例谈基于教材实验的原始物理问题解决策略

(江苏省扬州市江都区仙城中学,江苏 扬州 225200)

例谈基于教材实验的原始物理问题解决策略

钱士庄

(江苏省扬州市江都区仙城中学,江苏 扬州 225200)

纵观全国各地近几年的中考试题,与物理教材实验的原始物理问题相关的题目在中考中愈来愈多,使很多学生和老师不太适应。针对此类问题,笔者通过教学实践,摸索出“进行实验探究→提炼原始问题→物理模型分析”的教学策略。实践证明,该策略行之有效,在顺利解决原始物理问题的过程中,极大地激发了学生物理学习兴趣，调动了学生物理学习的积极性,切实提高了学生分析、解决问题的能力。

原始物理问题;教材实验;解决策略

1 引言

《义务教育物理课程标准(2011年版)》指出：义务教育物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程。此阶段的物理课程应该注意让学生经历实验探究过程,学习科学知识和科学探究方法,提高分析问题和解决问题的能力[1]。物理学习的目标之一是学以致用,即利用物理知识原理来解释、解决实际生活中的现象和问题。纵观全国各地近几年的中考试题,基于教材实验的原始物理问题的考查题目越来越多,对学生应用物理知识解决原始问题的要求越来越高。

这些题目虽然源自于课本,但实际又略高于课本,很多同学对此总是一筹莫展。不少一线教师也为此头疼不已,如何有效地解决此类问题、切实提高学生解决此类问题的能力呢?笔者通过教学实践,摸索出了行之有效的解决策略,下面结合2009年江苏省中考物理统考试卷第12题,具体谈谈笔者的做法。

2 原题再现

例题：如图1所示,小刚将盛满水的圆柱形透明玻璃杯贴近书本,透过玻璃杯观看书上的鹦鹉图片(圆圈中的鹦鹉图与书本中的鹦鹉图实际大小相等),他所看到的虚像可能是( )。

图1

3 解决策略

3.1 进行实验探究,仔细观察现象

物理教育发生的起点应当是物理现象[2]，同样这道题也是从物理探究实践中来,该题实际源自于苏科版物理教材,在引言部分(图0-3)和第四章第四节“WWW”栏目(图4-28)都涉及该问题,所以本题是基于教材实验的原始问题。笔者所说实验,不是在考试时进行实验,而是在教学过程中进行,这就意味着平时应该重视教材中所有栏目的实验探究、小制作和综合实践,更要经历相应的探究过程。

为了便于比较,实际实验时,可以在白纸上画一个箭头作为物体(如图2a),第一次将箭头竖直放置进行实验。通过实验,学生会发现这个实验的成像是比较复杂的:箭头离得较近时,成左右放大、上下一致的像(如图2b)；稍远点时,成左右放大、上下一致的像(如图2c);更远点时,成左右缩小、上下一致的像(如图2d);当箭头距杯子的距离调节适当时,也可以成左右等大、上下一致的像。

a b c d图2

第二次将箭头水平放置(如图3a),进行对应的一组实验。观察的现象是:箭头离得较近时,成左右放大、左右一致的像(如图3b);稍远点时,成左右放大、左右颠倒的像(如图3c);再远点时,成左右缩小、左右颠倒的像(如图3d);同样,当箭头距杯子的距离调节适当时,也可以成左右等大、左右颠倒的像。

a b c d图3

综合对比两组实验可分析得出:从竖直方向对比后,发现箭头所成像相对于原来的箭头在方向上没有任何变化。从水平方向对比后,发现比较复杂:箭头较近时,所成像与原箭头指向一致,且像比物大;而箭头较远时,所成像与箭头指向反向,且像比物大；箭头更远些时,所成像与原箭头指向反向,且像比物小。

