施云芳

（杭州市余杭第二高級(jí)中學(xué)，浙江 杭州 311100）

一、從一個(gè)考題說(shuō)起

浙江省2017 年11 月選考卷有這樣一個(gè)試題：

【例1】 如圖1 所示，照片中的汽車(chē)在水平路面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知圖中雙向四車(chē)道的總寬度約為15m，假設(shè)汽車(chē)受到的最大靜摩擦力等于車(chē)重的0.7 倍，則運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)

A.所受的合力可能為零

B.只受重力和地面支持力作用

C.最大速度不能超過(guò)25m/s

D.所需的向心力由重力和支持力的合力提供

簡(jiǎn)單的應(yīng)試，這道題容易解析：汽車(chē)在水平馬路上做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合外力時(shí)時(shí)刻刻指向圓心，拐彎時(shí)靠靜摩擦力提供向心力，因此排除錯(cuò)誤選項(xiàng)可以選擇C。如果我們的教學(xué)只止步于正確答案，那么學(xué)生的核心素養(yǎng)僅體現(xiàn)在物理觀念層面上，只是從運(yùn)動(dòng)和相互作用觀念的視角，初步解釋了汽車(chē)轉(zhuǎn)彎這一自然現(xiàn)象，而本題的核心問(wèn)題“汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的最大速度”仍然未得到解決，同時(shí)也錯(cuò)失了培育學(xué)生物理核心素養(yǎng)的良好契機(jī)。

若進(jìn)行下一步追問(wèn)“速度是不能超過(guò)25m/s 而不是15m/s”，那又該如何分析？根據(jù)得最大速度，需要知道轉(zhuǎn)彎半徑才能求出v。題目中指出雙向四車(chē)道總寬度15m，這就提示了應(yīng)該按照?qǐng)D示比例來(lái)估算彎道的半徑。根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，觀測(cè)長(zhǎng)度時(shí)會(huì)出現(xiàn)“遠(yuǎn)近高低各不同”的問(wèn)題，但在同一橫線上，長(zhǎng)度的比例大致相同。因此通過(guò)圖片橫向比較，可得彎道的半徑大約是車(chē)道總寬度的4 倍（如圖2），即彎道的半徑大約60m，求得v ＝20.5m/s。

本題通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)也可以判斷：汽車(chē)的速度要是為25m/s，也就是為90km/h，假如問(wèn)一個(gè)沒(méi)學(xué)過(guò)高中物理的司機(jī)：“以90 碼的速度在水平路面上轉(zhuǎn)彎可以嗎？”他一定會(huì)說(shuō)：“這是危險(xiǎn)駕駛，可能會(huì)向外側(cè)翻！”這說(shuō)明司機(jī)可能不知道勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理知識(shí)，但根據(jù)生活常識(shí)他也能做出判斷，而15m/s 的速度相當(dāng)于在城市街道上正常行駛的速度，用這個(gè)速度進(jìn)行大轉(zhuǎn)彎行駛，認(rèn)為安全是有保障的。所謂“讀萬(wàn)卷書(shū)行千里路”，生活經(jīng)驗(yàn)的積累其實(shí)也是一種智慧。

本題以圖片的形式呈現(xiàn)了一個(gè)信息龐雜、客觀真實(shí)的情景，要求學(xué)生從中推算出汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的最大速度，這使人想起20 世紀(jì)60 年著名的“照片泄密案”，據(jù)說(shuō)日本人曾根據(jù)《中國(guó)畫(huà)報(bào)》封面刊出的圖3 這張照片，破譯了大慶油田的許多秘密并贏得商業(yè)先機(jī)。這些源自自然及社會(huì)生產(chǎn)生活中，且未被加工或很少被加工的物理問(wèn)題，我們稱之為原始問(wèn)題。

