生活原型情景触发物理命题
韩志祥
（果冻制作厂911制片厂麻花，江苏 常州 213000）
摘要：物理习题的主要目的是测评学生能力的高低，命题的方式直接影响了检测目标能否实现，利用学生身边的生活原型情景进行命题不仅提高了学生解题的兴趣，更重要的是提升了学生的思维能力，本文通过生活中的叁个事例引发的物理命题浅谈现代命题方式的变革。
关键词：生活原型情景 解题模式 命题策略 命题方式
一． 研究背景
物理是一门与生活结合密切的学科，新课程中提倡从生活走向物理、从物理走向社会，倡导在物理中渗透STS教育。传统的物理能力培养主要通过题海战术，学生做的多，教师讲得多，最终学生处理模型类问题基本能胜任，一旦出现情景较新的问题，学生就无所适从，现行的物理高考越来越重视考察学生的能力，而这种能力不是通解答一些物理模型就可以提高的，通过解决生活中的一些物理原型问题才能真正促使学生能力得到提升，所以在进行物理命题时要注重情景生活化，降低学生解题的心理门槛。
二． 研究过程
既然生活原型问题对培养学生能力影响较大，那什么是生活原型情景？又如何利用生活原型情景进行物理命题就是本文探讨的主题。
（一）生活原型情景【1】
指自然界及社会生活、生产中未被抽象加工的典型现象。学生在解决原型问题的过程中，需要运用多种科学方法将其转化为相应的物理习题等，然后再运用合适的科学方法进一步解决问题。原型问题的分析更能够培养学生的思维灵活性，学生得学会物理学的抽象，忽略次要因素，抓住主要因素，然后转换成其知识结构中所熟悉的物理模型，再利用相应的物理原理和数学方法去解决问题，其解决问题的能力将得到显着提升。
（二）从学生解题模式研究到物理命题策略制定
高考主要是通过习题来考察学生理解能力、推理与判断的能力、分析与综合能力、应用数学解决物理的能力和实验能力，学生的解题过程实际上就是一次问题解决的过程，而问题解决究竟具有怎样的模式，奥苏贝尔和鲁滨孙给出了明确的答案【2】：呈现问题情境命题（其中包含了目标和已知条件，而且这两者之间存在认知空隙，学生已有的认知结构中没有现成可以用于达成目标的步骤和方法），明确问题目标与已知条件，填补空隙过程（此为解决问题的核心，学生看清了已知条件与目标之间的差距，在此过程中涉及到学生已有的认知结构中存在与当前解答问题有关的事实、概念和规律等，合理的推理规则以及解决问题的策略），解答后的检验。命题时可以依据学生解决问题的模式采取相应的命题策略：向学生呈现清晰且贴近生活的原型情景，此情景又要略高于学生现有的认知结构，物理题目中有已知条件和目标，但可以根据考察的需要在已知与目标之间设置一定的思维障碍，培养学生提取和分析信息的能力。以问题探究贯穿习题始终，问题设置时要注意难度梯度，符合学生思维的特点。当问题解决以后，设置相应问题检验与真实情况的吻合程度。
（叁）生活原型情景命题案例
1. 铁路供电线路上的物理问题
例题1：高铁离我们的生活越来越近，铁路设备的安全也越来越引起民众的关注，如图所示，为传统电气化铁路沿线的供电线路实拍图1-1及对应示意图1-2。铁路沿线架设了很多电线杆，电缆的张力主要通过电线杆上吊了很多砝码一样的石块来控制。
（1）试分析为何采用图1-2装置来控制电缆上的张力？
（2）查阅相关资料可知：当温度为40°C，两电线杆间的电缆长为36m时，驰度为d=0.29m（驰度就是指绳最低点与水平虚线之间的距离），假设每块石质砝码的质量为20kg，总共吊了10块，不计滑动组及连接绳的重力，则电缆上的张力有多大？两电线杆间的电缆的质量为多少千克？为了保证电线杆平衡，斜拉钢丝绳上的张力T’多大？
（3）高铁的供电线路主要采用了图1-3的方式，示意图为1-4，为了保证供电线路的水平，便于为高铁列车上的受电弓供电，电线杆间的电缆分为上线与下线，上线跨过水平杆A杆末端，且与水平方向夹角&补濒辫丑补;=5&诲别驳;，而下线主要通过连接绳吊在上线上，已知两电线杆间上下线及连接绳的总重力为193N，叁角支架的顶角&产别迟补;=30&诲别驳;则求上线电缆上的张力、横杆A受到的拉力以及斜杆B需要承受多大的压力？
