基于原始物理问题的中考试题设计

刘汉朋

(真光中学,广东 广州 510160)

中考试题的设计主要遵循两个原则,一是体现初中学业水平考试性质,二是兼顾高中入学的选拔功能,达到对不同层次考生进行区分．中考物理力求体现课程标准要求的各项指标,考查学生发展必需的物理基础知识和方法,又要考查学生是否有养成良好的思维习惯．重视对学生科学素养的考查;重视对学生推理分析、信息提取及处理、数学运算能力等的考查．重视考查学生是否能应用物理知识解释生产、生活方面的问题,考查学生理论联系实际的能力．“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式;是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程;科学思维是分析综合、推理论证等方法的内化;是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创造性见解的能力和品格．“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、质疑创新等要素．本文以广州市中考试题对学生科学思维能力考查为例,浅谈中考试题中的原始物理问题设计．

1 原始物理问题与物理习题

赵凯华教授在《我国赴美物理研究生考试(CUSPEA)历届试题集解(1980—1984)》的序中指出:“CUSPEA试题中,有些问题从物理概念来分析并不复杂,属于学生已学过的范围,但是由于不少学生对背景不大熟悉,常常感到无从下手,这是值得深思的．在我们的教学中,同一问题,既可以把原始的物理问题提交给学生(有时可以同时给一些提示,或通过一系列小问题引导学生去思考解决整个问题的途径);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再提交给学生．习惯于解后一类问题的学生,在遇到前一类问题时,往往会不知所措．”

从这段论述中可以看出,赵凯华教授把物理问题分成了两类．一类称为“原始物理问题”,是指自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的物理现象的描述;另一类为“物理习题”,是指从实际问题中分解、简化、抽象,经过加工出来的物理问题,这类问题是为巩固物理概念、规律而人为加工选编出来的练习题,像教科书、各类中学物理辅导资料中的例题、习题绝大多数都属于这类问题．目前的教学以及考试中,学生知识的巩固主要是以物理习题的形式进行的．通过物理习题的训练,学生的知识点可以得到巩固,学生的应试能力可能会得到提高;但会致使学生只知道根据已知条件去求解,当面对一个实际问题时却往往束手无策,不能将所学物理知识进行迁移运用,造成这种现象的原因是物理习题训练并没有使学生的科学思维能力得到全面的发展．

同物理习题相比,原始物理问题是对客观现象的描述．首先学生要思考:问题与什么物理知识发生联系,应该应用什么物理概念和规律,采用什么物理模型解决问题;其次,题目中没有已知条件,解决问题所需要的条件要学生自己去设置．另外,原始物理问题具有理论性、生态性、探索性、开放性等特点．问题不是一目了然,需要学生对问题条件及其相互关系进行综合加工、深化,并进行概括和抽象、推理和联想,并将已经掌握的物理知识和方法进行有效迁移才能解决问题．

综上，原始物理问题更能够考查学生的科学思维能力,用在中考试题中能够更好地评价学生对初中物理的学习情况．

2 利用原始物理问题考查学生模型建构能力

传统的物理试题起点往往是经过加工好的物理问题,略去了由实际问题到抽象成物理问题的过程,考查不到学生的物理模型建构能力．解决原始物理问题过程中,学生要运用模型化的科学方法,将来自现实生活中信息庞杂的原始问题进行信息加工和梳理．在这个过程中,也涉及到概括、综合、假设、类比等一系列科学思维方法,最终将原始物理问题转化为合理的物理或数学模型,为进一步的问题解决奠定基础．

图1

例1.(2014年广州中考18题)图1是手臂的简化图,手托住重物时,肌肉对前臂的拉力沿图中ab线.

(1) 在图中画出重物对手的压力.

(2) 画出肌肉对前臂的拉力方向.

(3) 画出拉力的力臂.

(4) 根据公式________判断肌肉对前臂的拉力________重物对手的压力(选填“大于”、“等于”、“小于”).

