經(jīng)完成了實驗試題的命制工作了,實驗現(xiàn)象引發(fā)的問題串已經(jīng)形成了。

3.3 建立物理模型,解決實際問題

首都師范大學邢紅軍教授提出:物理教育應當“以習題演練為基礎(chǔ),以原始問題解決為升華”[3],提出了原始問題后,更要從理論角度加以解釋,讓學生知其然,更要知其所以然。

建立模型環(huán)節(jié)實際上是最難的一步,但也是最有價值的部分,如果問題得到有效解決,學生的各種能力在這個過程中自然得到了鍛煉。對于該環(huán)節(jié)的處理,教師要善于引導,更要充分發(fā)揮學生主體作用,可以通過學生分組討論等方式進行,引導學生逐層展開。盛滿水的透明玻璃杯實際上是一個復雜的光具,可以從豎直方向和水平方向兩個視角來對杯子加以分析。

從豎直方向?qū)Ρ拥暮癖∵M行比較,每一處的厚度均等于杯子自身的高度,等同于我們已經(jīng)學習過的玻璃磚。由此可從玻璃磚成像角度加以說明,蘇科版物理教材中已經(jīng)分析了光線斜射入玻璃磚的兩次折射光路,可以利用箭頭發(fā)出的兩條光線粗略做出人眼通過玻璃磚所觀察到箭頭成像的光路圖(如圖4)。從圖4不難看出,玻璃磚所成像與原物體比較,大小、倒正都沒有任何變化,最多發(fā)生側(cè)向的位置移動現(xiàn)象。讓學生通過玻璃磚嘗試觀察物體后,還可讓學生透過教室窗戶玻璃觀察室外物體。窗戶上的玻璃也是一塊玻璃磚模型,通過窗戶玻璃看外面物體時,所看到的像與物體基本沒有變化,以加深學生的理解。

圖4

從水平方向?qū)Ρ拥暮癖∵M行比較,均是中間厚、邊緣薄,相當于我們已經(jīng)學過的凸透鏡,所以水平方向成像情況完全符合凸透鏡成像規(guī)律。僅僅限于水平方向,當物體離杯子較近,在一倍焦距內(nèi)時,成正立放大的虛像,即水平方向左右變大、左右沒有顛倒；當物體在一倍焦距和兩倍焦距之間時,成倒立放大的實像,即左右變大、左右顛倒；當物體在兩倍焦距以外時,成倒立縮小的實像,即左右變小、左右顛倒。綜上所述,這道題目的正確選項應該是A。

4 總結(jié)

這道看似簡單的基于物理教材的原始物理問題的考查題,得分率極低,絕大部分同學錯選C,是一種機械學習和應付式教學的結(jié)果,究其根源在于缺乏實驗探究的經(jīng)歷,即沒有動手實驗探究,而只是停留于紙上談兵。

所謂“百聞不如一見,百見不如一做”,如今的中考命題不再拘泥于實驗理論考查,命題者親自進行實驗、體驗實驗,在操作中尋找靈感,在操作的基礎(chǔ)上編制實驗題,更多地向?qū)嶒炋骄窟^程挖掘諸如實驗操作細節(jié)的原始問題等。所以,我們一線教師應該與時俱進,改變觀念和教學方式,按照課程標準要求,重視教材所有欄目的實驗探究、小制作和綜合實踐活動,切實落實科學探究的目標,引導學生樂于動手探究，善于發(fā)現(xiàn)原始物理問題、建立物理模型、嘗試解決問題。讓學生在樂此不疲的科學探究之旅中,解決由科學探究引發(fā)的原始物理問題,提高物理課堂的趣味性和實踐性,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力,切實培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)。

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準(2011年版)[M].北京:北京師范大學出版社,2011：2.

[2] 邢紅軍.原始物理問題教學:物理教育改革的新視域[J].課程·教材·教法,2007,(5):51-57.

[3] 邢紅軍.原始問題教學:一種創(chuàng)新的物理教育理論[J].中國教育學刊,2011,(4):46-49.

[4] 錢士莊.基于原始實驗問題的物理習題講解模式[J].中學物理教學參考,2015,(12):53-54.