原始物理問題

會(huì)計(jì)學(xué)1原始物理問題一.概況

二.已做的工作

三.表征理論

四.測(cè)驗(yàn)工具

五.雙峰分布

六.最新的進(jìn)展

七.原始物理問題解決的案例

八.解決原始問題的思維過程研究第1頁(yè)/共136頁(yè)一．概況

2003年以來，我們認(rèn)識(shí)到原始物理問題的重要價(jià)值與意義，發(fā)展出一個(gè)新的物理教育研究領(lǐng)域——原始物理問題教學(xué)理論。第2頁(yè)/共136頁(yè)一個(gè)值得所有物理教師深思的問題

我們培養(yǎng)的學(xué)生到底是什么樣的學(xué)生？

我們是否要反思我們的物理教學(xué)？

69第3頁(yè)/共136頁(yè)來自臺(tái)灣的清華大學(xué)工程物理系教授程曜有感于在清華大學(xué)講課的體會(huì)，在《新華每日電訊》上發(fā)表文章：

這些清華的大學(xué)生，像是只會(huì)考試的文盲，除了考試，他們不會(huì)推理，不敢提問，不愿動(dòng)手。課本里沒有的他們不會(huì)，他們不會(huì)將上課的知識(shí)應(yīng)用到日常生活中，因?yàn)檫@些知識(shí)只是用來考試的。68他呼吁：

全社會(huì)都來救救這些孩子，把他們的思想緊箍咒拿掉，讓他們開始思考。第4頁(yè)/共136頁(yè)楊振寧：

我國(guó)物理教育的有效性如何？楊振寧教授認(rèn)為，“中國(guó)過去幾十年念物理的養(yǎng)成了念死書的習(xí)慣。整個(gè)社會(huì)環(huán)境，家長(zhǎng)的態(tài)度，報(bào)紙的宣傳都一貫向這個(gè)方向引導(dǎo)。其結(jié)果是培養(yǎng)了許多非常努力，訓(xùn)練得很好，知識(shí)非常扎實(shí)的學(xué)生，可是他們的知識(shí)是片面的，而且傾向于向死的方向走。這是很有害的。”

67第5頁(yè)/共136頁(yè)

為什么中國(guó)學(xué)物理的學(xué)生都養(yǎng)成了念死書的習(xí)慣？楊振寧教授分別從教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法兩個(gè)方面進(jìn)行了深入分析。

對(duì)于我國(guó)的物理教學(xué)方法，楊振寧教授指出，“中國(guó)現(xiàn)在的教學(xué)方法，同我在西南聯(lián)大時(shí)仍是一樣的，要求學(xué)生樣樣學(xué)，而且教的很多、很細(xì)，是一種‘填鴨式’的教學(xué)方法。這種方法教出來的學(xué)生，到美國(guó)去，考試時(shí)一比較，馬上就能讓美國(guó)學(xué)生輸?shù)囊凰?。但是，這種教學(xué)方法的最大弊病在于，它把一個(gè)年輕人維持在小孩子的狀態(tài)，老師要他怎么學(xué)，他就怎么學(xué)?！?6第6頁(yè)/共136頁(yè)

對(duì)于我國(guó)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的方法，楊振寧教授同樣提出了尖銳的批評(píng)?！懊绹?guó)學(xué)物理的方法與中國(guó)學(xué)物理的方法不一樣。中國(guó)學(xué)物理的方法是演繹法，先有許多定理，然后進(jìn)行推演，美國(guó)對(duì)物理的了解是從現(xiàn)象出發(fā)，倒過來的，物理定理是從現(xiàn)象歸納出來的，是歸納法。演繹法是學(xué)考試的人用的方法，歸納法是做學(xué)問用的辦法。”65第7頁(yè)/共136頁(yè)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因何在？楊振寧教授認(rèn)為，“很多學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中形成一種印象，以為物理學(xué)就是一些演算。演算是物理學(xué)的一部分，但不是最重要的部分，物理學(xué)最重要的部分是與現(xiàn)象有關(guān)的。絕大部分物理學(xué)是從現(xiàn)象中來的，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源。一個(gè)人不與現(xiàn)象接觸不一定不能做重要的工作，但是他容易誤入形式主義的歧途；他對(duì)物理學(xué)的了解不會(huì)是切中要害的。”可謂單刀直入，切中要害。64第8頁(yè)/共136頁(yè)

