例談基于教材實(shí)驗(yàn)的原始物理問題解決策略

(江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)仙城中學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225200)

例談基于教材實(shí)驗(yàn)的原始物理問題解決策略

錢士莊

(江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)仙城中學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225200)

縱觀全國各地近幾年的中考試題,與物理教材實(shí)驗(yàn)的原始物理問題相關(guān)的題目在中考中愈來愈多,使很多學(xué)生和老師不太適應(yīng)。針對此類問題,筆者通過教學(xué)實(shí)踐,摸索出“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究→提煉原始問題→物理模型分析”的教學(xué)策略。實(shí)踐證明,該策略行之有效,在順利解決原始物理問題的過程中,極大地激發(fā)了學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性,切實(shí)提高了學(xué)生分析、解決問題的能力。

原始物理問題;教材實(shí)驗(yàn);解決策略

1 引言

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》指出：義務(wù)教育物理課程是一門注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程。此階段的物理課程應(yīng)該注意讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)知識和科學(xué)探究方法,提高分析問題和解決問題的能力[1]。物理學(xué)習(xí)的目標(biāo)之一是學(xué)以致用,即利用物理知識原理來解釋、解決實(shí)際生活中的現(xiàn)象和問題。縱觀全國各地近幾年的中考試題,基于教材實(shí)驗(yàn)的原始物理問題的考查題目越來越多,對學(xué)生應(yīng)用物理知識解決原始問題的要求越來越高。

這些題目雖然源自于課本,但實(shí)際又略高于課本,很多同學(xué)對此總是一籌莫展。不少一線教師也為此頭疼不已,如何有效地解決此類問題、切實(shí)提高學(xué)生解決此類問題的能力呢?筆者通過教學(xué)實(shí)踐,摸索出了行之有效的解決策略,下面結(jié)合2009年江蘇省中考物理統(tǒng)考試卷第12題,具體談?wù)劰P者的做法。

2 原題再現(xiàn)

例題：如圖1所示,小剛將盛滿水的圓柱形透明玻璃杯貼近書本,透過玻璃杯觀看書上的鸚鵡圖片(圓圈中的鸚鵡圖與書本中的鸚鵡圖實(shí)際大小相等),他所看到的虛像可能是( )。

圖1

3 解決策略

3.1 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,仔細(xì)觀察現(xiàn)象

物理教育發(fā)生的起點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是物理現(xiàn)象[2]，同樣這道題也是從物理探究實(shí)踐中來,該題實(shí)際源自于蘇科版物理教材,在引言部分(圖0-3)和第四章第四節(jié)“WWW”欄目(圖4-28)都涉及該問題,所以本題是基于教材實(shí)驗(yàn)的原始問題。筆者所說實(shí)驗(yàn),不是在考試時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),而是在教學(xué)過程中進(jìn)行,這就意味著平時(shí)應(yīng)該重視教材中所有欄目的實(shí)驗(yàn)探究、小制作和綜合實(shí)踐,更要經(jīng)歷相應(yīng)的探究過程。

為了便于比較,實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí),可以在白紙上畫一個(gè)箭頭作為物體(如圖2a),第一次將箭頭豎直放置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn),學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的成像是比較復(fù)雜的:箭頭離得較近時(shí),成左右放大、上下一致的像(如圖2b)；稍遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí),成左右放大、上下一致的像(如圖2c);更遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí),成左右縮小、上下一致的像(如圖2d);當(dāng)箭頭距杯子的距離調(diào)節(jié)適當(dāng)時(shí),也可以成左右等大、上下一致的像。

a b c d圖2

第二次將箭頭水平放置(如圖3a),進(jìn)行對應(yīng)的一組實(shí)驗(yàn)。觀察的現(xiàn)象是:箭頭離得較近時(shí),成左右放大、左右一致的像(如圖3b);稍遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí),成左右放大、左右顛倒的像(如圖3c);再遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí),成左右縮小、左右顛倒的像(如圖3d);同樣,當(dāng)箭頭距杯子的距離調(diào)節(jié)適當(dāng)時(shí),也可以成左右等大、左右顛倒的像。

a b c d圖3

綜合對比兩組實(shí)驗(yàn)可分析得出:從豎直方向?qū)Ρ群?發(fā)現(xiàn)箭頭所成像相對于原來的箭頭在方向上沒有任何變化。從水平方向?qū)Ρ群?發(fā)現(xiàn)比較復(fù)雜:箭頭較近時(shí),所成像與原箭頭指向一致,且像比物大;而箭頭較遠(yuǎn)時(shí),所成像與箭頭指向反向,且像比物大；箭頭更遠(yuǎn)些時(shí),所成像與原箭頭指向反向,且像比物小。

