基于原始物理问题的教学实践研究

徐利华

原始物理问题是指在自然界及生活、生产、科研中客观存在的未被加工的物理问题，具有客观性、复杂性、条件的隐蔽性、思考问题的多端性等特点。学生解答原始物理习题时，需要从物理现象、物理情境中构建物理模型，甚至提出物理问题，设置所需物理量，再运用所学物理概念、规律等来解答。解决原始物理问题能够全过程培养学生的科学探究、科学思维等物理核心素养。

在“运用动量定理解决连续作用问题”教学中，设计了如下三个物理问题。

问题1：一个质量为m的鸡蛋从高度为h的地方开始自由下落，不考虑空气阻力，假设鸡蛋落在桌面上不反弹，鸡蛋与桌面的作用时间为Δt，求在这段时间内桌面对鸡蛋的平均作用力大小。

问题2：大量而密集的雨滴接连不断地打在地面上，就会对地面产生持续的压力。设在无风的天气条件下雨滴以收尾速度V匀速竖直下落，單位体积内的雨滴个数为n（数量足够多），每个雨滴的质量均为m，雨滴落在地面上不反弹，雨滴撞击地面时所受的重力可忽略不计，求水平地面单位面积上受到雨滴撞击所产生的压力大小。

问题3：自动称米机引发的争论：买者认为，米流落到容器中时有向下的冲力而不划算；卖者则认为，当预定米的质量数满足时，自动装置即刻切断米流，此刻还有一些米仍在空中，这些米是多给买者的。那么，究竟哪方说得对呢？

问题1比较传统，属于传统物理习题，学生可根据之前学的动量定理的应用的相关知识，很顺利地解决问题。

问题2相对较难，比较接近原始物理问题，学生很难选取研究对象构建物理模型，需要利用微元思想建立柱体模型，设在很短时间Δt内与地面发生作用的水滴构成的柱体为研究对象，它所含雨滴的总质量为Δm=n·s·V·Δt·m，这样再运用动量定理，就能解决此问题。

问题3属于比较“原汁原味”的原始物理问题，此问题只有对物理情景的描述，没有传统物理习题中常有的已知量、未知量，需要学生自己去抽象物理模型。将米分成三部分，并设已经落至容器中的米的质量为m1，空中下落的米的质量为m2，与容器中的米发生作用的一部分米为Δm，而且要将物理情景的文字语言转化为物理语言。然后，证明买方得到米的质量m买=m1+m2+Δm与自动称米机显示米的质量m示=m1+F/g（F指质量为Δm的米对静止的质量为m1的那部分米的冲击力）是否相等，然后还要设米的流量为d，与容器中的米发生作用的时间为Δt，再运用动量定理就能解决此问题。

这三个问题的设置从传统的物理习题，递进到原始物理问题，研究对象从一个物体到多个物体构成的柱体模型；问题的设置从具体到开放、从简单到复杂；给定的物理量从确切到不完整，再到没有给出任何物理量，层层递进，逐渐培养学生解决问题的能力，提高学生的物理核心素养。