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“教学用原始物理问题”的内涵及教学实践
作者：谭龙飞
来源：《教学月刊·中学版（教学参考）》2013年第12期
当“教学研究领域开始运用多学科的话语来解读教学的无尽意义”[1]时，用生态学的价值观、原理、方法来研究物理课堂教学引起了许多物理学者的青睐.因为教育生态学的“动态开放性、可持续发展性”的理念可以有效解决当前中学物理教学中存在的严重的“教学情境与真实情境失衡、实验情境与生活情境失衡、解决实际问题与技能训练失衡、个别化学习与共享认知失衡”[2]等问题.现在迫切要解决的是如何将生态化的理念有效地应用于中学物理教学实践的问题.根据笔者的教学实践，在初中物理教学中适当引入原始物理问题，是将生态化的教学理念转化为物理教学实践的有效途径之一，并收到了理想的教学效果.本文将从“教学用原始物理问题”的提出及内涵、原始物理问题的教学实践两个方面谈谈自己的体会. 一、“教学用原始物理问题”的提出及内涵
在文献研究中发现，“对原始物理问题概念的理解有待统一，原始物理问题的教育理念还有待完善”[3].但多数学者倾向于用“现象是物理学的根源” 的观点来阐述对原始物理问题的理解.笔者在文献分析的基础上将原始物理问题概括为：原始物理问题是指在自然界及社会生活、生产、科研中客观存在的，未被经过人为分解、简化、抽象等方式加工的，能够反映物理概念、规律本质的典型物理现象和物理事实.平时我们常说的实际问题、具体问题、真实问题、情境问题都可以理解为原始物理问题.
例1 小明看到满地的积雪，心想：如何测量积雪的的密度呢？请你帮助小明推导出积雪密度的表达式.
例1就是原始物理问题，这道题它保留物理问题的本来面貌，物理现象和物理事实都以原生态的形式表现出来，像这类的原始物理问题我们称之为“准原始物理问题”，从例1可以看出“准原始物理问题”中的所有条件具有很强的隐蔽性、解决问题的方法和途径具有开放性、对学生掌握并运用知识、方法的能力要求具有广泛的迁移性特点.如果从教学的角度来思考的话，“准原始物理问题”能否完全符合初中学生的年龄心理和认知结构特点，是我们不得不思考的问题.因此笔者提出“教学用原始物理问题”的概念.事实上，“准原始物理问题”一旦被引入初中物理教学，就应该尊重教学规律、服从教学目标，即将“准原始物理问题”中的某些物理现象和物理事实稍作简化和抽象，将“准原始物理问题”转化为“教学用原始物理问题”，使其隐蔽性和开放性在初中学生的“最近发展区” 的范围之中，这样才能彰显“教学用原始物理问题”在激发学生学习物理兴趣、提高学生的认知水平、运用科学方法解决实际问题的能力等方面的教学功能. “教学用原始物理问题”概念的提出，就是突出原始物理问题的适度性，从而解决不敢将“准原始物理问题”进行适当分解、简化、抽象，而超越学生已有知识、经验和技能基础，使其
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失去其应有的教学价值；同时也可以减少原始物理问题面临的质疑和批判：可行性和可操作性太差；太难学生根本无从下手；结论不唯一、不确定，不利于进行标准化考试等.[4] 如将例1改编成例2或例3，就可以称之为“教学用原始物理问题”.
例2 小明使用如下方法来估测积雪的密度：利用平整地面上的积雪，脚竖直向下用力踩，在雪地上便形成一个下凹的脚印，然后利用刻度尺测量有关数据，就可以估测出积雪的密度.请你帮助小明推导出积雪密度的表达式.
例3 小明知道积雪在外力的挤压下可形成冰，利用这一规律来估测积雪的密度：利用平整地面上的积雪，脚竖直向下用力踩，在雪地上便形成一个下凹的脚印，然后利用刻度尺测量积雪原来的厚度h1，脚踩后在雪地上形成脚印的深度h2，就可以估测出积雪的密度.请你帮助小明推导出积雪密度的表达式.
通过比较例2和例3可以看出，例2的隐蔽性和开放性更强些，但经过教师的适当点拨，初中学生都有能力自己解决这些问题. 如果将例3进一步抽象为例4.
