運用圖片、視頻呈現(xiàn)物理原始問題應(yīng)用于教學(xué)

唐建華

摘 要：物理原始問題打破習(xí)題教學(xué)一統(tǒng)天下的局面，是物理教育的本源回歸[1]，其能幫學(xué)生從物理知識走向社會實踐。然而，教學(xué)中如何給學(xué)生呈現(xiàn)物理原始問題一直困擾著一線教師。我國現(xiàn)階段課堂教學(xué)的場所主要是教室，教師很少有機會讓學(xué)生直接面對生活實際，但隨著攝像、存儲數(shù)字技術(shù)的進步，教師可以讓學(xué)生通過圖片、視頻等資源創(chuàng)設(shè)情境，根據(jù)情境呈現(xiàn)物理原始問題，再讓學(xué)生解決。

關(guān)鍵詞：物理；原始問題；視頻；圖片

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）1-0019-4

1 為什么可以運用圖片、視頻資源展示物理原始問題

人們長期獲得信息的方式中，視覺感官處在極其重要的位置。調(diào)查表明，當(dāng)今人們獲得信息的方式有約80%是視覺感官獲得的，這一比例遠(yuǎn)超于聽覺、嗅覺、味覺所獲得的信息。隨著科技的發(fā)展，人們很容易就能將生活中的視覺信息記錄下來，如拍成照片、拍成影片等。

圖片、視頻是真實的生活瞬間的捕捉，教師在平時如果能留心收集或親自制作一些能夠反映一個物理問題的視頻或圖片，就能原汁原味地描述生活中遇到的各種問題情境。學(xué)生看到這些情境時會感到非常真實、親切，增加解決問題的興趣，同時學(xué)生需要自己概括、抽象這些實際問題，更加靈活地運用所學(xué)的物理知識解決問題。而那些用文字描述的物理習(xí)題，本身就已經(jīng)經(jīng)過抽象、概括、建模，在變成題目時加進了各種數(shù)據(jù)和條件，學(xué)生看到這些“數(shù)據(jù)”就能迅速依靠這些“拐杖”想到公式解答題目，這會弱化學(xué)生的思維，似乎只要背誦和模擬，就能做題目了。學(xué)生運用知識解決實際問題的能力沒有得到提高，不利學(xué)生的終身發(fā)展。

現(xiàn)實中，教師完全可以運用照相機、攝像機捕捉生活中的物理精彩現(xiàn)象、物理應(yīng)用場景，然后把這些場景帶到課堂上。此時，師生就不需要直接到解決問題的現(xiàn)場，只需要在教室中展示圖片、視頻等資源，通過觀察這些場景，構(gòu)造問題情境，可以由學(xué)生觀察后提出問題，也可以教師提出問題引發(fā)學(xué)生思考。

2 結(jié)合案例探討如何運用圖片、視頻等資源編制物理原始問題

2.1 運用圖片呈現(xiàn)物理原始問題

圖片雖是靜態(tài)的，但卻能捕捉一個個精彩的瞬間。隨著拍攝和存儲技術(shù)不斷革新，圖片的清晰度越來越大，若教師能很好地選取角度，選擇時機，就能拍出更多畫面細(xì)節(jié)、更多情感表現(xiàn)的照片。由于圖片是靜態(tài)的，教師可以用圖片表現(xiàn)一個現(xiàn)象、一個狀態(tài)，如光的現(xiàn)象、電現(xiàn)象、受力分析等。具體如“站在水中的人”“插在水中的筷子”“人躺在釘床上”“冰塊浮在水面上”“磁體周圍的立體磁場”“到達(dá)最高處的過山車”“串聯(lián)的亮度不同的燈泡”“套上雨傘的啤酒瓶靜止在一根鐵棒上”等，用這些圖片引入物理原始問題。以下是筆者運用的一個例子。

案例1 分析體育圖片：各種姿勢的俯臥撐比較

學(xué)生學(xué)完杠桿章節(jié)，初步認(rèn)識了生活中的各種杠桿，知道了杠桿平衡的條件。筆者找了生活中三種姿勢做俯臥撐的圖片（如圖1、2、3所示），把它們印在導(dǎo)學(xué)案上，課堂上讓學(xué)生比較幾種俯臥撐的難易程度，即完成每個俯臥撐時運動員所用的力是否一樣？

學(xué)生看到了幾幅圖片后，爭論起來。

生1說：我感覺是圖2這種姿勢的俯臥撐難度大，完成一個需要更大的力量，適合于男生。圖1和圖3好像比較簡單，適合于女生。圖1就是我媽媽常做的一種健身方式。

生2說：圖2和圖3好像差不多，人都是直的。圖1好像簡單，人不是直的。

生3說：圖1和圖2好像差不多，人是趴在地上的，難度大。圖3簡單，人有點接近站立姿勢，做起來簡單。

顯然，以上幾個學(xué)生的想法都是基于生活經(jīng)驗，或者半經(jīng)驗半主觀想象，還沒有聯(lián)系學(xué)習(xí)的知識，不知道如何運用知識解決此類問題。

