物理教學中實際問題向抽象問題引申初探

鄒兆云

[中國礦業大學(北京)附屬中學 北京 100083]

王 飛

(北京市海淀工讀學校 北京 100095)

(收稿日期：2016-05-11)

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物理教學中實際問題向抽象問題引申初探

鄒兆云

[中國礦業大學(北京)附屬中學 北京 100083]

王 飛

(北京市海淀工讀學校 北京 100095)

(收稿日期：2016-05-11)

傳統的物理教學注重習題教學，略去了由實際問題到抽象問題引申的過程，導致學生面對以物理情境為背景的習題時往往無從下手.由實際問題到抽象問題的引申既能引導學生從日常經驗中獲取信息，又體現物理以觀察和實驗為基礎的學科背景，且符合新課標從生活走向物理的要求.基于此筆者結合前兩年發生的雨后司機溺亡事件和初中物理液體壓強教學環節，試圖通過原始物理問題的介入，培養學生由實際問題到抽象問題的引申及運用物理知識分析、解決實際問題的能力.

實際問題 抽象 引申 解題

眾所周知，在沒有物理環境的情況下學習物理非常困難.新的課程標準也一直強調物理教學不能脫離情景，鼓勵、要求一線的物理教師在教學過程中都要創設合適的情境引導學生學習物理，提高學生的學習興趣和學習效果；同時還要求教師給學生提供的練習試題中也努力和情境掛鉤[1,2].但是經過一段時間的訓練，筆者發現：學生解決生題的能力還是非常薄弱.基于此筆者展開研究并進行嘗試，試圖尋找解決學生面對生題無從下手的措施.

筆者發現在經過大量的訓練后學生面對生題仍是無從下手，或一筆就掉進陷阱、錯誤百出.筆者認為這一現象說明學生解決物理問題的能力沒有得到有效的提高，簡單的加大做題量的訓練收效不大.要想解決這個問題首先要弄清楚目前的物理教育對學生的訓練方式問題出在哪里.于是筆者對目前的物理教育對學生的訓練方式進行反思.

筆者發現：目前物理教育對學生采取的訓練方式主要是習題教學，而傳統的習題教學大多跳過了實際問題抽象簡化的過程，主要以固定的模型展現在學生面前，學生利用所學知識去解釋或解決.如果遇到的習題以前碰到過，學生借助對公式的記憶，哪怕對于所提到的情境并不太明白，也能大致寫出答案.但是當遇到的是新題型時，由于缺乏把實際問題向抽象解題能力的引申能力，學生便無從下手.這說明單純地靠加大習題解題量并不能真正提高學生的物理水平.這種情況下，我們不能簡單地將其歸因于學生的不努力，更應該反思傳統習題教學中存在的掐頭去尾燒中斷的弊端.

諾貝爾物理獎獲得者楊振寧教授曾說過“物理的根源是現象”，現代學習科學也認為“教學應該在基于真實的任務情境中進行”[3]，所以我們應該對目前的物理教學方式進行必要的調整，否則我們培養的學生除了能解物理題之外，別的就真的無能為力了，面對實際問題無從下手，進入社會無法立足.不論目前，還是今后，社會需要我們培養的是能解決實際問題的人才，需要學生能夠把理論知識和生活實際聯系起來.基于此，更顯得培養學生從實際物理問題解決抽象物理問題能力的重要性.接下來筆者結合前兩年發生的雨后司機溺亡事件和初中物理液體壓強教學環節，闡述如何通過原始物理問題的介入，關注由實際問題到抽象問題引申的過程.培養學生運用物理知識分析、解決實際問題的能力、思維能力，解決學生面對生題無從下手的現狀.

原始物理問題：近兩年電視和網絡媒體報道了多起司機在暴雨中溺亡事故，2013年8月30日深圳普降暴雨，在這場大暴雨中，一名年僅31歲女司機受困并溺亡.2012年7月21日，北京一位男士也在開車時因為暴雨被困在廣渠門橋下，沒能及時逃生，終年34歲.接連發生兩起類似司機溺亡事故，令人唏噓.據報道在這兩起事故中，司機在被困水中之后，多次電話求援，也采取過砸玻璃、推車門等措施自救，最終因無法從車內打開車門，溺水身亡.在向兩位遇難者表示哀悼的同時，筆者也在思考司機打開車門究竟需要多大的力？

聯系生活實際學生很容易想到，打開車門需要克服水對門的壓力，車門打開與否主要取決于水對門的壓力有多大，學生自然把問題轉移到分析水對車門的壓力上去.我們發現上述問題中除了現象的描述之外，沒有任何有提示作用的數據，學生只有對水對車門壓力真正理解之后，才可能去尋找相關數據，從而求解.

