基于原始物理問題的中考試題設(shè)計

劉漢朋

(真光中學(xué),廣東 廣州 510160)

中考試題的設(shè)計主要遵循兩個原則,一是體現(xiàn)初中學(xué)業(yè)水平考試性質(zhì),二是兼顧高中入學(xué)的選拔功能,達到對不同層次考生進行區(qū)分．中考物理力求體現(xiàn)課程標準要求的各項指標,考查學(xué)生發(fā)展必需的物理基礎(chǔ)知識和方法,又要考查學(xué)生是否有養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣．重視對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的考查;重視對學(xué)生推理分析、信息提取及處理、數(shù)學(xué)運算能力等的考查．重視考查學(xué)生是否能應(yīng)用物理知識解釋生產(chǎn)、生活方面的問題,考查學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力．“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式;是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程;科學(xué)思維是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化;是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判,進而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格．“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素．本文以廣州市中考試題對學(xué)生科學(xué)思維能力考查為例,淺談中考試題中的原始物理問題設(shè)計．

1 原始物理問題與物理習(xí)題

趙凱華教授在《我國赴美物理研究生考試(CUSPEA)歷屆試題集解(1980—1984)》的序中指出:“CUSPEA試題中,有些問題從物理概念來分析并不復(fù)雜,屬于學(xué)生已學(xué)過的范圍,但是由于不少學(xué)生對背景不大熟悉,常常感到無從下手,這是值得深思的．在我們的教學(xué)中,同一問題,既可以把原始的物理問題提交給學(xué)生(有時可以同時給一些提示,或通過一系列小問題引導(dǎo)學(xué)生去思考解決整個問題的途徑);也可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數(shù)學(xué)模型后再提交給學(xué)生．習(xí)慣于解后一類問題的學(xué)生,在遇到前一類問題時,往往會不知所措．”

從這段論述中可以看出,趙凱華教授把物理問題分成了兩類．一類稱為“原始物理問題”,是指自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理現(xiàn)象的描述;另一類為“物理習(xí)題”,是指從實際問題中分解、簡化、抽象,經(jīng)過加工出來的物理問題,這類問題是為鞏固物理概念、規(guī)律而人為加工選編出來的練習(xí)題,像教科書、各類中學(xué)物理輔導(dǎo)資料中的例題、習(xí)題絕大多數(shù)都屬于這類問題．目前的教學(xué)以及考試中,學(xué)生知識的鞏固主要是以物理習(xí)題的形式進行的．通過物理習(xí)題的訓(xùn)練,學(xué)生的知識點可以得到鞏固,學(xué)生的應(yīng)試能力可能會得到提高;但會致使學(xué)生只知道根據(jù)已知條件去求解,當面對一個實際問題時卻往往束手無策,不能將所學(xué)物理知識進行遷移運用,造成這種現(xiàn)象的原因是物理習(xí)題訓(xùn)練并沒有使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到全面的發(fā)展．

同物理習(xí)題相比,原始物理問題是對客觀現(xiàn)象的描述．首先學(xué)生要思考:問題與什么物理知識發(fā)生聯(lián)系,應(yīng)該應(yīng)用什么物理概念和規(guī)律,采用什么物理模型解決問題;其次,題目中沒有已知條件,解決問題所需要的條件要學(xué)生自己去設(shè)置．另外,原始物理問題具有理論性、生態(tài)性、探索性、開放性等特點．問題不是一目了然,需要學(xué)生對問題條件及其相互關(guān)系進行綜合加工、深化,并進行概括和抽象、推理和聯(lián)想,并將已經(jīng)掌握的物理知識和方法進行有效遷移才能解決問題．

綜上，原始物理問題更能夠考查學(xué)生的科學(xué)思維能力,用在中考試題中能夠更好地評價學(xué)生對初中物理的學(xué)習(xí)情況．

2 利用原始物理問題考查學(xué)生模型建構(gòu)能力

傳統(tǒng)的物理試題起點往往是經(jīng)過加工好的物理問題,略去了由實際問題到抽象成物理問題的過程,考查不到學(xué)生的物理模型建構(gòu)能力．解決原始物理問題過程中,學(xué)生要運用模型化的科學(xué)方法,將來自現(xiàn)實生活中信息龐雜的原始問題進行信息加工和梳理．在這個過程中,也涉及到概括、綜合、假設(shè)、類比等一系列科學(xué)思維方法,最終將原始物理問題轉(zhuǎn)化為合理的物理或數(shù)學(xué)模型,為進一步的問題解決奠定基礎(chǔ)．

圖1

例1.(2014年廣州中考18題)圖1是手臂的簡化圖,手托住重物時,肌肉對前臂的拉力沿圖中ab線.

(1) 在圖中畫出重物對手的壓力.

(2) 畫出肌肉對前臂的拉力方向.

(3) 畫出拉力的力臂.

(4) 根據(jù)公式________判斷肌肉對前臂的拉力________重物對手的壓力(選填“大于”、“等于”、“小于”).

