沈洪生

摘? ?要：原始物理問題來源于物理現(xiàn)象，其原生態(tài)特點(diǎn)能更大程度地培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力和科學(xué)素養(yǎng)，有著普通物理習(xí)題所不具備的教育功能。就原始物理問題的概念及其與物理習(xí)題、情境類試題的區(qū)別與關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析，得出原始物理問題對中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要性，對新課改背景下的中學(xué)物理習(xí)題教學(xué)改革有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：習(xí)題教學(xué);原始物理問題;物理能力;學(xué)科素養(yǎng)

習(xí)題教學(xué)是高中物理課程中非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。它可以有效地幫助學(xué)生加深和鞏固對物理知識(shí)的理解和應(yīng)用，訓(xùn)練并提高學(xué)生的思維能力，提升學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)，它也是檢測學(xué)生對知識(shí)的掌握情況及達(dá)成的學(xué)科能力素養(yǎng)層級(jí)的主要手段和工具。

習(xí)題課堂，主體是學(xué)生，主導(dǎo)是教師，主角就是“題”了。給學(xué)生練習(xí)訓(xùn)練的叫“習(xí)題”，還有用來考試、檢測、評(píng)價(jià)學(xué)生的叫“試題”。隨著素質(zhì)教育時(shí)代的到來，一種叫“情境題”的試題日益得到推崇和廣泛使用。最新的《中國高考評(píng)價(jià)體系》也明確規(guī)定了要以“情境”作為高考的考查載體，以此承載考查內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)考查要求，選拔人才。這樣，情境試題今后在高考試題中大面積出現(xiàn)是為必然，以情境化命題來訓(xùn)練和考查學(xué)生物理能力和學(xué)科素養(yǎng)的達(dá)成也將是一種主流手段。“原始物理問題”，是情境類試題的母本，對學(xué)生物理能力和學(xué)科素養(yǎng)的培育、檢測、評(píng)價(jià)功能更為強(qiáng)大有效，也更全面。

1? 何謂原始物理問題？它與物理習(xí)題的區(qū)別與聯(lián)系如何？

所謂原始物理問題，是指對自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理現(xiàn)象的描述[ 1 ] 。也就是人們對自然及客觀世界中直接看到的物理現(xiàn)象及對其的疑惑。它不同于物理習(xí)題，它沒有經(jīng)過任何的抽象加工，沒有設(shè)置任何的已知量、未知量，也沒有詳細(xì)的數(shù)據(jù)，它是一個(gè)真實(shí)的物理問題。

例如：

【龜兔賽跑】大家都熟悉“龜兔賽跑”的寓言故事，也都知道原先最被看好的矯健兔子最終輸給了行動(dòng)緩慢的烏龜。請你利用所學(xué)的物理知識(shí)解釋一下兔子失敗的原因，并給它指導(dǎo)一下在哪些環(huán)節(jié)上如何做才可以穩(wěn)獲勝局。

【電風(fēng)扇陰影】一臺(tái)雙葉電扇順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在日光燈的照射下，出現(xiàn)了兩個(gè)扇葉靜止不動(dòng)的陰影。則這時(shí)電扇的轉(zhuǎn)速是多少？若出現(xiàn)了雙葉片陰影緩慢地逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電扇的轉(zhuǎn)速略大（?。┯诙嗌賉 1 ]？

上述兩例就是典型的原始物理問題。它有別于課堂中那種中規(guī)中矩的物理習(xí)題，其重要特征就在于它沒有已知條件，沒有設(shè)置一些必要的物理量數(shù)據(jù)。只是一個(gè)原始物理情境再現(xiàn)，一個(gè)物理事件的描述，進(jìn)而要求答者提出解決其中物理問題的一些方法和思路，然后進(jìn)行建模、測量，指出應(yīng)用哪些物理規(guī)律、物理公式求解出相應(yīng)量以達(dá)到解決命題者提出的問題。

原始物理問題，它沒有已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)定。而解決問題的方法思路是開放的、多維的，甚至是出現(xiàn)不定解的結(jié)果。在解題過程中學(xué)生需依據(jù)自身具備的物理知識(shí)，物理能力、綜合素養(yǎng)去完成問題的解決。

那么教師該如何指導(dǎo)學(xué)生對此類問題的作答并對其作答情況做出評(píng)價(jià)呢？

根據(jù)首都師范大學(xué)邢紅軍教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于原始物理問題教學(xué)研究的理論，原始物理問題的解決必須依以下7個(gè)表征狀態(tài)來對學(xué)生的解決問題能力進(jìn)行測驗(yàn)，即定向表征、抽象表征、圖象表征、賦值表征、物理表征、方法表征和數(shù)學(xué)表征。 [ 1 ]

下面以“電風(fēng)扇陰影問題”為例進(jìn)行解題分析。

（1）定向表征要正確。答題中要第一時(shí)間說出這是個(gè)“頻閃問題”，這是后續(xù)正確解題的大方向。實(shí)測中有不少學(xué)生錯(cuò)誤地將其當(dāng)成一個(gè)“視覺暫留問題”，方向錯(cuò)了，問題肯定就無法得到正確解決。

