巧用原始物理問題 優(yōu)化習(xí)題教育

沈遠(yuǎn)帆

摘? ?要：闡述傳統(tǒng)“習(xí)題教育”中存在的弊端，表明了“原始物理問題”對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的重要性。并以“求高壓鍋氣壓”的習(xí)題教學(xué)為例，探索如何以原始物理問題為引，優(yōu)化習(xí)題教育。

關(guān)鍵詞：習(xí)題教育;物理習(xí)題;壓力鍋壓力;原始物理問題

前言

2019年6月10號(hào)，一條“兩車擦碰，73歲老人用物理推算自證無責(zé)！”的新聞掛上了熱搜，新聞中講述73歲的退休大學(xué)教授，5月31日駕車途經(jīng)南京將軍大道天元西路路口時(shí)，與另一輛車同時(shí)拐彎，雙方在拐彎過程中有了輕微的擦碰。6月10號(hào)該教授找到當(dāng)?shù)孛窬?，運(yùn)用物理知識(shí)進(jìn)行推算，自證無責(zé)，民警表示看不懂推算，但是監(jiān)控顯示教授確實(shí)是無責(zé)的。看到這條新聞，筆者開始反思，為什么經(jīng)過初高中以及大學(xué)物理專業(yè)四年的學(xué)習(xí)，若我處于老教授當(dāng)時(shí)的情境中，我依然無法像教授一樣運(yùn)用物理知識(shí)去解決實(shí)際的物理問題呢？雖然無法像教授一樣能熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決遇到的實(shí)際問題，但是對(duì)于教授的物理推導(dǎo)過程，看懂又是不費(fèi)吹灰之力的。這其中的奧秘在于教授在進(jìn)行物理推導(dǎo)之前先對(duì)“兩車擦碰”這一原始物理現(xiàn)象經(jīng)過模型建構(gòu)，再進(jìn)行抽象，設(shè)置物理量，使之從原本的客觀物理現(xiàn)象描述轉(zhuǎn)化為初高中課堂上常見的“物理習(xí)題”，而這種“物理習(xí)題”在高中課堂上已經(jīng)演練了無數(shù)次。

1? ?“習(xí)題教育”的衍生及其弊端

“習(xí)題教育”是初高中課堂上以“物理習(xí)題”的分析和講解為主的一種教育方式。有關(guān)該教育方式的衍生，首先從我國(guó)的教育現(xiàn)狀說起。高考制度恢復(fù)之后，通過選拔性考試來選拔人才，以考試的成績(jī)作為選拔人才的唯一指標(biāo)。一分之差也許就決定著你能上重點(diǎn)大學(xué)還是一般本科或者是?？圃盒?，由此便導(dǎo)致了“題海戰(zhàn)術(shù)”的教育觀念。甚至于高三會(huì)花將近一年的時(shí)間來進(jìn)行以習(xí)題訓(xùn)練為主的總復(fù)習(xí)。其次從物理的學(xué)科特點(diǎn)講起，物理的學(xué)科知識(shí)本身具有累積性、邏輯性和經(jīng)驗(yàn)性。（1）學(xué)科知識(shí)的累積性：物理學(xué)的發(fā)展史太過于龐大，這龐大的發(fā)展史累積了數(shù)以萬計(jì)的物理科學(xué)家智慧的結(jié)晶，而短暫的課堂教學(xué)不可能讓學(xué)生處處去重歷這個(gè)過程來累積知識(shí)點(diǎn)，因此通過“習(xí)題教育”這條捷徑讓學(xué)生消化物理學(xué)家?guī)装倌暌詠碇腔鄣慕Y(jié)晶，也就是基礎(chǔ)的物理理論與物理知識(shí)。（2）學(xué)科知識(shí)的邏輯性：物理學(xué)科的知識(shí)體系建立在縝密的邏輯聯(lián)系之上，而邏輯是學(xué)生無法用平常感官去體會(huì)的，它是特殊的心理活動(dòng)過程，通過這個(gè)過程學(xué)生才能將新知識(shí)和舊經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來。（3）學(xué)科知識(shí)的經(jīng)驗(yàn)性：物理知識(shí)的經(jīng)驗(yàn)性又是對(duì)物理教育的一大挑戰(zhàn)。物理學(xué)科的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)親身體驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)在“做中學(xué)”。同樣又是因?yàn)檎n時(shí)的限制，物理教育沒有足夠的時(shí)間留給學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)體系的構(gòu)建進(jìn)行深入詳盡的“探究”。“因此，作為一種簡(jiǎn)約化的科學(xué)教育活動(dòng)，物理教育要求學(xué)生進(jìn)行必要的練習(xí)，于是，習(xí)題——一種練習(xí)形式便運(yùn)應(yīng)而生[ 1 ]。”

