挖掘“輔助情境”內涵 凸顯物理習題育人價值

孫春成

（江陰市青陽中學，江蘇 江陰 214401）

“輔助情境”的存在是為了構建習題情境時，將背景交代清楚，最大限度避免不同學生對場景熟悉程度不同而造成考試不公平，也要避免設置條件時敘述不清楚導致不嚴謹或者有歧義.日常教學中教師要認識到“輔助情境”具有豐富的內涵，有重要育人價值，并在講解習題時，重視挖掘其價值.引導學生分析“輔助情境”，感悟其存在的合理性，可以實現(xiàn)對學生素養(yǎng)的提升，從而充分體現(xiàn)物理學科的育人價值，為達成“立德樹人”根本任務貢獻物理學科力量.

1 習題中“輔助情境”的界定

物理習題情境的構建要借助文字說明，有時再以圖片、圖像進行補充.有些文字對習題解答有關鍵作用，將其稱為關鍵信息、有用信息.在作答的時候，能夠快速將關鍵信息篩選出來是學生具備較高的信息獲取和處理能力的表現(xiàn).有些文字對正確求解沒有關鍵影響，甚至忽略掉也不影響學生正確解答.將這部分文字稱為習題中的“輔助情境”.這部分文字往往出現(xiàn)在題目情境構建時交代清楚背景、或者設置一些看似可有可無的條件.在構建情境時，會在題目的開頭介紹生產(chǎn)生活中的具體場景，或者傳統(tǒng)文化方面的素材等；在描述物理過程或者物理狀態(tài)時為了使得情境更科學，沒有歧義，會加入一些看似可有可無的約束條件加以限制.學生解題時，即使忽略掉交代背景的文字說明或者約束條件，按照以往的解題經(jīng)驗，想當然認為的情境與命題者所構建的情境剛好契合，且往往與自己的經(jīng)驗符合，按照以往經(jīng)驗布列方程也能求解出正確結果.

2 習題中“輔助情境”存在的緣由

2.1 構建情境的需要

構建情境是設置問題考查學生素養(yǎng)的載體.高考評價體系中的“四層”考查內容和“四翼”考查要求，是通過情境與情境活動兩類載體來實現(xiàn)的，即通過選取適宜的素材，再現(xiàn)學科理論產(chǎn)生的場景或是呈現(xiàn)現(xiàn)實中的問題情境，讓學生在真實的背景下發(fā)揮核心價值的引領作用，運用必備知識和關鍵能力去解決實際問題，全面綜合展現(xiàn)學科素養(yǎng)水平.［1］高考試題、教材習題、各省模擬題都非常重視情境的構建.要構建與生產(chǎn)生活實際聯(lián)系密切，不讓學生有歧義，且體現(xiàn)考試的公平性（不影響沒有經(jīng)歷過試題構建情境的學生考試），需要將習題情境詳細描述清楚，讓學生通過習題信息的獲取構建清晰的物理情境.尤其一些比較新穎的情境，命題者需要不吝惜筆墨交代清楚情境，于是產(chǎn)生了習題中的“輔助情境”.

2.2 避免歧義的需要

習題條件有些是解題的關鍵要素，而有些則是為了避免對習題情境、物理過程、物理狀態(tài)的理解產(chǎn)生歧義進行補充說明而設置的“次要條件”.解答時忽視“次要條件”，想當然地認為習題情境為曾經(jīng)遇到過的情境，亦能正確解答，此時習題的“次要條件”就成了可有可無的“輔助情境”.

2.3 考試時間的限制

應試過程中需要學生在有限的時間內完成大量的習題.經(jīng)過訓練學生往往能快速捕捉到題目中有“明顯特征”的關鍵信息，例如物理量的數(shù)值，物體運動、受力、狀態(tài)信息等.學生在解決問題時，會快速瀏覽試題，會對交代情境的背景和沒有“明顯特征”的條件選擇性無視，而是將精力集中在對解題有重要幫助、有決定影響的關鍵信息上，于是這些條件就成為了“輔助情境”.