（4）通过上述的分析与计算，试从图中观察说明与传统供电线路相比，高铁供电线路设计的优势？
命题意图及解析：①考察学生观察能力：通过观察了解滑轮组的作用。通过观察发现图1-2中有斜拉钢丝固定电线杠，而图1-3中却没有。②学会近似处理的方法：图1-2中滑轮组的叁根绳子与电缆近似平行；&补濒辫丑补;=5&诲别驳;所以sin&补濒辫丑补;&补蝉测尘辫;&补濒辫丑补;。③提升思维能力：主要考察等效的思想，即利用力的合成与分解处理问题。传统电气化铁路供电线路电缆上的张力T=3mg=6000N，利用叁角函数可知电缆的重力G=193N，M=19.3kg；图1-2中可知电缆对电线杆的水平拉力就等于电缆上的张力T=6000N，因此钢丝斜拉绳上的拉力T’=6mg=12000N,所以钢丝绳选用较粗的，或用多根钢丝（原图中的确用了两根钢丝）。而在高铁供电线路图1-4中，通过图1-5的分析可知，电缆中的张力T=1109N 。实际上电线杆间的电缆对横杆A的压力正好等于电缆的重力，且方向正好竖直向下，也就是无需外在钢丝斜拉电线杆。通过力的分解还可以求出对A杆的拉力NA=334N ,B杆的压力NB=386N。通过分析比较可以得出高铁供电线路的优势：高铁供电线路更加稳定，电缆承受了更小的张力。
2. 超市里的扶手电梯
例题2：某大型地下超市的扶手电梯上最近发生了一幕惨剧，一保姆推着坐着轮椅的老人小心翼翼地上了扶手电梯，保姆还嘱咐老人拉住轮椅刹车，结果两人还是冲下电梯并撞到了地下一层的墙上，老人受重伤，保姆受轻伤。如图所示为超市电梯场景，已知扶手电梯长度为20m，倾角为20&诲别驳;，扶手电梯正常运行的速度为1m/s，轮椅与电梯表面的动摩擦因素&尘耻;=0.2。（g=10m/s2 ，sin20°=0.34，cos20°=0.94）求解
（1）试通过计算分析轮椅在电梯上的运动情况，求出老人到达底端的速度及评估其危害性。
（2）分析：怎样才能避免此类事故的发生？
（3）为了倡导&濒诲辩耻辞;节能减排&谤诲辩耻辞;，现在超市的电梯都有一定的自动控制装置，如图2-2所示为电梯自动控制系统，当消费者轻轻地推着手推车通过光电感应器向上运动时，则计时开关就会给主机提供一条高速指令，使得电梯的速度立即变成了2m/s，已知消费者与手推车的总质量为100kg，且他们与电梯间的动摩擦因素&尘耻;’=0.8，试求，相比节能模式消费者因此而节省的时间是多少，电梯多消耗的能量又是多少？
（4）接着第（3）的条件，如果光电感应器的位置可以由你来设置，请问其位置在什么范围内电梯因提升消费者与手推车多消耗的能量始终保持恒定？
命题意图及解析：①考察学生审题能力：&濒诲辩耻辞;小心翼翼地&谤诲辩耻辞;、&濒诲辩耻辞;轻轻地&谤诲辩耻辞;暗示了初速度为零；拉住轮椅刹车说明轮椅与电梯表面之间非滚动摩擦；第（3）问中的&濒诲辩耻辞;立即&谤诲辩耻辞;暗示电梯加速过程忽略不计。②考察学生观察日常生活的习惯：学生经常乘超市里的电梯，如果细心观察就会发现电梯的表面不是平的，而是由一条条凹槽构成，如图2-3所示，手推车的轮子也不是一般的构造而是片状的，正好可以插入凹槽内，而且轮子边上还有橡皮垫与凹槽紧密接触，因此手推车的轮子与电梯之间的也非滚动摩擦。③提升思维能力：通过牛顿运动定律可知，老人的轮椅先经历a1=5.28m/s2的匀加速直线运动，经过t1=0.19s达到与电梯速度相同,走过s1=0.10m，但由于mgsin20°>μmgcos20&诲别驳;所以轮椅将在剩下的s2=19.90m内以a2=1.52 m/s2继续做匀加速直线运动，走完全程。利用动能定理可以直接求解全程的末速度vt=7.8m/s，其效果相当于从3.1m处自由落体，造成的伤害可想而知。④培养发散思维：比如第（2）问中，学生可能提出各种建议：换乘升降电梯；在轮椅轮子上安装更粗糙的材料等。再比如第（3）问中当电梯的速度为1m/s时，由于消费者是上升过程，所以应该经历先匀加速后匀速，求得t=20.12s，同理当电梯的速度为2m/s时，求得t=10.24s，节省了&顿别濒迟补;t=9.88s。由能量守恒可知，电梯多消耗的能量分别为
3.
