杭慶祥

（江寧高級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 211100）

創(chuàng)新型人才應(yīng)具有的核心要素包括問(wèn)題意識(shí)、批判精神、發(fā)散思維和探究能力.2013年高考物理命題切合新課程，出現(xiàn)了不少有利于中學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的好題.

1 真實(shí)問(wèn)題、問(wèn)題意識(shí)

問(wèn)題是思維的動(dòng)力，創(chuàng)新精神的基石.強(qiáng)化學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的起點(diǎn)，而問(wèn)題情境又是激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)的立足點(diǎn).美國(guó)著名哲學(xué)家、教育家杜威非常重視思維能力的培養(yǎng)，他認(rèn)為“思維就是明智的學(xué)習(xí)方法”，認(rèn)為教學(xué)法的要素和思維的要素是相同的.這些要素是：“第一、學(xué)生要有一個(gè)真實(shí)的經(jīng)驗(yàn)情境，要有一個(gè)對(duì)活動(dòng)本身感興趣的連續(xù)的活動(dòng)；第二、在這個(gè)情境內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的問(wèn)題，作為思維的刺激物；第三、……”.真實(shí)的經(jīng)驗(yàn)情境和真實(shí)的問(wèn)題往往切合了學(xué)生情感體驗(yàn)，容易激活學(xué)生的心理需求和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而激發(fā)問(wèn)題的產(chǎn)生和問(wèn)題的解決.2013年高考物理試題中，不少試題貼近學(xué)生生活，來(lái)源于真實(shí)問(wèn)題.這對(duì)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)的形成，解決問(wèn)題能力的提升和日常物理教學(xué)的導(dǎo)向都是大有裨益的.

例如，2013年高考四川理綜物理第9題，如圖1.本題是一個(gè)生活中學(xué)生感同身受的真實(shí)問(wèn)題，非常好地聯(lián)系了生活和物理.（1）若此時(shí)前方C處人行橫道路邊等待的行人就搶先過(guò)馬路，卡車司機(jī)發(fā)現(xiàn)行人，立即制動(dòng)，卡車受到的阻力為3×104N.求卡車的制動(dòng)距離；（2）若人人遵守交通規(guī)則，該車將不受影響地駛過(guò)前方斑馬線邊界CD.為確保行人安全，D處人行橫道信號(hào)燈應(yīng)該在南北向機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈變黃燈后至少多久變?yōu)榫G燈？”.圍繞真實(shí)的需要展開(kāi)，這些都會(huì)激活學(xué)生創(chuàng)造性解決問(wèn)題的潛能.

圖1

又如，2013年高考全國(guó)新課標(biāo)理綜Ⅰ卷第21題，這是一個(gè)圍繞“殲15”艦載機(jī)在“遼寧號(hào)”航空母艦上著艦展開(kāi)的問(wèn)題，如圖2.

圖2

這是一個(gè)學(xué)生感興趣又新奇的問(wèn)題，容易調(diào)動(dòng)學(xué)生的責(zé)任感和使命感，自然容易調(diào)動(dòng)創(chuàng)造性解決問(wèn)題的信念和潛能.

圖3

再如，2013年高考浙江理綜卷第16題.與通常觀察到的月全食不同，小虎同學(xué)在2012年12月10日晚觀看月全食時(shí)，看到整個(gè)月亮是暗紅的.小虎畫(huà)了月全食的示意圖如圖3所示.并提出了如下猜想，其中最為合理的是

（A）地球上有人用紅色激光照射月球.

（B）太陽(yáng)照射到地球的紅光反射到月球.

（C）太陽(yáng)光中的紅光經(jīng)地球大氣層折射到月球.

（D）太陽(yáng)光中的紅光在月球表面形成干涉條紋.

2013年高考物理試題中有許多這樣聯(lián)系實(shí)際、貼近學(xué)生生活的真實(shí)問(wèn)題.這樣的試題的不斷出現(xiàn)除了對(duì)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)起積極作用外，一定會(huì)使中學(xué)物理教學(xué)中偏題、怪題不斷減少.

2 批判精神

美國(guó)的《2012中國(guó)SAT考試年度報(bào)告》顯示，參加美國(guó)高校入學(xué)考試SAT的中國(guó)高中生中，只有不到7%的人成績(jī)達(dá)到1800分“及格線”，而達(dá)到美國(guó)優(yōu)質(zhì)大學(xué)普遍要求的2000分以上成績(jī)的更是只占2%.國(guó)家基礎(chǔ)教育課程教材專家夏谷鳴分析了中、美兩國(guó)的高考內(nèi)容后指出，這是由于中國(guó)的教育缺乏對(duì)批判性思維的訓(xùn)練.實(shí)際上，批判性思維的訓(xùn)練是我國(guó)中學(xué)物理教學(xué)的短板.2013年高考物理試題中出現(xiàn)了一些考查學(xué)生批判性思維的好題.

