基于原始物理問題的初中物理教學初探

魯植全

(云南大學附屬中學 云南 昆明 650031)

1 引言

在平時的教學中，很多次遇到這種現象：給學生一個計算題學生會做了，再給學生一個可以用同樣方法來測量出某個物理量的實驗設計題學生就不會了，而且無從下手.由此引發了筆者的困惑和思考：明明解決問題的方法類似，為什么學生表現出的差異卻如此之大呢？后來查閱資料了解到：物理問題可以分為“原始物理問題”和經過抽象后而理想化的“物理模型問題”，即常見的物理習題兩大類.所謂“原始物理問題”是指未經過人為抽象化和理想化加工的、來自自然現象和生活生產技術的實際物理問題.北京大學物理系趙凱華教授曾經指出：在我們的教學中，同一物理問題，既可以把原始物理問題提交給學生，也可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數學模型后提交給學生，而我國的學生往往獲得的是后者而非有血有肉的物理現象，缺少了將原始問題轉化成抽象問題的過程培養，所以在遇到原始問題時往往會不知所措.

目前很多教師都在關注這一問題，都在反思學生出現這種現象是否是我們教師所造成的，是否是應試教育所造成的必然結果？很多教師呼吁進行深層次的教育改革，要求我們不能再惟考施教，應著眼于學生的能力發展，走出課堂，聯系社會.因此，在教學中適時穿插一些物理原始問題對切實提高學生解決實際問題的能力顯得尤為重要.在初中密度的知識學習完之后，筆者選擇了密度的測量作為教學內容，將物理原始問題融入課堂教學做了一次嘗試.

2 教學案例

上課一開始，筆者直接問學生們：小明在家里發現了一瓶液體，不知道是什么液體，你能幫他想辦法判斷出液體的種類嗎？

當筆者把問題給出之后，有不少學生表情詫異而又一臉茫然，然而很快就有學生舉手要發表自己的看法.

生：可以測量液體的密度，因為密度可以用來鑒別物質.

學生們紛紛點頭表示贊同.

師：那么，怎么測出該液體的密度呢？

師：怎么用天平來測量液體的質量呢？實驗步驟有哪些？

生：液體不能直接倒入天平托盤，所以我們應該使用一個量筒，先測出空量筒的質量；再將液體裝入量筒中，天平測出量筒和液體的總質量；二者相減得到液體的質量.

這個方案一提出來，就立即有學生舉手起來說道：剛才的這種方案有個錯誤，量筒要放置在水平桌面上，而天平在使用過程中橫梁會左右搖擺，所以量筒不能放在天平上.我認為應該把量筒換成燒杯，測量步驟為，先測出空燒杯的質量m1；再將液體裝入燒杯中，天平測出燒杯和液體的總質量m2；二者相減得到液體的質量.再將液體倒入量筒測得體積V，從而代入密度公式計算液體密度

師：非常好.請大家對該測量方案進行評估，指出方案的不足.

生：我覺得剛才的方案會帶來較大的測量誤差，因為將液體從燒杯倒入量筒時倒不干凈.

師：那你認為測量的密度偏大，還是偏小呢？

學生們沉思片刻后，紛紛舉手.

生：因為是從燒杯倒入量筒時倒不干凈，所以會導致后面所測得的液體體積偏小，根據密度公式可知測得的密度偏大.

師：那么怎么測量可以使得測得的液體密度更準確呢？

生：我打算先測量空燒杯的質量，接著在量筒中倒入要測量的液體，測出液體的體積；最后把量筒中的液體倒入燒杯中，測出液體和燒杯的總質量，減去空燒杯的質量就是液體的質量，帶入密度公式可得到液體的密度.

該生剛一說完，就已經有好多個同學舉起了手，紛紛要發表自己的看法.

生：這種方案還是存在從量筒里倒入燒杯中倒不干凈的問題.

學生們紛紛表示贊同地點點頭.

師：那么這種方案會使測得的液體密度偏大，還是偏小呢？

生：因為從量筒中倒入燒杯中倒不干凈，會導致最后一步測得的液體質量偏小，所以密度偏小.

師：那么怎么使得測得的液體密度更準確呢？

該學生說完后，班上立即就有好多學生露出了會心的微笑，也有一些學生情不自禁地為同學鼓掌喝彩.

筆者發現還是有部分學生對剛才的這種方案沒有完全理解，于是就又重復分析了一遍，力爭讓每一位學生都理解方案怎么做到讓質量與體積之間相互對應，從而減小誤差的.

此時，又有學生舉起了手，起來說道：我還有另一種方案，先測出燒杯和液體的總質量m1，接著只將部分液體倒入量筒中測出體積V，然后將裝有剩余液體的燒杯一起測出總質量m2，這樣原有總質量減去最后剩余的液體和燒杯質量就是倒入量筒中的液體的質量m1-m2，除以量筒中液體的體積就得到液體的密度

學生們紛紛鼓掌表示贊同，與前一個方案異曲同工.

在學生學完壓強、浮力、機械等部分力學知識之后，筆者再次把這個密度測量的原始問題提出來.

