新課標視域下以中國元素為背景的初中物理習題設計

在義務教育階段，物理學科的核心素養(yǎng)培養(yǎng)應遵循教育教學的規(guī)律，并符合學生的身心發(fā)展特點。物理學科核心素養(yǎng)可以概括為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面，這四個方面相互聯(lián)系、相互作用。習題設計是物理教學的重要組成部分，教師應遵循以學生為本的原則，創(chuàng)設真實且具有價值的物理問題情境，引導學生逐步提升核心素養(yǎng)。在新課標視域下，筆者結合具體習題案例，探討了以中國元素為背景的初中物理習題設計方法，以供參考。

一、中國元素與初中物理題的創(chuàng)意融合

教師要將中國元素和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化融入習題中，將中國特產、中國制造與物理知識高度融合，通過設計生動的形象、貼近生活的習題來考查學生的物理知識的掌握情況和解決問題的能力。教師在日常教學中可以深入探究并積累物理習題中的中國元素，并進行習題創(chuàng)新設計，讓學生在日常練習中提升學科素養(yǎng)，這與新課標的育人目標是一致的。筆者以如下兩題為例，進行詳細分析。

題一：我國在探索太空的歷程中，設計出了多種空中飛行器，下列飛行器中，利用大氣壓強升空的是（ ）。

A.風箏 B.孔明燈 C.火箭 D.地球衛(wèi)星

從知識層面上看，這一題考查了力與運動、流體壓強與流速的關系及浮力的概念。A選項中的風箏飛行原理與飛機機翼在空氣中產生升力的原理相同，都是利用了流體的流速越快壓強越小的原理。雖然與壓強有關，但并未直接涉及大氣壓。B選項中的孔明燈是利用空氣的浮力升空的。在升空過程中，孔明燈由于上下受到的大氣壓力不相等，因而產生了向上的浮力，這與大氣壓有關。C選項中火箭升空利用的是力的相互作用原理。D選項中地球衛(wèi)星也是依靠火箭等發(fā)射，同樣利用了力的相互作用這一原理。這一題中風箏、孔明燈等元素與生活緊密相連，同時該題展現(xiàn)了我國在探索宇宙方面的發(fā)展和進步，能夠使學生感受到中國人民的智慧，增強學生的民族自豪感。

題二：西周晉侯鳥尊是中國青銅器中罕見的珍品，是山西博物院的“鎮(zhèn)院之寶”（圖1）。制作鳥尊等青銅器時，要先用泥土制成“內范”，在其外部涂上適當厚度的蠟，將蠟雕刻成所需形狀，稱之為“模”，再在“?！钡耐饷嬗媚嗤林瞥伞巴夥丁?，然后通過加熱使蠟液流出形成空腔（模具），在空腔中倒入青銅液，待青銅液冷卻后，打碎“外范”和“內范”，就得到與“?！币粯拥那嚆~器。下列分析正確的是（ ）。

A.將蠟加熱到液態(tài)是熔化過程，會釋放熱量

B.青銅液冷卻到固態(tài)是凝固過程，會釋放熱量

C.青銅液冷卻到固態(tài)是凝華過程，需吸收熱量

D.青銅和蠟熔化過程中，溫度均保持不變

該題考查了物態(tài)變化，其中提到的西周晉侯鳥尊是古人智慧的結晶。題中文字描述了該珍品的制作過程，雖然原理簡單，但工序并不簡單，制作精細。學生閱讀這段文字，能夠切身感受到中華文化的深厚底蘊。這道題的設計跳出了傳統(tǒng)的物理習題設計模式，不再僅用一種自然現(xiàn)象或是一些常見的物態(tài)變化現(xiàn)象來考查學生，而是借助真實情境，融入了中國元素，在考查物理知識的同時滲透人文教育，有助于提升學生的人文素養(yǎng)。

二、古詩文與初中物理習題的跨界融合

古詩文是中國古典文學的瑰寶，其中蘊含著豐富的物理原理。我國古代勞動人民在生活與勞作中觀察到了許多物理規(guī)律，并通過詩詞、名言、文言文等形式記錄下來并傳承至今。教師需要從培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)出發(fā)，開展跨學科教學，融入古詩文來創(chuàng)新物理習題，以激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)他們的跨學科思維能力。筆者以如下兩題為例，進行詳細分析。

