让原始物理问题助力学科核心素养教育目标的达成

1、PAGE 9 -让原始物理问题助力学科核心素养教育目标的达成沈洪生摘要：原始物理问题来源于物理现象，其原生态特点能更大程度地培养中学生的物理能力和科学素养，有着普通物理习题所不具备的教育功能。就原始物理问题的概念及其与物理习题、情境类试题的区别与关联进行分析，得出原始物理问题对中学生物理学科核心素养培养的重要性，对新课改背景下的中学物理习题教学改革有一定的指导意义。关键词：习题教学;原始物理问题;物理能力;学科素养习题教学是高中物理课程中非常重要的教学环节。它可以有效地帮助学生加深和巩固对物理知识的理解和应用，训练并提高学生的思维能力，提升学生利用已学知识解决实际问题的能力。同时，它也是检测学

2、生对知识的掌握情况及达成的学科能力素养层级的主要手段和工具。习题课堂，主体是学生，主导是教师，主角就是“题”了。给学生练习训练的叫“习题”，还有用来考试、检测、评价学生的叫“试题”。随着素质教育时代的到来，一种叫“情境题”的试题日益得到推崇和广泛使用。最新的中国高考评价体系也明确规定了要以“情境”作为高考的考查载体，以此承载考查内容，实现考查要求，选拔人才。这样，情境试题今后在高考试题中大面积出现是为必然，以情境化命题来训练和考查学生物理能力和学科素养的达成也将是一种主流手段。“原始物理问题”，是情境类试题的母本，对学生物理能力和学科素养的培育、检测、评价功能更为强大有效，也更全面。1何谓原始

3、物理问题？它与物理习题的区别与联系如何？所谓原始物理问题，是指对自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的物理现象的描述1。也就是人们对自然及客观世界中直接看到的物理现象及对其的疑惑。它不同于物理习题，它没有经过任何的抽象加工，没有设置任何的已知量、未知量，也没有详细的数据，它是一个真实的物理问题。例如：【龟兔赛跑】大家都熟悉“龟兔赛跑”的寓言故事，也都知道原先最被看好的矫健兔子最终输给了行动缓慢的乌龟。请你利用所学的物理知识解释一下兔子失败的原因，并给它指导一下在哪些环节上如何做才可以稳获胜局。【电风扇阴影】一台双叶电扇顺时针转动，在日光灯的照射下，出现了两个扇叶静止不动的阴影。则这时电扇

4、的转速是多少？若出现了双叶片阴影缓慢地逆时针转动，这时电扇的转速略大（小）于多少1？上述两例就是典型的原始物理问题。它有别于课堂中那种中规中矩的物理习题，其重要特征就在于它没有已知条件，没有设置一些必要的物理量数据。只是一个原始物理情境再现，一个物理事件的描述，进而要求答者提出解决其中物理问题的一些方法和思路，然后进行建模、测量，指出应用哪些物理规律、物理公式求解出相应量以达到解决命题者提出的问题。原始物理问题，它没有已知量、未知量，需要学生根据需要去设定。而解决问题的方法思路是开放的、多维的，甚至是出现不定解的结果。在解题过程中学生需依据自身具备的物理知识，物理能力、综合素养去完成问题的解决

5、。那么教師该如何指导学生对此类问题的作答并对其作答情况做出评价呢？根据首都师范大学邢红军教授团队关于原始物理问题教学研究的理论，原始物理问题的解决必须依以下7个表征状态来对学生的解决问题能力进行测验，即定向表征、抽象表征、图象表征、赋值表征、物理表征、方法表征和数学表征。1下面以“电风扇阴影问题”为例进行解题分析。（1）定向表征要正确。答题中要第一时间说出这是个“频闪问题”，这是后续正确解题的大方向。实测中有不少学生错误地将其当成一个“视觉暂留问题”，方向错了，问题肯定就无法得到正确解决。（2）抽象表征。要把复杂问题依重点要素进行抽象简化，建立理想化模型。本题评分标准是要求能指出“忽略一切阻力

6、，光源只有日光灯，将电风扇阴影问题抽象为频闪问题”。（3）赋值表征。解答中按需要设置相关已知、未知量，比如电风扇的转速为N，电风扇的角速度为，扇叶转动的角度为，转动的圈数为n，转动的时间为t，等等。要能指出日光灯所用交流电的频率为50Hz。（4）图象表征。要能在解题过程中正确画出相关的模型简图、过程分析图、受力分析力、物理量关系图象等。本题评分标准中要求画出图1中的三个图：a.双叶电风扇顺时针转动简图;b.双叶电风扇在日光灯照射下出现两个扇叶静止不动的阴影;c.双叶电风扇在某转速下呈现逆时针转动的阴影。（5）方法表征。要在解题中体现出诸如分析法、分解法、比较法、演绎推理法等思想方法。（6）物理

