基于原始物理問題的中考試題設計

劉漢朋

(真光中學,廣東 廣州 510160)

中考試題的設計主要遵循兩個原則,一是體現初中學業水平考試性質,二是兼顧高中入學的選拔功能,達到對不同層次考生進行區分．中考物理力求體現課程標準要求的各項指標,考查學生發展必需的物理基礎知識和方法,又要考查學生是否有養成良好的思維習慣．重視對學生科學素養的考查;重視對學生推理分析、信息提取及處理、數學運算能力等的考查．重視考查學生是否能應用物理知識解釋生產、生活方面的問題,考查學生理論聯系實際的能力．“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式;是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程;科學思維是分析綜合、推理論證等方法的內化;是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判,進而提出創造性見解的能力和品格．“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、質疑創新等要素．本文以廣州市中考試題對學生科學思維能力考查為例,淺談中考試題中的原始物理問題設計．

1 原始物理問題與物理習題

趙凱華教授在《我國赴美物理研究生考試(CUSPEA)歷屆試題集解(1980—1984)》的序中指出:“CUSPEA試題中,有些問題從物理概念來分析并不復雜,屬于學生已學過的范圍,但是由于不少學生對背景不大熟悉,常常感到無從下手,這是值得深思的．在我們的教學中,同一問題,既可以把原始的物理問題提交給學生(有時可以同時給一些提示,或通過一系列小問題引導學生去思考解決整個問題的途徑);也可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數學模型后再提交給學生．習慣于解后一類問題的學生,在遇到前一類問題時,往往會不知所措．”

從這段論述中可以看出,趙凱華教授把物理問題分成了兩類．一類稱為“原始物理問題”,是指自然界及社會生活、生產中客觀存在且未被加工的物理現象的描述;另一類為“物理習題”,是指從實際問題中分解、簡化、抽象,經過加工出來的物理問題,這類問題是為鞏固物理概念、規律而人為加工選編出來的練習題,像教科書、各類中學物理輔導資料中的例題、習題絕大多數都屬于這類問題．目前的教學以及考試中,學生知識的鞏固主要是以物理習題的形式進行的．通過物理習題的訓練,學生的知識點可以得到鞏固,學生的應試能力可能會得到提高;但會致使學生只知道根據已知條件去求解,當面對一個實際問題時卻往往束手無策,不能將所學物理知識進行遷移運用,造成這種現象的原因是物理習題訓練并沒有使學生的科學思維能力得到全面的發展．

同物理習題相比,原始物理問題是對客觀現象的描述．首先學生要思考:問題與什么物理知識發生聯系,應該應用什么物理概念和規律,采用什么物理模型解決問題;其次,題目中沒有已知條件,解決問題所需要的條件要學生自己去設置．另外,原始物理問題具有理論性、生態性、探索性、開放性等特點．問題不是一目了然,需要學生對問題條件及其相互關系進行綜合加工、深化,并進行概括和抽象、推理和聯想,并將已經掌握的物理知識和方法進行有效遷移才能解決問題．

綜上，原始物理問題更能夠考查學生的科學思維能力,用在中考試題中能夠更好地評價學生對初中物理的學習情況．

2 利用原始物理問題考查學生模型建構能力

傳統的物理試題起點往往是經過加工好的物理問題,略去了由實際問題到抽象成物理問題的過程,考查不到學生的物理模型建構能力．解決原始物理問題過程中,學生要運用模型化的科學方法,將來自現實生活中信息龐雜的原始問題進行信息加工和梳理．在這個過程中,也涉及到概括、綜合、假設、類比等一系列科學思維方法,最終將原始物理問題轉化為合理的物理或數學模型,為進一步的問題解決奠定基礎．

圖1

例1.(2014年廣州中考18題)圖1是手臂的簡化圖,手托住重物時,肌肉對前臂的拉力沿圖中ab線.

(1) 在圖中畫出重物對手的壓力.

(2) 畫出肌肉對前臂的拉力方向.

(3) 畫出拉力的力臂.

(4) 根據公式________判斷肌肉對前臂的拉力________重物對手的壓力(選填“大于”、“等于”、“小于”).

