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1、例谈“原始问题”在中学物理教学中的作用吴同华1 陈万平1 张辉霞2摘 要：把物理问题划分为“原始问题”和“抽象问题”两大类，探讨在新课改的背景下，“原始问题”在中学物理教学中的作用。关键词：原始问题；抽象问题；模型赵凯华先生在“我国赴美物理研究生考试(CUS-PEA)历届试题集解”序言中指出:“在我们的教学中,同一物理问题,既可以把原始的物理问题提交给学生,也可以由教师把物理问题分解或抽象成一定的数学模型后提交给学生”。根据赵凯华先生的论述，中学物理教学中遇到的问题可分为两大类：“原始问题”和“抽象问题”。所谓“原始问题”是指在现实世界中客观存在的，尚未被分解、简化、抽象的物理问题，因此，也称
2、作实际问题。而“抽象问题”则是指将原始问题经过合理的分解、简化和抽象后形成的问题，这类问题往往是为巩固物理概念、规律而人为加工选编出来的，有人也称之为“概念题”，像教科书、教参和各类中学物理辅导资料中的例题、习题绝大多数属于“抽象问题”。两者的关系如图1所示。在我国的中学物理教学中，长期以来存在着这样一种现象，即无论是在教科书、学习辅导资料中所展示的例题、习题，还是教师教学过程中呈现在学生面前的例题和习题，除极个别的思考题属于“原始问题”外，均属于“抽象问题”，物理教学过程基本上局限在图1所示的虚线框内。因此，传统的物理教学，由于在原始问题和抽象问题之间产生了一个断带，一条鸿沟，很多学生只知道
3、根据已知条件和现成的物理模型去解题，遇到实际问题则常常束手无策。这种情况下学生感觉到物理枯燥难学，即使学会了也没有用，导致学生厌学情绪严重，教学效果不佳。针对这种情况，如在物理教学过程中适时引入物理原始问题，别具一格，效果很好。下面笔者就物理原始问题在物理教学中的作用谈一谈自己的粗浅认识,希望能抛砖引玉。1 利用物理原始问题设疑、激趣引入新课，简单易行，事半功倍利用物理原始问题引入新课，造成悬念，从而使学生的思维指向更为集中，积极期待着问题的解决，吸引他们的注意力，刺激求知的欲望。简单易行，却能事半功倍。例如在讲“运动和静止”一节内容时，我没有平铺直叙地直接介绍要讲的内容，强调运动是绝对的，静
4、止是相对的，而是在上课的开始首先给学生放一段电影闪闪的红星中的插曲引起学生“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，接着提问学生对于“巍巍青山两岸走”同学们是怎样理解的?青山难道还会走吗？是不是歌词写错了？然后引出新的课题。这一做法虽然很简单，但效果十分明显。课后学生反应，引入新课的这种做法本身就深深引起学生的好奇心：老师怎么了？为什么放歌曲给我们听？要干什么？ 强烈地吸引了学生的注意力，将学生那颗还沉浸在课下活动兴奋不已的心立刻拉回到课堂上。老师的问题更激发了学生浓厚的兴趣，学生情不自禁地会问自己：到底是什么原因呢？启发学生积极思考引发学生认知冲突的同时，也给学生创设了一种生动活泼的学习情景，营造
5、了一种轻松、和谐、积极的课堂气氛，给学生耳目一新的感觉 。2 通过物理原始问题的探究、讨论巩固新课，加深理解，学以致用传统的物理教学，巩固新课常常是通过做习题。但是习题往往与物理现象相脱离，使学生处在模型和模块的包围之中，满脑子的小球、轻杆、木块、斜面，却往往不问其生活源头，感受不到物理现象真实与鲜活的一面，很多学生只知道根据已知条件和现成的物理模型去解题，遇到实际问题则常常不知所措，感悟不到物理的真谛，久而久之便导致学生感到物理难学，学了无用，桎梏学生全面的发展。通过对物理原始问题的讨论、探究巩固新课，能在广度和深度上拓宽学生的知识面，加深对所学内容的理解，提高运用物理知识解决实际问题的能力
6、，使学生能够学以致用，体会到学习的快乐，易于形成长久稳定的物理兴趣。例如在讲完“碰撞”一节内容后，在当天的辅导课上，我没有直接拿来练习题让学生做以巩固所学内容，而是向学生播放电影夺宝奇兵中二世(电影主人公的名字)的父亲用伞驱赶海鸥撞毁追击他们的飞机得救的一段。目的一是让学生放松一下绷紧的神经，更重要的是给出这样一物理原始问题：“海鸥撞毁了飞翔中的飞机，可能吗？试通过估算一下海鸥对飞机的撞击力，再作回答。”这一物理原始问题来源于生活，就在我们身边，呈现给学生不是抽象的模型而是实实在在的物理事件，并且按常理看来是不可思议的事件，极大地引起学生探求欲望，促使学生积极思考，探究原因。首先师生共同分析这
7、个原始问题，题中没有给出任何可借以计算的数据，因此要精确算出撞击力的大小是很难的，但对此原始问题作出撞击力大小数量级的估算是可以的，题目也正是这样要求的。让学生确信问题是可解决的。然后进一步分析：任何原始问题，经分解、简化和抽象后均能找出一个合理的物理（或数学）模型，并可运用已学过的物理知识解之。本题亦不例外。怎样得到一个恰当的模型呢？师生经过逐步探究、讨论，最后可以得出：生活的经验告诉我们，海鸥与飞机相撞，海鸥必“粉身碎骨”，并粘附在飞机上，若将海鸥与飞机的形状不予考虑，简化并抽象成两个物体的相撞，撞前“两物”相分，撞后“两物”合二为一，这正是物理学中所讲的“完全非弹性碰撞”的物理模型，碰撞