從【例1】中我們不難發(fā)現(xiàn)，原始問(wèn)題有這樣一些特點(diǎn)：背景的客觀性，現(xiàn)象的復(fù)雜性，條件的隱蔽性，思維的多樣性，結(jié)果的開(kāi)放性。正是原始物理問(wèn)題的這些特點(diǎn)，解決原始的物理問(wèn)題包括一些基本要素：如模型的建構(gòu)、科學(xué)的推理、科學(xué)的論證、質(zhì)疑與創(chuàng)新。因此，原始的物理問(wèn)題對(duì)于培養(yǎng)高中學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，以及培養(yǎng)高中學(xué)生科學(xué)的思維方式有著獨(dú)特的教育價(jià)值功能。

二、原始物理問(wèn)題的理論建構(gòu)

皮亞杰雙重建構(gòu)的理論指出：對(duì)知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程是主體客體相互影響的過(guò)程，其中蘊(yùn)涵了雙向的建構(gòu)過(guò)程，通過(guò)環(huán)境中得到的信息提煉轉(zhuǎn)化成認(rèn)知的結(jié)構(gòu)框架，即內(nèi)化建構(gòu)的過(guò)程，而形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)能反過(guò)來(lái)作用于外部環(huán)境，即外化建構(gòu)的過(guò)程。在物理教學(xué)中，教師向?qū)W生傳授物理知識(shí)的過(guò)程，本質(zhì)上是一個(gè)認(rèn)識(shí)的內(nèi)化建構(gòu)過(guò)程，而后者外化建構(gòu)過(guò)程是讓學(xué)生用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)來(lái)解決某些實(shí)際物理問(wèn)題的過(guò)程。

在當(dāng)前的物理教學(xué)中，我們往往習(xí)慣把物理課程的內(nèi)容開(kāi)展得井然有序，對(duì)學(xué)生可能出現(xiàn)的問(wèn)題逐一警示勸誡，盡量不給學(xué)生在課后物理練習(xí)中留下疑點(diǎn)和難點(diǎn)，即對(duì)學(xué)生自己內(nèi)化建構(gòu)給予了足夠的重視。需要不斷強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生在聽(tīng)講、解題、應(yīng)試等過(guò)程中，始終針對(duì)內(nèi)化建構(gòu)進(jìn)行活動(dòng)開(kāi)展。因?yàn)椋瑐鹘y(tǒng)的物理習(xí)題往往是直接給出抽象、簡(jiǎn)化的物理模型，偏向訓(xùn)練演算和推理，一般都會(huì)給出相應(yīng)的物理量或已知條件，學(xué)生只需運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，按常規(guī)方法即可以自行解決問(wèn)題，這在很大程度上是模仿。顯然，外化建構(gòu)的過(guò)程被忽視了。

人的思維方式在學(xué)習(xí)中不斷提升，通過(guò)認(rèn)知的過(guò)程是把腦海里原有的固化模型被新的認(rèn)知打破平衡，產(chǎn)生了對(duì)認(rèn)知體系和方式的改變或是重組，從而讓原有的思考模式得到提升。物理教學(xué)中的習(xí)題和原始的物理問(wèn)題有著一定程度的區(qū)別，通過(guò)前者物理習(xí)題的教學(xué)方法讓學(xué)生形成和鞏固為已有的正確的認(rèn)識(shí)水平，而后者提出的原始物理問(wèn)題會(huì)激發(fā)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，修正已有的思維方式和水平，從而起到一個(gè)動(dòng)態(tài)前進(jìn)的平衡狀態(tài)。原始物理問(wèn)題的呈現(xiàn)方式是對(duì)周?chē)鎸?shí)情景的具體描述，學(xué)生一般沒(méi)有現(xiàn)成效仿的原型，而某些已知條件又具有遮蔽性，需要自己聯(lián)系實(shí)際生活和常識(shí)，對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行分析、評(píng)估來(lái)獲取，內(nèi)化自主的建構(gòu)實(shí)際的物理模型。從某種程度上說(shuō)，我們進(jìn)行的傳統(tǒng)物理的習(xí)題教學(xué)是讓學(xué)生運(yùn)用生活中經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)解決間接經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題，而原始物理問(wèn)題教學(xué)則是學(xué)生運(yùn)用間接經(jīng)驗(yàn)知識(shí)解決直接經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題。解決原始的物理問(wèn)題的過(guò)程也是學(xué)生達(dá)成內(nèi)化建構(gòu)和外化建構(gòu)相互統(tǒng)一的過(guò)程。