3 習題中“輔助情境”的育人價值

3.1 聯(lián)系生活激發(fā)興趣

習題中的“輔助情境”往往與生產(chǎn)生活實際聯(lián)系密切.對一個有經(jīng)驗的解題者而言，雖然這些“輔助情境”與能否正確解題關系不密切，但利用“輔助情境”所述素材能夠較好地幫學生將物理知識、物理學習與生產(chǎn)生活實際構建聯(lián)系，讓學生感受物理的有趣、有用，感受物理的魅力，拉近物理與生活的距離，從而產(chǎn)生物理學習的主動性，讓學生對物理保持濃厚興趣.越是在高學段，越是學習難度大的科目，學生學習的興趣和主動性對學習效果影響越大.越是有興趣，就越主動，在學習中遇到障礙、困惑時就越愿意花費精力，就越有毅力破解困難.

3.2 滲透德育

3.2.1 滲透安全教育

安全教育是學校德育的重要內容，也是學校壓力最大的工作之一.安全教育不應該只是班主任和德育主任的工作，需要全體教師的共同參與，方能取得好的育人實效.有些習題背景的設置關聯(lián)安全方面的常識.利用好習題中的“輔助情境”可以潛移默化地對學生滲透安全教育.

例1.用易拉罐盛裝碳酸飲料非常衛(wèi)生和方便，但如果劇烈碰撞或受熱會導致爆炸.我們通常用的可樂易拉罐容積V=355mL.假設在室溫（17℃）罐內裝有0.9V的飲料，剩余空間充滿CO2氣體，氣體壓強為1atm.若易拉罐承受最大壓強為1.2atm，則保存溫度不能超過多少？

本題中第一句“用易拉罐盛裝碳酸飲料非常衛(wèi)生和方便，但如果劇烈碰撞或受熱會導致爆炸”對解題沒有影響，是典型的“輔助情境”，只能算是幫助學生理解后面的條件“易拉罐承受最大壓強為1.2atm”——如易拉罐內CO2氣體壓強達到或超過了1.2atm會怎樣，就解題而言即使學生理解沒有這么深入、精準，也不會影響解題.但其可以讓學生知曉易拉罐承壓超過極限會爆炸，會存在安全問題，因此不能猛烈撞擊、不能置于高溫下.

3.2.2 滲透愛國主義教育

愛國主義教育的效果是檢驗學校育人工作成效的重要指標.愛國主義教育宜在教學活動中采取無痕教育、逐漸滲透、慢慢累積的方式.這可以避免空洞枯燥的說教，也避免逆反心理消減育人效果，從而更能將愛國主義牢牢植根于學生心間.一些物理習題的背景素材與愛國主義教育聯(lián)系密切，利用好這些 “輔助情境”可以實現(xiàn)愛國主義教育無痕滲透.

例2.潛艇從海水高密度區(qū)域駛入低密度區(qū)域，浮力頓減，稱之為“掉深”.我國南海艦隊的某常規(guī)型潛艇，是目前世界上唯一的一艘遭遇到海底“掉深”后還能自救脫險的潛艇，創(chuàng)造了世界潛艇發(fā)展史上的奇跡.如圖甲，某總質量為3.0×106kg的潛艇，在高密度海水區(qū)域沿水平方向緩慢航行.t=0s時，該潛艇“掉深”，之后在0-30s時間內潛艇豎直方向的vt圖像如圖乙所示（設豎直向下為正方向）.取重力加速度為10m/s2，不計水的粘滯阻力，則（本題圖和選項略）

本題中“掉深”及我國南海艦隊潛艇掉深后自救脫險奇跡的簡介，是交代習題的背景，屬于“輔助情境”，對后面問題解決沒有實質性幫助.將題目中“如圖甲”前面部分去掉，不會影響學生作答.但是我國潛艇在“掉深”后世界上“唯一”奇跡般自救脫險英雄事跡的簡介能夠激發(fā)學生的民族自豪感、國家榮譽感，從而滲透愛國主義教育.