8、前后系统动量守恒，于是原始问题便简化成一个抽象问题。最后，有了抽象的物理模型后，接下来便是对撞击力作出合理的估计。所需合理的数据从何而来？办法就是组织学生根据生活的经验来猜测、探讨。设M、m分别表示飞机和海鸥的质量；V和v分别表示飞机和海鸥的速度，而V1表示机鸟共同的速度，取飞机的飞行方向为正方向，则由碰撞前后动量守恒得： (1)若设飞机受到的平均撞击力为F，相撞时间为t，则由冲量定理可得： (2)再设海鸥的身长为l，则相撞的时间为： (3)由（1）、（2）、（3）式可解得：结合实际经验知Mm，Vv，所以： （4）虽然（4）式中全为未知量，但可以让学生合理地猜测，大胆地根据平时对生活和经验的积
9、累提出一个合理的数值或取值的范围。考虑到故事发生的时间是二战期间，当时已经出现喷气飞机，因此飞机的速度不妨取340m/s ,海鸥一般身长约40cm，其质量估计约1.52kg，取2kg，将所取值代入（4）式可算得：如此大的力就不难理解为什么飞机会被毁了。在解决本问题过程中，完全是师生互动、讨论的过程，沿着“置疑问题研究”这一链条，不断探究、讨论，在互动中引导和组织学生小组讨论，逐步推进，直到得出结论。不难看出在解决物理原始问题的过程中，学生在不知不觉中跨越了物理原始问题和抽象问题的鸿沟，提高了学生运用物理知识解决实际问题的能力。更为重要的是物理原始问题把学生带到一个真实的生活情景中，使抽象的概念
10、、原理等具体化、生活化，学生可以清楚的认识到这些概念、原理在实际生活中的用处、表现，增进其学习的兴趣和动力，同时也会恰当地掌握它所具有的特定的含义和意义。因此，通过物理原始问题来巩固加深新课，有着独特的优势和作用。3 鼓励学生发现、解决物理原始问题，开拓思维，培养能力教师留给学生的课外作业除了让学生解决一些抽象的物理问题外，还应该鼓励学生发现、解决生活中的原始物理问题。例如在学了抛体运动后，我让学生利用课余时间观察生活中的物理现象，找出与抛体运动有关的物理原始问题，并试着解决。结果有的学生发现运动场上掷铅球是这类问题，并根据运动员掷铅球的距离估算出了铅球离开运动员手时的速度；有的发现电影中的飞
11、车过河是这类问题，甚至也设计出骑摩托车飞越当地一条河的方案。很显然，这样的课外作业不像课后习题那样给出直观的模型、充分具体的条件和信息，也不存在唯一正确的标准答案。正因如此，学生做这样的作业更能够扩大了视野和想象力，开拓思维，培养学生独立（或与同学合作）观察物理现象提出问题、收集并处理信息解决实际问题的能力。4 通过物理原始问题教学实施、贯彻新课改要求，切实可行，方便有效 基础教育课程改革纲要（试行）（以下简称纲要）中明确提出来的。纲要指出：“教师在教学过程中应当与学生积极互动、共同发展，要处理好传授知识与培养能力的关系，注重培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探索，在实践中学习，促
12、进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习。”要“逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革。”物理原始问题由于具有客观性、复杂性、已知条件的隐蔽性和开放性等特点，就决定了原始物理问题的解决过程必然是探索和创造的过程。面对一个信息量多、客观真实的原始物理问题，学生找不到可以拿来仿效的原型，也没有既成的经验可以作为指导，只能通过独立思考，不断尝试，对问题进行探索。在解决物理原始问题过程中，从多次的简化和抽象，得到一个物理上的抽象模型，到解决物理原始问题，学生有很多参与讨论、合作探究、师生互动的机会，学生的自主性可以得到充分的发挥。学生在解决物理原始问题中所表现出
13、来的自主性、探究性和合作性方面的基本特征恰好构成了新课改所追求的学习方式的三个基本维度。通过物理原始问题进行物理教学，教师改变了知识的呈现方式，不再是一味的说教灌输，而是参与到解决问题当中，与学生一起探究，教学方式变的灵活新颖，不拘一格。物理原始问题来源于生产生活，就在学生身边，物理概念和规律在原始物理问题中有了生命力，显示出其内涵、色彩、格调，显示出其内在的理由、作用和功能，学生学习过的物理概念和规律真正活起来。通过物理原始问题学生认识到，物理其实并不陌生，就在学生身边；学习物理也很有用处，能够解决生活中的许多问题。领悟到物理真谛的同时也提高了解决实际问题的能力，激发出学生学习物理、探究自然的热情。通过解决物理原始问题使学生从生活走向了物理，也从物理走向了社会，更使物理教师找到一条贯彻新理念、实现新课标的有效途径。 参考文献：1中华人民共和国教育部.普通高中物理课程表准（实验）.北京：人民教育出版社2中华人民共和国教育部.全日制义务教育物理课程表准（实验）.北京：北京师范大学出版社3 阎元红.基于开阔背景下的原始物理问题探析.教学与管理,2003(7)4 邢红军,陈清梅.论原始物理问题的教育价值及其启示.课程教材教法,2005(1)5 于克明.谈“原始问题”与能力培养.大学物理,1997(5)6 周久璘.探究性教育理念下的中学物理教学.中学物理教学参考,2005(10)4
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