潘巨升

【內(nèi)容摘要】教師指導(dǎo)學(xué)生合作探究解決原始問題，不僅提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，還可以養(yǎng)成觀察生活中的現(xiàn)象，找出與物理學(xué)有關(guān)問題的習(xí)慣，進(jìn)而養(yǎng)成探究生活中物理問題的習(xí)慣。本文結(jié)合新課程實(shí)踐，闡釋了原始物理問題的內(nèi)涵，探討了有效滲透原始問題提升學(xué)生素養(yǎng)的教學(xué)策略，并且提出了有關(guān)注意問題。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)素養(yǎng) 原始問題 教學(xué)策略 注意問題

高中新課標(biāo)的基本理念之一就是“加強(qiáng)與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會(huì)及科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注物理學(xué)的技術(shù)應(yīng)用所帶來的社會(huì)問題”。近幾年的高考試卷中漸漸出現(xiàn)了一些“準(zhǔn)原始物理問題”如信息題、情境題等，基本上做到了貼近學(xué)生實(shí)際，聯(lián)系學(xué)科前沿，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的原則，體現(xiàn)了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的考查方向。物理教學(xué)中應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生喜歡觀察生活中的現(xiàn)象且找出與物理學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象，并試圖運(yùn)用已學(xué)物理知識(shí)來解釋。因此，高中物理教學(xué)適度適時(shí)滲透原始問題，既有利于物理教學(xué)回歸生活，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)作風(fēng)，同時(shí)也有利于學(xué)生掌握科學(xué)思想方法，提高解決實(shí)際問題的能力，從而提升綜合科學(xué)素養(yǎng)。

一、原始物理問題內(nèi)涵闡釋

所謂原始物理問題，是指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理問題，也稱作實(shí)際問題。它來自真實(shí)的生活情境，只是對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行了描述，對(duì)學(xué)生來說是非常規(guī)的，不能靠簡單的模仿來解決，其中隱含的物理問題需要學(xué)生自己提出、求解并做出解釋，具有趣味性和挑戰(zhàn)性；并且需要學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行一系列加工才能得出答案，且答案不一定是唯一的。與之相對(duì)應(yīng)的是抽象物理問題，即傳統(tǒng)的物理習(xí)題，是從實(shí)際問題中分析、簡化、抽象，經(jīng)人為加工出來的物理問題。對(duì)學(xué)生來說是常規(guī)的，通過簡單的模仿就可以解決，一般具有唯一答案。

原始問題的表述形式是對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字?jǐn)⑹龅姆绞匠尸F(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，與習(xí)題顯著不同的是：沒有習(xí)題中常常給定的已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)置。典型的原始問題與習(xí)題舉例如下：

①大部分人認(rèn)為坐在汽車?yán)飸驯雰菏前踩?，現(xiàn)在請(qǐng)你估測一下，在發(fā)生于瞬間的撞車事故中，需要多大的力才能抱住嬰兒？

②嬰兒由成人抱著坐在汽車?yán)镆彩呛懿话踩?，?qǐng)計(jì)算：在一起發(fā)生在0.1s的撞車事故中，若撞車前車速為60km/h，那么成人需要多大的力才能抱住一個(gè)重l0kg的嬰兒？

根據(jù)原始問題與習(xí)題的概念不難看出第一個(gè)問題是原始問題，第二個(gè)問題是習(xí)題。雖然看起來是同一個(gè)問題，但對(duì)學(xué)生解決問題能力的要求顯然是不同的。第一個(gè)問題給人親臨現(xiàn)場解決問題的感覺，解決問題所需要的物理量、數(shù)據(jù)都沒有明確地給出，這需要學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)物理知識(shí)明確解決問題所需要的物理量，進(jìn)而想辦法測量、尋找證據(jù)。因此解決這個(gè)問題需要學(xué)生具有一定得科學(xué)探究能力和問題解決能力。并且通過解決這個(gè)問題可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)的物理知識(shí)不僅僅是用作考試的，也可運(yùn)用它解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。

第二個(gè)問題看起來似乎和第一個(gè)問題是同一個(gè)問題，但問題已經(jīng)經(jīng)過命題者的抽象、加工，所需物理量、數(shù)據(jù)都已給出，學(xué)生只要找到解決問題所需要的公式，經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算問題就解決了?？梢姡紗栴}來自真實(shí)的生活情境，它具有客觀真實(shí)性、開放性、隱蔽性和遷移性等特點(diǎn)。

