例谈新教材中回归于生活的原始物理问题

张景铨

摘要：本文通过实例，探讨了原始物理问题与物理习题的关系以及如何在物理教学中创设物理原始问题。

关键词：原始物理问题；物理习题；物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)5(S)-0006-2

我国著名教育家陶行知先生曾认为，教育起源于生活，生活是教育的核心，教育应为社会生活服务，凡社会生活的中心问题也就是教育的中心问题。然而，由于应试的需要，传统的物理教学常与生活中的物理现象脱离，新课程要求“物理课程的构建应注重让学生经历从自然到物理、从生活到物理的认识过程，经历基本的科学探究实践”。因此，物理教学应该回归生活，回归学生的精神世界。

1 原始物理问题与物理习题的关系

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”。

根据赵凯华先生的观点，中学物理教学中遇到的问题可分为两类：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，也称作实际问题。而“抽象问题”则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的，有人也称之为“概念题”，比如教科书、教参和各类物理辅导资料中的绝大多数例题、习题属于抽象问题。两者的关系如图1所示。

由图1可知，学生解决物理问题需经历3个环节：第一，描述问题，即对现实问题中的物理现象进行描述，使之成为原始物理问题；第二，物理建模，即对原始物理问题进行抽象、简化、分解并挖掘物理量，使之转化为物理习题；第三，解题，即通过定性或定量的演算和推导解决问题。然而，在传统的物理习题解答中，往往侧重第三个环节，对第一、第二环节中物理现象和物理事实把握不够，以致很多学生只知道根据已知条件和现成的物理模型解题，遇到实际问题时感到茫然。

2 创设回归生活的原始问题

中学阶段涉及的物理知识大多与生产、生活密切相关，如彩虹和肥皂泡的颜色、日月星辰的运动、闪电的产生、梳过头发的梳子吸起纸屑等。因此，教师应在教学过程中多设计贴近生活的实验，提出原始问题，唤起学生对身边熟悉的生活场景的回忆，进而建立物理概念或物理规律，发展学生的各种能力和掌握科学方法。

下面介绍“司南版普通高中课程标准实验教科书”《物理》（共同必修1）中两个“迷你实验室”创设的原始物理问题。

例1 试一试，如果要把一堆书尽可能地垒得向一侧倾斜，你能够使最顶上的一本书超出桌子边缘多少？想一想，书要怎样才能保持平衡？

解析 这个原始物理问题的实质是力的平衡问题，解决此题，首先需要忽略次要因素，抓住主要矛盾，建立物理模型。因此，将书抽象成密度均匀，形状、质量相同的长方体，其长为L，质量为m，如图2所示，再按照由特殊到一般的研究方法求解。

计算最上面长方体伸出桌子边缘的最大长度，可以采用从上往下分析。长方体1的重力作用线应与长方体2边缘相切，长方体1、2整体的重力作用线应与长方体3边缘相切，以此类推。

长方体1可在长方体2外伸出S₁=L/2。

要使最上面两长方体相对于长方体3有最大伸长量而且不翻倒，要求最上面两块的重心不超过长方体3最右端的支点。设最上面两长方体的重心与长方体3最右端的距离为x，如图3所示，以长方体3的最右端为支点，根据杠杆平衡原理有：

mgx＝mg( L／2－x )， x＝L／4，

则长方体2相对于长方体3的最大伸长量为：S₂＝L／4

同理可求出长方体3相对于长方体4的最大伸长量为：S₃＝L／6

以此类推S₄=L／8……，S_n= L／2n

可以看出，学生在实验中获得亲身体验的同时，实现了由原始问题抽象到物理习题的转化，学会了模型化、抽象和推理等科学方法。

例2 两位同学进行竞走比赛。为了解他们的加速过程，教师让两同学分别拿着底部穿孔、滴水比较均匀的饮料瓶一起竞走，然后通过地上的水印，分析他们的速度变化情况（如图4所示）。请你和同学们一起试试，并讲讲其中的道理。

本题基本上可视为原始物理问题，它以研究竞走速度变化这一生动的真实情境为依托。第一，它具有一定的复杂性和隐蔽性。其中隐含滴水的等时性需要学生自己提出并做出解释，时间间隔由饮料瓶的高度控制，同时随着瓶中水的深度减小，滴水间隔变化造成一定的误差；第二，具有较强的趣味性，能培养学生兴趣，激发学生思维。本题不一定有明确的答案，因为同学的竞走过程不可能是严格的匀速或匀变速直线运动，因此要求学生根据不同的运动情况作适当的抽象分析。如果题中不做“底部穿孔、滴水比较均匀”的提示，仅说明有饮料瓶、水等器材，本题则更具开放性，更能代表真正意义的原始物理问题。

由例2拓展的一些仪器或习题：

（1）打点计时器：打点计时器是运动学和力学中常用的基本仪器之一，其工作原理学生常常感到难理解。可结合例2中的设计思想，用饮料瓶的滴水模拟计时器的电火花（不同的是打点计时器两点时间间隔为0.02s），用人提着瓶子的运动来模拟打点计时器纸带的运动，从而理解打点计时器的工作原理。

（2）沙摆：沙摆是用于演示振动图象的传统实验，其实验原理与例2一致，即如果匀速拉纸板，单摆任一周期距离是相同的；若匀加速拉纸板单摆，则相邻周期的间距差值是相同的。

（3）2009年福建省质量检测（摘要）：

某校物理兴趣小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图5所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动。

该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量___________的。（时间）

本题是为了检测学生对研究匀变速直线运动实验的理解程度而编设的物理习题，如果学生能深入思考例2中的原始问题，则很容易回答。此外，用滴水法测量重力加速度也可以视为由例2原始问题演变的物理问题。由此可见，加强原始物理问题的教学，可以让学生举一反三、灵活运用物理知识。

3 新课程实施原始问题教学的体会

高中新课标的基本理念之一就是“加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系，关注物理学的技术应用所带来的社会问题”。新教材大量选用生活、生产中的实例来分析物理问题，避免抽象的阐述；物理习题中也尽可能安排与实际生活相关的物理问题或原始物理问题。这样既有利于物理学回归生活，创设原始物理问题，培养理论联系实际的意识和能力，同时也有利于学生掌握科学方法，解决实际问题。

参考文献：

［1］邢红军，陈清梅.对原始物理问题教学的思考［J］.中国教育学刊.2006，（8）.

(栏目编辑赵保钢)