艾 靜 熊建文

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

1 問題的提出

《普通高中物理課程標準》的評價建議部分指出：“測驗和考試的命題應該注重理解和應用，要研究并設計有助于學生思維發(fā)展、聯(lián)系生活和社會的開放性問題.”[1]因此，教學中教師必須研究如何在測試中有效運用開放性問題對學生的知識和能力進行提升，同時研究開放性問題如何與新課標教學有效結(jié)合.

2 開放性問題的界定

開放性問題就是信息不完備、目標不確定或解題策略不唯一的問題，也可以理解成答案不確定、不唯一的問題.開放性問題留給學生更多的思維方向和想象空間.

“開放”有幾層含義：(1)問題結(jié)構(gòu)開放，包括條件不足或多余的條件開放；沒有明確指出問題解決的目標，需要解題者確定的目標開放；存在多種解決問題方法的策略開放.(2)問題解決結(jié)果開放，即答案呈多樣性.(3)解決問題時的思路是開放的，沒有現(xiàn)成的解題模式可以套用，需要自己探索和發(fā)現(xiàn).(4)涉及的知識或方法對解題者是開放的，問題可能涉及學生所學知識以外的內(nèi)容或其他學科知識，或陌生的問題情境，或解決問題的方法未知，需要解題者從多角度、多層次、多種方式思考問題[1].

3 高考物理計算題中開放性問題的常見形式分類分析

開放性問題的分類方式很多，本文精選近幾年高考理綜物理試題，從命題立意的角度進行分類.

3.1 討論型

物理計算題中條件不足或多余而導致問題的結(jié)果開放,在此界定為“討論型”開放問題.這類問題有確定的目標，因此分析時只需運用所學物理知識，結(jié)合嚴謹?shù)倪壿嬐评?，運用適量的定量計算即可解決.這種問題主要考查學生思維的嚴謹性，能較全面地考核學生分析與綜合的能力.

(1)略.

(2)略.

(3)討論在裝置安全工作時,該小車彈回速度v′和撞擊速度v0的關系.

圖1

分析：例1第3問有確定的目標，即在裝置安全工作時求小車彈回速度v′和撞擊速度v0的關系.但由于該題中條件不足，即撞擊速度v0的大小不確定，而導致問題結(jié)果開放.解答時一定要討論撞擊速度v0的取值范圍，不同取值范圍對應不同的運動情況，從而導致不同的求解結(jié)果.

教學建議：指導學生掌握如何對問題涉及的可能狀態(tài)分類并確定相應取值范圍的臨界點.教學中要善于轉(zhuǎn)變提問策略，在靈活的情境下討論答案的多種可能性,在習題選擇上選用適當?shù)哪苡糜谟懻摵头治龅牧曨}進行模擬訓練，提高學生分析問題時思維的嚴謹性.

3.2 推測型

這類開放題的特點是,已知條件情境的多樣性導致問題解決結(jié)果的開放，即答案呈多樣性.不同情境下應用相似的物理規(guī)律能推導出不同的結(jié)果，主要考查學生不同情境下思維的應變力，能加深其對物理知識的深層理解.

【例2】(2012年高考江蘇卷第15題)如圖2所示,待測區(qū)域中存在勻強電場和勻強磁場,根據(jù)帶電粒子射入時的受力情況可推測電場和磁場. 圖中裝置由加速器和平移器組成,平移器由兩對水平放置，相距為l的相同平行金屬板構(gòu)成,極板長度為l，間距為d,兩對極板間偏轉(zhuǎn)電壓大小相等，電場方向相反. 質(zhì)量為m，電荷量為+q的粒子經(jīng)加速電壓U0加速后,水平射入偏轉(zhuǎn)電壓為U1的平移器,最終從A點水平射入待測區(qū)域. 不考慮粒子受到的重力.

圖2

(1)略.

(2)略.

(3)已知粒子以不同速度水平向右射入待測區(qū)域,剛進入時的受力大小均為F. 現(xiàn)取水平向右為x軸正方向,建立如圖2所示的直角坐標系O-xyz. 保持加速電壓U0不變,移動裝置使粒子沿不同的坐標軸方向射入待測區(qū)域,粒子剛射入時的受力大小如表1所示.

請推測該區(qū)域中電場強度和磁感應強度的大小及可能的方向.