例题3：某小区绿地中经常爬出昆虫，通过观察发现该昆虫在爬行过程中，其脚步的运动呈现一定的特点，为了研究其运动规律，我们可以用手将虫子按住，让其在原地爬行，用手机拍出其在某一时刻的运动图片3-1，通过测量发现虫子的相邻脚密集处的平均间距d=2cm，同时利用手机上的计时器测量出虫子的尾部E点开始运动到A点也发生运动平均用时为1.32s。求（1）虫子脚的振动频率。（2）如图3-2所示，人行道间距s=1m，利用计时器测出虫子沿直线通过人行道的时间为19.67s，求虫子爬行的频率。（3）试比较说明两种方式下造成虫子爬行频率差异的主要原因。
命题意图及解析：①考察学生观察能力：从图片3-1中能够看出爬虫的脚分布呈现疏密现象；②培养学生的类比联想的思维能力：学生在观察后会联想到学过的纵波模型，于是会调出认知结构中有关纵波的相关知识即相邻密部之间的距离就是一个波长即&濒补尘产诲补;=2cm,振动形式从E传播到A总用时t=0.97s,波的传播是匀速直线运动。使用
（四）命题方式的变革
通过上面叁题的命题与解析，笔者从四个方面谈谈命题方式的变革。
1．命题内容的选择：具有时代性，源于生活，高于生活。
（1）注意观察生活中的情景，关注社会热点问题，注意网络资源的充分挖掘。日常生活中很多现象都蕴藏了丰富的物理学原理，根据高中物理课程目标和考试要求，再考虑学生的特点，选择比较适合的现象，进行适当的聚焦，把研究范围缩小，充分突出研究的主题。
（2）命题内容尽量呈现生活原型，而不是直接给出物理模型。只有提供给他们生活中的原型问题，学生才能真正体会到他是在解决实际问题，而不是纯物理题目，原型问题能够提供给学生更多的信息，充分体现叁维目标中的各个方面。
2．命题呈现的方式：动静结合。
现阶段，试题的呈现主要是静态的文字与少量的模型图，而高中生的思维方式仍然处于从感性向理性过渡，一味的追求理性思维可能陷入枯燥乏味的境地，我们可以通过采用大量的图片呈现更丰富的信息。随着多媒体技术的进步，仿真情景、模拟情景以及动态情景将进入到试题领域，届时学生可能真的不是沉在物理题目中，而是在真实的物理环境中发现问题、明确问题，最终真正的解决问题。
3．命题的结构：简明合理
（1）题目的已知条件尽可能以精炼而隐性的形式呈现给学生。信息化社会，信息量非常的大，学生如何从庞大的数据世界里检索出有用的信息也是一种能力，所以我们在平时的习题中就应该提供这样一种形式。
（2）所设问题需要有现实意义。因为有意义的问题不仅能够巩固活化学生所学知识，更能够培养学生学以致用的意识，同时问题设置应注意其开放性，注重学生发散思维的培养。
（3）题目的最后尽量引导学生自我检查。通过与生活常识、真实的数据比对，判断自己研究的结果是否合理准确，体现对待研究的严谨性。
4．命题的难度：学生为本，能力为先。尽量先通过设置定性分析问题让学生获得对原型问题的充分理解，从而实现原型向物理模型的转变，接着再以定量计算实现其分析、综合及推理等思维能力的提升。
叁． 研究总结
新课程倡导以学生为主体的理念决定了今后的物理命题方式，教师一定要充分考虑学生的已有知识、思维习惯，答题方式等，选择生活原型情景，将待考察目标渗透到题目中去，最终实现培养能力的目的。限于本人的命题水平，此次尝试可能存在需要进一步改进的地方，希望读者批评指正。
四． 参考文献
[1] 李静1邢红军2李春密3．运用原始问题促进物理素质教育研究[J] ．物理教师，2009，30（8）．
[2] 汪凤炎 燕良轼主编．教育心理学新编[M] ．广州：暨南大学出版社，2011．P355．
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