題一：古詩文中蘊含著豐富的物理知識，下列哪句詩句描繪了光的折射現(xiàn)象？

A.春江潮水連海平，海上明月共潮生

B.兩岸曉煙楊柳綠，一園春雨杏花紅

C.寶釵好耀首，明鏡可鑒形

D.峰多巧障目，江遠欲浮天

這一題中所引用的經典詩句都揭示了有關光學的物理現(xiàn)象：蘇軾的《同王勝之游蔣山》中的“峰多巧障目，江遠欲浮天”可用光的直線傳播來解釋；秦嘉《贈婦詩》中的“寶釵好耀首，明鏡可鑒形”描述了經寶釵反射的光進入人眼，感覺更加明艷耀眼，這與平面鏡成像的現(xiàn)象相關；張若虛的《春江花月夜》中“春江潮水連海平，海上明月共潮生”所描繪的月亮仿佛與海水一起從天邊涌出的場面，其實是月亮反射太陽光，在進入大氣層時發(fā)生了光的折射；而“兩岸曉煙楊柳綠，一園春雨桃花紅”則描寫了碧綠的柳葉和粉紅的桃花，這可以用光的反射進行解釋。這些引用的詩句不僅將物理知識融入了習題考查中，還培養(yǎng)了學生的科學態(tài)度和責任感。學生在探究物理問題的過程中，能夠品鑒中國古詩詞的韻味和意境，感受到中國古詩詞的博大精深，從而自然而然地形成文化自信和民族自豪感。

題二：文言文和古詩詞中的物理知識體現(xiàn)在對自然現(xiàn)象、生活實踐和科學原理的描述中。請用一句話簡單描述以下文言文和古詩詞中蘊含的物理知識。

《三峽》：“常有高猿長嘯，屬引凄異，空谷傳響，哀轉久絕 ”

《論衡·說日篇》：“或說，日食者月掩之也。日在上，月在下，障于日之形也 ”

《滁州西澗》：“春潮帶雨晚來急，野渡無人舟自橫 ”

將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與物理知識結合，是創(chuàng)新物理學科教學的重要方式。在這些國學經典的熏陶下，學生不僅能在完成物理習題的過程中檢驗自己的物理觀念，還能通過分析古詩文中隱含的思維方式，運用因果關系鏈深化對物理規(guī)律的理解和加強對物理知識的應用，促進物理概念的生成和消化。教師要善于挖掘古詩文的教學價值，結合文學經典元素創(chuàng)新設計物理習題，引導學生從物理現(xiàn)象中感悟人生哲理，從不同角度了解和掌握物理規(guī)律，領略國學經典之美，從而提高其學習物理的熱情。

三、以中國古建筑設計為背景創(chuàng)新初中物理習題

物理習題的研究和設計應符合學生的認知規(guī)律，與物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標保持一致。在物理習題的設計中，教師要對知識進行碎片化處理、整合與提煉，幫助學生形成物理觀念。中國古建筑類型多樣，其中蘊含著豐富的物理知識，涉及結構、功能、空間、光影和文化等方面。筆者以如下兩題為例，談談如何將中國古建筑元素融入物理習題中。

題一：馳名中外的北京天壇里的回音壁、三間石、圜丘三處建筑有著非常奇妙的聲音現(xiàn)象，它是古代建筑師利用聲音的 所造成的音響效果。

圜丘壇是皇帝祭天的場所，又稱祭天壇。回音壁、三間石和圜丘都利用了聲音反射的原理。站在圜丘壇上說話，聲音會特別響亮，這是因為所站位置距離反射面17米以內，反射的回聲與原來發(fā)出的聲音疊加，增大了聲音的響度，而人耳無法分辨前后響起的兩個聲音。這三處建筑的形狀皆為圓形，擁有多個反射面，因此大大增強了聲音的響度。這種與古建筑相關的物理習題不僅能考查學生的物理知識，還能讓學生感受到古建筑的魅力，激發(fā)他們傳承和保護寶貴文化遺產的責任感。