3.2.3 滲透傳統(tǒng)文化教育

在物理教學中滲透傳統(tǒng)文化教育，是立德樹人的要求，是讓學生找到中華優(yōu)秀文化的源，傳承優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，更是在教學活動中彰顯“文化自信”.2017年修訂的課標明確要求各學科教學中“繼承和弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、革命文化，發(fā)展社會主義先進文化，加強法治意識國家安全、民族團結、生態(tài)文明和海洋權益等方面的教育”.［2］

例3.在蘇州園林中，有不少亭臺的設計非常巧妙，下雨時可以清晰地聽到雨滴下落的滴答聲.某同學據(jù)此借助高速攝像機設計了一個探究實驗：雨滴自檐邊由靜止滴下，每隔0.2s滴下一滴，第1滴落地時第6滴恰欲滴下，此時測得第1、第2、第3、第4滴之間的距離依次為1.62m，1.26m，0.90m.假定落下的雨滴運動情況完全相同，則此時第2滴雨滴下落的速度為多少？（不考慮雨滴受到的空氣阻力）［3］

本題以蘇州園林亭臺為背景，研究雨滴的自由落體運動，將學生帶入蘇州園林山水花鳥的情趣，寓唐詩宋詞的意境，讓學生感受我國古典建筑文化的魅力.類似這樣在物理習題中出現(xiàn)的“輔助情境”還有古詩詞、古代民間生產(chǎn)生活用具、民族傳統(tǒng)體育等.例如2012年廣東高考題：“景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖1所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃.對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中（ ）”（選項略）.本題如果不是為了滲透傳統(tǒng)文化，可將“輔助情境”刪除，改成“如圖1，絕熱圓筒內封閉一定的氣體，桿向前推壓縮氣體的過程中（ ）”.

圖1

3.2.4 滲透規(guī)則教育

遵守規(guī)則是法治社會每一個合格公民應盡的義務，是每一個公民社會參與的底線.規(guī)則意識是自覺地以規(guī)則為自己行動準繩的意識，是社會公德的重要組成部分.規(guī)則意識的培養(yǎng)是構筑現(xiàn)代社會文明的基礎工程，通過規(guī)則意識的培養(yǎng)實現(xiàn)對學生法制觀念的培育.

例4.（2018年全國Ⅱ卷第15題）高空墜物極易對行人造成傷害.若一個50g的雞蛋從一居民樓的25層墜下，與地面的撞擊時間約為2ms，則該雞蛋對地面產(chǎn)生的沖擊力約為（選項略）

“高空墜物極易對行人造成傷害”是本題中的“輔助情境”.近年來高空墜物、高空拋物造成的傷害事件時有發(fā)生，給涉事家庭造成了嚴重的傷害.各社區(qū)也加強了高空拋物危害的宣傳教育，以期避免悲劇發(fā)生.以雞蛋從高空墜落地面為背景，密切聯(lián)系生活，通過計算讓學生理解制定“禁止高空拋物”這一規(guī)則的必要性，對學生滲透規(guī)則意識和法治意識，實現(xiàn)“引導學生培育和踐行社會主義核心價值觀”.

3.3 培養(yǎng)科學思維

3.3.1 批判性思維

要培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)就要在物理教學中培養(yǎng)學生的批判性思維.新課程標準指出科學思維“是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格”，“具有批判性思維的意識，能基于證據(jù)大膽質疑，從不同角度思考問題，追求科技創(chuàng)新”.［2］只有具有質疑精神，具有批判性思維，才能破舊立新，才能實現(xiàn)創(chuàng)新、創(chuàng)造，才能另辟蹊徑解決問題.

習題中的“輔助情境”原本是想與生活構建聯(lián)系，創(chuàng)設情境，但有時其所給的數(shù)據(jù)、條件等和生產(chǎn)生活實際矛盾.利用好矛盾，引發(fā)學生思考，可以培養(yǎng)學生的質疑意識和批判性思維.在例1中“通常用的可樂易拉罐容積V=355mL”與實際不符，查詢京東和天貓可知碳酸飲料的“杰出代表”雪碧和可樂，灌裝的容積有200mL和330mL兩種規(guī)格，并無355mL.

