对物理习题中方案设计类题目的一些思考

高尚雨

(江苏省淮安市淮阴区教学研究室 223300)

方案设计类习题一般是给出生活中的一个真实情景，提供一些器材，提出要解决的问题，要求学生运用相关知识进行解决，并说出运用的物理原理，还要学会对你所设计的方案进行简单的评价或指出实验中出现误差大的原因，提出改进方案等.方案设计是一个比较复杂的问题，极富创造性，挑战性.

首先要从真实的情景问题中，发现或分辨科学现象、科学过程中隐含的物理概念或物理原理，并能用物理术语做出描述或解释.提炼出具体、科学的条件和要求，建立相应的物理模型，将实际问题转化为物理问题，并能把握科学过程，制定出科学的实验方法，设计出问题解决方案，且能对方案做出评估.考虑方案时用好科学方法，多角度，从正反两方面入手，注意知识的前后联系.

如我市的一道中考物理题：如图所示，一张很长的红地毯平铺在地面上．要把地毯沿着其长度方向移动一段距离，最直接的方法就是从一端拉，但拉动整张地毯很困难，需要非常大的力．(1)解释从一端拉动地毯需要非常大的力的原因？(2)设计一种既简单又省力的方案，能将地毯沿长度方向移动一段距离(方案可选用的工具只有圆木棒，也可不选用工具；对方案也可结合示意图描述)？(3)对你所设计的方案作出可行性评价？本题很好地体现了课程标准中“让学生了解物理与日常生活的密切关系，逐步学会分析和解决与物理有关的一些简单的实际问题”的基本理念.分析本题，学生首先要建模，想象出生活中这个情景，尝试猜想拉不动的原因，思考的角度可联系初中物理学过的物理知识.到底是大气压力、摩擦力、重力引起的，还是其它因素引起的，要多角度分析.非常大的力其实就是阻力(摩擦力)引起的，水平桌面摩擦力大小与压力、接触面的粗糙程度有关，两个因素引起了摩擦力大，导致拉不动.

第二问，方案设计也涉及到建模问题，题目给了木棍，学生就会联想到用杠杆知识解决，没有去考虑可不可行.

下面笔者将学生的解题方案主要有四种总结如下：

1.直接将圆木棒放在红毯的下面

因为只提供圆木棒，所以脱离地面就需要很多的圆木棒，操作起来非常的繁琐费事，在实际生活中可行性比较差，几乎没有人使用这种方案.但作答时学生写这种方案的比较多，反应学生理论性较强，生活经验少.当然也有部分学生发现了这个问题，他们首先将毛毯折叠起来，将圆木棒放在下面，再拉毛毯.比将圆木棒直接放在下面的方案好，但他们写的方案并没有完成题目的要求，方案不具有完整性.

2.挑

使用圆木棒一点一点向前挑红毯，这个是能够达到题目要求的.但学生只说挑起红毯，下面没有了.挑起红毯就能使红毯移动到对应的位置了吗.挑起后还需要向前移动，使红毯呈波浪式运动.这样才能到达地点.学生只到了方法，表述不到位，不完整.

3.卷

这一种方案在学生的答题中也占到了三分之一左右.首先卷起红毯，然后向前推.有部分还说出了变滑动为滚动减小阻力.很高兴，自己回答上来了，没毛病.但他们依然没有完成任务，方案不具有完整性.没有展开.

4.抖

抖在日常生活当中比较常见，但对于本题当中的红毯难度非常大，可行性不大.

第三问方案评估，应评估探究的思路方法是否正确合理，评估实验方案是否具有可操作性，评估实验过程中是否有操作错误等.平常教学中要善于培养学生这方面的能力，注意发现新问题，改进探究方案，有从评估中吸取经验教训的意识.

下面我将这几种方案中学生对自己方案的评价中比较典型的总结一下：

第一种方案比较典型的评价是变滑动为滚动，减小了摩擦力，但来回拿圆木棒比较费事；没有对方案的可行性进行评价，优点、缺点是什么.这种方案在生活中是很少用到的，虽然能够移动到地点，但需要的圆木棒太多，操作起来比较繁琐.学生不知道评价什么，生活经验比较少.

第二种方案比较多的评价是挑起需要的力小，没有了.他们自己也不知道如何对自己的方案进行评价.这种方案是可行的，在操作过程中，需要的力比较小，可以移动任意的距离，但短距离移动比较适用，距离远不适用.

第三种方案比较多的评价是卷起向前推，变滑动为滚动，减小了摩擦力.这是回答为什么这样做，这样做依据的物理知识是什么.并没有给出准确地评价.这种方案在日常生活中有，但不一样.工人师傅正常情况下第一步是圈起地毯，没有问题，但地毯中间插了一根棍，第二步不是推，而是抬，为什么不推呢.因为地毯是软的，又很重，推不动的.所以准确的评价是可行性不好，卷起的地毯重又软，可能推不动，而且即使推动了，移动的距离也不是任意的(卷起之后再展开，距离没有办法确定).

第四种方案比较多的评价是可以实现，下面没有了.这种方案多数人自己生活中所做的，所以他们也不知道如何评价.其实这种方案在本次活动中是很难实现的，在生活中只有比较轻的物体才选用这种方法.地毯非常重，所以抖很难实现，可能抖不动.

通过解决这些创新设计题，方案设计题中，我们要清楚的认识到，培养学生的一些关键能力，提高学生的科学素养，要功在平时，要有意识的培养学生的概括理解能力、观察实验能力、逻辑思维能力、物理建模能力、设计创造能力.反思我们的教学，新课程提出的学生为主体，教师为主导，在日常教学中如何真正的体现.总之，重视科学探究过程，不仅让学生掌握科学文化知识，更要强调科学素养的培养；促进学生有意识地学习科学，理解科学；培养学生适应能力、解决问题能力、运用知识科学的进行决策的能力等.