（2）抽象表征。要把復(fù)雜問題依重點(diǎn)要素進(jìn)行抽象簡化，建立理想化模型。本題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是要求能指出“忽略一切阻力，光源只有日光燈，將電風(fēng)扇陰影問題抽象為頻閃問題”。

（3）賦值表征。解答中按需要設(shè)置相關(guān)已知、未知量，比如電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為N，電風(fēng)扇的角速度為ω，扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為θ，轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為n，轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間為t，等等。要能指出日光燈所用交流電的頻率為50 Hz。

（4）圖象表征。要能在解題過程中正確畫出相關(guān)的模型簡圖、過程分析圖、受力分析力、物理量關(guān)系圖象等。本題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中要求畫出圖1中的三個(gè)圖：a.雙葉電風(fēng)扇順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)簡圖;b.雙葉電風(fēng)扇在日光燈照射下出現(xiàn)兩個(gè)扇葉靜止不動(dòng)的陰影;c.雙葉電風(fēng)扇在某轉(zhuǎn)速下呈現(xiàn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的陰影。

（5）方法表征。要在解題中體現(xiàn)出諸如分析法、分解法、比較法、演繹推理法等思想方法。

（6）物理表征。準(zhǔn)確應(yīng)用物理學(xué)科知識(shí)和物理公式解題。本題中主要有角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式ω=2πN和角速度公式ω=。

（7）數(shù)學(xué)表征。結(jié)合物理公式和關(guān)系式，進(jìn)行合理的數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo)，得出正確數(shù)量結(jié)果。

①因?yàn)槿展鉄粲妙l率為50 Hz的交流電為電源，且要在日光燈亮起來時(shí)，人們才能觀察到電風(fēng)扇葉片位置及其在燈下的對應(yīng)陰影。交流電頻率為50 Hz，日光燈的發(fā)光頻率為100 Hz，即每0.01 s日光燈發(fā)出一次光，頻閃周期為0.01 s。如果雙葉電風(fēng)扇在0.01 s的時(shí)間內(nèi)葉片正好轉(zhuǎn)過π，2π，3π， ……，nπ的角度，則人們總是能夠觀察到如圖b所示的靜止不動(dòng)葉片陰影圖象。

θ=nπ （n=1，2，3，…）

ω== =100nπ（n=1，2，3，…）

又因?yàn)棣?2πN，

解得N== （圈/s） （n=1，2，3，…）

②當(dāng)在日光燈下觀察到的電風(fēng)扇葉片影子緩慢地逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖c所示，這表明在燈兩次發(fā)出光之間，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的角度略小于nπ（n=1，2，3，…）

則θ<nπ （n=1，2，3，…）

又因?yàn)棣?2πN，ω=，t = 0.01 s

聯(lián)立解得N<50 n? （圈/s） （n=1，2，3，…）

所以當(dāng)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速略小于50 n 圈/s （n=1，2，3，…）時(shí)，就可以看到葉片影子緩慢地逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。

由以上解題分析可看出，對原始物理問題的解決，已不再是通常 “解：由已知條件可得……，再寫出公式，列出方程，代入數(shù)據(jù)解得結(jié)果”的套路了。而是要求學(xué)生首先要有扎實(shí)的學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備，正確認(rèn)清問題定向，并發(fā)揮想象，抽象建構(gòu)模型，再畫出分析圖表，設(shè)置或測定相關(guān)量值，綜合運(yùn)用物理知識(shí)和物理規(guī)律、物理公式，通過精確計(jì)算或估算等手段來解決實(shí)際問題。圖2表明了習(xí)題解答只是原始問題解決表征層次的一部分。[ 1 ]

可見，要更加全面地培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力，促進(jìn)中學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)形成，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科育人目標(biāo)。在物理習(xí)題教學(xué)中，應(yīng)適時(shí)適量適度地引入原始物理問題。

2? 傳統(tǒng)習(xí)題課程在培養(yǎng)中學(xué)生物理學(xué)科能力和素養(yǎng)方面的短板

在高中新課程標(biāo)準(zhǔn)編制過程中凝練出了“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的物理學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。新課標(biāo)要求高中物理課程必須圍繞高中學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)要求來開展，以實(shí)現(xiàn)“立德樹人”，培養(yǎng)出能真正解決實(shí)際問題、有創(chuàng)新品質(zhì)人才的遠(yuǎn)大育人目標(biāo)。新課標(biāo)的這個(gè)變化，對高中物理傳統(tǒng)習(xí)題課堂提出了新的要求。

