從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變

趙秀霞

摘 要：新高考要求通過真實(shí)的問題情境，考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力，要求學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)從“解題”轉(zhuǎn)向“解決問題”.本文針對(duì)校際聯(lián)考中情境化試題中答題存在的問題，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在解決實(shí)際問題中存在的障礙點(diǎn)，深度剖析原因，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展和改進(jìn)教師的教學(xué).

關(guān)鍵詞：評(píng)價(jià)；解決問題；不規(guī)則物體

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）中的評(píng)價(jià)建議指出：經(jīng)過一個(gè)階段的學(xué)習(xí)之后，需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行階段性的測(cè)試，以便較為全面和深入地了解學(xué)生所達(dá)到的水平和存在的問題.教師應(yīng)將測(cè)試結(jié)果及時(shí)反饋給學(xué)生以幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)、糾正學(xué)習(xí)中存在的問題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和自信心，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展.［1］本文通過對(duì)本市高三校際聯(lián)考第15題（例1）的命題情況和答題情況分析，找出存在的問題，明確努力的方向，引導(dǎo)師生深入探究教與學(xué)，使學(xué)生能夠主動(dòng)靈活地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析并解決社會(huì)生活實(shí)踐中的問題，具備良好的實(shí)際問題解決能力.

1 試題呈現(xiàn)

例1：一個(gè)形狀不規(guī)則而又不便浸入液體的固體，要測(cè)量它的體積，可進(jìn)行如下操作.如圖1所示，高度為h、橫截面積為S的導(dǎo)熱汽缸豎直放置，現(xiàn)從汽缸的開口端放入一個(gè)活塞，活塞下降h1后穩(wěn)定.將待測(cè)固體放入汽缸，重新放入活塞，如圖2所示，活塞下降h2后穩(wěn)定.已知活塞與汽缸之間不漏氣且無摩擦，封閉氣體可視為理想氣體，活塞和汽缸厚度可忽略，活塞始終沒有與被測(cè)固體接觸.求固體的體積.

（答案： ）

考核目標(biāo)：本題主要考查物理學(xué)科核心素養(yǎng)中物理觀念和科學(xué)思維.“物理觀念”中的水平三：能應(yīng)用物理知識(shí)（氣體實(shí)驗(yàn)定律）解決實(shí)際問題.“科學(xué)思維”中的水平四：能將實(shí)際問題中的對(duì)象和過程轉(zhuǎn)換成物理模型（理想氣體模型）；能對(duì)綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并做出解釋.［1］

2 命題思路

該題是筆者原創(chuàng)，受高中物理人教版選擇性必修三第二章 “復(fù)習(xí)與提高”B組第3題（例2）啟發(fā).

例2：為了測(cè)量一些形狀不規(guī)則而又不便浸入液體的固體體積，可用圖3所示的裝置測(cè)量.操作步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

a. 打開閥門K，使管A、容器C、容器B和大氣相通.上下移動(dòng)D，使左側(cè)水銀面到達(dá)刻度n的位置 ；

b. 關(guān)閉K，向上舉D，使左側(cè)水銀面達(dá)到刻度m的位置.這時(shí)測(cè)得兩管水銀面高度差為19.0 cm ；

c. 打開K，把被測(cè)固體放入C 中，上下移動(dòng)D，使左側(cè)水銀面重新到達(dá)位置n，然后關(guān)閉 K ；

d. 向上舉D，使左側(cè)水銀面重新到達(dá)刻度m處，這時(shí)測(cè)得兩管水銀面高度差為20.6 cm.

已知容器 C 和管 A 的總體積為 1 000 cm3，求被測(cè)固體的體積.［2］

（答案：77.7 cm3）

與例2相比，例1的情境更加簡(jiǎn)潔清晰，測(cè)量的物理量更簡(jiǎn)單，更容易操作.

3 答題情況

學(xué)生答題情況出乎命題者的預(yù)料，15題是四個(gè)計(jì)算題中預(yù)計(jì)最簡(jiǎn)單的一道題，但是全市6533人參加物理考試，僅有632名考生得7分（滿分），難度系數(shù)為0.27.

經(jīng)了解，包括一些平時(shí)成績(jī)比較好的學(xué)生，都受初中學(xué)習(xí)過的“溢水法”或“溢沙法”測(cè)體積影響.出錯(cuò)情況主要分為兩種：大部分學(xué)生認(rèn)為初始時(shí)兩部分氣體體積相同，故得到兩次氣體的體積之差就是不規(guī)則固體的體積，如圖4（得0分）；少部分學(xué)生思路還算清晰，知道是考查玻意耳定律，對(duì)每一部分氣體列等溫變化的方程，但是發(fā)現(xiàn)方程中未知量太多，沒有計(jì)算或者計(jì)算無果，最終沒有擺脫 “溢水法”的模仿，仍然寫上錯(cuò)誤的結(jié)果，如圖5（得4分）.

究其原因，就是很多學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)中往往大量刷題，形成了固定的解題套路，在類似的情境中往往套用頭腦中儲(chǔ)存的解題模式，以解出結(jié)果為目標(biāo)，沒能從“解題”中學(xué)會(huì)“解決問題”.

3原型探討

建議教師與學(xué)生共同查閱資料，了解“利用氣體測(cè)量不規(guī)則物體的體積”在實(shí)際中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的知識(shí)去認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)問題，并加以科學(xué)分析，獲得在具體實(shí)際情境中解決物理問題的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生用物理觀念思考問題的意識(shí).［3］

3.1 專利方面

近幾年來有多項(xiàng)相關(guān)的專利發(fā)明，最新的是2022年7月份由中國石化工作人員胡平、藺偉發(fā)明申請(qǐng)的“一種不規(guī)則固體體積測(cè)量裝置”，通過改變不規(guī)則固體所在的測(cè)量裝置內(nèi)的氣體體積，并測(cè)量不同體積下的壓力，運(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程，計(jì)算出被測(cè)不規(guī)則固體的體積.