3.3.2 提升思維品質

“發(fā)展科學思維本質就是提升學生的思維水平，提高學生思考辨析能力，提高學生分析、推理、質疑、判斷、創(chuàng)新等能力.”［4］課堂上引導學生分析習題中的“輔助情境”存在的價值，反思如果沒有“輔助情境”會產(chǎn)生什么影響，促進學生深入思考，這可以梳理知識間的關系，構建完善的知識網(wǎng)絡，還能鍛煉學生思維的嚴密性、靈活性、深刻性、敏捷性、批判性、獨創(chuàng)性，從而提升學生思維水平，夯實物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

例5.如圖2是右端開口的圓筒形容器，底面積為S，活塞可以沿容器壁自由滑動.開始時，活塞把一定質量的理想氣體封閉在容器內，活塞與容器底部的距離為L，氣體溫度為T0，大氣壓強為p0，若給容器內氣體加熱，讓氣體膨脹，活塞緩慢移動到與容器底部距離為2L處，求：（1）氣體膨脹過程中推動活塞所做得功；（2）氣體膨脹后的溫度.

圖2

本題中“活塞可以沿容器壁自由滑動”、“緩慢移動”這兩個條件學生直接忽視，也能想當然地將氣體膨脹過程對活塞的作用力當成恒力，將氣體膨脹過程當成是等壓的過程.即學生忽略掉一些為了讓習題更嚴謹、無歧義的約束條件后想當然認為的物理情境恰好與命題者所要設置的情境契合.但選擇無視這些“輔助情境”，分析問題的思路是有缺陷的，邏輯是不嚴謹?shù)?日常教學中，利用好這些“輔助情境”，讓學生思考為何要這樣表述，其價值何在，習題中沒有這些“輔助情境”會怎樣.例如本題中“自由滑動”說明不考慮活塞與容器之間的摩擦，“緩慢移動”說明活塞處于平衡態(tài)，密封氣體對活塞作用力大小等于大氣施加的壓力，密封氣體的壓強等于外界大氣壓強，這樣就確定是恒力做功，是等壓變化的過程，思路清晰、邏輯嚴謹.

3.4 培養(yǎng)實踐意識

2017版新課標提出了“養(yǎng)成科學思維習慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力”的理念.具有實踐意識的學生在思考問題、解決問題時會自覺跳出純理論的視野，避免紙上談兵，而是將問題與實際場景相結合，更能夠在解決問題時想出“實招”，找到“有用的辦法”.實踐意識的培養(yǎng)需要將物理教學與生活實際密切聯(lián)系，需要能夠用所學知識分析、解決生活中的問題，需要能夠具有生活常識，從而讀懂物理情境，將文字描述轉化為物理條件.例如前述2012年廣東高考題中“牛角做套筒”“木制推桿”看似可有可無，實則不然，命題者希望學生能夠由“牛角”“木”得到壓縮過程是絕熱的，為后續(xù)分析奠定基礎，不少學生處理該問題時沒有讀出“牛角”“木”背后隱藏的“絕熱”而是想當然將其看成絕熱.再如例4中“25層”，需要學生根據(jù)生活經(jīng)驗判斷出雞蛋下落的高度，從而求解問題.

4 結語

應試中學生能夠快速準確捕捉、處理關鍵信息，不僅是應試的要求，也是新課標所倡導的培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng).在日常教學中，教師不應對習題“輔助情境”視而不見，應充分認識到其育人價值，并在教學中深入挖掘，實現(xiàn)習題教育教學價值最大化.習題教學是高中物理教學關鍵的“最后一公里”，對提升物理教學效果有重要作用.要讓習題教學能發(fā)揮最大價值，就要教師充分挖掘習題的價值，一方面進行“一題多變”“一題多解”等方式實現(xiàn)深度挖掘，另一方面不放過習題中任何素材的價值以拓寬習題的育人價值.