三、開(kāi)展原始物理問(wèn)題的教學(xué)策略

需要指出的是，【例1】命題也不能完全算是一個(gè)原始問(wèn)題，試題給出的一些數(shù)據(jù)是學(xué)生通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)可以獲得的，所給出的選項(xiàng)也是值得進(jìn)一步商榷。這也反映了命題者投鼠忌器的兩難境地心理，一方面期望能把學(xué)生真實(shí)的能力水平通過(guò)考試體現(xiàn)出來(lái)，能讓高考命題對(duì)中學(xué)物理的教學(xué)發(fā)揮引領(lǐng)方向的作用，因此采用通過(guò)原始的物理問(wèn)題來(lái)取代傳統(tǒng)習(xí)題訓(xùn)練。但是這樣的方式會(huì)使得分率較少，成績(jī)不理想，進(jìn)而對(duì)中學(xué)物理的教學(xué)現(xiàn)狀造成很大的沖擊。而且【例1】命題是以選擇題的形式出現(xiàn)，有猜測(cè)得分的機(jī)會(huì)，掩蓋了會(huì)與不會(huì)的界線，不能反映解題思路，不利于綜合測(cè)量、評(píng)價(jià)等高層次目標(biāo)。

正是由于這兩方面的因素，原始物理問(wèn)題內(nèi)在的教學(xué)價(jià)值易被忽視。但也正是【例1】這一命題思路給我們的教學(xué)一些啟示：可以在傳統(tǒng)習(xí)題與原始問(wèn)題的互補(bǔ)中，尋找兩者之間互補(bǔ)的結(jié)合點(diǎn)，以提升習(xí)題教學(xué)的質(zhì)量。

（一）挖掘傳統(tǒng)習(xí)題中的核心素養(yǎng)要素，引導(dǎo)思維方式的轉(zhuǎn)變

強(qiáng)調(diào)原始物理問(wèn)題的教學(xué)功能，并非否定傳統(tǒng)習(xí)題教學(xué)的重要作用。應(yīng)堅(jiān)持發(fā)揮好傳統(tǒng)習(xí)題在幫助學(xué)生鞏固和加深知識(shí)理解、培養(yǎng)初步運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題能力等方面的積極作用。同時(shí)，要努力挖掘傳統(tǒng)習(xí)題中的物理核心素養(yǎng)要素，改進(jìn)習(xí)題教學(xué)模式。

每個(gè)物理習(xí)題都會(huì)體現(xiàn)出某種物理本質(zhì)，在解決問(wèn)題的同時(shí)還要考慮物理習(xí)題所體現(xiàn)的物理本質(zhì)，學(xué)會(huì)多角度多層次來(lái)思考問(wèn)題，討論在不同的環(huán)境條件下解決問(wèn)題的策略方案，還要聯(lián)系有關(guān)的物理現(xiàn)象，由單純的習(xí)題回到復(fù)雜的生活中，用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)來(lái)解決實(shí)際生活中的問(wèn)題，并逐步推移到更加寬廣的領(lǐng)域中，學(xué)到更多的東西。

【例2】（浙江2015 年10 月選考卷）為了從坦克內(nèi)部觀察外部目標(biāo)，在厚度為20cm 的坦克壁上開(kāi)了一個(gè)直徑為12cm 的孔，若在孔內(nèi)分別安裝由同一種材料制成的如圖4 所示的玻璃，其中兩塊玻璃的厚度相同。坦克內(nèi)的人在同一位置通過(guò)玻璃能看到的外界的角度范圍是