從楊振寧教授的基本思想出發(fā)，我們認(rèn)為：在物理教育中，與演算對(duì)應(yīng)的具有可操作性的物理教育方式是物理習(xí)題教學(xué)，而與物理現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的具有可操作性的物理教育方式則應(yīng)當(dāng)是原始物理問題教學(xué)。簡(jiǎn)言之，解決我國(guó)物理教育低效能的根本措施就是要在物理教育中打破習(xí)題教學(xué)一統(tǒng)天下的傳統(tǒng)局面，通過引進(jìn)原始物理問題來逐步與物理習(xí)題相結(jié)合，從而達(dá)到提高物理教育效能的目的。63第9頁(yè)/共136頁(yè)趙凱華認(rèn)為：

在我們的教學(xué)中，同一問題，既可以把原始的物理問題提交給學(xué)生，也可以由教師把物理問題分解或抽象成一定的數(shù)學(xué)模型后再提交給學(xué)生。習(xí)慣于解后一類問題的學(xué)生，在遇到前一類問題時(shí)，往往會(huì)不知所措。62第10頁(yè)/共136頁(yè)趙凱華還說：

學(xué)習(xí)物理，不做習(xí)題是不行的。但做習(xí)題不在于多，而在于精。62第11頁(yè)/共136頁(yè)物理教育的現(xiàn)狀：

著眼于推演，落腳于習(xí)題，物理教育與物理現(xiàn)象相脫離，物理教育效能不高。

基于物理教育的現(xiàn)狀，我們發(fā)展出了一個(gè)有效改變物理教育低效能的理論：

—原始物理問題教學(xué)理論

61第12頁(yè)/共136頁(yè)原始物理問題的定義定義：原始物理問題是對(duì)物理現(xiàn)象的描述。指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的典型物理現(xiàn)象和事實(shí)。第13頁(yè)/共136頁(yè)物理習(xí)題的定義定義：物理習(xí)題是對(duì)物理現(xiàn)象的抽象。指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且已被加工的典型物理現(xiàn)象和事實(shí)。第14頁(yè)/共136頁(yè)一個(gè)基本觀點(diǎn)原始物理問題屬于問題（沒有已知條件）物理習(xí)題屬于習(xí)題（有已知條件）

二者具有原則性的區(qū)別《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》說，一個(gè)好的習(xí)題就是一個(gè)科學(xué)的問題。？第15頁(yè)/共136頁(yè)楊振寧的觀點(diǎn)：物理學(xué)的根源是物理現(xiàn)象愛因斯坦科學(xué)思維過程理論：科學(xué)思維的開始和終結(jié)都是超邏輯（直覺）思維，只有中間過程是邏輯思維教育生態(tài)學(xué)：強(qiáng)調(diào)在真實(shí)、自然情境中研究教育規(guī)律以及學(xué)生的心理活動(dòng)規(guī)律，強(qiáng)調(diào)提高教育活動(dòng)的可應(yīng)用性和普遍適用性，建立合理的教育生態(tài)環(huán)境，提高教育的效益，促進(jìn)人才迅速成長(zhǎng)和發(fā)展。

理論基礎(chǔ)60第16頁(yè)/共136頁(yè)

愛因斯坦的科學(xué)思維過程理論認(rèn)為，科學(xué)思維的開始和終結(jié)都是超邏輯（直覺）思維，只有中間過程是邏輯思維。我們認(rèn)為，習(xí)題教學(xué)“掐頭去尾燒中段”，沒有給學(xué)生提供真實(shí)的問題情境，只側(cè)重了演算環(huán)節(jié)和推導(dǎo)環(huán)節(jié)，缺少了問題的始末兩個(gè)環(huán)節(jié)，直接導(dǎo)致了科學(xué)思維開始和終結(jié)直覺思維的缺失。57第17頁(yè)/共136頁(yè)教育生態(tài)學(xué)：

習(xí)題的人為性這一固有缺陷，削弱了科學(xué)教育特有的教育價(jià)值，難以揭示真實(shí)、自然條件下的科學(xué)教育規(guī)律，所以在科學(xué)教育中強(qiáng)調(diào)生態(tài)性是有必要的。我們主張，應(yīng)該把習(xí)題固有的嚴(yán)格性移植到自然、真實(shí)的科學(xué)環(huán)境中采用原始問題的形式，使科學(xué)教學(xué)既能夠強(qiáng)調(diào)推導(dǎo)、演算而不降低知識(shí)傳授效率，又能夠在真實(shí)情景中進(jìn)行探究而提高學(xué)生能力，從而將科學(xué)教育的內(nèi)部效度和外部效度很好的結(jié)合起來。