二、有效滲透原始問題的教學(xué)實(shí)踐

1.依托實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

①運(yùn)用日常器具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。物理實(shí)驗(yàn)不能局限于實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有儀器和設(shè)備，學(xué)生身邊的日常器具也是重要的實(shí)驗(yàn)資源。正所謂：“瓶瓶罐罐皆儀器，拼拼湊湊搞研究”。使用日常器具做實(shí)驗(yàn)，具有簡易、直觀、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)外，更有利于學(xué)生課外自己操作，以發(fā)展學(xué)生獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。例如在探究單擺周期與擺長關(guān)系時(shí)，可運(yùn)用生活中常見的東西：小金屬球、繩子、鉛筆和膠帶組成單擺，并運(yùn)用此單擺來探究單擺周期與擺長的關(guān)系。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中能充分觀察物理現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的全過程，體驗(yàn)探究的過程，拉近物理學(xué)習(xí)與學(xué)生生活的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣。原始問題與學(xué)生的生活密切相關(guān)，在解決原始問題時(shí)利用日常器具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更容易激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣，使學(xué)生開動(dòng)腦筋，利用自己制作的儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成自己提出的問題，發(fā)現(xiàn)隱藏其中的物理原理，這樣更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

②開展分組實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)組織引導(dǎo)。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是在教師指導(dǎo)下，主要由學(xué)生獨(dú)立完成的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。做分組實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)學(xué)生不能放任自流，應(yīng)有控制。實(shí)驗(yàn)前根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的需要和學(xué)生的具體情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。一個(gè)班級(jí)的學(xué)生，有的善于動(dòng)手，有的善于思考，有的表達(dá)能力強(qiáng)，教師可以將不同類型的學(xué)生合理分配，進(jìn)行分工。這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，合作交流能力，又可以揚(yáng)長避短因材施教增強(qiáng)學(xué)生的自信心。例如，在探究單擺周期與擺長的關(guān)系時(shí)：

首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求教師可將學(xué)生分成每四人一組，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行分工：實(shí)驗(yàn)材料的管理員、觀察實(shí)驗(yàn)的紀(jì)錄員、代表小組的交流匯報(bào)員等。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)在教師的指導(dǎo)下每小組利用小球、繩子、鉛筆和膠帶這些材料完成如下工作：用膠帶將鉛筆的一端固定在桌子旁邊，鉛筆的另一端露出桌子的邊沿；把小球系在繩子一端，繩子的另一端系在露出桌邊的鉛筆上；由小球、鉛筆和繩子組成的擺能夠自由擺動(dòng)；測量小球在1分鐘內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)；各小組的紀(jì)錄員把測量結(jié)果紀(jì)錄在事先設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)表中。當(dāng)全班各小組學(xué)生測量的數(shù)據(jù)都通過投影儀展示出來時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)小組記錄的擺動(dòng)次數(shù)都不相同。一場關(guān)于為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的熱烈討論開始了。這樣將原始問題情境展現(xiàn)出來，可以激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象及提出問題發(fā)現(xiàn)問題的能力。

第二，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題的答案進(jìn)行猜測和假設(shè)。通過討論學(xué)生認(rèn)為，造成擺動(dòng)次數(shù)差異的可能是：擺動(dòng)次數(shù)測量的不對(duì)或時(shí)間測量的不準(zhǔn)；繩子的長度不同；小球的質(zhì)量不同……通過討論交流，學(xué)生對(duì)問題答案做出猜測與假設(shè)，既培養(yǎng)了學(xué)生合作交流的能力，又培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)行猜測與假設(shè)的能力。

第三，制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。每個(gè)小組都選擇了一個(gè)猜測，并針對(duì)這個(gè)猜測在教師的引導(dǎo)下，小組內(nèi)同學(xué)通過合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這樣就有效培養(yǎng)了學(xué)生制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

第四，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)。各小組同學(xué)分別按自己的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃實(shí)施實(shí)驗(yàn)，并收集有用的數(shù)據(jù)。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和收集數(shù)據(jù)的能力。

第五，分析與論證。通過對(duì)每個(gè)小組所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn)，擺動(dòng)的次數(shù)與繩子的長度有關(guān)，與擺的質(zhì)量和振幅沒有關(guān)系。這也有助于培養(yǎng)學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

第六，注意探究活動(dòng)中未解決的矛盾，發(fā)現(xiàn)新的問題的能力得到培養(yǎng)。通過上面的探究得出了結(jié)論，證實(shí)了擺動(dòng)次數(shù)的差異是由于繩子的長度不同造成的。那么擺動(dòng)次數(shù)隨著繩子的長度的變化怎樣變化呢？于是，新的問題提出來了。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，學(xué)生得出了結(jié)論：固定時(shí)間內(nèi)，物體的擺動(dòng)次數(shù)隨著繩子長度的減小而增加。那么單擺的周期應(yīng)該也是隨著繩子的長度（即擺長的減小）而減小的。這時(shí)又有學(xué)生會(huì)問，周期和擺長之間的定量關(guān)系是怎樣的？于是又一個(gè)新的問題被提出來了。

