從一道高考物理選擇題引發(fā)的思考
——淺談物理考查中的過度學(xué)術(shù)化傾向

沈金林

（平湖中學(xué) 浙江 平湖 314200）

1 問題的由來

【例1】（2006年高考全國卷Ⅰ理綜物理）一位質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員從下蹲狀態(tài)向上起跳，經(jīng)時(shí)間Δt，身體伸直并剛好離開地面，速度為v.在此過程中

A.地面對(duì)他的沖量為mv＋mgΔt，地面對(duì)他做的功為mv2

B.地面對(duì)他的沖量為mv＋mgΔt，地面對(duì)他做的功為零

C.地面對(duì)他的沖量為mv，地面對(duì)他做的功為mv2

D.地面對(duì)他的沖量為mv－mgΔt，地面對(duì)他做的功為零

本題正確的答案是選項(xiàng)B.而考生大多誤選選項(xiàng)A或C，錯(cuò)誤地認(rèn)為地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員做的功應(yīng)等于其動(dòng)能變化.其實(shí)，運(yùn)動(dòng)員是一個(gè)由肢體的各部分組成的質(zhì)點(diǎn)系，而高中物理的動(dòng)能定理只適用于質(zhì)點(diǎn).質(zhì)點(diǎn)系的機(jī)械能的變化不僅與重力、彈性力以外的其他外力做功有關(guān)，還跟內(nèi)力做功有關(guān).本題中運(yùn)動(dòng)員從下蹲狀態(tài)向上起跳，機(jī)械能的增加是通過肢體內(nèi)力做功實(shí)現(xiàn)的，地面對(duì)人的作用力沒有做功.

從功的定義式出發(fā)分析，物理學(xué)中所謂的機(jī)械功是指作用在物體上的力和物體沿力的方向上發(fā)生的位移的乘積，這里的“位移”確切地說是指力的作用點(diǎn)沿力的方向?qū)Φ氐奈灰?本題中運(yùn)動(dòng)員從下蹲狀態(tài)向上起跳過程中，重心的高度雖然發(fā)生了變化，但地面對(duì)人的作用力的作用點(diǎn)對(duì)地并沒有位移，所以，地面對(duì)人的作用力并沒有做功.

從功和能的轉(zhuǎn)化角度分析，做功過程必然伴隨著能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移.甲物體對(duì)乙物體做功，則甲物體的能量減少，而乙物體的能量增加.在運(yùn)動(dòng)員起跳過程中，地面與人之間顯然沒有能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，所以地面對(duì)人和人對(duì)地面的作用力都沒有做功.

筆者之所以對(duì)此題作出詳細(xì)解釋，是因?yàn)轭愃圃擃}學(xué)生所犯的錯(cuò)誤大量存在于現(xiàn)在各類測(cè)試卷和課外輔導(dǎo)練習(xí)中.請(qǐng)看一道常見于教輔用書中的試題.

【例2】如圖1所示，平板車放在光滑水平面上.一個(gè)人從車的左端由靜止開始加速向右端跑動(dòng).設(shè)人受到的摩擦力為f，平板車受到的摩擦力為f″，下列說法正確的是

A.f，f″均做負(fù)功

B.f，f″均做正功

C.f做負(fù)功，f″做正功

D.因?yàn)槭庆o摩擦力，f，f″做功均為零

圖1

教輔用書對(duì)該題常見的解釋為：人在跑動(dòng)過程中，速度增加，人受到的摩擦力對(duì)人做正功，同時(shí)車后退，車受到的摩擦力對(duì)車做正功，故選項(xiàng)B正確.

表面上看，這樣的分析與解答滴水不漏，可謂“天衣無縫”.但仔細(xì)推敲就不難發(fā)現(xiàn)，與前題錯(cuò)誤相似，是被人和車的機(jī)械能都增加了這一表象所迷惑.當(dāng)人在車上向右加速跑動(dòng)的過程中，即使人的重心在向右（前）加速移動(dòng)，人的后腳向左（后）蹬車使車向左（后）加速運(yùn)動(dòng)，無論腳底與車面是否有相對(duì)滑動(dòng)（通常情況下應(yīng)是相對(duì)靜止的），摩擦力在腳底上的作用點(diǎn)（對(duì)地）都是向左（后）移動(dòng)的，這個(gè)移動(dòng)方向與車對(duì)腳的摩擦力方向相反.所以，人受到的摩擦力做負(fù)功，而車受到的摩擦力做正功.人和車的機(jī)械能的增加是通過肢體的內(nèi)力做功才實(shí)現(xiàn).

現(xiàn)在的問題是，為什么有如此多的考生對(duì)凡是涉及到人做功過程就會(huì)出現(xiàn)誤解？尤其是接受過專業(yè)教育的教師（各類教輔用書的編者）也犯有同樣的錯(cuò)誤.這樣的考查是不是脫離了中學(xué)教學(xué)的實(shí)際？而以質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理、內(nèi)力做功等的專業(yè)水準(zhǔn)要求中學(xué)生，這樣的考查要求是不是有點(diǎn)過度學(xué)術(shù)化了？

2 中學(xué)教材對(duì)質(zhì)點(diǎn)系問題的處理方法

限于教學(xué)階段的局限性，中學(xué)物理不講質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理和內(nèi)力做功等，但并不回避諸如運(yùn)動(dòng)員、飛機(jī)、汽車等實(shí)際問題.而從嚴(yán)格意義上講，運(yùn)動(dòng)員、飛機(jī)、汽車等都是質(zhì)點(diǎn)系.那么，中學(xué)物理教學(xué)中是如何處理這類問題的呢？我們不妨來看人教版現(xiàn)行高中物理教材必修1（2002年版）第124頁的一道例題（這也是物理教材中一直沿用的例題）.

