原始物理問題教學的實踐探索

(江蘇省太倉市實驗中學,江蘇 蘇州 215411)

當前初中物理課堂教學依然存在著諸多問題,大量刷題、重復訓練是不少學生學習物理、鞏固知識的主要方式。通過機械化的訓練，面對試題形成條件反射,固然有其短期效應,應試能力可有所提高,但這樣教育出來的學生靈活解決實際問題的能力不強,不能將所學的物理知識轉化為自身的能力與素養,與我們教育的初衷和教育目標相差甚遠，過度且重復地進行習題訓練,對培養學生創新思維、實際問題解決能力十分不利。物理教學應密切關注和聯系學生的生活實際,從真實的生活中發現問題、分析問題、解決問題,在初中物理教學中適當引入原始物理問題,可培養學生的物理學科核心素養。

1 原始物理問題簡介

原始物理問題是指自然界及社會生產、生活中客觀存在的,能夠反映物理概念、規律且未被加工的典型物理現象和物理事實。[1]原始物理問題是實際的具體問題,它不同于通常的物理習題,物理習題是經過一系列人為分解、簡化、加工而成的理想化、簡潔化、模型化的物理問題。從實際問題到物理習題之間有一個建立物理模型的思維過程,這一過程恰恰是培育學生解決實際問題至關重要的環節,可以說是學生思維發展中需要跨越的鴻溝。

相較于物理習題,原始物理問題更具有真實性、過程性和開放性,在初中物理教學中引入原始物理問題,對學生來說具有一定的吸引力和挑戰性，一是它來源于實際生活之中,真實場景能夠激發學生的求知欲,引起學生的思考；二是它無法通過簡單的模仿來解決,這對學生的能力提出了挑戰；三是問題解決的思路是開放的,不一定有唯一的答案,處于不同水平的學生都可以參與，并做出相應的解答。原始物理問題的上述特點決定了其解決過程必然是逐步探索和不斷發現的過程，筆者在實施原始物理問題的教學中,結合物理探究性教學,不斷實踐探索,形成了如圖1所示的教學思路。

圖1

2 原始物理問題的教學案例

以下以“奇妙的平衡”為例，呈現筆者的教學實踐。

圖2

2.1 呈現物理現象

小明在電視科普欄目中看到一個有關平衡的物理現象,覺得十分有趣,自己也嘗試做了一下,非常成功。如圖2所示,把一根橡皮筋套在鐵榔頭的手柄上,拿一把長塑料尺穿過橡皮筋,一端放在木板支架邊緣,鐵榔頭竟然神奇地懸在空中,并穩穩地保持平衡,小明覺得不可思議。

2.2 提出原始物理問題

這其中蘊含什么原理呢?小明開始思索起來，鐵榔頭與塑料尺之間僅僅靠一根橡皮筋連接,鐵榔頭的尾端與塑料尺接觸,塑料尺一端僅有很小一部分支在木板支架上。鐵榔頭、塑料尺、橡皮筋和木板這四者之間構成怎樣的關系?相互之間存在什么力?它們是如何達成平衡的?

2.3 建構物理模型

當忽略輕質塑料尺的重力時,可以構建如圖3所示的塑料尺的杠桿模型,若F1的力臂為L1,F2的力臂為L2,根據杠桿平衡條件,可知：F1L1=F2L2。

圖3

圖4

再構建如圖4所示的鐵榔頭的杠桿模型,若F3的力臂為L3,G的力臂為LG,根據杠桿平衡條件,可知：F3L3=GLG。

圖5

如圖5所示，鐵榔頭、塑料尺、橡皮筋和支架構成一個完整的平衡系統,整個系統處于平衡狀態,即得F4=G。

2.4 解決原始物理問題

2.5 獲取知識，提升能力

通過分析原始物理問題,學生經過了一系列思維活動,將原始問題抽象成理想模型,建立起物理模型,同時運用物理原理與數學工具解決實際問題,使學生了解現象的本質,培養了學生將生活中的實際物體轉化為物理模型的能力,有助于提升學生解決生活中實際問題的能力。

3 原始物理問題的教學啟示

3.1 有利于培養學生的科學思維能力

在通常的物理習題教學中,“灌輸式”的講解模式比較盛行,物理習題和物理現象之間相脫節的情況比較普遍,學生長期處于被分解的、簡約的模型包圍之中,思維較為固定,容易形成思維定勢,無法感受到豐富的物理現象中鮮活和真實的一面,不利于學生創造性思維的發展。而原始物理問題密切聯系生活實際,具有較強的情境性、開放性與原生性,面對真實的原始問題,學生難以找到可以直接模仿、依樣畫葫蘆的解決方法,需要通過自己獨立思考,不斷摸索嘗試,經歷原始物理問題的發現、提出、分析、探索和解決的過程,在這一過程中需要提出多種可能的問題解決方案,可能會經歷多次失敗與挫折,這對于學生思維能力的提升具有重要意義。

3.2 有利于促進科學方法教育

科學方法不是可以直接教授的,是以較為隱性的方式存在,并且支配著物理知識的獲取與運用。[2]在物理教學中,科學方法學習起來比較困難,往往難以掌握,原始物理問題來源于真實的生活,貼近學生的生活世界,學生在原始物理問題的解決過程中,在教師的引導下,運用概括、抽象、綜合、分析等科學方法,理解和把握原始物理問題的解決思路與方法,然后運用等效模型、類比、假設等科學方法從更深層次解決物理問題,從而提升自身的核心素養。

3.3 要科學地實施原始物理問題的課堂教學

原始物理問題是物理教學的寶貴課程資源,有其特定的真實情境,其中必然蘊含許多非相關因素、次要因素或者是干擾因素。教師在實施原始物理問題的教學過程中,需要引導學生抓住主要因素,忽略次要因素,在解決問題的過程中運用科學思維方法,對原始物理問題進行深度剖析,適當理想化、抽象化,建立物理模型。[3]由于原始物理問題涉及的因素是多方面、多層次的,答案也可能不是唯一的,甚至是不確定的,所以教師在教學中要鼓勵學生大膽思考,充分發揮想象,找出問題背后的各種可能原因。同時適當為學生設置解決問題的臺階與支架,由淺入深,層層推進,幫助學生自主探究問題,自主建構知識,從中提升能力,培育物理學科核心素養。

總之,原始物理問題教學使初中物理教育從單純的知識傳授模式中走出來,走上更關注能力培養與核心素養提升的道路,使物理知識的學習、掌握和應用緊密結合起來,更符合當今物理課程的改革方向,從而有助于真正實現物理教育的根本目標。