從一道高考試題反思物理教學之時弊

2011年理綜高考浙江卷第16題是一個引起廣泛議論甚至強烈質(zhì)疑的試題.原題如下：

如圖1所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800和n2=200的兩個線圈，上線圈兩端與u=51sin314t V的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是：

A． 2.0V B． 9.0V C． 12.7V D． 144.0V

就試題科學性而言毫無爭議，題設情境非常清晰，由于漏磁，實際中的條形鐵芯上、下兩線圈中的磁通量必不等，理想化的變壓器電壓比公式不再成立，答案顯然是A. 應該說考題出得并不難，也沒有明顯超出中學生的能力要求范圍.但考查結果幾乎是全軍覆沒，絕大部分學生思維定勢，套用理想變壓器模型而錯選B. 有老師調(diào)侃說：“學生全部選B，除了不會的.”為何結果如此慘烈？這一考題到底切中了時下中學物理教學中的哪些弊病？這不能不引起廣大教師的反思.本文試就此作一探討.

1． 我們的教學是如何引導學生探究的？

從學生都錯選B的結果分析，顯然，學生是認同了變壓器的理想化結論而不知理想化條件的生成過程.那么，是怎樣的教學過程才造成學生如此認知水平呢？

現(xiàn)行高中物理選修3－2（人教版）“變壓器”一節(jié)內(nèi)容中，教材沒有從理論上推導變壓器原理，而是要求利用可拆變壓器通過實驗探究線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系，教材沒有涉及線圈中的電流與匝數(shù)的關系，對原、副線圈中的電功率關系也未作要求與暗示.教材內(nèi)容這樣安排，也正是體現(xiàn)了新課程強調(diào)過程和方法這一理念，即更有意義的是變壓器理想化的條件和電壓比、電流比關系在探究中的生成過程，而不是之后應用這些比值關系求解的大量練習.

而事實上，由于可拆變壓器工作時的漏磁、銅損、鐵損較大，效率不高（一般低于60％），不能視為理想變壓器，故以圖2所示的可拆變壓器探究或直接驗證功率關系和電流比公式是有困難的.實驗中可得到的顯著現(xiàn)象是匝數(shù)越多的線圈，其兩端的電壓越大，流過的電流越小.但是，一個量越大則另一個量越小，就一定是反比關系？顯然，實驗的結論具有不確定性.

然而，在許多時候，教師或以實驗存在誤差搪塞，或由定性現(xiàn)象直接推得有關變壓器原理的正、反比關系，這種缺乏邏輯性的推斷很難讓學生對變壓器理想化的條件有深刻的理解. 這樣的有違科學態(tài)度的所謂“探究”，充其量只是忠實地傳遞了課程知識，與科學探究無關. 現(xiàn)在“探究式教學”非常盛行，但探究的內(nèi)容大多是在已知結果或結論的范圍內(nèi)，很少有探究未知的東西. 正因為有了確定結果的預期，所以“探究”過程顯得“有效而準確”. 而且由于學生往往只是聽眾，無法真正參與到探究的過程中，所以學生對這樣的探究不會有太多的興趣（書上不是已經(jīng)有結果了嗎？）.

舍棄了懷疑和不確定性，探究只能流于形式.真正的探究，應是讓學生去猜想、推測、發(fā)現(xiàn)未知的東西，而不是某個翻開書本就可以看到的結果或結論. 其實，任何創(chuàng)造都有賴于個體所掌握到的一些信息的不確定性，前述實驗結論的不確定性正是構建學生自主探究活動的理想切入點.分析前述實驗數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)：顯著的有U1I1>U2I2，即變壓器的輸入功率明顯大于輸出功率. 由此追問學生：能量損失的原因可能有哪些？如何設計實驗來驗證猜想？在圍繞這些問題展開的探究討論中，學生不難認識到鐵損、銅損、磁漏是產(chǎn)生能量損失的主要原因，理想變壓器條件的生成也就順理成章. 再以如圖2所示的裝置驗證：當將可拆變壓器上方的鐵芯向右移時，變壓器的輸出功率將變得更小；移去該鐵芯時，副線圈兩端的電壓明顯的遠小于按理想變壓器電壓比公式所得的理論值. 在此實驗基礎上再由外推可得：在理想條件下才有U1I1＝U2I2. 這樣的探究活動無疑會使學生對理想變壓器模型、工作原理、有關公式的適應條件等有深刻的理解，也不至于將高考題中的條形鐵芯混同于理想化變壓器而導致全軍覆沒.

