基于原始物理問題的教學(xué)實(shí)踐研究

徐利華

原始物理問題是指在自然界及生活、生產(chǎn)、科研中客觀存在的未被加工的物理問題，具有客觀性、復(fù)雜性、條件的隱蔽性、思考問題的多端性等特點(diǎn)。學(xué)生解答原始物理習(xí)題時，需要從物理現(xiàn)象、物理情境中構(gòu)建物理模型，甚至提出物理問題，設(shè)置所需物理量，再運(yùn)用所學(xué)物理概念、規(guī)律等來解答。解決原始物理問題能夠全過程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究、科學(xué)思維等物理核心素養(yǎng)。

在“運(yùn)用動量定理解決連續(xù)作用問題”教學(xué)中，設(shè)計了如下三個物理問題。

問題1：一個質(zhì)量為m的雞蛋從高度為h的地方開始自由下落，不考慮空氣阻力，假設(shè)雞蛋落在桌面上不反彈，雞蛋與桌面的作用時間為Δt，求在這段時間內(nèi)桌面對雞蛋的平均作用力大小。

問題2：大量而密集的雨滴接連不斷地打在地面上，就會對地面產(chǎn)生持續(xù)的壓力。設(shè)在無風(fēng)的天氣條件下雨滴以收尾速度V勻速豎直下落，單位體積內(nèi)的雨滴個數(shù)為n（數(shù)量足夠多），每個雨滴的質(zhì)量均為m，雨滴落在地面上不反彈，雨滴撞擊地面時所受的重力可忽略不計，求水平地面單位面積上受到雨滴撞擊所產(chǎn)生的壓力大小。

問題3：自動稱米機(jī)引發(fā)的爭論：買者認(rèn)為，米流落到容器中時有向下的沖力而不劃算；賣者則認(rèn)為，當(dāng)預(yù)定米的質(zhì)量數(shù)滿足時，自動裝置即刻切斷米流，此刻還有一些米仍在空中，這些米是多給買者的。那么，究竟哪方說得對呢？

問題1比較傳統(tǒng)，屬于傳統(tǒng)物理習(xí)題，學(xué)生可根據(jù)之前學(xué)的動量定理的應(yīng)用的相關(guān)知識，很順利地解決問題。

問題2相對較難，比較接近原始物理問題，學(xué)生很難選取研究對象構(gòu)建物理模型，需要利用微元思想建立柱體模型，設(shè)在很短時間Δt內(nèi)與地面發(fā)生作用的水滴構(gòu)成的柱體為研究對象，它所含雨滴的總質(zhì)量為Δm=n·s·V·Δt·m，這樣再運(yùn)用動量定理，就能解決此問題。

問題3屬于比較“原汁原味”的原始物理問題，此問題只有對物理情景的描述，沒有傳統(tǒng)物理習(xí)題中常有的已知量、未知量，需要學(xué)生自己去抽象物理模型。將米分成三部分，并設(shè)已經(jīng)落至容器中的米的質(zhì)量為m1，空中下落的米的質(zhì)量為m2，與容器中的米發(fā)生作用的一部分米為Δm，而且要將物理情景的文字語言轉(zhuǎn)化為物理語言。然后，證明買方得到米的質(zhì)量m買=m1+m2+Δm與自動稱米機(jī)顯示米的質(zhì)量m示=m1+F/g（F指質(zhì)量為Δm的米對靜止的質(zhì)量為m1的那部分米的沖擊力）是否相等，然后還要設(shè)米的流量為d，與容器中的米發(fā)生作用的時間為Δt，再運(yùn)用動量定理就能解決此問題。

這三個問題的設(shè)置從傳統(tǒng)的物理習(xí)題，遞進(jìn)到原始物理問題，研究對象從一個物體到多個物體構(gòu)成的柱體模型；問題的設(shè)置從具體到開放、從簡單到復(fù)雜；給定的物理量從確切到不完整，再到?jīng)]有給出任何物理量，層層遞進(jìn)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。