新課程理念下物理開放題的教學探索

不可否認，在新課程改革中，課堂教學仍是學生學習的主陣地。因此，在物理教學中對學生素質的培養與習題的練習是分不開的。例題和習題的形式和質量如何設置，直接關系到它們是否能起到培養學生能力、發展學生智力，是否能讓學生學會發現問題、分析問題和解決問題。物理開放題隨新課程的實施應運而生，在目前強調創新教育的背景下更加顯示出其在培養學生的科學素質方面的重要作用。

目前有許多高考題就是以開放題的形式出現的，如(2003江蘇卷，19)圖1為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小物塊A，上端固定在C點且與能測量繩的拉力的測力傳感器相連。已知有一質量為m0的子彈B沿水平方向以速度v0射入A內(未穿透)，接著兩者一起繞C點在豎直平面內做圓周運動。在各種阻力都可以忽略的條件下測力傳感器測得繩的拉力F隨時間t的變化關系如圖2所示。已知子彈射入的時間極短，且圖2中t=0時刻為A、B開始以相同速度運動的時刻，根據力學規律和題中(包括圖1、圖2)提供的信息，對反映懸掛系統本身性質的物理量(例如A的質量)及A、B一起運動過程中的守恒量，你能求得哪些定量的結果?

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1 物理開放題的特征

傳統的物理問題條件簡單、題型封閉、結論僵化，往往有一定的模式可套用。物理開放題是指題設條件不確定、解題方法多樣化、答案不唯一的綜合性題目。物理開放題以物理知識為載體，以創新精神和實踐能力為重點，通過求解這一類問題，可以激發學生的求知欲，提高學習興趣，考查學生的發散思維能力和創新能力。此類問題有的條件開放、有的策略開放、有的結論開放、還有的學習環境開放，可謂千姿百態、異彩紛呈。物理開放題的幾個主要特征是：對學生來說不是常規的，不能只靠簡單的模仿來解決；具有趣味和挑戰，能引起學生的思考；不一定有統一答案，各種不同的學生都可以根據自己的能力或淺或深地作出回答；有時需以小組合作的形式進行活動。

2 物理開放題幾種主要形式

2．1 條件不完備導致答案不確定

這種問題的練習，可以使學生舉一反三，開闊思路，大膽猜想，教師在教學過程中要給學生留足余地，培養學生獨立思考的能力。使學生養成認真審題，根據問題情景中的信息，建立正確的物理模型的習慣。

如：小車內有一光滑斜面，小車在水平軌道上做勻變速直線運動時，小物塊A恰好能與斜面保持相對靜止，在小車運動過程中的某時刻(此時小車速度不為零)，突然使小車迅速停下來，物塊A將做什么運動?

這個問題中物塊和小車運動情況有兩種可能性：（1）向右做勻加速直線運動；(2)向左做勻減速直線運動。若是情況(1)，則使小車在迅速停下的過程中，物塊將離開斜面做曲線運動；若是情況(2)，則使小車停下過程中，物塊沿斜面向上滑動。

2．2 解答方法不唯一

發散性思維是依據對象所提供的信息，打破常規思維，尋求變異，廣開思路，充分想象，探索多種解決方案或新途徑的思維形式。一題多解可以引導學生全方位地觀察問題，多角度、多層次地深入理解物理概念，提高靈活運用物理規律的能力。有利于學生思維不循常規，標新立異，勇于沖破固有的解題模式，尋找最優的解題方法。一題多解不但有利于發散思維能力的培養，而且對于提高學生的創新思維能力也是大有裨益的。

2．3 實驗探索及設計

實驗是物理教學的重要基礎、重要內容。然而，傳統的實驗教學只注意培養學生的動手能力訓練，不重視思維能力的培養從而導致測量、驗證性實驗較多，探索、設計性實驗較少。因此，在實驗設計中應讓學生對實驗所涉及的概念或規律產生豐富的聯想，設計各種實驗方案，討論各方案的科學性、精確性、可行性及簡便性，從中選出最佳方案。

如在設計“驗證動量守恒定律”的實驗中，可讓學生先自己設計實驗方案。學生們可能想到的情景是很多的：有“人從車上跳下”、“子彈射擊木塊”、“兩小球碰撞”、“人在船上走動”等等。在物理量的測量問題上學生想到測量質量的儀器可以選用天平測量；而速度的測量則方法眾多，可以用速度計、打點計時器、光電門、利用平拋運動間接測量，利用機械能守恒設計圓周運動間接測量等等。在各種方案中教師可以組織學生們進一步討論適合實驗室的簡易方案，也就是利用平拋運動轉換測量的方法。探索性實驗有廣闊的活動空間和思維空間，可以激發和滿足學生的探索與創新欲望。學生積極參與實驗設計，可以使實驗時目的更加明確，實驗后學生無論對實驗所揭示的結論、還是實驗的思想及方法都會留下深刻的認識和理解。

2．4 問題討論型

例如，在人造衛星的教學中，“同步衛星是否只能在與赤道同平面的軌道上運行?”這個問題用該章節內容來解決答案應為“是”。而現在科學家正在研究發射極地同步衛星，設想研制太陽帆利用光壓平衡萬有引力。所以在課后可以讓學生思考在極地發射同步衛星遇到的困難是什么?是否可能解決這這個困難?這樣的作業能激發學生的學習興趣，使學生學會進一步深入思考，養成良好的思維品質。

2．5 調查研究型

調查研究型開放題有很多：如，“游戲場中的物理學”、“家用電器的發展帶來的安全問題”等在第一個研究題中，學生的結論是極其豐富的。有研究秋千中的振動問題；有的研究高山滑道的終極速度問題(那時摩擦力和重力沿斜面向下的分力相平衡)；有的研究翻滾過山車中能量轉化和超重、失重問題……涉及到牛頓定律、運動學、向心力、動量守恒、能量守恒、力矩等等物理學知識。