例4 小明知道积雪在外力的挤压下可形成冰，一定质量的雪挤压成冰质量不变，利用这一规律来估测积雪的密度：利用平整地面上的积雪，脚竖直向下用力踩，在雪地上便形成一个下凹的脚印，用刻度尺测量积雪原来的厚度是6cm，脚踩后在雪地上形成脚印的深度2cm，就可以估测出积雪的密度.请你帮助小明计算出积雪的密度（ ρ冰=0.9×103kg/m3）. 改编后的例4的确更适合于初中学生的计算，也能起到巩固密度概念的目的，但已经失去原始物理问题的特点，事实上则变成了物理习题.物理习题则是把物理现象事实进一步简化、抽象，经认为加工出来的练习作业，（为叙述方便，以下“原始物理问题”均指 “教学用原始物理问题”）原始物理问题和物理习题两者的关系如图1所示. 二、“教学用原始物理问题”的教学实践 （一）教学中原始物理问题的来源
搜集、整理和编制与初中物理教学进度相匹配的原始物理问题是物理教学过程中的一个重要环节.依据原始物理问题的内涵和物理学科的自身特点，原始物理问题主要来源于以下五个方面.
1. 来源于学生的生活经验
这类原始物理问题相应较多.如皮球落在地面上为什么会反弹起来？反弹高度与哪些因素有关？在节日观赏烟花时，为什么先看到空中色彩绚丽的烟花，然后才听到烟花的爆炸声？同
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时打开空调和电视机，为什么空调比电视机费电？手压井可以看作是杠杆，请你估测压水时手对井把的压力是多少？请你以提水为例，说明如何提高提水效率？ 2. 来源于物理知识在科技发展中的应用
如有一种冬暖夏凉的夹克衫，在这种夹克衫衣料中含有一种微胶囊的晶体物质，它在温度变化时容易熔化和凝固，你能解释它为什么会冬暖夏凉吗？在地震救援中，为什么使用生命探测仪就可以发现废墟下有生命的存在？一小块气凝胶放在鲜花上为什么不会掉下来？神舟九号两名飞行员费俊龙、聂海胜在出仓时为什么要穿里面充有一定量气体的宇航服？ 3. 来源于课堂物理实验
课堂中的物理实验会因许多因素导致实验不成功，或在实验过程中有新的发现，或在实验过程中有许多创新设计等，这些都是编制原始物理问题重要来源.如在探究凸透镜成像规律时，在光屏上看不到蜡烛的像，请你找出尽可能多的原因并说明理由.在探究平面镜成像规律时，在平面镜中看到两个像，一个像较亮，另一个像较暗，这是为什么？怎样避免这种情况发生？ 学生用电压表和电流表测量定值电阻时，发现电压表指针不偏转，如果不用电压表，其他器材任意选择，你还能测量出定值电阻的阻值吗？如果只用电压表呢？在探究压力的作用效果与哪些因素有关时，由于提供的器材较多，因此学生设计的方案也多，小华同学只用装水的矿泉水瓶就能完成整个实验，小华的想法可行吗？请你帮助小华设计探究过程. 4. 来源于诗词、民谚、成语、寓言故事等
“天门中断楚江开，碧水东流至此回.两岸青山相对出，孤帆一片日边来.”后一句包含哪些物理知识？如俗语说“雪前暖，雪后寒”，请你说出其中的道理.“水滴石穿” 包含哪些物理规律？“只要功夫深，铁杵磨成针”，在磨铁杵过程中，铁杵为什么会变热？铁杵的物理属性哪些发生了变化？铁杵的物理属性哪些没有发生变化？ 5. 来源于各种媒体
平时我们看新闻、报纸、杂志、各类科普书籍、上互联网（特别是重要的物理网站，如苏科物理网、人民教育出版社初中物理网）等，可以从中获取信息，作为编制原始物理问题的素材.
原始物理问题的编制，要求教师关注生活、社会、物理学前沿的热点焦点问题，编制时注意科学性原则，特别是实验数据不要凭空想象、主观臆造，避免造成科学上的错误. （二）原始物理问题的教学实例分析
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例5 引体向上是一种简单易行的体育锻炼活动.在做引体向上时，双臂的拉力克服重力做功使身体上升.请根据自己的体验用合适的物理量写出你做引体向上时的功率表达式，并估算出这时自己功率的大小.