長期以來，國內(nèi)物理教育一直存在“題海戰(zhàn)術(shù)”現(xiàn)象，且愈演愈烈。這是因?yàn)?，很多傳統(tǒng)的物理習(xí)題，學(xué)生在反復(fù)操練以后，就能記好背牢。在考試中遇到同類試題時(shí)，會(huì)很容易地套用一系列的“解題方法”來解出正確結(jié)果，獲得高分。但很多這樣的考生，可能成績優(yōu)秀，實(shí)際上并沒有修成真正意義上的學(xué)科素養(yǎng)，仍只是停留在“死記硬背”模式下形成的比較淺層的技能而已，也不會(huì)具有很高的物理學(xué)科能力。這樣的教育培養(yǎng)出來的多是屬于解得了習(xí)題，但解決不了問題的“非杰出”人才。所以有不少教育專家學(xué)者都在心疼地吶喊，“題海戰(zhàn)術(shù)”培養(yǎng)出來的是做題的機(jī)器，應(yīng)對考試的機(jī)器，培養(yǎng)不出創(chuàng)新型人才的大器。這是因?yàn)?，傳統(tǒng)的習(xí)題教學(xué)，給學(xué)生訓(xùn)練、研究的習(xí)題，基本都是實(shí)證研究型的題目，非生態(tài)研究型題目。很多習(xí)題的情境是經(jīng)過命題者人為設(shè)置且有嚴(yán)格控制的條件并賦予已知量，因此結(jié)論是唯一確定的。這樣的特點(diǎn)導(dǎo)致學(xué)生在長期訓(xùn)練之后形成了僵化的線性和決定性思維模式，而這恰恰是科學(xué)創(chuàng)造的大敵[ 1 ]。而原始物理問題則不同，圖3可以明顯地看出兩者的區(qū)別。

顯然，習(xí)題教學(xué)“掐頭去尾毀中段”，只側(cè)重圖3問題解決鏈條中虛線部分的演算、推導(dǎo)環(huán)節(jié)，致使學(xué)生只知道根據(jù)已知條件去解題，遇到實(shí)際問題則常常束手無策[ 1 ]。而原始物理問題則是因其只完成對原生態(tài)的物理現(xiàn)象進(jìn)行描述，無條件、無已知量，要求學(xué)生要去觀察、分析、思考、建模、賦值、測量、計(jì)算、推導(dǎo)、總結(jié)等才能完成問題解決，充分發(fā)展了學(xué)生的物理能力。

3? 在高中物理習(xí)題課堂中引入原始物理問題教學(xué)的意義重大

（1）能更好地培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力。真正培養(yǎng)出會(huì)解決問題的新型人才而不是培養(yǎng)僅會(huì)機(jī)械解題的普通人才。傳統(tǒng)物理習(xí)題、試題，已經(jīng)被過度理想化、模型化，無法完成對學(xué)生思維的全面訓(xùn)練。有了原始物理問題的介入，才會(huì)真正還學(xué)生以觀察、分析、思考、建模、賦值測量等關(guān)鍵的學(xué)科能力訓(xùn)練，提高科學(xué)素養(yǎng)。

（2）能在一定程度上強(qiáng)化對情境類試題的解題能力培養(yǎng)，助力高考獲取更好成績。情境類試題不是原始物理問題。因?yàn)椴还芩榫扯嘈拢F(xiàn)象講得多真實(shí)，最終它也是被命題者有意無意地模型化了，并設(shè)置了已知量、未知量，它也就是習(xí)題了，同樣不具備原始物理問題所具有的顯化學(xué)生思維品質(zhì)的功能。有了原始物理問題的干預(yù)，可以訓(xùn)練學(xué)生將原始問題抽象建模，賦以已知未知量后形成情境試題，也可以將情境題隱藏模型，減少已知條件，去掉已知量后，還原成原始問題。這樣即可全面培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)，也可提高解題能力。將原始物理問題作為情境題的母本來設(shè)計(jì)，也是教師命制原創(chuàng)試題的一條有效途徑。

（3）能開闊學(xué)生視野，增強(qiáng)對物理的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。楊振寧院士說過，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源。而原始物理問題幾乎都是物理現(xiàn)象，引入這類問題的訓(xùn)練，能有效消除學(xué)生對習(xí)題課的枯燥感和排斥心理。

綜上，在高中物理習(xí)題課教學(xué)中，應(yīng)該注意優(yōu)化習(xí)題課程，強(qiáng)化習(xí)題情境化教學(xué)，適度引入原始物理問題。這樣，對培養(yǎng)學(xué)生的建模能力、科學(xué)思維能力和促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成具有關(guān)鍵作用[ 3 ]。 原始問題具有諸多普通習(xí)題不具備的教育功能，從原始物理問題角度來組織習(xí)題教學(xué)，會(huì)給中學(xué)生能力素養(yǎng)的培養(yǎng)提供一個(gè)新的視角，為有效培養(yǎng)能真正“解決問題”的新型人才教育目標(biāo)提供一個(gè)新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邢紅軍.高中原始物理問題教學(xué)研究 [M].北京： 中國科學(xué)技術(shù)出版社， 2016.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版） [S].北京： 人民教育出版社， 2018：4.

[3] 方文川.基于物理情境創(chuàng)設(shè)的習(xí)題課教學(xué)策略[J].福建基礎(chǔ)教育研究， 2020（5）.