這種“習(xí)題教育”當(dāng)中所選的習(xí)題以選拔性考試為主要目的，而選拔性考試的考題要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一答案，由此針對(duì)考試的類型題——“物理習(xí)題”，當(dāng)然也是同一個(gè)模式。而這種模式化教學(xué)、機(jī)械式訓(xùn)練，“缺乏科學(xué)思想的分析，太重視程序與計(jì)算、熟練與技巧 [ 2 ]?！迸c之不同的原始物理問題則是對(duì)物理現(xiàn)象最客觀的描述，沒有已知條件。解決問題的關(guān)鍵在于所需要的物理量需要學(xué)生自己從物理現(xiàn)象的描述中去提煉、設(shè)置，所要解決問題的模型也要自己建構(gòu)。最終才是選用已學(xué)物理理論與物理知識(shí)進(jìn)行推理和演算。原始物理問題具有生態(tài)性特點(diǎn)，物理現(xiàn)象以最原始的形式呈現(xiàn)，能夠考查學(xué)生在自然、真實(shí)的條件下解決實(shí)際物理問題的能力;原始物理問題還具有探索性特點(diǎn)，原始物理問題的解決沒有可套用的模板，“學(xué)生只能通過獨(dú)立的思考、不斷的試誤來對(duì)問題進(jìn)行探索，從而使學(xué)生踏上解決物理問題的探索之旅[ 3 ]?！?原始物理問題更具有趣味性特點(diǎn)，原始物理問題的原始性更加貼近學(xué)生生活、更加生動(dòng)有趣，這就使得原始物理問題能夠憑借問題本身來引起學(xué)生的興趣，而學(xué)生在充分體驗(yàn)成功解決問題的喜悅后，便能將暫時(shí)性興趣化為持久性興趣，從而進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的自我效能感。由此，才能最大限度地培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。原始物理問題的解決過程最為重要的步驟就是對(duì)原始物理問題進(jìn)行抽象，設(shè)置物理量，轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，物理?xí)題則是由出題者代勞了這關(guān)鍵步驟，最終留給學(xué)生的只剩最后的套用模型進(jìn)行演算，具體關(guān)系圖可見圖1。少了學(xué)生對(duì)物理模型建構(gòu)的思維能力的培養(yǎng)，這一步就成為將來學(xué)生無法獨(dú)立解決實(shí)際問題的鴻溝。就像前文所舉例子中教授的推導(dǎo)過程最關(guān)鍵的一步便是對(duì)兩車速度、地面摩擦系數(shù)、人的反應(yīng)時(shí)間等等進(jìn)行賦值，建構(gòu)兩車的運(yùn)動(dòng)模型，這也是使“兩車擦碰”這個(gè)原始物理問題最終轉(zhuǎn)化為初高中學(xué)生接觸的普通習(xí)題的關(guān)鍵性步驟，而這一步驟正是傳統(tǒng)“習(xí)題教育”所缺失的部分。如此培養(yǎng)出來的“解題高手”是解答“物理習(xí)題”的高手，而不是解決實(shí)際物理問題的人才。

2? 例談巧用原始物理問題優(yōu)化習(xí)題教育

既然“習(xí)題教育”達(dá)不到最大限度地培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，為什么還一直在“習(xí)題教育”的路上樂此不疲呢？答案不言而喻，因?yàn)椤傲?xí)題教育”便攜快捷。為讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握物理知識(shí)點(diǎn)，“物理習(xí)題”必不可少。因此，考慮縮短“物理習(xí)題”與“原始物理問題”之間的鴻溝，利用原始物理問題為藍(lán)本來優(yōu)化習(xí)題教學(xué)，讓學(xué)生在進(jìn)行習(xí)題鍛煉的時(shí)候增加把原始物理問題建構(gòu)成物理習(xí)題的思維能力訓(xùn)練。以下以初中物理習(xí)題“求高壓鍋氣壓”為例進(jìn)行闡述。