這時筆者提問：“人做俯臥撐的過程類似我們學(xué)習(xí)的哪個機械裝置？”

學(xué)生恍然大悟。原來三幅圖都是可以看成杠桿裝置的：找出三幅圖中杠桿的支點，即腳與地面的接觸點；找到杠桿的阻力，即運動員自身的重力；找到杠桿的動力，地面與手間的作用力。但問題來了，不知阻力的作用點在哪里，動力的作用點在哪里。

就在大家思維出現(xiàn)障礙時，生4說：“一般人的重心位于肚臍位置。我在做單杠動作時發(fā)現(xiàn)，將肚臍位置壓在單杠上時，雙手和腳都可以完全放開，人就可以在單杠上平衡了?！?/p>

筆者補充道：“一般體型正常的人重心位于肚臍附近，生活中人的重心位置因人而異，但這里用單杠判斷重心的方法還是很好的。”

筆者又問：“動力作用點在哪里呢？”

生4說：“作用在人的肩膀上，方向是沿著手臂的方向向上。”

大家沉默一會兒，筆者拋出問題：“大家知道該杠桿的阻力就是人受到的重力，那么這里的重力是人的哪部分受到的力？”

有學(xué)生迅速說：“不能畫在肩膀上，這樣就沒有把人作為一個整體，而是把手臂和身體分開了，這樣計算人受到的重力時就要去除手臂了，那問題就變復(fù)雜了。所以，把人作為一個整體，重力的作用點就是重心，動力的作用點應(yīng)畫在手掌上，方向是和手掌對地面的壓力方向相反，地面對手掌的支持力的方向是垂直于水平的地面，即豎直向上的?！?/p>

就這樣大家共同把這個實際物理問題轉(zhuǎn)化成杠桿模型，找到了杠桿的支點、動力、阻力及其方向。

筆者說：“這三幅圖都是從側(cè)面去拍的，且相機距離運動員的距離是相等的，忽略透視問題，我們可以借助于圖片來畫出力臂，量出兩個力臂，借助于杠桿平衡條件，算出動力?！眻D4、5、6是學(xué)生把實物轉(zhuǎn)化成杠桿的示意圖。

當(dāng)學(xué)生解決了這一實際問題后，都很興奮，表示用知識解決實際問題很有成就感。解完這個問題，筆者進一步引導(dǎo)：“我們理論推導(dǎo)的結(jié)論是圖5的俯臥撐難度最大，需要更大的動力，圖4的俯臥撐最容易做。下面我們設(shè)計實驗來驗證圖4和圖5兩種俯臥撐的難易程度，大家思考，應(yīng)該如何設(shè)計。”大家紛紛討論起來。endprint

生5說：“我們?yōu)榱吮苊鈱嶒灥呐既恍裕?個同學(xué)分別來做5組這兩種姿勢的俯臥撐，同時為了避免同學(xué)體力對實驗的影響，同學(xué)做俯臥撐的順序是兩個同學(xué)先做圖4的俯臥撐，另外兩個同學(xué)先做圖5的俯臥撐。做完后請同學(xué)說出自己的感受?！闭f完后大家很贊同，于是就請了4個同學(xué)來驗證，最后得到和理論推導(dǎo)一樣的結(jié)論。

反思這一過程，教者選用了來自生活中體育鍛煉的俯臥撐代替如下物理習(xí)題：

“某同學(xué)在做俯臥撐運動，如圖7所示。他的重心在A點，所受重力為520 N，他將身體撐起處于平衡狀態(tài)時，地面對手的支持力為多少N？”該習(xí)題好像來自生活但實際已經(jīng)過高度抽象概括，題目中雖然沒有提及“杠桿”二字，但圖形已經(jīng)看到了杠桿的支點以及力臂和阻力。學(xué)生經(jīng)過訓(xùn)練后，就能運用這些數(shù)據(jù)，迅速想到代入杠桿平衡條件公式得出結(jié)果。這樣形成一種“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的認(rèn)知操作模式，這些數(shù)據(jù)既是學(xué)生思維的“拐杖”，又是一種“提示”，只讓學(xué)生練習(xí)這種物理習(xí)題，而不去解決生活中的物理問題，就有可能使學(xué)生永遠(yuǎn)難以丟掉這根“拐杖”，進而影響學(xué)生的能力發(fā)展[2]。

2.2 運用視頻呈現(xiàn)物理原始問題

視頻是連續(xù)的，能將生活中的一些物理場景很好地展示在學(xué)生面前，非常適合反映物理上的一些過程量，表現(xiàn)物理上的一些動態(tài)變化過程，再現(xiàn)生活中運用物理知識解決實際問題的過程。如“建筑工地吊起鋼材”“搬家公司搬家具”“家庭廚房烹飪”“腳踏自行車”“學(xué)生打籃球”“魔術(shù)表演”“工廠機械加工”等，用這些視頻引入物理原始問題。以下是筆者運用的一個例子。

案例2 解密魔術(shù)視頻： “冰”投入水中，讓水“沸騰”