2.引入生活問題，培養(yǎng)問題解決能力

教師應(yīng)該利用學(xué)生所熟知的生活現(xiàn)象和自然現(xiàn)象、組織學(xué)生親身體驗(yàn)的小活動(dòng)、分析物理學(xué)史上物理學(xué)家們所遇到的困難和問題或分析科有關(guān)科學(xué)前沿的新聞資料所介紹的現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)原始問題情境，以激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。例如上面的問題①：大部分人認(rèn)為坐在汽車?yán)飸驯雰菏前踩?，現(xiàn)在請(qǐng)你估測一下，在發(fā)生于瞬間的撞車事故中，需要多大的力才能抱住嬰兒？如何解決這個(gè)原始物理問題呢？首先要建立物理模型，根據(jù)我們所學(xué)的物理知識(shí)，找出問題中可能需要的物理量，并估計(jì)其數(shù)據(jù)的大小。（具體解答略）

3.促進(jìn)自主學(xué)習(xí)，有效掌握知識(shí)

原始問題比常規(guī)習(xí)題更富有挑戰(zhàn)性和趣味性，故更易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情、引發(fā)深度學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量。原始問題解決過程既是對(duì)學(xué)生閱讀審題、觀察分析、信息素養(yǎng)等能力培養(yǎng)的途徑，同時(shí)又有很多參與討論、師生互動(dòng)合作探究的機(jī)會(huì)，促進(jìn)了自主學(xué)習(xí)，有利于更好地理解和建構(gòu)知識(shí)，有效掌握知識(shí)。而在學(xué)習(xí)完“曲線運(yùn)動(dòng)”一章后，可以將下面的原始問題留給學(xué)生課后完成：教師一手提著細(xì)繩的一端，細(xì)繩的另一端掛一重物，使重物保持不動(dòng)。突然教師將重物偏開某一角度釋放，使重物擺動(dòng)起來，突然繩子斷了（如圖所示）。

學(xué)生就會(huì)問：繩子為什么會(huì)斷。此時(shí)教師需要進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生：關(guān)于繩子為什么會(huì)斷，請(qǐng)同學(xué)們?cè)谡n下運(yùn)用本章所學(xué)知識(shí)來解釋，并設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測定你所使用的細(xì)線的極限強(qiáng)度（即線的極限張力）。建議全班同學(xué)按興趣或特長自由組合成為四個(gè)小組，在課下完成探究，兩天后在課堂上由小組推選代表將他們的探究情況向大家匯報(bào)。之后全班討論各組的探究過程，比較各小組的優(yōu)缺點(diǎn)，以改進(jìn)自己的探究方案。

4.借助原始問題滲透科學(xué)思想方法和情感態(tài)度價(jià)值觀教育

學(xué)生面對(duì)一個(gè)客觀真實(shí)的原始物理問題，如果找不到可以拿來仿效的原型，也沒有既得的經(jīng)驗(yàn)可以作為指導(dǎo)，只能通過獨(dú)立思考，不斷嘗試，對(duì)問題進(jìn)行探索。這個(gè)探索過程將使學(xué)生的思維脫離線性的平衡狀態(tài)而進(jìn)入非線性思維狀態(tài)，引發(fā)學(xué)生的各種想象、直覺、靈感等并在問題解決的全過程中。學(xué)生常常必須經(jīng)歷分析問題、選擇模型、建構(gòu)模型、分析模型等環(huán)節(jié)，需要使用假設(shè)、等效等多種科學(xué)方法，從而真正促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

還有一些原始物理問題要涉及到信息的處理和計(jì)算，例如：在2008年的奧運(yùn)會(huì)上，我國跳水運(yùn)動(dòng)員以優(yōu)美的動(dòng)作為我國贏得多塊金牌，而現(xiàn)代競技跳水的跳水池規(guī)格一般為25米25米（長寬），那么跳水池的深度應(yīng)該是多少才能使運(yùn)動(dòng)員展現(xiàn)優(yōu)美動(dòng)作而且沒有危險(xiǎn)呢？對(duì)于該問題，學(xué)生需要分析問題切入點(diǎn)。一要以人為本，池足夠深而不致危險(xiǎn)；二要符合節(jié)約型理念，不需太深。要考慮到落水前速度、入水后人體的受力模型分析，需要估算人體體重、查閱一些水阻力系數(shù)、阻力公式等信息，再通過牛頓第二定律列式求解。最終可得跳水池的深度應(yīng)該在5m以上，以保證運(yùn)動(dòng)員的安全，又不會(huì)造成成本資源浪費(fèi)。可見，教師適當(dāng)引入生活中的各種現(xiàn)象，可以引導(dǎo)學(xué)生多思考其背后的原始物理問題，讓他們學(xué)會(huì)觀察和思考提出問題以及學(xué)會(huì)解答問題，在問題解決過程中有效滲透科學(xué)思想方法和情感態(tài)度價(jià)值觀教育，落實(shí)三維課程目標(biāo)。