解析 这道原始物理问题来源于苏科物理教材.在平时教学中，多数教师为了追求过多的计算题而干脆删掉此题不讲，即使讲解，也是教师直接设定物理量，简单讨论后得出计算公式，至于估算自己功率的大小，学生根本没有估算.笔者在实际教学中，利用学生喜欢体育活动的特点来调动学生的积极性，将学生分组，带到操场，实施边体验、边讨论、边讲解的方式进行教学，通过学生亲身体验，让学生自己明确要测量哪些物理量？怎样测量？怎样设定物理量并写出计算公式？使学生在操作中感悟物理规律在具体问题中的应用.由于教学时间的原因，许多学生利用课外时间来估测自己的功率.在小组汇报中，其中一组是这样汇报的：用体重计测出自己的体重m，用刻度尺测出引体向上时某一纽扣上升的高度h，这样就可以求出一次引体向上时做的功W=mgh，然后用秒表测出做n次功用的总时间为T，就可以求出功率的表达式P=W/T=mgh/T=mghn/T. 另一组还说明了做的时间短一些，引体向上的功率会变大.
可以看出，有些原始物理问题具有操作性，因为这些具体化、生活化的问题没有办法靠现成的经验、简单的模仿来解决，要在自己动手操作、亲身实际体验的基础上才能完成.由于每个学生的身体状况不同，估测引体向上功率的数值也不一样，这又体现了原始物理问题结果不唯一性、不确定性的特点.
例6 如何测量学校到你家步行时的平均速度.
解析 这道原始物理问题来源于学生日常生活中的实际问题.将这道题简化、抽象为数学模型也不难，学生只要测出学校到家的距离s和正常行走的时间t，利用公式v=s/t就可以求出步行时的平均速度.然而笔者把教学的视角重点放在如何测量学校到家的距离这一关键问题上，激发学生探究、讨论，整个测量过程充满了趣味性.经过师生共同筛选，列出以下4种方法. （1）用计程器来测量.利用电动车、摩托车或小汽车上的计程器来测量.
（2）步行法.就是先估测自己正常行走时一步的长度是多少.然后自己行走来测量. （3）滚轮法.先测出轮子的周长，然后滚动轮子，数出从学校到家共有多少周来测量. （4）用自行车来测量.先测出人蹬自行车踏板一周时，自行车轮子走的距离是多少，然后数出人骑自行车从学校到家时共蹬踏板多少周，这样就可以测量出距离.
可以看出，原始物理问题具有开放性.这种开放性有时表现为题目信息开放，有时表现为思考解决问题的多角度性.学生探讨出多种方法测量学校到家的距离，虽然有些想法很幼稚，或者在成年人看来有些可笑，但无论如何都是经过他们自己思考，不断探索、尝试找到解决问题的办法，这远远超越了题目本身的价值.
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三、启示
“原始物理问题不仅是物理现象的一种呈现形式，更体现了一种新的物理教育思想.”[5]这种教育思想给我们提供了一种新的视点，使广大的物理教师反思自己的教学实践和重新审视物理教育的意义.将这种思想运用到初中物理课堂教学中，能使学生认识到：物理知识并不陌生，物理就在我们身边；学习物理知识有用，能解决日常生活中许多问题；学习物理知识有趣，在观察、活动、讨论、质疑等探究过程中掌握理解知识.当然，强调原始物理问题教学的价值并不意味着否定习题教学的贡献，在教学中，将两者有机结合、取长补短，才能相得益彰，更有效地达成课堂教学三维目标. 参考文献：
[1]杜召凤.生态课堂的构建[D]. 长春：东北师范大学，2010.
[2]张 伟，郭玉英. 基于情境学习理论的生态化物理教学初探[J]. 课程·教材·教法，2006（5）：61-65.
[3]邓学明.原始物理问题在大学物理中的教学研究与实践[J].浙江科技学院学报，2011（6）：509.
[4]侯建芳.高中学生解决原始物理问题与物理习题的表征对比研究[D].北京：首都师范大学，2006.
[5]陈清梅，张璐，颜素容.从习题到原始问题：物理问题表征研究的生态化历程[J].教育科学研究，2011（12）：59.