筆者先后遠(yuǎn)距離用手機記錄“冰”投入水中，讓水“沸騰”的過程，然后近距離再用手機拍攝具體的水中氣泡的變化現(xiàn)象和出來的“白氣”在空氣中的走向，然后帶到課堂上讓學(xué)生觀察、思考，解密該魔術(shù)，如圖8所示。

該物理原始問題應(yīng)用的時機是學(xué)生剛好學(xué)完《物態(tài)變化》這一章，已經(jīng)了解了6個物態(tài)變化。知道水沸騰的現(xiàn)象和條件；知道水蒸氣的液化條件；知道冰的熔化條件；了解一些物質(zhì)的升華和凝華現(xiàn)象等。所以，筆者在教學(xué)中選用了自己拍攝的視頻，讓學(xué)生觀察思考，“冰”投入水中讓水“沸騰”的謎底是什么。

學(xué)生看完后很激動，原因是“沸騰”現(xiàn)象很壯觀，水里有非常多的氣泡往上升，而且上方的“白氣”也很多，比學(xué)生自己在課堂上做“水沸騰”實驗時生成的“白氣”更多。善于思考的學(xué)生又覺得很奇怪，該實驗還沒有給水加熱，只是加了幾個看著像冰塊的物質(zhì)，水為什么會產(chǎn)生劇烈沸騰的現(xiàn)象呢？看完后，學(xué)生激烈爭論起來。筆者沒有打斷他們的爭論，而是讓他們把爭論的幾個問題列出來。學(xué)生列了如下問題：該現(xiàn)象是否是水的沸騰？投入進去的是否是冰塊？這兩個問題筆者也沒有忙于解答，而是再拋給學(xué)生。以下是學(xué)生交流的過程：

生1說：不是水的沸騰。原因是水的沸騰要達(dá)到一定溫度（沸點），同時還要繼續(xù)吸熱，視頻中水都沒有達(dá)到這兩個條件。

生2說：是水的沸騰。我們看到水里面有大量氣泡在上升，同時上方還有大量“白氣”產(chǎn)生，可能放進去的這個物質(zhì)能給水提供大量的熱量，給水加熱，使水沸騰 。

生1又辨析道：不是水的沸騰。如果投進去的物質(zhì)能夠給水加熱，常溫的水也不是立即就沸騰，而是要達(dá)到沸點才會沸騰。同時我們看到若真是水的沸騰，那么杯口上方就會有熱的水蒸氣液化形成白氣隨著熱氣流上升，但我們看到的這些白氣是往下沉的。

這時學(xué)生對生1的看法都很贊同。此時筆者再拋出問題：如果投入水中的不是冰塊，那可能是什么物質(zhì)？怎么有氣泡產(chǎn)生？產(chǎn)生的氣泡是水蒸氣嗎？杯口的白氣怎么會往下沉？

生3說：可能是干冰，投入水中后，我們看到的是干冰升華產(chǎn)生的氣體——二氧化碳，杯口的白氣是氣體二氧化碳。

生4急著說：杯口的白氣不是氣體二氧化碳。氣體二氧化碳是看不見的，而白氣是看得見的，應(yīng)該是看不見的水蒸氣液化而成的小水珠。

生3明顯不服：這里不是水的沸騰，哪來的水蒸氣，怎么會有水蒸氣液化呢？

經(jīng)過激烈的爭論后，學(xué)生漸漸平靜下來，大家都陷入沉思。

生4說：是干冰升華的氣體二氧化碳引起的，干冰升華要吸熱，導(dǎo)致水溫度降低，同時產(chǎn)生的氣體二氧化碳溫度也是很低的，此時從水中出來后，由于密度大，所以從杯子中出來后是往下沉的。當(dāng)周圍空氣中的水蒸氣遇到溫度低的二氧化碳時，就沿著二氧化碳行走的路徑發(fā)生了液化現(xiàn)象，產(chǎn)生了大量的白氣。

問題終于得到圓滿解答。反思這一過程，教師選用了來自生活中解密魔術(shù)的原始物理問題，用一個視頻呈現(xiàn)，仿佛把學(xué)生帶到魔術(shù)現(xiàn)場，學(xué)生解決問題的熱情被激起，學(xué)生需要自己運用物態(tài)變化知識，去辨析究竟其中發(fā)生了哪些物態(tài)變化過程。 這個過程既讓學(xué)生鞏固了知識，同時也使學(xué)生體驗到解決實際問題的樂趣。

3 應(yīng)用體會

以上是分別運用圖片、視頻展示問題情境，給學(xué)生呈現(xiàn)一個物理原始問題，讓學(xué)生結(jié)合學(xué)到的課本知識，來解決實際問題，這實際上也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的根本歸宿。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物理教師隨時隨地都能采集更多的生活素材來引入物理原始問題，可以是照片的形式，也可以是視頻的形式。隨著教師這種運用照片、視頻構(gòu)造物理原始問題意識的提高，拍攝技術(shù)的進步，應(yīng)該會有更多的物理原始問題呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]邢紅軍.從數(shù)據(jù)驅(qū)動到概念驅(qū)動：物理問題解決方式的重要轉(zhuǎn)變[J].課程·教材·教法，2010（3）：50-55.endprint