显然,本题没有像传统试题直接给出杠杆,接着问是省力杠杆还是费力杠杆．此题的设计有一定的梯度,先让学生作出力的示意图,进而作出力臂,层层深入;最后,需要学生自己去设置物理量,从而建立杠杆物理模型来解答．

此题属于原始物理问题,源自真实生活,接近真实情境,有利于考查学生对物理模型的建构能力和解决生活中的实际问题的能力．教师在平时的教学中也要多提出一些原始物理问题．面对客观真实的问题,学生有时候很难可以直接套用大脑中已经形成的物理模型来解答,而是需要学生根据新的物理情景,不断尝试,不断思考,设置条件;能够锻炼学生建立物理模型的能力．学生经历解决问题的过程,科学思维能力才会得到发展．

3 利用原始物理问题考查学生科学推理能力

科学推理能力就是依据科学事实,通过一定逻辑思维的应用所做解释并得出结论的能力．包括假设推理能力、演绎推理能力、类比推理能力和概率推理能力等一系列的推理能力,是形成和完善人们对自然界各种概念和理论认知过程的重要步骤．原始物理问题的解决很难找到可以直接效仿的原型,学生只能通过独立思考、不断地假设和类比推理来对问题进行探索,在这个过程中,原来的认知结构被打破,通过对问题积极的思考而达到更高一级的水平．

例2.(2018广州中考21题)小明每天测量同一个鸡蛋的质量,再把鸡蛋放入水中,观察它的浮沉情况后,取出放好．表1是他记录的部分数据及现象.(鸡蛋的体积保持不变,g=10 N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)

表1

(1) 求第57天鸡蛋所受浮力及鸡蛋的体积.

(2) 比较第1天和第70天鸡蛋受到浮力的大小,写出判断依据.

(3) 根据表格的现象你如何判断鸡蛋存放时间的长短?

此题的设计来源于生活,具有趣味性,能够激发学生的思考欲望．特别是第(3)问,科学推理环境的创设十分到位,在解答此问题时,学生的大脑与物理现象发生相互作用,发展了学生的科学推理能力,同时还考查学生用物理语言表述问题的能力．

4 利用原始物理问题考查学生质疑创新能力

质疑创新能力是思维的进一步发展和升华,是思维能力最高阶段．质疑就是提出问题,是学生思维独特性和深刻性的一种表现,质疑过程能激发学生的创新意识,通过质疑能力的培养可以发展学生的创新能力,从而提升学生的思维品质．原始物理问题具有开放性和生态性的特点,决定了学生在解决问题时,必然要经历发现和探索的过程;在经历这个过程中,学生必然会对问题产生质疑,从而进一步提高创新能力．

图2

例3.(2018广州中考24题)小明把两端开口的细玻璃管插入水中,发现管内的液面上升(如图2所示).他查资料得知:管内外液面高度差与水温、管的内径有关.小明想利用这支细玻璃管探究管内外液面高度差与水温的定量关系,请你帮他设计实验方案.

(1) 实验器材:细玻璃管、________.

(2) 实验步骤(可画图或文字表述).

(3) 设计记录数据的表格.

此原始物理问题,以学生身边物理现象入手,考查学生经历“质疑-问题-研究”这一思维链条的过程;并考查学生设计实验的能力．教师在教学中,可以提出一些开放性的原始物理问题,培养学生创新思维能力．学生解决原始物理问题形成的科学思维方法会深深地印在脑海里而永久保存．

广州中考试题中的原始物理问题设计贴近现实生活,来源于自然界、生产、现代科技,能够更准确地评价学生初中阶段的物理学习水平．中考对教学也有指向作用,这也要求教师在平时的教学中也要注重原始物理问题的设计．学生在问题解决的过程中,切身感受到知识的力量,从而能够积极主动的去获取物理知识,掌握科学方法, 提高科学思维能力．另一方面,学生通过原始物理问题学习物理知识和应用物理知识,还可以进一步提高认知能力、科学素养和直觉思维能力．激发出学生学习物理、探究自然的热情;通过解决物理原始问题使学生从生活走向物理,最终从物理走向了社会．