例：壓力鍋鍋蓋面積450 cm2，限壓閥出氣孔的橫截面只為0.05 cm2，當(dāng)鍋內(nèi)蒸汽達(dá)到2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，蒸汽對(duì)鍋蓋的壓力是多大？當(dāng)鍋內(nèi)蒸汽達(dá)到2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，鍋內(nèi)蒸汽剛好能頂開限壓閥自動(dòng)放氣，則該壓力鍋限壓閥的質(zhì)量是多大？（g=10 N/kg，大氣壓為1.01×105 Pa）”

傳統(tǒng)“習(xí)題教育”：講解題目時(shí)讓學(xué)生闡述題目考查的知識(shí)點(diǎn)。例題考查：①氣壓越高，沸點(diǎn)越高;②受力分析;③壓強(qiáng)公式的變形式F=P×S;④G=mg的變形式m=G/g 。講解完題目所考查的知識(shí)點(diǎn)后，找題目當(dāng)中的已知量帶入進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算即可。

以原始物理問題為藍(lán)本優(yōu)化習(xí)題教育：（1）以2022年開年電視劇《開端》為引——“同學(xué)們，最近有沒有聽過電視劇《開端》，都說藝術(shù)源于生活，這《開端》也不例外，劇中的主角‘高壓鍋可不就是我們家庭常見廚具”（用當(dāng)前熱門電視劇引起學(xué)生興趣，讓學(xué)生參與到話題討論中來）。（2）原始物理問題——在電視劇《開端》中“端鍋大媽”利用普通家用高壓鍋?zhàn)灾普◤椪Я艘惠v公交車。而高壓鍋炸彈也并不是電視劇杜撰出來的劇情，早在2013年的波士頓馬拉松爆炸案就是由高壓鍋引起的。而在《開端》播出后豆瓣上迅速集結(jié)了“高壓鍋爆炸”小組，共有5萬名“炸友”，用驚心動(dòng)魄的炸廚房故事講述了被高壓鍋支配的恐懼。可見高壓鍋爆炸在現(xiàn)實(shí)生活中屢見不鮮（從學(xué)生感興趣的電視劇慢慢過度到現(xiàn)實(shí)生活案例，描述客觀物理現(xiàn)象的同時(shí)滲透“物理源于生活”的理念）。（3）引導(dǎo)學(xué)生提出問題——針對(duì)該物理現(xiàn)象，同學(xué)們有沒有什么疑惑和不解的地方。例：初三總復(fù)習(xí)時(shí)的學(xué)生表示：“高壓鍋是廚房必不可少的幫手之一，它真的這么危險(xiǎn)么？它的威力會(huì)相當(dāng)于一個(gè)炸彈嗎？”（學(xué)生提出的問題有可能千奇百怪，甚至有可能與物理不沾邊，有限的課堂時(shí)間里只能選擇其中較為有用的問題進(jìn)行引導(dǎo)）。（4）教師引導(dǎo)：“要知道高壓鍋是否真的那么危險(xiǎn)，那首先要知道高壓鍋的工作原理，知己知彼方能百戰(zhàn)不殆”（引導(dǎo)學(xué)生從所學(xué)物理知識(shí)中提取有關(guān)知識(shí)用于解決問題，從易到難，高壓鍋的工作原理：“氣壓越高，沸點(diǎn)越高”）。教師引導(dǎo)：“高壓鍋運(yùn)用‘氣壓越高沸點(diǎn)越高的原理來工作，在工作過程中，當(dāng)鍋蓋面積一定時(shí)，隨著鍋內(nèi)水的沸騰時(shí)間越來越長(zhǎng)，水上方聚集的水蒸氣也越來越多，鍋內(nèi)氣壓就越高，對(duì)鍋蓋產(chǎn)生的壓力也就越大。因此當(dāng)鍋內(nèi)氣壓大到一定程度時(shí)，把鍋蓋掀開也不是不可能的，所以確實(shí)存在一定的危險(xiǎn)性。但是我們?nèi)粘Ｊ褂眠^程中只要注意火候問題是較少出現(xiàn)鍋蓋被揭開的情況，同學(xué)們可回想高壓鍋使用過程，思考為什么？”（讓學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，回想生活中高壓鍋工作過程，自行引入限壓閥的作用）。（5）讓學(xué)生為解決問題羅列需要的已知條件——例如針對(duì)以上習(xí)題的問題“蒸汽對(duì)鍋蓋的壓力是多大？”，教師從原始物理問題引導(dǎo)到物理習(xí)題問題后，再讓學(xué)生思考要解決這個(gè)物理習(xí)題問題需要什么條件。經(jīng)過上述引導(dǎo)，學(xué)生利用學(xué)過的物理知識(shí)，根據(jù)F=P×S不難得出：要求鍋內(nèi)蒸汽對(duì)鍋蓋的壓力，需要知道鍋內(nèi)壓強(qiáng)和鍋蓋的受力面積。此時(shí)教師再給出：“鍋內(nèi)蒸汽達(dá)到2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”和“壓力鍋鍋蓋面積450 cm2”兩個(gè)學(xué)生想要的已知條件讓學(xué)生進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，即可解決問題。以此類推，要求限壓閥的質(zhì)量，則必須先求出鍋內(nèi)蒸汽達(dá)到2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)對(duì)限壓閥的壓力，再依據(jù)二力平衡知識(shí)求出限壓閥的重。