3.2 論文方面

查到比較早論文有1995年的成果，如圖6，用壓強(qiáng)計(jì)測(cè)定外界大氣壓，用溫度計(jì)測(cè)定環(huán)境溫度；敞開左邊大桶的密封蓋放入待測(cè)物體，此時(shí)導(dǎo)管左邊的液面處于N，測(cè)出兩液面的高度差，蓋好密封蓋 （保持密閉）；在右邊砝碼盤內(nèi)逐次放入砝碼，直到導(dǎo)管中的液面恰好上升到 M點(diǎn)為止，記下所加砝碼的總重量，可求出待測(cè)物體的體積.［4］1998年通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出了不規(guī)則物體的體積，相對(duì)誤差為0.13％.［5］教材習(xí)題（例2）應(yīng)該源于這項(xiàng)成果.

2014年的成果是一項(xiàng)設(shè)計(jì)，如圖7，氣腔的體積V0和V提前嚴(yán)格測(cè)定，只要分別測(cè)出活塞環(huán)在位置A和B時(shí)氣體的壓強(qiáng)和溫度，利用理想氣體狀態(tài)方程，就可以得到待測(cè)物體的體積.［6］校際聯(lián)考試題（例1）與這項(xiàng)成果形似，但該成果要測(cè)量的物理量較多，除了成果中介紹的誤差之外，溫度傳感器和壓力傳感器本身的體積對(duì)測(cè)量結(jié)果也有一定的影響.

4教學(xué)啟示

（1）經(jīng)歷物理模型的建構(gòu)過程

物理模型是忽略次要因素、突出主要特征，將現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行簡(jiǎn)化和純化，集中反映基于物理事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括的科學(xué)思維過程.［7］教師在教學(xué)中要讓學(xué)生體會(huì)建構(gòu)物理模型的思維方法，理解物理模型的適用條件，能通過建構(gòu)物理模型來解決實(shí)際問題.能不能把問題中的實(shí)際情境轉(zhuǎn)化為解決問題的物理情境，建立相應(yīng)的物理模型，是應(yīng)用物理觀念思考問題、應(yīng)用物理知識(shí)分析解決問題的關(guān)鍵.［1］

（2）充分挖掘教材習(xí)題的價(jià)值

新教材習(xí)題源于編寫者的精心設(shè)計(jì)，特別重視試題的真實(shí)情境，充分利用各種情境類型滲透STSE等方面的教育理念，增強(qiáng)試題與生活、技術(shù)、社會(huì)之間的聯(lián)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，達(dá)成對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)和提高的目標(biāo).［8］教師要深入理解編者意圖，認(rèn)真研究、變式、拓展、推陳出新，充分挖掘試題的教學(xué)價(jià)值，給學(xué)生提供深度學(xué)習(xí)和思考的空間，最大限度地發(fā)揮試題育人功能，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展.

（3）養(yǎng)成科學(xué)思考實(shí)際問題的習(xí)慣

理科高考試題重視自然科學(xué)與生產(chǎn)生活實(shí)際的密切聯(lián)系，加強(qiáng)應(yīng)用性，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，突出學(xué)以致用.高考考查的重點(diǎn)是學(xué)生的思維品質(zhì)和綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，聚焦于思維過程和思維品質(zhì).［7］

教學(xué)中要充分發(fā)揮高考指揮棒的引導(dǎo)作用，改變相對(duì)固化的試題形式，創(chuàng)設(shè)新的題型，從材料信息的豐富性、試題要素的靈活性、解題思路的多樣性等方面增強(qiáng)試題開放性，強(qiáng)調(diào)思維過程和思維品質(zhì)，鼓勵(lì)學(xué)生多角度主動(dòng)思考、深入探究，發(fā)現(xiàn)新問題、找到新規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)和備考中減少死記硬背和機(jī)械刷題.通過創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生深入思考、勇于探索、實(shí)證求真，實(shí)現(xiàn)從“解答試題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變，助力高中育人方式的改革.［7］

參考文獻(xiàn)：

1中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2020：51，53，60，79.

2 物理課程教材研究開發(fā)中心編著.普通高中教科書物理選擇性必修三 [M]. 北京：人民教育出版社，2019：44.

3 蔡冬陽.從解題走向解決問題[J].物理通報(bào)，2020（3）：9-13.

4 海國廷，柳玉洪.不規(guī)則物體體積測(cè)量的一種方法 [J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1995（12）：32.

5 海國廷，張海濤. 測(cè)量不規(guī)則物體體積的實(shí)驗(yàn)方法 [J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998（6）：133.

6 沈校強(qiáng).利用氣體測(cè)量不規(guī)則物體體積的系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].化工管理，2014（36）：137.

7 中國高考報(bào)告學(xué)術(shù)委員會(huì)編.高考藍(lán)皮書-高考政策與命題解讀[M]. 北京：現(xiàn)代教育出版社，2023：11，21，30，112.

8 江佶澤，劉茂軍.高中物理新教材習(xí)題情境化的分析與啟示-以2019年人教版高中物理必修系列為例 [J].物理教師，2021，42（05）：75-79.

本文系日照市教育教學(xué)研究課題高中物理中的情境化教學(xué)（課題編號(hào)2022PT087）的階段性研究成果