那么此原始物理問題中求解水對車門的壓力需要哪些數據呢？根據所學物理知識F=pS，我們需要知道液體對車門的壓強和車門的面積.車門的面積S可以通過刻度尺進行實測，水對車門的壓強垂直作用在門上，越深的地方壓強越大，可看作集中作用在車門中心位置O處，則中心位置O處的水深為h，從而便可計算出水對車門的壓力.相信經過如此的訓練學生將學會如何從實際問題抽象出一個物理模型，不至于面對實際問題而無從下手.

筆者針對上例進行了探究：以福特福克斯汽車為例，實際測量了汽車左前門(駕駛員位置處)車門底邊到車窗處的尺寸：長度為107 cm，高度為70 cm.為方便計算，把車窗以下部分近似為長方形，如圖1所示，107 cm取整數為100 cm，由此可以計算出車窗以下部分面積為：S=1 m×0.7 m=0.7 m2.水對車門的壓力垂直于車門，可以看作集中作用在車門中心位置O處，則中心位置O處的水深h=35 cm(從液面向下計算水深)，此處壓強為p(g=10 N/kg)

p=ρgh

代入數據得

p=3.5×103Pa

壓力為

F=pS

代入數據得

F=2.45×103N

也就是說，當水淹到車玻璃位置處時，作用在車門外側的壓力有2 450 N，這個力非常大，相當于舉起245 kg的重物，超過世界舉重記錄.在這么大的壓力下，兩位逝者縱然年富力強，也不可能推開車門.水淹到車玻璃上方后，產生的水壓會更大，更加無法打開車門了.

圖1 對汽車左前門的測量數據

課后學生結合課上所學對自家車輛進行測量得到S和h后進行運算得到了類似的結果，基本上都在200 kg以上.這次計算，讓學生理解了兩位遇難者的困境，同時真正體驗到了如何利用所學物理知識解決實際問題的過程.可喜的是有學生在這個過程中還想到了新的問題.剛才的計算過程中， 沒有考慮車內進水的情況，實際上汽車不可能完全密封，總會有水漏進來，這樣車里面的水位會逐漸上升，車內積水會給車門一個向外的壓力.當內外水位差不多的時候，內外的水壓基本上相互抵消了，此時就可以打開車門逃生了.這一現象的發現，再次讓學生領略到物理知識的神奇.

事實上車內不僅會進水，而且進水速度很快.據新聞報道，深圳女司機在凌晨4：40給親屬打電話說車子進水，已經到膝蓋了；凌晨4：54，親屬打電話給她，“她說水已經淹到脖子了，但是砸不開窗玻璃”.5：11再打電話給她，“當時她說水淹到脖子了”.從這段報道可以知道，車內水位的升高速度也不慢，水位高度也不低，因為一兩次的失敗就放棄了努力，付出的可是生命的代價.

由此可以看出：原始物理問題只給出了學生一個現象的描述和所要解決的問題，沒有給任何相關數據，學生必須從物理現象入手，通過抽象建立物理模型，再運用物理知識結合數學工具來解決物理問題.在這個過程中，學生經歷了完整的思維訓練，相信當學生解決完這個原始物理問題之后，再給學生相應的物理習題，哪怕是我們所謂的生題，學生也能解決.

原始物理問題的提出給一線教師指引了方向，它比習題增添了分解、簡化抽象的過程，確實能夠對學生進行完整的思維訓練[4,5].學生經過原始物理問題適當的訓練，更能抓住物理的本質，更能從生活現象中發現問題，從而提高物理水平！原始物理是我國物理教育涌現出來的具有里程碑意義的教學理論，作為奮斗在一線的物理教師，我們在發揚習題教學優勢的前提下應適當引入原始物理問題，彌補習題教學的不足.

1 張博. 新課標下中學物理科學方法教育的探究:[學位論文]. 上海：華東師范大學, 2007

2 葉業煌. 談新課標下中學物理新課的情境導入. 科技資訊, 2008(28): 104～105

3 基思·索耶. 劍橋學習科學手冊．北京：教育科學出版社，2010.83

4 邢紅軍. 物理教學論.北京：北京大學出版社,2015.6

5 邢紅軍，陳清梅.原始物理問題測量工具：編制與研究. 課程·教材·教法，2008(11):59～63

鄒兆云(1980- )，女,碩士在讀，主要研究方向為中學物理教學教法.

王飛(1979- )，男，碩士，主要研究方向為中學物理教學教法.