本題的指導(dǎo)性意義不在于進(jìn)行了批判性思維的要求的呈現(xiàn)，而在于對(duì)中學(xué)物理教學(xué)有一個(gè)明確的導(dǎo)向.歷史上電子是湯姆孫發(fā)現(xiàn)的并于1906年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但早在1890年，英國(guó)的舒斯特和德國(guó)的考夫曼均做過(guò)和湯姆孫相同的實(shí)驗(yàn)，甚至得到了精度度更高的結(jié)果，但他們不能打破原子是物質(zhì)組成最小單位的信條，與科學(xué)的發(fā)現(xiàn)失之交臂.科學(xué)的發(fā)展史告訴我們，真理總是相對(duì)的，學(xué)術(shù)沒(méi)有權(quán)威.如果不能質(zhì)疑和批判，我們永遠(yuǎn)不可能是創(chuàng)新者、創(chuàng)造者.誠(chéng)然，中學(xué)物理教學(xué)中如何進(jìn)行批判性思維的訓(xùn)練還有待研究.

3 探究能力

“沒(méi)有探究，就沒(méi)有科學(xué).倡導(dǎo)科學(xué)探究，注重科學(xué)探究質(zhì)量”.這是新課程標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)調(diào)的，自然應(yīng)在高考試題中體現(xiàn)，而且，體現(xiàn)的方式也是多樣的，有理論的探究，也有實(shí)驗(yàn)的探究.

例如，2013年高考北京理綜第24題，所考查的是學(xué)生理論上的探究能力.

對(duì)于同一物理問(wèn)題，常常可以從宏觀與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì).

（1）一段橫截面積為S、長(zhǎng)為l的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子，電子電荷量為e.該導(dǎo)線通有電流時(shí)，假設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率均為v.

（a）求導(dǎo)線中的電流I；

（b）將該導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)線所受安培力大小為F安，導(dǎo)線內(nèi)自由電子所受洛倫茲力大小的總和為F，推導(dǎo)F安＝F.

（2）正方體密閉容器中有大量運(yùn)動(dòng)粒子，每個(gè)粒子質(zhì)量為m，單位體積內(nèi)粒子數(shù)量n為恒量.為簡(jiǎn)化問(wèn)題，我們假定：粒子大小可以忽略；其速率均為v，且與器壁各面碰撞的機(jī)會(huì)均等；與器壁碰撞前后瞬間，粒子速度方向都與器壁垂直，且速率不變.利用所學(xué)力學(xué)知識(shí)，導(dǎo)出器壁單位面積所受粒子壓力f與m、n和v的關(guān)系.

（注意：解題過(guò)程中需要用到、但題目沒(méi)有給出的物理量，要在解題時(shí)做必要的說(shuō)明）

又如，2013年高考浙江理綜第15題，2013年高考全國(guó)新課標(biāo)理綜Ⅰ卷第14題，所考查的則是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的歸因和推理能力.

（2013年高考浙江理綜第15題）如圖4（a）所示，磁卡的磁條中有用于存儲(chǔ)信息的磁極方向不同的磁化區(qū)，刷卡器中有檢測(cè)線圈，當(dāng)以速度v0刷卡時(shí)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).其E-t關(guān)系如圖4（b）所示.如果只將刷卡速度改為v0／2，線圈中的E-t關(guān)系可能是圖5中的

圖4

圖5

（2013年高考全國(guó)新課標(biāo)理綜Ⅰ卷第14題）圖6是伽利略1604年做斜面實(shí)驗(yàn)時(shí)的一頁(yè)手稿照片，照片左上角的3列數(shù)據(jù)如表1.表中第2列是時(shí)間，第3列是物體沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離，第1列是伽利略在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)添加的.根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，伽利略可以得出的結(jié)論是

圖6

表1

（A）物體具有慣性.

（B）斜面傾角一定時(shí)，加速度與質(zhì)量無(wú)關(guān).

（C）物體運(yùn)動(dòng)的距離與時(shí)間的平方成正比.

（D）物體運(yùn)動(dòng)的加速度與重力加速度成正比.

中學(xué)物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性地位耳熟能詳，探究式教學(xué)的課改要求常掛嘴邊，但升學(xué)壓力的巨大，探究過(guò)程常常被簡(jiǎn)化，實(shí)驗(yàn)常常被省略的短平快教學(xué)現(xiàn)象仍然很普遍.高考試題中強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)的考查，強(qiáng)化學(xué)生探究能力的考查仍然是十分必須的.