A.圖a 的大于圖b 的 B.圖a 的小于圖c 的

C.圖b 的小于圖c 的 D.圖b 的等于圖c 的

本題似乎是一個(gè)傳統(tǒng)的習(xí)題，也與生活中的窺視鏡等實(shí)際問(wèn)題緊密聯(lián)系。試題要求比較三種情形下的觀察范圍的大小，定性分析不難得出，圖a 的觀察范圍最大，而通過(guò)圖5 所示光路圖（圖中虛線部分表示玻璃磚平移后的光路）可知，圖b 與圖c 的觀察范圍相同，選項(xiàng)AD 正確。問(wèn)題是解決了，但學(xué)生能從這一解析中學(xué)到什么？能否把所學(xué)到的遷移到新的問(wèn)題情景中去解決問(wèn)題呢？顯然難說(shuō)。以上解析只是就題論題，并沒(méi)有抓住該題的物理本質(zhì)。該題所要體現(xiàn)的物理本質(zhì)是什么？可以從以下幾個(gè)層次來(lái)剖析：

①問(wèn)題的表征：如何比較圖b 與圖c 兩種情形的觀察范圍大小？學(xué)生也自然會(huì)想到用作圖法來(lái)求解，但學(xué)生一般只會(huì)在原題圖中做出圖6、圖7 所示的結(jié)果。顯然，從兩圖的對(duì)比中是無(wú)法比較觀察范圍的大小。

②比較的方法：這就涉及到用比較的方法討論問(wèn)題，即只有在共性的前提下才能比較出差異。只有把圖6 和圖7 合在一起，即如圖5 所示的情形，才能得出比較結(jié)果。然而，作為一個(gè)考題，要求學(xué)生在時(shí)間高度緊張的情況下做出這種思維選擇是不符合實(shí)際情況的。

③問(wèn)題的實(shí)質(zhì)：本題所需要考查的物理本質(zhì)是什么呢？是相關(guān)性分析，即分析觀察范圍與什么因素有關(guān)？推而言之是平行玻璃磚對(duì)光線的偏折與什么因素有關(guān)？根據(jù)所學(xué)知識(shí)可知，影響平行玻璃磚對(duì)光線的偏折的因素有二：一是玻璃折射率，二是玻璃磚厚度，而與玻璃的前后位置無(wú)關(guān)，由此可得圖b 與圖c 的觀察范圍相同。生活中配眼鏡時(shí)會(huì)選擇鏡片材料折射率大一些以降低鏡片的厚度（重量）就是這個(gè)道理。

④基于智慧的解決策略：至此物理問(wèn)題解決了，但還有沒(méi)有另外的思考角度呢？如果注意到題干中并沒(méi)有標(biāo)明“坦克內(nèi)部”是在玻璃的左側(cè)，還是右側(cè)，那么可以進(jìn)行如下推論：若觀察范圍與玻璃的前后位置有關(guān)，則左、右變換觀察點(diǎn)時(shí)，圖b與圖c的觀察范圍的大小關(guān)系是互換的，即是不確定的，這從命題邏輯上講是錯(cuò)誤的，也就意味著圖b 與圖c 的觀察范圍是相同的。

（二）重視從原始物理問(wèn)題向傳統(tǒng)習(xí)題轉(zhuǎn)換的訓(xùn)練

學(xué)生遇到原始問(wèn)題時(shí)的困難，主要表現(xiàn)為面對(duì)一個(gè)信息龐雜、已知條件隱蔽的問(wèn)題時(shí)，思維紊亂，缺乏程序化。因此，在教學(xué)中要重視從原始物理問(wèn)題向傳統(tǒng)習(xí)題轉(zhuǎn)換的訓(xùn)練，讓學(xué)生的思維處于與信息、知識(shí)的多向流通和不斷碰撞中，促進(jìn)思維系統(tǒng)從量變到質(zhì)變，由無(wú)序逐漸演進(jìn)到新的有序。

從原始的物理問(wèn)題出發(fā)，到物理習(xí)題的訓(xùn)練，其實(shí)牽涉到他們之間的關(guān)系，簡(jiǎn)而言之這種外在的變換是通過(guò)原始的物理問(wèn)題中提到的物理現(xiàn)象以及事實(shí)，用物理的語(yǔ)言描述、表征后，再用條件中給出的物理知識(shí)做出辨析，運(yùn)用邏輯規(guī)律、簡(jiǎn)化抽象等一些科學(xué)的思維方法進(jìn)行理想的模型化提煉，最終找出求解過(guò)程中需要用到的物理量作為已知條件，把求解的量和已知量之間的關(guān)系找出來(lái)，對(duì)潛在的結(jié)果和可能再進(jìn)行限定，得到難度適中的物理習(xí)題。