表1 粒子沿不同方向射入受力情況

分析：例2設定一個復合場區(qū)域，要求根據(jù)帶電粒子射入時的受力情況推測其中電場和磁場的可能情況.粒子沿不同的坐標軸方向射入待測區(qū)域?qū)е铝Ｗ觿偵淙霑r受力情況多樣性.由其呈現(xiàn)出的不同結(jié)果逆推導致這些結(jié)果的可能原因.

教學建議：此類題目解答的關鍵是具體分析各種結(jié)果，找出導致該結(jié)果的原因，運用逆推的方法，將各種可能情況一一羅列.教學中可采用一題多解、一題多變、多題歸一等類型的題目進行訓練，在訓練思維應變性的同時，也能扎實基礎，加深對知識的理解和靈活應用.

3.3 評價型

這類題型的特點是，針對某種情況提出改進方案，對設計方案進行評價.解決這類問題時的思路是開放的，沒有現(xiàn)成的解題模式可以套用，需要自己探索和發(fā)現(xiàn).這類題型可鍛煉思維的批判性，在評價他人設計方案的同時，其實也是對自身提出的各種方案的可行性進行了評估.

圖3

(1)、(2)、(3)略.

(4)若選擇的是“1.5 V,0.3 A”的小燈泡，該“閃爍”裝置能否正常工作？有同學提出，通過改變磁感應強度B,后輪外圈半徑r2,角速度ω和張角θ等物理量的大小，優(yōu)化前同學的設計方案，請給出你的評價.

分析：例3針對題設情況，提出各種優(yōu)化方案，要求給出評價.本題關鍵是使燈泡發(fā)光，而通過計算可知，該裝置產(chǎn)生的感應電動勢過低而導致其不能正常工作，改進的關鍵是通過必要的措施提高感應產(chǎn)生的電動勢.解答這類題的關鍵在于抓住出現(xiàn)問題的根本原因，針對該原因評價提出的各種設計方案的可行性.

教學建議：課堂教學中不僅要培養(yǎng)學生解決問題的能力，還要培養(yǎng)學生對其他方案進行評估的能力.對學生評價中，可采用多樣化的評價方式，除了教師對學生進行評價外，還可以開展自評或小組互評，在相互評價中，體悟別人的思維過程，取長補短.

3.4 建議型

該類題的特點是，涉及的知識或方法對解題者是開放的.問題可能涉及學生所學知識以外的內(nèi)容或其他學科的知識,或陌生的問題情境，或解決問題的方法未知，需要解題者從多角度、多層次、多種方式來思考問題.該類題型在考查學生基礎知識的同時，可鍛煉學生思維的靈活性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識.

【例4】(2009年高考北京理綜卷第23題)單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量(以下簡稱流量).有一種利用電磁原理測量非磁性導電液體(如自來水、啤酒等)流量的裝置，稱為電磁流量計.它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成.

傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣，其上裝有一對電極a和c，a和c間的距離等于測量管內(nèi)徑D，測量管的軸線與a和c的連線方向以及通電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直.當導電液體流過測量管時，在電極a，c間出現(xiàn)感應電動勢E，并通過與電極連接的儀表顯示出液體的流量Q.設磁場均勻恒定，磁感應強度為B.

圖4

(1)略.

(2)一新建供水站安裝了電磁流量計，在向外供水時流量本應顯示為正值，但實際顯示卻為負值.經(jīng)檢查，原因是誤將測量管接反了，即液體由測量管出水口流入，從入水口流出.因水已加壓充滿管道，不便再將測量管拆下重裝，請你提出使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎档暮啽惴椒?

分析：例4在出現(xiàn)問題后要求給出改進建議.考慮的角度不同，運用的知識和方法就不同.這類題沒有唯一確定的答案，解題時可多角度、多層次、多種方式來思考問題，只要能達到題中預設的要求即可.解答這類題的關鍵在于找到適合自己的切實可行的方案，與運用哪方面的知識無關.

教學建議：這種類型的問題給學生較大的思維空間和回旋余地，不同的學生根據(jù)認知水平和能力可得出不同的答案.教學時，要引導學生學會科學探究的方法和體悟科學探究的精髓，培養(yǎng)學生提出問題、分析問題、解決問題的能力.