而實際教學中，由于太多應試與功利成分的驅動，教師急于展開大量的例題和練習，而略去了必要的探究過程. 這樣的教學只能是欲速不達，學生只是在教師傳授中認識了而不是在探究中自主生成了變壓器原理，只會認同這一原理而根本不會創(chuàng)造性地懷疑和批判. 所以，在面對實際問題時，不會具體問題具體分析，只會套理想變壓器變壓比和電流比公式.

2． 我們的教學是如何讓學生面對實際問題的？

有老師在考后感嘆：“以后高中難教了！平時的作業(yè)中這樣的習題比比皆是，都認為通過條形鐵芯上、下兩線圈的磁通量完全相同. 畢竟我們高中物理中都是處理理想化的模型的.”但“條形鐵芯上、下兩線圈中的磁通量相等”這一明顯不科學的結論，卻被認定為不能放棄，強行做出了有違科學常識的錯誤判斷. 評判者無法以科學依據(jù)證明試題本身對錯，卻使用“高中物理難教”等情緒化語言來渲泄，這恰恰證明了有人為了應試，不顧物理作為一門自然科學的本質(zhì)屬性，把物理當成習題集，并認定所有的題目都必須運用理想化模型處理，導致物理教學遠離了真實世界.

出于對學生認知水平的考慮和“節(jié)約性原則”，教學中往往構建理想模型以代替真實情境，這從教學角度看固然無可厚非，但如果教學中片面于理想化結果的應用，而忽視了理想化的過程，勢必造成學生認為“理想情況在生活中具有普遍性”的錯誤認識，學生眼中的“世界”往往有較大的失真，甚至是扭曲.

硬把條件鐵芯往理想變壓器模型上套，即是這種簡單化思維教學時弊的典型反映. 而且這顯然不是一個孤立的現(xiàn)象，另一個典型的例子是，中學物理常將擺鐘視為單擺模型來分析擺鐘的走時快慢，這明顯偏離了真實事物. 又如，有一個常見的習題為：“一個單擺在地面上時一定時間內(nèi)振動了N次，將此單擺移到該地的一個山頂上讓其振動，在同樣的時間內(nèi)振動了N－1次. 由此可大略推算出這山的高度約為地球半徑的多少倍？”命題者的意圖是，綜合應用萬有引力定律和單擺周期公式，不難求得山的高度為約為地球半徑的1/N-1倍. 但如考慮到一般山的實際高度為千米數(shù)量級，而地球的半徑約為6400km，這樣，為使兩地單擺在同樣的時間振動次數(shù)相差一次，必須使單擺完成至少數(shù)千次以上的全振動. 在有空氣阻力的實際情況下，這可能嗎？而且，在數(shù)千次測量中只相差一次，從誤差理論分析，這一測量誤差遠小于一般測量儀器的測量精度. 如果還考慮到由于高度差引起溫差所產(chǎn)生的熱脹冷縮因素等，這“N次”與“N－1次”的差別就更沒有實際意義了.

這樣的事例數(shù)不勝數(shù)，學生長期在這樣脫離實際的氛圍下訓練，既模糊、扭曲了學生對真實物理世界的感受，也缺乏、甚至于喪失了對周圍豐富多彩的物理世界的一種基本的感悟能力，以及對虛假物理情境的批判性思維. 學生在面對實際問題時不自信甚至恐懼，只會搬用公式和套用模型. 這時，學生失去的不僅僅是高考分數(shù)，還有對未知事物認識的勇氣和具體問題具體分析的科學態(tài)度和方法.