顯然,本題沒有像傳統(tǒng)試題直接給出杠桿,接著問是省力杠桿還是費力杠桿．此題的設(shè)計有一定的梯度,先讓學(xué)生作出力的示意圖,進而作出力臂,層層深入;最后,需要學(xué)生自己去設(shè)置物理量,從而建立杠桿物理模型來解答．

此題屬于原始物理問題,源自真實生活,接近真實情境,有利于考查學(xué)生對物理模型的建構(gòu)能力和解決生活中的實際問題的能力．教師在平時的教學(xué)中也要多提出一些原始物理問題．面對客觀真實的問題,學(xué)生有時候很難可以直接套用大腦中已經(jīng)形成的物理模型來解答,而是需要學(xué)生根據(jù)新的物理情景,不斷嘗試,不斷思考,設(shè)置條件;能夠鍛煉學(xué)生建立物理模型的能力．學(xué)生經(jīng)歷解決問題的過程,科學(xué)思維能力才會得到發(fā)展．

3 利用原始物理問題考查學(xué)生科學(xué)推理能力

科學(xué)推理能力就是依據(jù)科學(xué)事實,通過一定邏輯思維的應(yīng)用所做解釋并得出結(jié)論的能力．包括假設(shè)推理能力、演繹推理能力、類比推理能力和概率推理能力等一系列的推理能力,是形成和完善人們對自然界各種概念和理論認知過程的重要步驟．原始物理問題的解決很難找到可以直接效仿的原型,學(xué)生只能通過獨立思考、不斷地假設(shè)和類比推理來對問題進行探索,在這個過程中,原來的認知結(jié)構(gòu)被打破,通過對問題積極的思考而達到更高一級的水平．

例2.(2018廣州中考21題)小明每天測量同一個雞蛋的質(zhì)量,再把雞蛋放入水中,觀察它的浮沉情況后,取出放好．表1是他記錄的部分數(shù)據(jù)及現(xiàn)象.(雞蛋的體積保持不變,g=10 N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)

表1

(1) 求第57天雞蛋所受浮力及雞蛋的體積.

(2) 比較第1天和第70天雞蛋受到浮力的大小,寫出判斷依據(jù).

(3) 根據(jù)表格的現(xiàn)象你如何判斷雞蛋存放時間的長短?

此題的設(shè)計來源于生活,具有趣味性,能夠激發(fā)學(xué)生的思考欲望．特別是第(3)問,科學(xué)推理環(huán)境的創(chuàng)設(shè)十分到位,在解答此問題時,學(xué)生的大腦與物理現(xiàn)象發(fā)生相互作用,發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)推理能力,同時還考查學(xué)生用物理語言表述問題的能力．

4 利用原始物理問題考查學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力

質(zhì)疑創(chuàng)新能力是思維的進一步發(fā)展和升華,是思維能力最高階段．質(zhì)疑就是提出問題,是學(xué)生思維獨特性和深刻性的一種表現(xiàn),質(zhì)疑過程能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,通過質(zhì)疑能力的培養(yǎng)可以發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力,從而提升學(xué)生的思維品質(zhì)．原始物理問題具有開放性和生態(tài)性的特點,決定了學(xué)生在解決問題時,必然要經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)和探索的過程;在經(jīng)歷這個過程中,學(xué)生必然會對問題產(chǎn)生質(zhì)疑,從而進一步提高創(chuàng)新能力．

圖2

例3.(2018廣州中考24題)小明把兩端開口的細玻璃管插入水中,發(fā)現(xiàn)管內(nèi)的液面上升(如圖2所示).他查資料得知:管內(nèi)外液面高度差與水溫、管的內(nèi)徑有關(guān).小明想利用這支細玻璃管探究管內(nèi)外液面高度差與水溫的定量關(guān)系,請你幫他設(shè)計實驗方案.

(1) 實驗器材:細玻璃管、________.

(2) 實驗步驟(可畫圖或文字表述).

(3) 設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格.

此原始物理問題,以學(xué)生身邊物理現(xiàn)象入手,考查學(xué)生經(jīng)歷“質(zhì)疑-問題-研究”這一思維鏈條的過程;并考查學(xué)生設(shè)計實驗的能力．教師在教學(xué)中,可以提出一些開放性的原始物理問題,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力．學(xué)生解決原始物理問題形成的科學(xué)思維方法會深深地印在腦海里而永久保存．

廣州中考試題中的原始物理問題設(shè)計貼近現(xiàn)實生活,來源于自然界、生產(chǎn)、現(xiàn)代科技,能夠更準確地評價學(xué)生初中階段的物理學(xué)習(xí)水平．中考對教學(xué)也有指向作用,這也要求教師在平時的教學(xué)中也要注重原始物理問題的設(shè)計．學(xué)生在問題解決的過程中,切身感受到知識的力量,從而能夠積極主動的去獲取物理知識,掌握科學(xué)方法, 提高科學(xué)思維能力．另一方面,學(xué)生通過原始物理問題學(xué)習(xí)物理知識和應(yīng)用物理知識,還可以進一步提高認知能力、科學(xué)素養(yǎng)和直覺思維能力．激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)物理、探究自然的熱情;通過解決物理原始問題使學(xué)生從生活走向物理,最終從物理走向了社會．