讓原始物理問題助力學(xué)科核心素養(yǎng)教育目標(biāo)的達成

1、PAGE 9 -讓原始物理問題助力學(xué)科核心素養(yǎng)教育目標(biāo)的達成沈洪生摘要：原始物理問題來源于物理現(xiàn)象，其原生態(tài)特點能更大程度地培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力和科學(xué)素養(yǎng)，有著普通物理習(xí)題所不具備的教育功能。就原始物理問題的概念及其與物理習(xí)題、情境類試題的區(qū)別與關(guān)聯(lián)進行分析，得出原始物理問題對中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要性，對新課改背景下的中學(xué)物理習(xí)題教學(xué)改革有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：習(xí)題教學(xué);原始物理問題;物理能力;學(xué)科素養(yǎng)習(xí)題教學(xué)是高中物理課程中非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。它可以有效地幫助學(xué)生加深和鞏固對物理知識的理解和應(yīng)用，訓(xùn)練并提高學(xué)生的思維能力，提升學(xué)生利用已學(xué)知識解決實際問題的能力。同時，它也是檢測學(xué)

2、生對知識的掌握情況及達成的學(xué)科能力素養(yǎng)層級的主要手段和工具。習(xí)題課堂，主體是學(xué)生，主導(dǎo)是教師，主角就是“題”了。給學(xué)生練習(xí)訓(xùn)練的叫“習(xí)題”，還有用來考試、檢測、評價學(xué)生的叫“試題”。隨著素質(zhì)教育時代的到來，一種叫“情境題”的試題日益得到推崇和廣泛使用。最新的中國高考評價體系也明確規(guī)定了要以“情境”作為高考的考查載體，以此承載考查內(nèi)容，實現(xiàn)考查要求，選拔人才。這樣，情境試題今后在高考試題中大面積出現(xiàn)是為必然，以情境化命題來訓(xùn)練和考查學(xué)生物理能力和學(xué)科素養(yǎng)的達成也將是一種主流手段?！霸嘉锢韱栴}”，是情境類試題的母本，對學(xué)生物理能力和學(xué)科素養(yǎng)的培育、檢測、評價功能更為強大有效，也更全面。1何謂原始

3、物理問題？它與物理習(xí)題的區(qū)別與聯(lián)系如何？所謂原始物理問題，是指對自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理現(xiàn)象的描述1。也就是人們對自然及客觀世界中直接看到的物理現(xiàn)象及對其的疑惑。它不同于物理習(xí)題，它沒有經(jīng)過任何的抽象加工，沒有設(shè)置任何的已知量、未知量，也沒有詳細(xì)的數(shù)據(jù)，它是一個真實的物理問題。例如：【龜兔賽跑】大家都熟悉“龜兔賽跑”的寓言故事，也都知道原先最被看好的矯健兔子最終輸給了行動緩慢的烏龜。請你利用所學(xué)的物理知識解釋一下兔子失敗的原因，并給它指導(dǎo)一下在哪些環(huán)節(jié)上如何做才可以穩(wěn)獲勝局。【電風(fēng)扇陰影】一臺雙葉電扇順時針轉(zhuǎn)動，在日光燈的照射下，出現(xiàn)了兩個扇葉靜止不動的陰影。則這時電扇

4、的轉(zhuǎn)速是多少？若出現(xiàn)了雙葉片陰影緩慢地逆時針轉(zhuǎn)動，這時電扇的轉(zhuǎn)速略大（?。┯诙嗌?？上述兩例就是典型的原始物理問題。它有別于課堂中那種中規(guī)中矩的物理習(xí)題，其重要特征就在于它沒有已知條件，沒有設(shè)置一些必要的物理量數(shù)據(jù)。只是一個原始物理情境再現(xiàn)，一個物理事件的描述，進而要求答者提出解決其中物理問題的一些方法和思路，然后進行建模、測量，指出應(yīng)用哪些物理規(guī)律、物理公式求解出相應(yīng)量以達到解決命題者提出的問題。原始物理問題，它沒有已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)定。而解決問題的方法思路是開放的、多維的，甚至是出現(xiàn)不定解的結(jié)果。在解題過程中學(xué)生需依據(jù)自身具備的物理知識，物理能力、綜合素養(yǎng)去完成問題的解決