題二：古建筑是中國傳統(tǒng)文化遺產的重要組成部分，具有極高的歷史、藝術和文化價值。在古建筑的設計中，房頂煙囪的設計獨具匠心。圖3為某古建筑上的煙囪，請從熱學和力學的角度分析其中蘊含的物理道理。

該煙囪的設計主要涉及熱學和力學知識。燃燒產生的熱氣因密度降低而上升，煙囪頂部的多面開孔使煙霧可以向四面散發(fā)。同時，較小的散煙孔有助于減緩煙囪內部熱量的損失，確保室內溫度不會迅速下降。此外，煙囪頂部設計成拱形，利用了流體力學原理，當橫向風吹過煙囪頂部時，會在煙囪上下形成氣壓差，幫助煙霧上升飄散。該題主要考查學生的物理思維。隨著教學改革的不斷推進，初中物理教學要更加注重培養(yǎng)學生的解決問題能力和科學探究意識，教師要注重物理習題的啟發(fā)性和探索性，以落實新課標的要求。

四、以蘇式園林為載體的初中物理習題開發(fā)

蘇式園林以蘇州地區(qū)的建筑為代表，其設計展現(xiàn)了獨特的建筑風格和理念。園林內的亭臺樓閣、光影交錯、空間布局、色彩搭配、門窗設計、山水景觀等無不令人稱贊。這些設計涉及力學、光學、聲學、熱學等方面的物理知識。當?shù)亟處熆梢猿浞掷秘S富的園林文化資源，豐富習題情境設計所需的素材，在編選題目時更加開放和靈活，推動學生的思維向更廣更深的層面發(fā)展。筆者以如下兩題為例，進行詳細分析。

題一：蘇式園林的池塘中圈養(yǎng)著幾只白鶴，一只靜立于平靜的水面，在岸邊可以看到白鶴的兩個“影”——影子和倒影，如圖4。下列分析正確的是（ ）。

A. 白鶴的影子是由光的直線傳播形成的

B. 白鶴的倒影是由光的折射形成的

C. 白鶴飛離水面時，它的倒影會變小

D. 白鶴在水中的倒影是實像

園林中的亭臺樓閣和山水景觀相得益彰，岸邊的景物常在池塘中形成倒影，而在物體背對陽光的一側，會在水中或地面上產生影子。影子和倒影分別是由光的直線傳播和反射形成的，且倒影是虛像。該題通過園林中白鶴生活的自然場景，呈現(xiàn)了兩種不同的自然光現(xiàn)象。題目的設計獨具匠心，考查了學生容易混淆的概念，有助于培養(yǎng)學生的觀察能力和解決問題能力。

題二：蘇州獅子林被譽為“假山王國”，園中有國內現(xiàn)存最大的古代假山群，形態(tài)各異。游人可穿梭于假山洞內，頗具趣味。洞內光線昏暗，為防止游客發(fā)生意外，現(xiàn)提供電源、聲控開關（有聲時閉合，無聲自動斷開）、光控開關（有光時斷開，無光時閉合）、電位器（調節(jié)燈光亮度）、小燈泡和導線。請設計一個電路，要求：在白天晴朗時，洞內無需亮燈；若遇陰雨天，且有游人進入時燈才點亮。管理人員可根據需要調節(jié)電位器改變燈光亮度（順時針旋轉燈變亮）。

此題的編寫注重理論與實際的結合，將物理知識融入實際的生活情境中，要求學生運用所學的物理知識和技能解決現(xiàn)實問題。同時，學生在解決這一真實問題的過程中能體會到學習物理的意義和價值，產生深入探索物理知識的興趣。

結語

教師在設計初中物理習題時可以嘗試融入中國元素，這既符合新課標的要求，又能夠充分發(fā)揮物理教學的育人價值。教師應注重培養(yǎng)學生對中國文化的認同感，讓學生在多樣化的問題情境中進行探索，以提高學生學習物理的興趣，促進學生全面發(fā)展。

（作者單位：蘇州市第十六中學校）