3.2 分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,提煉原始問題

對比我們已經(jīng)學(xué)習(xí)的凸透鏡成像規(guī)律,結(jié)合觀察到的現(xiàn)象,可以提煉出如下問題:豎直箭頭所成像，所指方向?yàn)槭裁礇]有發(fā)生變化，與凸透鏡成像規(guī)律是否一致?為什么箭頭所成像的水平左右方位及成像大小變化與箭頭到杯子距離有關(guān)，與前面已經(jīng)學(xué)習(xí)的凸透鏡成像規(guī)律是否吻合?站在教師角度,此時(shí)已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)試題的命制工作了,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)的問題串已經(jīng)形成了。

3.3 建立物理模型,解決實(shí)際問題

首都師范大學(xué)邢紅軍教授提出:物理教育應(yīng)當(dāng)“以習(xí)題演練為基礎(chǔ),以原始問題解決為升華”[3],提出了原始問題后,更要從理論角度加以解釋,讓學(xué)生知其然,更要知其所以然。

建立模型環(huán)節(jié)實(shí)際上是最難的一步,但也是最有價(jià)值的部分,如果問題得到有效解決,學(xué)生的各種能力在這個(gè)過程中自然得到了鍛煉。對于該環(huán)節(jié)的處理,教師要善于引導(dǎo),更要充分發(fā)揮學(xué)生主體作用,可以通過學(xué)生分組討論等方式進(jìn)行,引導(dǎo)學(xué)生逐層展開。盛滿水的透明玻璃杯實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的光具,可以從豎直方向和水平方向兩個(gè)視角來對杯子加以分析。

從豎直方向?qū)Ρ拥暮癖∵M(jìn)行比較,每一處的厚度均等于杯子自身的高度,等同于我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的玻璃磚。由此可從玻璃磚成像角度加以說明,蘇科版物理教材中已經(jīng)分析了光線斜射入玻璃磚的兩次折射光路,可以利用箭頭發(fā)出的兩條光線粗略做出人眼通過玻璃磚所觀察到箭頭成像的光路圖(如圖4)。從圖4不難看出,玻璃磚所成像與原物體比較,大小、倒正都沒有任何變化,最多發(fā)生側(cè)向的位置移動(dòng)現(xiàn)象。讓學(xué)生通過玻璃磚嘗試觀察物體后,還可讓學(xué)生透過教室窗戶玻璃觀察室外物體。窗戶上的玻璃也是一塊玻璃磚模型,通過窗戶玻璃看外面物體時(shí),所看到的像與物體基本沒有變化,以加深學(xué)生的理解。

圖4

從水平方向?qū)Ρ拥暮癖∵M(jìn)行比較,均是中間厚、邊緣薄,相當(dāng)于我們已經(jīng)學(xué)過的凸透鏡,所以水平方向成像情況完全符合凸透鏡成像規(guī)律。僅僅限于水平方向,當(dāng)物體離杯子較近,在一倍焦距內(nèi)時(shí),成正立放大的虛像,即水平方向左右變大、左右沒有顛倒；當(dāng)物體在一倍焦距和兩倍焦距之間時(shí),成倒立放大的實(shí)像,即左右變大、左右顛倒；當(dāng)物體在兩倍焦距以外時(shí),成倒立縮小的實(shí)像,即左右變小、左右顛倒。綜上所述,這道題目的正確選項(xiàng)應(yīng)該是A。

4 總結(jié)

這道看似簡單的基于物理教材的原始物理問題的考查題,得分率極低,絕大部分同學(xué)錯(cuò)選C,是一種機(jī)械學(xué)習(xí)和應(yīng)付式教學(xué)的結(jié)果,究其根源在于缺乏實(shí)驗(yàn)探究的經(jīng)歷,即沒有動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探究,而只是停留于紙上談兵。

所謂“百聞不如一見,百見不如一做”,如今的中考命題不再拘泥于實(shí)驗(yàn)理論考查,命題者親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn)實(shí)驗(yàn),在操作中尋找靈感,在操作的基礎(chǔ)上編制實(shí)驗(yàn)題,更多地向?qū)嶒?yàn)探究過程挖掘諸如實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)的原始問題等。所以,我們一線教師應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn),改變觀念和教學(xué)方式,按照課程標(biāo)準(zhǔn)要求,重視教材所有欄目的實(shí)驗(yàn)探究、小制作和綜合實(shí)踐活動(dòng),切實(shí)落實(shí)科學(xué)探究的目標(biāo),引導(dǎo)學(xué)生樂于動(dòng)手探究，善于發(fā)現(xiàn)原始物理問題、建立物理模型、嘗試解決問題。讓學(xué)生在樂此不疲的科學(xué)探究之旅中,解決由科學(xué)探究引發(fā)的原始物理問題,提高物理課堂的趣味性和實(shí)踐性,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力,切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)。

[1] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2011：2.

[2] 邢紅軍.原始物理問題教學(xué):物理教育改革的新視域[J].課程·教材·教法,2007,(5):51-57.

[3] 邢紅軍.原始問題教學(xué):一種創(chuàng)新的物理教育理論[J].中國教育學(xué)刊,2011,(4):46-49.

[4] 錢士莊.基于原始實(shí)驗(yàn)問題的物理習(xí)題講解模式[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015,(12):53-54.