5、。那么教師該如何指導(dǎo)學(xué)生對此類問題的作答并對其作答情況做出評價呢？根據(jù)首都師范大學(xué)邢紅軍教授團隊關(guān)于原始物理問題教學(xué)研究的理論，原始物理問題的解決必須依以下7個表征狀態(tài)來對學(xué)生的解決問題能力進行測驗，即定向表征、抽象表征、圖象表征、賦值表征、物理表征、方法表征和數(shù)學(xué)表征。1下面以“電風(fēng)扇陰影問題”為例進行解題分析。（1）定向表征要正確。答題中要第一時間說出這是個“頻閃問題”，這是后續(xù)正確解題的大方向。實測中有不少學(xué)生錯誤地將其當(dāng)成一個“視覺暫留問題”，方向錯了，問題肯定就無法得到正確解決。（2）抽象表征。要把復(fù)雜問題依重點要素進行抽象簡化，建立理想化模型。本題評分標(biāo)準(zhǔn)是要求能指出“忽略一切阻力

6、，光源只有日光燈，將電風(fēng)扇陰影問題抽象為頻閃問題”。（3）賦值表征。解答中按需要設(shè)置相關(guān)已知、未知量，比如電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為N，電風(fēng)扇的角速度為，扇葉轉(zhuǎn)動的角度為，轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為n，轉(zhuǎn)動的時間為t，等等。要能指出日光燈所用交流電的頻率為50Hz。（4）圖象表征。要能在解題過程中正確畫出相關(guān)的模型簡圖、過程分析圖、受力分析力、物理量關(guān)系圖象等。本題評分標(biāo)準(zhǔn)中要求畫出圖1中的三個圖：a.雙葉電風(fēng)扇順時針轉(zhuǎn)動簡圖;b.雙葉電風(fēng)扇在日光燈照射下出現(xiàn)兩個扇葉靜止不動的陰影;c.雙葉電風(fēng)扇在某轉(zhuǎn)速下呈現(xiàn)逆時針轉(zhuǎn)動的陰影。（5）方法表征。要在解題中體現(xiàn)出諸如分析法、分解法、比較法、演繹推理法等思想方法。（6）物理

7、表征。準(zhǔn)確應(yīng)用物理學(xué)科知識和物理公式解題。本題中主要有角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式=2N和角速度公式=。（7）數(shù)學(xué)表征。結(jié)合物理公式和關(guān)系式，進行合理的數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo)，得出正確數(shù)量結(jié)果。因為日光燈用頻率為50Hz的交流電為電源，且要在日光燈亮起來時，人們才能觀察到電風(fēng)扇葉片位置及其在燈下的對應(yīng)陰影。交流電頻率為50Hz，日光燈的發(fā)光頻率為100Hz，即每0.01s日光燈發(fā)出一次光，頻閃周期為0.01s。如果雙葉電風(fēng)扇在0.01s的時間內(nèi)葉片正好轉(zhuǎn)過，2，3，n的角度，則人們總是能夠觀察到如圖b所示的靜止不動葉片陰影圖象。=n（n=1，2，3，）=100n（n=1，2，3，）又因為=2N，解得N=（圈/

8、s）（n=1，2，3，）當(dāng)在日光燈下觀察到的電風(fēng)扇葉片影子緩慢地逆時針方向轉(zhuǎn)動，如圖c所示，這表明在燈兩次發(fā)出光之間，葉片轉(zhuǎn)動的角度略小于n（n=1，2，3，）則n（n=1，2，3，）又因為=2N，=，t=0.01s聯(lián)立解得N50n（圈/s）（n=1，2，3，）所以當(dāng)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速略小于50n圈/s（n=1，2，3，）時，就可以看到葉片影子緩慢地逆時針轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。由以上解題分析可看出，對原始物理問題的解決，已不再是通常“解：由已知條件可得，再寫出公式，列出方程，代入數(shù)據(jù)解得結(jié)果”的套路了。而是要求學(xué)生首先要有扎實的學(xué)科知識儲備，正確認(rèn)清問題定向，并發(fā)揮想象，抽象建構(gòu)模型，再畫出分析圖表，設(shè)置或測定

9、相關(guān)量值，綜合運用物理知識和物理規(guī)律、物理公式，通過精確計算或估算等手段來解決實際問題。圖2表明了習(xí)題解答只是原始問題解決表征層次的一部分。1可見，要更加全面地培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力，促進中學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)形成，實現(xiàn)物理學(xué)科育人目標(biāo)。在物理習(xí)題教學(xué)中，應(yīng)適時適量適度地引入原始物理問題。2傳統(tǒng)習(xí)題課程在培養(yǎng)中學(xué)生物理學(xué)科能力和素養(yǎng)方面的短板在高中新課程標(biāo)準(zhǔn)編制過程中凝練出了“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的物理學(xué)科核心素養(yǎng)2。新課標(biāo)要求高中物理課程必須圍繞高中學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)要求來開展，以實現(xiàn)“立德樹人”，培養(yǎng)出能真正解決實際問題、有創(chuàng)新品質(zhì)人才的遠(yuǎn)大育人目標(biāo)。新課標(biāo)的這個變化