顯然,本題沒有像傳統試題直接給出杠桿,接著問是省力杠桿還是費力杠桿．此題的設計有一定的梯度,先讓學生作出力的示意圖,進而作出力臂,層層深入;最后,需要學生自己去設置物理量,從而建立杠桿物理模型來解答．

此題屬于原始物理問題,源自真實生活,接近真實情境,有利于考查學生對物理模型的建構能力和解決生活中的實際問題的能力．教師在平時的教學中也要多提出一些原始物理問題．面對客觀真實的問題,學生有時候很難可以直接套用大腦中已經形成的物理模型來解答,而是需要學生根據新的物理情景,不斷嘗試,不斷思考,設置條件;能夠鍛煉學生建立物理模型的能力．學生經歷解決問題的過程,科學思維能力才會得到發展．

3 利用原始物理問題考查學生科學推理能力

科學推理能力就是依據科學事實,通過一定邏輯思維的應用所做解釋并得出結論的能力．包括假設推理能力、演繹推理能力、類比推理能力和概率推理能力等一系列的推理能力,是形成和完善人們對自然界各種概念和理論認知過程的重要步驟．原始物理問題的解決很難找到可以直接效仿的原型,學生只能通過獨立思考、不斷地假設和類比推理來對問題進行探索,在這個過程中,原來的認知結構被打破,通過對問題積極的思考而達到更高一級的水平．

例2.(2018廣州中考21題)小明每天測量同一個雞蛋的質量,再把雞蛋放入水中,觀察它的浮沉情況后,取出放好．表1是他記錄的部分數據及現象.(雞蛋的體積保持不變,g=10 N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)

表1

(1) 求第57天雞蛋所受浮力及雞蛋的體積.

(2) 比較第1天和第70天雞蛋受到浮力的大小,寫出判斷依據.

(3) 根據表格的現象你如何判斷雞蛋存放時間的長短?

此題的設計來源于生活,具有趣味性,能夠激發學生的思考欲望．特別是第(3)問,科學推理環境的創設十分到位,在解答此問題時,學生的大腦與物理現象發生相互作用,發展了學生的科學推理能力,同時還考查學生用物理語言表述問題的能力．

4 利用原始物理問題考查學生質疑創新能力

質疑創新能力是思維的進一步發展和升華,是思維能力最高階段．質疑就是提出問題,是學生思維獨特性和深刻性的一種表現,質疑過程能激發學生的創新意識,通過質疑能力的培養可以發展學生的創新能力,從而提升學生的思維品質．原始物理問題具有開放性和生態性的特點,決定了學生在解決問題時,必然要經歷發現和探索的過程;在經歷這個過程中,學生必然會對問題產生質疑,從而進一步提高創新能力．

圖2

例3.(2018廣州中考24題)小明把兩端開口的細玻璃管插入水中,發現管內的液面上升(如圖2所示).他查資料得知:管內外液面高度差與水溫、管的內徑有關.小明想利用這支細玻璃管探究管內外液面高度差與水溫的定量關系,請你幫他設計實驗方案.

(1) 實驗器材:細玻璃管、________.

(2) 實驗步驟(可畫圖或文字表述).

(3) 設計記錄數據的表格.

此原始物理問題,以學生身邊物理現象入手,考查學生經歷“質疑-問題-研究”這一思維鏈條的過程;并考查學生設計實驗的能力．教師在教學中,可以提出一些開放性的原始物理問題,培養學生創新思維能力．學生解決原始物理問題形成的科學思維方法會深深地印在腦海里而永久保存．

廣州中考試題中的原始物理問題設計貼近現實生活,來源于自然界、生產、現代科技,能夠更準確地評價學生初中階段的物理學習水平．中考對教學也有指向作用,這也要求教師在平時的教學中也要注重原始物理問題的設計．學生在問題解決的過程中,切身感受到知識的力量,從而能夠積極主動的去獲取物理知識,掌握科學方法, 提高科學思維能力．另一方面,學生通過原始物理問題學習物理知識和應用物理知識,還可以進一步提高認知能力、科學素養和直覺思維能力．激發出學生學習物理、探究自然的熱情;通過解決物理原始問題使學生從生活走向物理,最終從物理走向了社會．