對物理習題中方案設(shè)計類題目的一些思考

高尚雨

(江蘇省淮安市淮陰區(qū)教學研究室 223300)

方案設(shè)計類習題一般是給出生活中的一個真實情景，提供一些器材，提出要解決的問題，要求學生運用相關(guān)知識進行解決，并說出運用的物理原理，還要學會對你所設(shè)計的方案進行簡單的評價或指出實驗中出現(xiàn)誤差大的原因，提出改進方案等.方案設(shè)計是一個比較復雜的問題，極富創(chuàng)造性，挑戰(zhàn)性.

首先要從真實的情景問題中，發(fā)現(xiàn)或分辨科學現(xiàn)象、科學過程中隱含的物理概念或物理原理，并能用物理術(shù)語做出描述或解釋.提煉出具體、科學的條件和要求，建立相應(yīng)的物理模型，將實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題，并能把握科學過程，制定出科學的實驗方法，設(shè)計出問題解決方案，且能對方案做出評估.考慮方案時用好科學方法，多角度，從正反兩方面入手，注意知識的前后聯(lián)系.

如我市的一道中考物理題：如圖所示，一張很長的紅地毯平鋪在地面上．要把地毯沿著其長度方向移動一段距離，最直接的方法就是從一端拉，但拉動整張地毯很困難，需要非常大的力．(1)解釋從一端拉動地毯需要非常大的力的原因？(2)設(shè)計一種既簡單又省力的方案，能將地毯沿長度方向移動一段距離(方案可選用的工具只有圓木棒，也可不選用工具；對方案也可結(jié)合示意圖描述)？(3)對你所設(shè)計的方案作出可行性評價？本題很好地體現(xiàn)了課程標準中“讓學生了解物理與日常生活的密切關(guān)系，逐步學會分析和解決與物理有關(guān)的一些簡單的實際問題”的基本理念.分析本題，學生首先要建模，想象出生活中這個情景，嘗試猜想拉不動的原因，思考的角度可聯(lián)系初中物理學過的物理知識.到底是大氣壓力、摩擦力、重力引起的，還是其它因素引起的，要多角度分析.非常大的力其實就是阻力(摩擦力)引起的，水平桌面摩擦力大小與壓力、接觸面的粗糙程度有關(guān)，兩個因素引起了摩擦力大，導致拉不動.

第二問，方案設(shè)計也涉及到建模問題，題目給了木棍，學生就會聯(lián)想到用杠桿知識解決，沒有去考慮可不可行.

下面筆者將學生的解題方案主要有四種總結(jié)如下：

1.直接將圓木棒放在紅毯的下面

因為只提供圓木棒，所以脫離地面就需要很多的圓木棒，操作起來非常的繁瑣費事，在實際生活中可行性比較差，幾乎沒有人使用這種方案.但作答時學生寫這種方案的比較多，反應(yīng)學生理論性較強，生活經(jīng)驗少.當然也有部分學生發(fā)現(xiàn)了這個問題，他們首先將毛毯折疊起來，將圓木棒放在下面，再拉毛毯.比將圓木棒直接放在下面的方案好，但他們寫的方案并沒有完成題目的要求，方案不具有完整性.

2.挑

使用圓木棒一點一點向前挑紅毯，這個是能夠達到題目要求的.但學生只說挑起紅毯，下面沒有了.挑起紅毯就能使紅毯移動到對應(yīng)的位置了嗎.挑起后還需要向前移動，使紅毯呈波浪式運動.這樣才能到達地點.學生只到了方法，表述不到位，不完整.

3.卷

這一種方案在學生的答題中也占到了三分之一左右.首先卷起紅毯，然后向前推.有部分還說出了變滑動為滾動減小阻力.很高興，自己回答上來了，沒毛病.但他們依然沒有完成任務(wù)，方案不具有完整性.沒有展開.

4.抖

抖在日常生活當中比較常見，但對于本題當中的紅毯難度非常大，可行性不大.

第三問方案評估，應(yīng)評估探究的思路方法是否正確合理，評估實驗方案是否具有可操作性，評估實驗過程中是否有操作錯誤等.平常教學中要善于培養(yǎng)學生這方面的能力，注意發(fā)現(xiàn)新問題，改進探究方案，有從評估中吸取經(jīng)驗教訓的意識.

下面我將這幾種方案中學生對自己方案的評價中比較典型的總結(jié)一下：

第一種方案比較典型的評價是變滑動為滾動，減小了摩擦力，但來回拿圓木棒比較費事；沒有對方案的可行性進行評價，優(yōu)點、缺點是什么.這種方案在生活中是很少用到的，雖然能夠移動到地點，但需要的圓木棒太多，操作起來比較繁瑣.學生不知道評價什么，生活經(jīng)驗比較少.

第二種方案比較多的評價是挑起需要的力小，沒有了.他們自己也不知道如何對自己的方案進行評價.這種方案是可行的，在操作過程中，需要的力比較小，可以移動任意的距離，但短距離移動比較適用，距離遠不適用.

第三種方案比較多的評價是卷起向前推，變滑動為滾動，減小了摩擦力.這是回答為什么這樣做，這樣做依據(jù)的物理知識是什么.并沒有給出準確地評價.這種方案在日常生活中有，但不一樣.工人師傅正常情況下第一步是圈起地毯，沒有問題，但地毯中間插了一根棍，第二步不是推，而是抬，為什么不推呢.因為地毯是軟的，又很重，推不動的.所以準確的評價是可行性不好，卷起的地毯重又軟，可能推不動，而且即使推動了，移動的距離也不是任意的(卷起之后再展開，距離沒有辦法確定).

第四種方案比較多的評價是可以實現(xiàn)，下面沒有了.這種方案多數(shù)人自己生活中所做的，所以他們也不知道如何評價.其實這種方案在本次活動中是很難實現(xiàn)的，在生活中只有比較輕的物體才選用這種方法.地毯非常重，所以抖很難實現(xiàn)，可能抖不動.

通過解決這些創(chuàng)新設(shè)計題，方案設(shè)計題中，我們要清楚的認識到，培養(yǎng)學生的一些關(guān)鍵能力，提高學生的科學素養(yǎng)，要功在平時，要有意識的培養(yǎng)學生的概括理解能力、觀察實驗?zāi)芰Α⑦壿嬎季S能力、物理建模能力、設(shè)計創(chuàng)造能力.反思我們的教學，新課程提出的學生為主體，教師為主導，在日常教學中如何真正的體現(xiàn).總之，重視科學探究過程，不僅讓學生掌握科學文化知識，更要強調(diào)科學素養(yǎng)的培養(yǎng)；促進學生有意識地學習科學，理解科學；培養(yǎng)學生適應(yīng)能力、解決問題能力、運用知識科學的進行決策的能力等.