【例3】一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量m＝5×103kg；起飛過程中從靜止開始滑跑的路程為s＝5.3×102m時(shí)，達(dá)到起飛速度v＝60m／s，在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的0.02倍.求飛機(jī)受到的牽引力.

其實(shí)，從純學(xué)術(shù)意義上講，牽引力是因功能關(guān)系而引入的一個(gè)等效力；引入牽引力的概念后，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)力所做的有用功就可以等效成牽引力F牽所做的功.但高中學(xué)生限于知識(shí)水平，他們能找到使飛機(jī)加速的施力物體只能是靜摩擦力和空氣推力，于是自然認(rèn)為是地面和空氣對(duì)飛機(jī)做正功，使飛機(jī)動(dòng)能增加.這也是學(xué)生作答例1、例2時(shí)所犯錯(cuò)誤的根由所在.但筆者認(rèn)為，這樣的錯(cuò)誤倒是符合中學(xué)生的實(shí)際認(rèn)識(shí)水平的.高中物理教材顯然回避了牽引力的本質(zhì)內(nèi)涵這一純學(xué)術(shù)化的問題，而是直接應(yīng)用了牽引力概念中蘊(yùn)含的等效思想，即將內(nèi)力做功等效成某個(gè)動(dòng)力做功.正是這樣的簡化處理，由此將只適用于質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理推廣運(yùn)用于諸如運(yùn)動(dòng)員、飛機(jī)、汽車等實(shí)際問題中，使中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容更豐富生動(dòng).

3 對(duì)過度學(xué)術(shù)化的一點(diǎn)反思

教學(xué)內(nèi)容的發(fā)展性、未竟性，是高中物理的固有特點(diǎn)，也因此為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)留下了必要的空間.過度追求純學(xué)術(shù)化，以學(xué)生合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維特征為起點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容如果被學(xué)術(shù)上的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性所代替，顯然既脫離中學(xué)生實(shí)際的認(rèn)知水平，也窄化了中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容，反而會(huì)妨礙學(xué)生加深理解有關(guān)的概念.我們不妨再看這樣一個(gè)例子.

【例4】（1996年高考上海試題）某消防隊(duì)員從一平臺(tái)上跳下，下落2m后雙腳觸地；接著他用雙腿彎屈的方法緩沖，使自身重心又下降了0.5m.在著地過程中地面對(duì)他雙腳的平均作用力估計(jì)為

A.自身所受重力的2倍

B.自身所受重力的5倍

C.自身所受重力的8倍

D.自身所受重力的10倍

此例可有兩種求解方法.

解法一：動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)

設(shè)順勢(shì)彎曲雙腿受到地面的平均作用力為FN，此過程重心又下降了h，則由牛頓第二定律

由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式

聯(lián)立以上三式即可解得

代入數(shù)據(jù)即得選項(xiàng)B正確.

方法二：功能觀點(diǎn)

對(duì)全過程，重力做功mg（H＋h），地面平均作用力做功－FNh，全過程動(dòng)能變化量為零，則由動(dòng)能定理

代入數(shù)據(jù)即得選項(xiàng)B正確.

在教學(xué)實(shí)踐中，許多教師以此例來加深理解動(dòng)能定理與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的聯(lián)系和區(qū)別.但從純學(xué)術(shù)觀點(diǎn)而論，或以例1的立意而論，顯然，方法一正確而方法二錯(cuò)誤.因?yàn)椋械南绬T本質(zhì)上是質(zhì)點(diǎn)系.牛頓第二定律告訴我們，對(duì)于一個(gè)確定的質(zhì)點(diǎn)系來說，質(zhì)心的加速度完全取決于質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力，與質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)力無關(guān).所以，本例中的動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)求解是成立的.但是，從功能觀點(diǎn)可知，對(duì)于一個(gè)確定的質(zhì)點(diǎn)系，其機(jī)械能的變化不僅與重力、彈性力以外的其他外力做功有關(guān)，還跟內(nèi)力做功有關(guān)，所以方法二用功能關(guān)系求解不能成立；且根據(jù)功的定義，地面平均作用力并不做功.

但這種過度的追求學(xué)術(shù)上的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，很容易給學(xué)生一種八股、教條的感覺：問題解決了，但本質(zhì)上卻錯(cuò)了.動(dòng)能定理本是對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的擴(kuò)展；相比于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，動(dòng)能定理解決問題更方便，應(yīng)用范圍更廣，但現(xiàn)在其應(yīng)用范圍又變得狹窄了.

高中物理教學(xué)的任務(wù)不是培養(yǎng)物理專業(yè)工作者，更不是培養(yǎng)只會(huì)咬文嚼字的學(xué)究，而重在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的興趣，形成良好的物理思維，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力.高中物理教學(xué)應(yīng)讓學(xué)生體會(huì)到物理是生動(dòng)的、富于情趣的，而不只是單調(diào)的定律和抽象固板的概念.中學(xué)階段對(duì)于某些概念的認(rèn)識(shí)“粗糙”一些，并不一定妨礙其后續(xù)發(fā)展.倒是死摳一些概念的嚴(yán)密性，過度的學(xué)術(shù)化，卻足以嚇退學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理的信心和興趣，更沒有勇氣去懷疑、探究自然和科學(xué).據(jù)此筆者認(rèn)為，例1這類的高考命題對(duì)高中物理教學(xué)會(huì)產(chǎn)生不良的導(dǎo)向，應(yīng)在各類測(cè)試中回避.