10、，對高中物理傳統(tǒng)習(xí)題課堂提出了新的要求。長期以來，國內(nèi)物理教育一直存在“題海戰(zhàn)術(shù)”現(xiàn)象，且愈演愈烈。這是因為，很多傳統(tǒng)的物理習(xí)題，學(xué)生在反復(fù)操練以后，就能記好背牢。在考試中遇到同類試題時，會很容易地套用一系列的“解題方法”來解出正確結(jié)果，獲得高分。但很多這樣的考生，可能成績優(yōu)秀，實際上并沒有修成真正意義上的學(xué)科素養(yǎng)，仍只是停留在“死記硬背”模式下形成的比較淺層的技能而已，也不會具有很高的物理學(xué)科能力。這樣的教育培養(yǎng)出來的多是屬于解得了習(xí)題，但解決不了問題的“非杰出”人才。所以有不少教育專家學(xué)者都在心疼地吶喊，“題海戰(zhàn)術(shù)”培養(yǎng)出來的是做題的機器，應(yīng)對考試的機器，培養(yǎng)不出創(chuàng)新型人才的大器。這是因為

11、，傳統(tǒng)的習(xí)題教學(xué)，給學(xué)生訓(xùn)練、研究的習(xí)題，基本都是實證研究型的題目，非生態(tài)研究型題目。很多習(xí)題的情境是經(jīng)過命題者人為設(shè)置且有嚴(yán)格控制的條件并賦予已知量，因此結(jié)論是唯一確定的。這樣的特點導(dǎo)致學(xué)生在長期訓(xùn)練之后形成了僵化的線性和決定性思維模式，而這恰恰是科學(xué)創(chuàng)造的大敵1。而原始物理問題則不同，圖3可以明顯地看出兩者的區(qū)別。顯然，習(xí)題教學(xué)“掐頭去尾毀中段”，只側(cè)重圖3問題解決鏈條中虛線部分的演算、推導(dǎo)環(huán)節(jié)，致使學(xué)生只知道根據(jù)已知條件去解題，遇到實際問題則常常束手無策1。而原始物理問題則是因其只完成對原生態(tài)的物理現(xiàn)象進行描述，無條件、無已知量，要求學(xué)生要去觀察、分析、思考、建模、賦值、測量、計算、推導(dǎo)

12、、總結(jié)等才能完成問題解決，充分發(fā)展了學(xué)生的物理能力。3在高中物理習(xí)題課堂中引入原始物理問題教學(xué)的意義重大（1）能更好地培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力。真正培養(yǎng)出會解決問題的新型人才而不是培養(yǎng)僅會機械解題的普通人才。傳統(tǒng)物理習(xí)題、試題，已經(jīng)被過度理想化、模型化，無法完成對學(xué)生思維的全面訓(xùn)練。有了原始物理問題的介入，才會真正還學(xué)生以觀察、分析、思考、建模、賦值測量等關(guān)鍵的學(xué)科能力訓(xùn)練，提高科學(xué)素養(yǎng)。（2）能在一定程度上強化對情境類試題的解題能力培養(yǎng)，助力高考獲取更好成績。情境類試題不是原始物理問題。因為不管它情境多新，現(xiàn)象講得多真實，最終它也是被命題者有意無意地模型化了，并設(shè)置了已知量、未知量，它也就是習(xí)題

13、了，同樣不具備原始物理問題所具有的顯化學(xué)生思維品質(zhì)的功能。有了原始物理問題的干預(yù)，可以訓(xùn)練學(xué)生將原始問題抽象建模，賦以已知未知量后形成情境試題，也可以將情境題隱藏模型，減少已知條件，去掉已知量后，還原成原始問題。這樣即可全面培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)，也可提高解題能力。將原始物理問題作為情境題的母本來設(shè)計，也是教師命制原創(chuàng)試題的一條有效途徑。（3）能開闊學(xué)生視野，增強對物理的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力。楊振寧院士說過，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源。而原始物理問題幾乎都是物理現(xiàn)象，引入這類問題的訓(xùn)練，能有效消除學(xué)生對習(xí)題課的枯燥感和排斥心理。綜上，在高中物理習(xí)題課教學(xué)中，應(yīng)該注意優(yōu)化習(xí)題課程，強化習(xí)題情境化教學(xué)，適度引入原始物理問題。這樣，對培養(yǎng)學(xué)生的建模能力、科學(xué)思維能力和促進學(xué)生核心素養(yǎng)的形成具有關(guān)鍵作用3。原始問題具有諸多普通習(xí)題不