4 發(fā)散性思維

科學(xué)的本質(zhì)是創(chuàng)新，而創(chuàng)造性思維的主要形式是發(fā)散性思維.中學(xué)物理課堂教學(xué)應(yīng)是創(chuàng)造性思維——發(fā)散性思維訓(xùn)練的主陣地，這又與高考試題對(duì)發(fā)散性試題的考查脈脈相通的.2013高考物理試題中出現(xiàn)了一些考查發(fā)散性思維的好題.

圖7

（2013年高考上海卷物理第28題）如圖7，在半徑為2.5m的光滑圓環(huán)上切下一小段圓弧，放置于豎直平面內(nèi)，兩端點(diǎn)距最低點(diǎn)高度差H為1cm.將小環(huán)置于圓弧端點(diǎn)并從靜止釋放，小環(huán)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)所需的最短時(shí)間為_(kāi)__________s，在最低點(diǎn)處的加速度為_(kāi)___________m／s2.（取g＝10m／s2）

本題的精妙之處在于題干簡(jiǎn)明，問(wèn)題清晰，但因?yàn)閱?wèn)題的情境曲面是圓弧而非斜面使學(xué)生對(duì)時(shí)間的求解陷入了困境.學(xué)生必須利用題目所給的條件：“光滑”、“r?H”，利用發(fā)散性思維，快速聯(lián)想到這是一個(gè)等效的單擺，問(wèn)題迎刃而解.

圖8

又如，2013年高考安徽理綜第20題.如圖8所示，xOy平面是無(wú)窮大導(dǎo)體的表面，該導(dǎo)體充滿z＜0的空間，z＞0的空間為真空.將電荷為q的點(diǎn)電荷置于z軸上z＝h處，則在xOy平面上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷.空間任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)皆是由點(diǎn)電荷q和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷共同激發(fā)的.已知靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為0，則在z軸上z＝h／2處的場(chǎng)強(qiáng)大小為（k為靜電力常量）

這是安徽高考理綜物理選擇題的壓軸題，有相當(dāng)?shù)乃季S深度.由于感應(yīng)電荷分布的復(fù)雜性，本題的求解只能用特殊方法.一些同行給出了“鏡像法”、“對(duì)稱法”和“排除法”求解此題的思路，但一個(gè)根本問(wèn)題沒(méi)解決，這就是：為什么在z＞0的空間，感應(yīng)電荷激發(fā)的電場(chǎng)相當(dāng)于是在z軸上z＝-h處，-q的點(diǎn)電荷發(fā)出的？實(shí)際上，由“已知靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為0”的條件可以設(shè)想，在z＜0的空間，感應(yīng)電荷激發(fā)的電場(chǎng)一定相當(dāng)于是在z軸上z＝h處，-q的點(diǎn)電荷發(fā)出的；這里發(fā)散性思維的運(yùn)用不可或缺.

5 實(shí)踐能力

實(shí)踐能力也是學(xué)生創(chuàng)造能力的重要方面，但在高考題中考查學(xué)生的實(shí)踐能力是很難的一件事.我們欣喜地看到，2013年高考物理試題中出現(xiàn)了一些考察學(xué)生實(shí)踐能力的奇葩.

圖9

例如，2013年高考上海卷物理第13題.如圖9，足夠長(zhǎng)的直線ab靠近通電螺線管，與螺線管平行.用磁傳感器測(cè)量ab上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的大致圖像是圖10中的

圖10

本題設(shè)計(jì)的絕妙之處在于，不親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)，很難通過(guò)理論推導(dǎo)和分析得到正確的答案，這也倒逼中學(xué)物理教學(xué)必須按要求開(kāi)齊、開(kāi)足實(shí)驗(yàn)，并且讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn).

圖11

又如，2013年高考江蘇卷物理第5題.水平面上，一白球與一靜止的灰球碰撞，兩球質(zhì)量相等.碰撞過(guò)程的頻閃照片如圖11所示，據(jù)此可推斷，碰撞過(guò)程中系統(tǒng)損失的動(dòng)能約占碰撞前動(dòng)能的

（A）30%. （B）50%.

（C）70%. （D）90%.

不知命題專家的本意是否是把它當(dāng)做一道實(shí)驗(yàn)題來(lái)命制的，但實(shí)驗(yàn)技能較好的學(xué)生確實(shí)可以用刻度尺測(cè)量圖中碰撞前后小球的間距，通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算求得正確結(jié)果的.這大大降低了試題的難度，考查了學(xué)生的實(shí)踐能力.當(dāng)然，本題也可以根據(jù)彈性碰撞和完全非彈性碰撞的知識(shí)計(jì)算出系統(tǒng)損失能量的極限，得到正確答案.

創(chuàng)新型人才應(yīng)具有的核心要素包括問(wèn)題意識(shí)、批判精神、發(fā)散思維和探究能力.2013年高考物理命題切合新課程，出現(xiàn)了不少考查學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的試題，一定會(huì)對(duì)中學(xué)的創(chuàng)新教育產(chǎn)生積極影響.