7、表征。准确应用物理学科知识和物理公式解题。本题中主要有角速度与转速的关系式=2N和角速度公式=。（7）数学表征。结合物理公式和关系式，进行合理的数学演算和推导，得出正确数量结果。因为日光灯用频率为50Hz的交流电为电源，且要在日光灯亮起来时，人们才能观察到电风扇叶片位置及其在灯下的对应阴影。交流电频率为50Hz，日光灯的发光频率为100Hz，即每0.01s日光灯发出一次光，频闪周期为0.01s。如果双叶电风扇在0.01s的时间内叶片正好转过，2，3，n的角度，则人们总是能够观察到如图b所示的静止不动叶片阴影图象。=n（n=1，2，3，）=100n（n=1，2，3，）又因为=2N，解得N=（圈/

8、s）（n=1，2，3，）当在日光灯下观察到的电风扇叶片影子缓慢地逆时针方向转动，如图c所示，这表明在灯两次发出光之间，叶片转动的角度略小于n（n=1，2，3，）则n（n=1，2，3，）又因为=2N，=，t=0.01s联立解得N50n（圈/s）（n=1，2，3，）所以当电风扇转速略小于50n圈/s（n=1，2，3，）时，就可以看到叶片影子缓慢地逆时针转动的现象。由以上解题分析可看出，对原始物理问题的解决，已不再是通常“解：由已知条件可得，再写出公式，列出方程，代入数据解得结果”的套路了。而是要求学生首先要有扎实的学科知识储备，正确认清问题定向，并发挥想象，抽象建构模型，再画出分析图表，设置或测定

9、相关量值，综合运用物理知识和物理规律、物理公式，通过精确计算或估算等手段来解决实际问题。图2表明了习题解答只是原始问题解决表征层次的一部分。1可见，要更加全面地培养中学生的物理能力，促进中学生的物理学科素养形成，实现物理学科育人目标。在物理习题教学中，应适时适量适度地引入原始物理问题。2传统习题课程在培养中学生物理学科能力和素养方面的短板在高中新课程标准编制过程中凝练出了“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”的物理学科核心素养2。新课标要求高中物理课程必须围绕高中学生的学科核心素养要求来开展，以实现“立德树人”，培养出能真正解决实际问题、有创新品质人才的远大育人目标。新课标的这个变化

10、，对高中物理传统习题课堂提出了新的要求。长期以来，国内物理教育一直存在“题海战术”现象，且愈演愈烈。这是因为，很多传统的物理习题，学生在反复操练以后，就能记好背牢。在考试中遇到同类试题时，会很容易地套用一系列的“解题方法”来解出正确结果，获得高分。但很多这样的考生，可能成绩优秀，实际上并没有修成真正意义上的学科素养，仍只是停留在“死记硬背”模式下形成的比较浅层的技能而已，也不会具有很高的物理学科能力。这样的教育培养出来的多是属于解得了习题，但解决不了问题的“非杰出”人才。所以有不少教育专家学者都在心疼地呐喊，“题海战术”培养出来的是做题的机器，应对考试的机器，培养不出创新型人才的大器。这是因为

11、，传统的习题教学，给学生训练、研究的习题，基本都是实证研究型的题目，非生态研究型题目。很多习题的情境是经过命题者人为设置且有严格控制的条件并赋予已知量，因此结论是唯一确定的。这样的特点导致学生在长期训练之后形成了僵化的线性和决定性思维模式，而这恰恰是科学创造的大敌1。而原始物理问题则不同，图3可以明显地看出两者的区别。显然，习题教学“掐头去尾毁中段”，只侧重图3问题解决链条中虚线部分的演算、推导环节，致使学生只知道根据已知条件去解题，遇到实际问题则常常束手無策1。而原始物理问题则是因其只完成对原生态的物理现象进行描述，无条件、无已知量，要求学生要去观察、分析、思考、建模、赋值、测量、计算、推导

12、、总结等才能完成问题解决，充分发展了学生的物理能力。3在高中物理习题课堂中引入原始物理问题教学的意义重大（1）能更好地培养中学生的物理能力。真正培养出会解决问题的新型人才而不是培养仅会机械解题的普通人才。传统物理习题、试题，已经被过度理想化、模型化，无法完成对学生思维的全面训练。有了原始物理问题的介入，才会真正还学生以观察、分析、思考、建模、赋值测量等关键的学科能力训练，提高科学素养。（2）能在一定程度上强化对情境类试题的解题能力培养，助力高考获取更好成绩。情境类试题不是原始物理问题。因为不管它情境多新，现象讲得多真实，最终它也是被命题者有意无意地模型化了，并设置了已知量、未知量，它也就是习题

13、了，同样不具备原始物理问题所具有的显化学生思维品质的功能。有了原始物理问题的干预，可以训练学生将原始问题抽象建模，赋以已知未知量后形成情境试题，也可以将情境题隐藏模型，减少已知条件，去掉已知量后，还原成原始问题。这样即可全面培养学科素养，也可提高解题能力。将原始物理问题作为情境题的母本来设计，也是教师命制原创试题的一条有效途径。（3）能开阔学生视野，增强对物理的学习兴趣和学习动力。杨振宁院士说过，现象是物理学的根源。而原始物理问题几乎都是物理现象，引入这类问题的训练，能有效消除学生对习题课的枯燥感和排斥心理。综上，在高中物理习题课教学中，应该注意优化习题课程，强化习题情境化教学，适度引入原始物理问题。这样，对培养学生的建模能力、科学思维能力和促进学生核心素养的形成具有关键作用3。原始问题具有诸多普通习题不