基于原始物理問題的教學實踐研究

徐利華

原始物理問題是指在自然界及生活、生產、科研中客觀存在的未被加工的物理問題，具有客觀性、復雜性、條件的隱蔽性、思考問題的多端性等特點。學生解答原始物理習題時，需要從物理現象、物理情境中構建物理模型，甚至提出物理問題，設置所需物理量，再運用所學物理概念、規律等來解答。解決原始物理問題能夠全過程培養學生的科學探究、科學思維等物理核心素養。

在“運用動量定理解決連續作用問題”教學中，設計了如下三個物理問題。

問題1：一個質量為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，就會對地面產生持續的壓力。設在無風的天氣條件下雨滴以收尾速度V勻速豎直下落，單位體積內的雨滴個數為n（數量足夠多），每個雨滴的質量均為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生的壓力大小。

問題3：自動稱米機引發的爭論：買者認為，米流落到容器中時有向下的沖力而不劃算；賣者則認為，當預定米的質量數滿足時，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，屬于傳統物理習題，學生可根據之前學的動量定理的應用的相關知識，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，學生很難選取研究對象構建物理模型，需要利用微元思想建立柱體模型，設在很短時間Δt內與地面發生作用的水滴構成的柱體為研究對象，它所含雨滴的總質量為Δm=n·s·V·Δt·m，這樣再運用動量定理，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，沒有傳統物理習題中常有的已知量、未知量，需要學生自己去抽象物理模型。將米分成三部分，并設已經落至容器中的米的質量為m1，空中下落的米的質量為m2，與容器中的米發生作用的一部分米為Δm，而且要將物理情景的文字語言轉化為物理語言。然后，證明買方得到米的質量m買=m1+m2+Δm與自動稱米機顯示米的質量m示=m1+F/g（F指質量為Δm的米對靜止的質量為m1的那部分米的沖擊力）是否相等，然后還要設米的流量為d，與容器中的米發生作用的時間為Δt，再運用動量定理就能解決此問題。

這三個問題的設置從傳統的物理習題，遞進到原始物理問題，研究對象從一個物體到多個物體構成的柱體模型；問題的設置從具體到開放、從簡單到復雜；給定的物理量從確切到不完整，再到沒有給出任何物理量，層層遞進，逐漸培養學生解決問題的能力，提高學生的物理核心素養。