3.5 創(chuàng)新型

該類題的特點是創(chuàng)設一個新穎的問題情境，給予一定的提示，要求提出創(chuàng)新性的設想.這類問題實際上就是質(zhì)同形異，其本質(zhì)(原理)不變.自己尋找解決方案，不同的方案得出的答案也不同.

(1)、(2)略.

(3)圖5(b)是霍爾測速儀的示意圖，將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上，圓盤的周邊等距離地嵌裝著m個永磁體，相鄰永磁體的極性相反.霍爾元件置于被測圓盤的邊緣附近.當圓盤勻速轉(zhuǎn)動時，霍爾元件輸出的電壓脈沖信號圖像如圖5(c)所示.

圖5

a.略.

b.利用霍爾測速儀可以測量汽車行駛的里程.除此之外，請你展開“智慧的翅膀”，提出另一個實例或設想.

分析：例5通過前面的問題情境創(chuàng)設，根據(jù)題設提示，一步步引導學生分析，進而了解霍爾測速儀的工作原理.解答這類問題，關鍵是充分利用題中已有的提示，運用類比遷移的方法，通過分析比較，展開想象，全方位、多角度思考.

教學建議：教學中要轉(zhuǎn)變教學思路，要善于挖掘一些能與生活實際相聯(lián)系的問題情境，培養(yǎng)學生在新的物理情境中應用物理知識解決實際問題的能力.將STS(Science Techology and Society)教育滲透到日常教學中，同時在課堂教學中對學生進行“頭腦風暴”訓練，能較好地考查學生的遷移創(chuàng)新能力.

4 設立開放性題型對物理教學的啟示

高考試題中不斷出現(xiàn)立意深刻、背景新穎、聯(lián)系實際的開放性試題，物理命題的“開放性”為新課標下物理教學提供了一些新的思路和啟示.

4.1 用好教材中的開放性問題素材

教學中要用好教科書.教科書中很多好的資源被一些教師忽視，而這些資源都對鼓勵學生形成自主、合作、交流的學習方式起到重要的作用.開放性問題在教材中很好地體現(xiàn)了新課標下教學的特色.人教版中設計了“思考與討論”“說一說”“做一做”等欄目，其中不少問題就是以開放性的方式呈現(xiàn).例如，“做一做”中，設計方法分別測量自行車在不同情況下行駛(如長距離和短距離)時的速度，測量蚊香燃燒的速度，對測量結(jié)果的可靠性做出評估[2].“說一說”中質(zhì)子帶正電，但質(zhì)子(與中子一起)卻能聚在一起構(gòu)成原子核，根據(jù)你的推測，原因可能是什么[2]？粵教版中也設計了“討論與交流”“觀察與思考”“實踐與拓展”等欄目，力求為學生營造一個生動、活潑的情境，激發(fā)學生的想象能力和邏輯思維能力.其他版本的教材中也有很多開放性問題素材，教師應思考如何真正用好教材.

4.2 對教學的其他啟示

(1)新課標教學要求教師大膽打破傳統(tǒng)教學的枷鎖.單一的解題套路訓練出來的是一個個解題機器，極大地限制了學生的創(chuàng)造性思維，與新課標理念不符.在教學中，適當創(chuàng)設開放性問題情境，要變單向思維為多向思維，拓寬思路，培養(yǎng)學生思維的靈活性、流暢性和廣闊性.

(2)重視過程情感體驗，培養(yǎng)學生良好的科學素養(yǎng).要讓學生在學習中體會樂趣、領悟知識、激發(fā)求知欲和創(chuàng)新意識，不僅學會知識，更重要的是學會學習.

(3)建立多種評價方式，激勵學生自主、合作、交流.建立促進學生發(fā)展，教師不斷提高，課程不斷發(fā)展的評價體系，是我國新的課程改革面臨的一個重大課題[3].

(4)將教學落到實處.開放性問題的解決離不開扎實的專業(yè)知識和技能，能很好地培養(yǎng)學生解決實際問題的能力.教學中要重視對學生進行STS教育，使學生將所學取之于生活用之于生活.

參考文獻

1 王力邦.中學物理教師的學習與思考.北京:科學出版社,2009.103～107

2 張大昌,等.普通高中課程標準實驗教科書《物理》必修1.北京：人民教育出版社,2004.18,56

3 李新鄉(xiāng)，張軍朋,等.物理教學論.北京：科學出版社,2005.254