3.2 分析实验现象,提炼原始问题

对比我们已经学习的凸透镜成像规律,结合观察到的现象,可以提炼出如下问题:竖直箭头所成像，所指方向为什么没有发生变化，与凸透镜成像规律是否一致?为什么箭头所成像的水平左右方位及成像大小变化与箭头到杯子距离有关，与前面已经学习的凸透镜成像规律是否吻合?站在教师角度,此时已经完成了实验试题的命制工作了,实验现象引发的问题串已经形成了。

3.3 建立物理模型,解决实际问题

首都师范大学邢红军教授提出:物理教育应当“以习题演练为基础,以原始问题解决为升华”[3],提出了原始问题后,更要从理论角度加以解释,让学生知其然,更要知其所以然。

建立模型环节实际上是最难的一步,但也是最有价值的部分,如果问题得到有效解决,学生的各种能力在这个过程中自然得到了锻炼。对于该环节的处理,教师要善于引导,更要充分发挥学生主体作用,可以通过学生分组讨论等方式进行,引导学生逐层展开。盛满水的透明玻璃杯实际上是一个复杂的光具,可以从竖直方向和水平方向两个视角来对杯子加以分析。

从竖直方向对杯子的厚薄进行比较,每一处的厚度均等于杯子自身的高度,等同于我们已经学习过的玻璃砖。由此可从玻璃砖成像角度加以说明,苏科版物理教材中已经分析了光线斜射入玻璃砖的两次折射光路,可以利用箭头发出的两条光线粗略做出人眼通过玻璃砖所观察到箭头成像的光路图(如图4)。从图4不难看出,玻璃砖所成像与原物体比较,大小、倒正都没有任何变化,最多发生侧向的位置移动现象。让学生通过玻璃砖尝试观察物体后,还可让学生透过教室窗户玻璃观察室外物体。窗户上的玻璃也是一块玻璃砖模型,通过窗户玻璃看外面物体时,所看到的像与物体基本没有变化,以加深学生的理解。

图4

从水平方向对杯子的厚薄进行比较,均是中间厚、边缘薄,相当于我们已经学过的凸透镜,所以水平方向成像情况完全符合凸透镜成像规律。仅仅限于水平方向,当物体离杯子较近,在一倍焦距内时,成正立放大的虚像,即水平方向左右变大、左右没有颠倒；当物体在一倍焦距和两倍焦距之间时,成倒立放大的实像,即左右变大、左右颠倒；当物体在两倍焦距以外时,成倒立缩小的实像,即左右变小、左右颠倒。综上所述,这道题目的正确选项应该是A。

4 总结

这道看似简单的基于物理教材的原始物理问题的考查题,得分率极低,绝大部分同学错选C,是一种机械学习和应付式教学的结果,究其根源在于缺乏实验探究的经历,即没有动手实验探究,而只是停留于纸上谈兵。

所谓“百闻不如一见,百见不如一做”,如今的中考命题不再拘泥于实验理论考查,命题者亲自进行实验、体验实验,在操作中寻找灵感,在操作的基础上编制实验题,更多地向实验探究过程挖掘诸如实验操作细节的原始问题等。所以,我们一线教师应该与时俱进,改变观念和教学方式,按照课程标准要求,重视教材所有栏目的实验探究、小制作和综合实践活动,切实落实科学探究的目标,引导学生乐于动手探究，善于发现原始物理问题、建立物理模型、尝试解决问题。让学生在乐此不疲的科学探究之旅中,解决由科学探究引发的原始物理问题,提高物理课堂的趣味性和实践性,培养学生发现、解决问题的能力,切实培养学生物理核心素养。

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2011年版)[M].北京:北京师范大学出版社,2011：2.

[2] 邢红军.原始物理问题教学:物理教育改革的新视域[J].课程·教材·教法,2007,(5):51-57.

[3] 邢红军.原始问题教学:一种创新的物理教育理论[J].中国教育学刊,2011,(4):46-49.

[4] 钱士庄.基于原始实验问题的物理习题讲解模式[J].中学物理教学参考,2015,(12):53-54.