高中物理開放性習題的設計與命制策略初探

曹燕

命題能力是每一個教師不可或缺的一項基本能力，開放性習題經常出現在高中物理教學或測試中.開放性的習題，主要是指其問題的結果具有開放性，即正確答案不唯一、解題思路不唯一.相比于封閉性的習題，開放性習題拓寬了學生的思維空間，鼓勵學生進行自由發揮，有利于學生創造性思維的培養和學習潛力的發掘.開放性習題有諸多優點，但其在教學過程中的一大缺陷是現成的習題資源太少.那么，如何根據教學的實際需要，進行開放性習題的設計呢？筆者認為可從以下幾個方面進行.

1 改編現有的封閉式習題，使其轉變為開放性習題

以往的物理習題因為過分重視學生答案的嚴密性和準確性，往往將學生的思維限定在一個狹窄的空間中，束縛了他們能力的提升.這些現有的封閉性習題卻可作為習題改編的素材，大加利用.常見的改編手段可以是對問題的條件進行補充或刪減，使問題更趨近一個原始化的物理問題，學生對此問題進行處理時，必須對信息進行篩選或進行補充性的發掘，才能得到正確的思路，習題的開放性會明顯得到提升.

例題1 （原題）一只正方形導線框abcd的邊長已知為l，總電阻為R.現在將其放在光滑的水平桌面上，并提供水平初速度v讓其進入一寬度為s（s>l）豎直向下的有界勻強磁場（如圖1所示），該磁場磁感應強度為B.并且已知導線框的ab邊在進入磁場瞬間時的感應電流為I0，且導線框能完全穿過該有界磁場.請你定性畫出從線框剛進入有界磁場開始起，線框中的電流i隨位置坐標x變化的圖象.

本題如果刪掉條件“且導線框能完全穿過該有界磁場”，就被改編成一個開放性的問題.因為線框在出入磁場時會因為安培力的作用，導致其減速運動的發生，至于其速度是否會減小為零，就此停下，就需要學生打開思維了：有沒有穿出去？如果沒有穿出去，是在進入時停下，還是在離開時停止運動？學生在處理這個問題的過程中，就必須如抽絲剝繭般，認清運動的每一個細節.由此可見，改編成開放性的題目之后，學生的思維空間明顯放大.

2 以物理實驗為情境，設計開放性習題

實驗是高中物理教學的重要組成之一，對其進行考核時也有與之相對應的實驗題.以往的實驗題著重考核學生對實驗操作要點、實驗數據處理等等記憶性或計算性內容，從而很多教師完全從應試出發，在教學中以“講”實驗代替“做”實驗，徹底偏離了物理實驗的本質，不利于學生相關能力的養成.圍繞實驗主題，設計開放性的物理習題不僅檢查學生對實驗操作的熟悉程度，還可以考核學生從構建實驗思路，到實驗器材選擇，再到實驗步驟的設計，以及相關數據的處理等多方面的能力.在平常的教學中，為學生提供開放性習題讓學生打開思維，選擇自己所熟悉的手段進行實驗，這也是創造性思維的培養.例如，在恒定電流一章教學結束時，可安排這樣一道開放性實驗題讓學生來處理.

例題2 現有一如圖2所示的電路，當開關閉合時，兩只燈泡均未成功亮起.現在已知電路故障的原因在于其中一只燈泡是壞的（僅憑肉眼區分不出）.現要求在不對電路進行拆解，也無燈泡進行更換的前提下，設計實驗方案來判斷損壞的燈泡是L1還是L2.實驗方案的描述必須包括：是否需要其他器材，選擇哪些器材以及相應的操作方法和判斷的依據.

本題是一道故障檢測的電學實驗題，因為題目沒有限定器材的使用，因此學生解決問題的切入點有很多，但是看似簡單的問題背后，還暗藏玄機.例如燈泡的規格和電源的電壓都具有未知性，因此作為實驗題，學生就應該全面考慮實際操作中可能遇到的問題.本來最簡單的思路是，用一個導線短接在某一燈泡的兩端，在閉合開關后觀察：如果另一燈泡的是亮的，則損壞燈泡必然是正被短路的那只燈泡；如果另一燈泡不亮，則結論相反.因為之前所述顧慮，單個燈泡在電源作用下可能會超過負荷而損毀，開放性問題的解決就要求考慮問題要全面，因此本題的解決應該換用別的思路：利用多用電表在開關閉合時測量每只燈泡的電壓；或者是在開關斷開時測量每只燈泡的電阻.當然，被開放性習題打開思路的學生所提出的實驗方案肯定不止上述兩種，思路靈活的他們會給我們帶來更多的驚喜.

3 從學生生活中選擇素材，設計開放性習題

學生的生活經驗為他們的物理學習提供了最原始的感性素材，學生也習慣于用自己熟悉的視角觀察和學習物理.因此，從學生的生活來尋找素材，編制物理習題，一方面能發揮開放性習題的固有功能訓練學生；另一方面更能引導學生用物理的眼光來審視身邊的世界，用物理的思維來處理身邊的問題，這會大幅度提升他們的物理學科素養.例如，圍繞自行車可設計下面一道開放性習題.

例3 在環境問題日益嚴重、能源危機逐漸惡化的今天，綠色出行是緩解當前城市交通壓力的最佳答案.自行車就是綠[JP2]色出行最主要的交通工具之一，請觀察它的結構（如圖3所示）， 再回憶一下你的使用經驗，請自己設計兩個有關自行車的物理問題（可以是力學、熱學、光學、電學等范疇的[TP4GW55.TIF，Y#]問題，無需解答）：

例如，自行車擋泥板的安裝方位有什么講究？

問題1：

問題2：

此題一反常規，讓學生自我提問，其目的就是為了讓學生能從物理的角度來品味生活，大膽質疑，雖然問題明確指出無需解答，但是學生好勝的心理會讓他們在提出問題后，自發地思考問題的處理思路，這實際上也提升他們的學習興趣和學習動力.

從學生的生活尋找素材能夠有效激發學生物理學習的興趣，感受學習的價值感.例如，《探究閉合電路歐姆定律》這節課，在學生探究得到規律后，可以設置一個具有一定開放度的練習題.

例4 小張買了一只袖珍手電筒，用的是兩節新干電池，取出手電筒的小燈泡，發現上面標有“2.5 V，0.3 A”字樣，小張認為產品設計人員的意圖是使小燈泡在這兩節干電池的供電下正常發光，由此推算出了這兩節干電池的內阻，如果小張的推斷正確，那該電池組的內阻是多少？

當然，開放性習題編寫的有關方法和技巧還需要我們在高中物理的教學實踐進一步的發掘、歸納和完善，將高質量的開放性物理習題呈現在學生面前，將更加完美地體現物理教育的本質，當然也會是物理新課程理念的一次成功詮釋.