在“家用電器的發展帶來的安全問題”一題的調查研究過程中，學生可以通過查閱大量資料、采訪有關專家，充分認識到科技是一把雙刃劍，它既可以使人類文明獲得巨大的進步，也可以給人們生活帶來危害。

2．6 課題研究型

課題有：“研究材料的保溫性能”、\"眼鏡與隱形眼鏡”等等。教師先將有關資料和研究內容交給學生，指導學生選題、制定研究計劃，并提供器材，組織學生調查、實踐，給出小課題研究的規劃格式，讓學生獨立完成課題報告的撰寫。在過程中應強調方法和思想上的創新，對于學生一點一滴的創新火花，教師都要充分肯定。

設計小課題研究的目的是全面培養學生綜合運用所學知識的能力，收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結協作的能力。有利于培養學生獨立思考的習慣，激發學生的創新意識，訓練學生參與實踐的能力，實現學生物理研究能力的提高。課題研究教學過程引發了師生關系的新格局，研究課題的廣泛性使得教師不再是權威，其中很多涉及科技領域或社會中的新問題，教師不可能都有答案，學生在教師的指導下通過自己查閱資料，設計實驗，小組討論，得出結論，這使得他們經歷了一個完整的探索過程，也就是心理學中說的從感性認識到理性認識的過程。教師從中也向學生學到了不少的東西，真正起到了教學相長的作用。

2．7 撰寫小論文

在小論文的寫作練習中，解決問題的方法比起這一問題所涉及的知識內容本身更具有普遍意義。在實踐中教師要做一些前期指導，指導學生查閱文獻、撰寫論文的格式及要求等。實踐證明經過多次的訓練，多數學生對小論文的寫作有興趣，有的學生還自己撰寫小論文，將自己的觀察及研究記錄下來。例如，有學生在觀察“共振”演示實驗時注意到一個特殊的現象：當作為策動小球的A球開始振動后，B球也開始振動，經過一段時間后，A球振幅減小，B球振幅增大，然后，A球振幅又比B球的振幅大。他把這個問題記錄了下來，當學到“電磁振蕩”時，他聯想到上次的觀察記錄，對這個問題深入研究，寫下了一篇題為“共振實驗中的能量振蕩”的小論文。讓學生學會寫小論文的主要目的是：使學生初步了解科學研究的方法及論文的基本格式，重在實踐的過程中培養學生的科學素質。

2．8 開放考試

考試在某種程度上能對學生的學習起一定的導向作用，若在試卷中仍是傳統的封閉題型，就會影響學生完成開放題的自主性。因此，改革平時的考試內容，適當加入一些新的考試方式(如：小實驗、小制作、小論文等)來鞏固教學中對學生能力培養的成果，會對學生有更全面的評價。

例如，在“磁場”一章結束時，我給學生的測驗是小制作，要求制作通電環形線圈，研究環形電流產生的磁場對小磁針的作用，并寫出實驗結果。用A、B、C、D、E五個等級來衡量成績。有的同學設計的實驗構思精巧、合理，設計了雙刀雙擲開關改變電流方向，并且發現了磁化了的縫衣針在靜止時，N極總是略指向下方，觀察到了磁傾角。由于開放考試的發散性，培養了學生觀察、想象、分析、綜合、類比、演繹等思維方法，同時探索多個解決方向，增強了創新能力。

3 物理開放題的教學策略

在當前的教學中要多給出一些訓練，讓學生去探索未知的問題，突出傳授知識、思想、方法三者并重的教學思想，編寫一系列開放題。物理開放題的編制也要遵循系統性、和諧性、適度性、科學性原則，結合學生的認知水平和心理水平的發展，優化問題情景，要遵守中學教學大綱，又不拘泥于大綱，所涉及的知識應以新穎、靈活，具有時代氣息的特點呈現出來，展示科學探索的進程，培養學生的創新能力。

3．1 可以在課本題中減少某些條件，或用較弱的條件替換原來的條件

經再創造的課本習題，立足于基礎，層次性較強，符合循序漸進原則，宜在新知識引入后結合以前的課本習題讓學生練習。

例如，在常規題中常見這樣的題：水平地面上放著一個質量為m的物體，已知物體與地面間滑動摩擦系數為μ，現給物體一水平向右的沖量I，求物體克服阻力做的功(空氣阻力不計)。

可以將題中物體與地面的摩擦力變為不確定，讓物體帶上電量為q的電荷，并在物體所在空間加上垂直紙面向內的勻強磁場，磁感應強度為B。如圖3，MN是絕緣桿，這樣摩擦力做功問題就要分三種情況去討論。

3．2 把題中的結論隱去，使其結論待定化或多樣化

例如：已知R1=1Ω，R2=2Ω，電源電動勢ε=6V，通電3秒鐘，利用所學知識能求出哪些物理量?

3．3 改編學生實驗和演示實驗

教師可以選取合適的、需要探索的問題作為實驗內容，在教學中利用新舊知識間的聯系提出需要解決的問題，并設計一系列有針對性、啟發性的問題作為鋪墊。也可由學生提出申請，在實驗老師的安排下，開放實驗室，從領取儀器、器材到實驗設備安置，從實驗操作到儀器歸還、復位，全部由學生獨立完成。這將給學生的個性發展提供了自由的空間。

3．4 引入現代科技和創造發明

現代科技的迅猛發展為物理教學內容的開放提供了手富的信息來源，把握時代脈搏，將現代科技研究納入物理教學，是現代教育的重要特征，許多科技成果的基本原理與中學課本中的物理原理都是習習相關的。

(欄目編輯鄧 磊)

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