總結(jié)以上“以原始物理問題為藍(lán)本優(yōu)化習(xí)題教育”的過程可歸納為以下幾個(gè)步驟。（1）根據(jù)“物理習(xí)題”以相應(yīng)的“原始物理問題”為引。（2）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“原始物理問題”或是“原始物理現(xiàn)象”提出問題。（3）引導(dǎo)學(xué)生將提出的問題轉(zhuǎn)化為“物理習(xí)題問題”。（4）讓學(xué)生羅列解決“物理習(xí)題問題”所需要的條件。（5）最后給出學(xué)生想要的條件或是讓學(xué)生根據(jù)生活常識(shí)假設(shè)所需條件，帶入以往學(xué)習(xí)過的物理理論或是物理知識(shí)進(jìn)行解答。在此過程中教師循序漸進(jìn)的引導(dǎo)，相當(dāng)于帶著學(xué)生從原始物理問題一步步走向物理習(xí)題，解答物理習(xí)題的過程中同時(shí)也解決了原始物理問題。

3? 結(jié)語

開始這種以原始物理問題為引的“改良版習(xí)題教育”方式會(huì)比傳統(tǒng)的“習(xí)題教育”耗費(fèi)時(shí)間更多，許多教師為了“應(yīng)試”的目的還是更愿意選擇傳統(tǒng)的習(xí)題教學(xué)。針對(duì)這個(gè)問題給出三個(gè)“改良版習(xí)題教學(xué)法”的優(yōu)點(diǎn)。（1）前文中也有說明了練習(xí)是必要的，但“以原始物理問題為引，優(yōu)化習(xí)題教育”本質(zhì)上并沒有舍棄練習(xí)。只是讓學(xué)生參與“原始物理問題”轉(zhuǎn)化為“物理習(xí)題”的過程。雖教學(xué)時(shí)間更長(zhǎng)，但是學(xué)生歷經(jīng)了上文圖1中從“原始物理問題”到“物理習(xí)題”的過程，相當(dāng)于學(xué)生就是出題者，既然學(xué)生是出題者，出題者還能不會(huì)做自己出的習(xí)題么？且不僅是一道題，就是該題的類型題、變形題，對(duì)參與這個(gè)過程的學(xué)生來說都不成問題，這樣就達(dá)到講解一道題相當(dāng)于講解一類題的效果了。（2）“以原始物理問題為引，優(yōu)化習(xí)題教育”的模式一旦讓學(xué)生養(yǎng)成習(xí)慣，學(xué)生便會(huì)以這種模式去應(yīng)對(duì)每一道習(xí)題，在學(xué)習(xí)上達(dá)到事半功倍的效果。（3）利用原始物體問題為藍(lán)本的習(xí)題教學(xué)法有著更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)——培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。原始物理問題本身就是描述客觀物理現(xiàn)象或是實(shí)際物理問題，只有讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐漸接觸實(shí)際物理問題，學(xué)生在今后遇到實(shí)際物理問題才能有解決的突破口。“我們不能再惟考施教，應(yīng)著眼于學(xué)生的能力發(fā)展，走出課堂，聯(lián)系社會(huì)。因此，在教學(xué)中適時(shí)穿插一些物理原始問題對(duì)切實(shí)提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力顯得尤為重要” [ 4 ]

參考文獻(xiàn)

[1] 邢紅軍，陳清梅.對(duì)原始問題教學(xué)的思考 [J].中國(guó)教育學(xué)刊，2006（8）：67-69.

[2] 邢紅軍.中國(guó)基礎(chǔ)教育課程改革：方向迷失的危險(xiǎn)之旅 [J].教育科學(xué)研究，2011（4）：5-21.

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[4] 魯植全.基于原始物理問題的初中物理教學(xué)初探 [J].物理通報(bào)，2019（10）：42.