3． 我們的教學是如何培養(yǎng)學生把握不確定性的？

也有教師在考后反思：“即使上課做了這個實驗，估計也沒用.因為平時關于理想變壓器訓練得太多了，導向性太大了，重復多了練死了學生.”確實，如試題設問中的“可能”二字明顯地暗示了答案的不確定性，也有臨場考生對此設問方式產(chǎn)生過疑慮，但由于平時練習的變壓器問題都是理想化的，答案都是確定性的，故而臨場時還是沒有勇氣選A.

考試的結果說明，學生在處理“不確定性”問題時缺乏必要的能力或信心. 這不由得使人聯(lián)想到，多年來我國中學生參加物理國際奧林匹克競賽的成績總保持在世界一流水平，具有相當?shù)膬?yōu)勢. 但為什么這些優(yōu)勢在其后的工作研究中未能體現(xiàn)出來？除了應試的基礎知識與能力培養(yǎng)之外，我們的物理教育中還缺少些什么？對于優(yōu)秀科研工作者而言，所需要的敏銳是否被似曾相識的標準答案所掩蓋，創(chuàng)新的激情是不是被大量的“確定性”的試題消耗殆盡？

不可否認，時下物理教學中的知識觀上存在有一種“確定性”傾向：知識僅僅就是書本上的條條框框，任何問題都存在某個確定無疑的標準答案. 如現(xiàn)行高中物理選修3－2（人教版）“楞次定律”一節(jié)的課后習題中設置有這樣一個問題：“如圖3中的A和B都是很輕的鋁環(huán)，環(huán)A是閉合的，環(huán)B是斷開. 用磁鐵的任一端分別去接近A、B環(huán)，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？移開時又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？”這一問題也曾多次出現(xiàn)在歷年各地的高考命題中. 對此問題，一般確認的理解是：閉合的A環(huán)中會產(chǎn)生感應電流而與磁鐵發(fā)生相互作用，橫桿發(fā)生轉動；而不閉合的B環(huán)中不產(chǎn)生感應電流，故無現(xiàn)象發(fā)生，以往的實驗也證明了此結果.但隨著科技發(fā)展帶來了實驗手段的提高，當用強磁性的釹磁鐵靠近不閉合的B環(huán)時，實驗事實證明，橫桿也會發(fā)生轉動，因為，磁鐵磁性非常強時，B環(huán)中的渦流就不能忽略了.

所以，教學中如果太過絕對、太過確定性，而沒有為學生留有再認識、再理解的余地，學生的思維僵化也就成為一種必然. “確定”是對知識的理解與掌握，“不確定”是在知識基礎上新的發(fā)現(xiàn)，是創(chuàng)新的起點. 從高考所要求的能力，到最前沿科學研究中的諾貝爾獎故事，證明了“不確定性”蘊藏了極大的教學價值，教師有理由、有必要把這些科學本質(zhì)與佳話傳承給學生，讓學生有興趣、有勇氣去面對那些不確定性問題，并以開放的態(tài)度去探案、懷疑、批判和創(chuàng)新.

2011年高考已經(jīng)過去，但圍繞這一考題的爭議遠未平息，考查結果所帶來的困惑仍令許多物理教師難解. 但有一點啟示是毋庸置疑的，那就是物理教學需要超出習題教學的桎梏. 解題固然是對物理的理解方式之一，但是解題高手與創(chuàng)造力是兩個不同的概念，目前教育的結果只是在培養(yǎng)解題高手，而非教育的真正目標——一個身心健康的有創(chuàng)造力的人. 物理教學既要傳承和豐富既往的知識，也要承擔起探索新知識、新方法、新理念的責任.