師：如果測量工具只有彈簧測力計，你能否測出液體的密度？

學生聽到這個問題更是一臉茫然.經過分組討論之后，有小組匯報：可以利用浮力測出液體密度.首先找一個石塊，用彈簧測力計測出其重力G；再將石塊吊在彈簧測力計下浸沒在水中，讀出測力計的示數F1；再將石塊吊在彈簧測力計下浸沒在待測液體中，讀出測力計的示數F2；根據物體浸沒在水中時的浮力公式變形求出物體的體積

再利用物體浸沒在待測液體中的浮力公式變形得到液體的密度為

師：如果測量工具只有刻度尺，你能否測出液體密度？

經過分組討論之后，有學生匯報說可以利用自制密度計借助浮力知識測出液體密度：找一根粗細均勻的木筷，用金屬絲纏繞在一端制成一個密度計，測出木筷的總長度L；將其放入水中使其豎直漂浮，測出筷子露出水面的長度L1；再將其放入待測液體中使其豎直漂浮，測出筷子露出液面的長度L2.假設木筷的橫截面積為S，因為木筷漂浮時浮力等于重力，即

ρ水gS(L-L1)=ρ液gS(L-L2)

即可求解得到液體密度

又有小組學生舉手說道：可以利用液體壓強知識測量.找一根粗細均勻兩端開口的玻璃管，將玻璃管的一端扎上橡皮膜，將玻璃管緩慢插入裝有水的燒杯中,用刻度尺測出橡皮膜在水中的深度記為h1；往玻璃管內緩慢灌入待測液體，直至橡皮膜剛好變平，測出所倒入液體的高度h2；利用橡皮膜變平時水的壓強和液體壓強相等，列出等式

ρ水gh1=ρ液gh2

即可求解得到液體密度

3 教學案例分析

(1)原始物理問題能切實落實從生活走進物理、從物理走向社會的新課程基本理念

在教學中當筆者把第一個問題提給學生的時候，有不少學生是很茫然的：什么已知條件都沒有，這樣的問題要怎么去解答呢？這恰恰是我們在實際生活中常遇到的生活情境，在這樣的情境下不可能還有已知條件，需要哪些條件，需要準備哪些工具等這些問題都需要學生自己去思考.而這種思考不是漫無目的的，是需要學生能夠對所學習過的物理知識進行聯系思考，并整合物理規律之間的聯系.所以，這樣的問題正好能夠很好地體現新課程“從生活走向物理、從物理走向社會”的基本理念.

(2)原始物理問題有利于激發學生的學習興趣

正因為原始物理問題源于生活，雖然學生一開始不知道從何處著手，但是學生卻保有積極的解決問題的熱情.

在本節課教學過程中，問題提出之后，學生展開了積極的討論，提出了自己的測量方案，雖然有些學生的方案不完善，甚至有些學生的方案是錯誤的，但是學生在這種參與討論的思維碰撞過程中能夠不斷進益，從而讓問題在爭論與討論中越來越明晰，能夠體會到參與學習的樂趣，學習興趣也能夠得到不斷鞏固.

(3)原始物理問題有利于提升學生分析解決問題的能力

原始物理問題由于其條件的隱蔽性，需要學生自己去尋找或創造已知條件，同時利用抽象思維從具體問題中構建出物理模型，這個將原始問題抽象為習題的過程能夠很好地訓練和發展學生構建物理模型的科學思維.

本節課對如何鑒定是什么液體，學生首先要將原始問題轉化為物理問題：測密度.同時，在討論中要理清天平的使用規則，量筒不能放在天平上等使用要求，誤差分析方法，利用浮力、壓強知識測量密度更需要學生有很強的綜合分析問題的能力，所以，可以切實提高學生分析解決問題的能力.

本節課教學過程中對于只有刻度尺一個測量工具來測液體密度這一問題，有部分學生提出了利用自制密度計和利用兩端開口的玻璃管來測密度，是非常好的辦法，但是如果學生不是具備了很強的綜合分析浮力、壓強等問題的能力是幾乎不可能做到的.雖然大部分學生直接想出這種方案是很困難的，但是在一起分析其他學生想出來的方案的過程中，對綜合分析浮力、壓強、密度等知識的能力也會有很大的提高.

此外，由于很多原始物理問題存在開放性、綜合性、復雜性等特征，在學生無法單獨解決問題時，往往需要配合使用討論式教學方法幫助學生克服困難，這個過程除了可以很好地訓練學生綜合運用物理知識解決問題的能力之外，還可以很好地培養學生的交流與合作能力.

(4)原始物理問題有利于學生創新能力的發展，有利于學生科學素養的形成，為學生的終身學習和發展奠定基礎

開放的原始物理問題，由于問題指向性不特定，所以學生可以從不同的角度入手，拓展學生的思維空間，有利于學生發散思維的形成和質疑創新思維能力的發展.

本節課中當如何鑒定是什么液體的問題提出來之后，有些學生從密度的定義公式出發，提出了天平和量筒測密度的方案，還有一部分學生提到了用彈簧測力計測重力的方案來測密度，還有部分學生提出了利用浮力知識測密度，還有部分學生提出了利用液體壓強測密度，還有部分學生提出了利用杠桿測密度.

這種多角度的發散思維，能夠促使學生理清物理規律之間的聯系，有利于形成相互之間討論、爭論的學習氛圍，幫助學生逐步形成質疑創新思維.這種從具體問題中構建物理模型、從物體間相互作用和聯系的角度看問題、質疑創新等正是學生科學素養的重要形成過程.