在課堂教學(xué)中，教師提出某個(gè)現(xiàn)象中的原始物理問(wèn)題，讓學(xué)生簡(jiǎn)化抽象成理想化的物理模型，并給出一些可以測(cè)量或計(jì)算的相關(guān)量，設(shè)計(jì)好適合研究的習(xí)題。通過(guò)這樣的方式讓學(xué)生抓住原始物理問(wèn)題中的核心，從而培養(yǎng)學(xué)生篩選信息、分析問(wèn)題、建立模型、解決問(wèn)題的能力。剛開(kāi)始使用原始物理問(wèn)題時(shí)，可以多給定一些相關(guān)數(shù)據(jù)，以降低試題的難度。隨著教學(xué)的深入，可以逐步去掉所有的數(shù)據(jù)信息。

如在學(xué)過(guò)瞬時(shí)速度概念后，可以給出如圖8 所示是由高速攝影機(jī)拍攝的子彈穿過(guò)蘋(píng)果的照片，讓學(xué)生去設(shè)計(jì)方案，求得子彈的飛行速度？

①對(duì)象建模：雖然子彈飛行中有自轉(zhuǎn)，但為簡(jiǎn)化問(wèn)題，不研究轉(zhuǎn)動(dòng)，可視為質(zhì)點(diǎn)；

②過(guò)程建模：由于曝光時(shí)間很短，豎直方向的運(yùn)動(dòng)和減速效應(yīng)可不考慮，子彈的運(yùn)動(dòng)可視為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)；

③挖掘信息：曝光時(shí)間內(nèi)子彈是否有位移？應(yīng)該有，但為何沒(méi)有顯示呢？因?yàn)槠毓鈺r(shí)間太短，子彈位移很小。子彈位移小到多少時(shí)照片上就顯示不出了呢？子彈前后錯(cuò)開(kāi)的距離大概為子彈長(zhǎng)度的1%～2%，這時(shí)用肉眼就無(wú)法區(qū)分；

④估值：對(duì)于子彈的長(zhǎng)度，學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，但可對(duì)比蘋(píng)果的幾何尺寸獲取，曝光時(shí)間則可查閱相關(guān)資料獲取，由此即可估算得子彈飛行速度。

⑤評(píng)估與反思：將求得的數(shù)值與通常情形下子彈的速度對(duì)照是否一致，如果不一致，則需要反思所建立的模型是否正確，所選取的數(shù)值是否合理，等等。

原始的物理問(wèn)題中所涉及的物理量往往隱藏在真實(shí)的物理情境中，需要學(xué)生對(duì)信息分層辨析剝離出來(lái)，隨之物理的模型也會(huì)“破繭而出”。只有通過(guò)這樣的訓(xùn)練，學(xué)生才有可能真正了解物理建模的條件，深刻體會(huì)、理解物理模型的實(shí)質(zhì)，從而真正掌握建立物理模型的方法。近年來(lái)高考試題中出現(xiàn)了很多利用原始物理問(wèn)題的素材對(duì)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)進(jìn)行考察的題目，讓學(xué)生通過(guò)平時(shí)的訓(xùn)練感知學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣，在樂(lè)趣中掌握知識(shí)，并也能在高考的中贏得信心取得好成績(jī)。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，原始的物理問(wèn)題既蘊(yùn)涵了普適物理規(guī)律的知識(shí)鏈，又承載了豐富的物理核心素養(yǎng)教育目標(biāo)，也體現(xiàn)著“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的物理課程理念。把原始的物理問(wèn)題作為物理習(xí)題教學(xué)的一項(xiàng)補(bǔ)充，它是提升物理教學(xué)的重要切入點(diǎn)，能使物理教學(xué)從傳統(tǒng)純粹的知識(shí)傳授模式中走出來(lái)，實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)傳授與物理核心素養(yǎng)提升相結(jié)合，真正地促進(jìn)物理教育中核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。