三、物理教學(xué)中引入原始問題的深層次思考

1.選擇適切的原始問題素材，增強(qiáng)教學(xué)針對(duì)性

原始問題來源于我們身邊的客觀現(xiàn)象。為此，教師應(yīng)思考何時(shí)需要引入原始問題、目的何在？要根據(jù)教學(xué)的需要有選擇地引用。而不是將所有問題都原始化，關(guān)鍵是運(yùn)用要適切。例如：體育競技中的緩沖、踢球和投擲技巧、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等現(xiàn)象中的原始物理問題，適合引入到運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)中，可達(dá)到使抽象的物理知識(shí)形象具體化、啟發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的目的。類似的例子不勝枚舉。

2.注意習(xí)題與原始問題的相互轉(zhuǎn)換

從原始問題轉(zhuǎn)換到習(xí)題，旨在培養(yǎng)學(xué)生的建模能力；從習(xí)題轉(zhuǎn)換到原始問題，旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)生活現(xiàn)象的觀察力和問題意識(shí)。例如，在學(xué)習(xí)了動(dòng)量定理，從習(xí)題訓(xùn)練切換到探索“飛鳥與飛機(jī)相撞的危害？”、“運(yùn)動(dòng)員摔跤后在地面翻滾的作用？”等原始問題，可深化學(xué)生對(duì)沖力與作用時(shí)間關(guān)系的理解，感悟物理就在身邊、蘊(yùn)含于生活現(xiàn)象中。原始物理問題既保持了真實(shí)世界的“原汁原味”，又是隱含深刻物理學(xué)規(guī)律的知識(shí)鏈。把它作為習(xí)題教學(xué)的一種補(bǔ)充、提升和問題解決教學(xué)的重要切入點(diǎn)，更能體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的新課程理念，符合科學(xué)教育的培養(yǎng)目標(biāo)。它將拓展教育工作者的教育視野，引起人們思維方式的轉(zhuǎn)變。

3.有效發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助作用

數(shù)據(jù)處理是實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，有些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理比較繁瑣，并且由于不同的人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有不同的認(rèn)識(shí)，每個(gè)人的處理數(shù)據(jù)的方法習(xí)慣不同，很容易造成一些不必要的誤差。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這個(gè)問題很容易解決，教師可以提前將公式進(jìn)行編程，根據(jù)測量結(jié)果代入數(shù)據(jù)由程序完成計(jì)算任務(wù)，減輕師生的計(jì)算量，使學(xué)生有時(shí)間對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行回顧，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行思考，也便于檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確，有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＴ趯?shí)驗(yàn)中往往還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，并從圖像上得到一些有用的數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論打好基礎(chǔ)。通過繪圖，在圖像上可以一目了然看出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的好壞，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪圖像可以定性地得出數(shù)據(jù)所遵循的規(guī)律，為定量分析打好基礎(chǔ)。以前繪圖是用手工在繪圖坐標(biāo)紙上完成的，繪圖時(shí)誤差較大，往往是同一組數(shù)據(jù)，不同人所得的繪圖不完全一樣，無形中引入了實(shí)驗(yàn)誤差。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)用軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行繪圖，能較好的解決上述問題，有利于我們分析圖像，得出有用的正確結(jié)論。

4.積極開展課外活動(dòng)，延伸探究活動(dòng)空間

目前高中師生面臨的主要壓力仍是高考，教師不可能將大量時(shí)間用于探究式教學(xué)，學(xué)生的大部分時(shí)間還是用到習(xí)題上，因此學(xué)生的探究能力得不到很好的培養(yǎng)。將原始問題引入物理教學(xué)中，就會(huì)使學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)觀察生活中的現(xiàn)象，尋找與物理學(xué)相關(guān)問題的習(xí)慣，在課外學(xué)生也愿意參加各種探究活動(dòng)，因而教師就可以將解決原始問題以課外探究活動(dòng)的形式留給學(xué)生，使學(xué)生在課下對(duì)原始問題進(jìn)行思考探究，以培養(yǎng)其科學(xué)探究能力。例如，一輛汽車陷入郊外的泥坑中，四周空無一人，只是在不遠(yuǎn)處有一顆大樹，現(xiàn)在車內(nèi)僅有一條足夠長、足夠結(jié)實(shí)的繩子。請(qǐng)問司機(jī)如何才能運(yùn)用自己的力量把車從泥坑中拉出來？要求，把問題轉(zhuǎn)化為物理問題，并寫出完整的解決方案，問題解決后，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡單易行的實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證你的拉車方法。學(xué)生通過在課外合作探究解決原始問題，可以有效激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力和問題解決能力，進(jìn)而提升綜合科學(xué)素養(yǎng)。

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