56第18頁(yè)/共136頁(yè)典型的原始問題：有人認(rèn)為嬰兒有成人抱著坐在汽車?yán)锖馨踩F(xiàn)在請(qǐng)你估計(jì)一下，在很短時(shí)間的撞車中，需要多大的力才能抱住嬰兒？典型的習(xí)題：嬰兒由成人抱著坐在汽車?yán)镆彩呛懿话踩摹Ｕ?qǐng)計(jì)算：在一切發(fā)生在0.1秒的撞車中，若撞車前車速為60千米/時(shí)，需要多大的力才能抱住一個(gè)10千克的嬰兒？

第19頁(yè)/共136頁(yè)原始物理問題與習(xí)題的區(qū)別（1）

物理現(xiàn)象

原始問題物理習(xí)題解決對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行描述抽象、設(shè)置物理量

演算、推導(dǎo)（2）（3）圖2第20頁(yè)/共136頁(yè)原始物理問題自行車轉(zhuǎn)彎人在騎自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要傾斜一定的角度。問：滿足什么條件才能使人在騎自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)既不翻倒，又能順利轉(zhuǎn)彎？第21頁(yè)/共136頁(yè)GmgfNOθ第22頁(yè)/共136頁(yè)

設(shè)自行車和人的重力為mg，合重心到地面的距離為l，支持力為N，摩擦力為f，轉(zhuǎn)彎時(shí)速度為v，轉(zhuǎn)彎半徑為R，則有：以G點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸：第23頁(yè)/共136頁(yè)1）是對(duì)現(xiàn)象的描述，沒有對(duì)現(xiàn)象作任何程度的抽象；2）基本是文字的描述，通常沒有任何己知條件，其中隱含的變量、常量等需要學(xué)生自己去設(shè)置；3）沒有任何示意圖，解決問題所需要的圖像需要學(xué)生自己畫出；4）對(duì)學(xué)生來說不是常規(guī)的，不能靠簡(jiǎn)單的模仿來解決；5）來自真實(shí)生活情境；6）具有趣味和魅力，能引起學(xué)生的思考和向?qū)W生提出智力挑戰(zhàn)；7）不一定有唯一的答案，各種不同水平的學(xué)生都可以由淺入深地作出回答；8）解決它需伴以個(gè)人或小組的活動(dòng)。原始物理問題的特點(diǎn)第24頁(yè)/共136頁(yè)習(xí)題的特點(diǎn)1）不是對(duì)現(xiàn)象的描述，而是對(duì)現(xiàn)象高度的抽象；2）雖然也是文字的描述，但所有己知條件都已經(jīng)給出，不需要學(xué)生自己去設(shè)置；3）凡是解題所需要的圖像都已經(jīng)畫出，不需要學(xué)生自己畫出；4）對(duì)學(xué)生來說是常規(guī)的，靠簡(jiǎn)單的模仿即可解決；5）少部分來自真實(shí)生活情境，大部分沒有真實(shí)生活情境；6）缺乏趣味和魅力，主要用來訓(xùn)練學(xué)生掌握知識(shí)；7）有唯一的答案；8）個(gè)人解決，不需要小組活動(dòng)。第25頁(yè)/共136頁(yè)我們對(duì)原始物理問題的看法：我們認(rèn)為，原始物理問題既是一種新的物理教育思想、一種新的物理教育理念，一種新的物理教育方式，又是一種新的物理學(xué)習(xí)方式、一種新的物理教育資源、一種新的物理教育評(píng)價(jià)。因此，原始物理問題教學(xué)是一種創(chuàng)新的物理教育理論。

不應(yīng)當(dāng)把原始物理問題理解為僅僅是問題解決理論，它貫穿了物理教育的全過程．第26頁(yè)/共136頁(yè)我們工作的創(chuàng)新：１．把原始物理問題與物理現(xiàn)象結(jié)合起來．由于“物理學(xué)的根源是物理現(xiàn)象”，這就把物理教育的起點(diǎn)置于物理學(xué)的根源之上．２．把原始物理問題與生態(tài)學(xué)理論結(jié)合起來．由于原始物理問題是真實(shí)的物理問題，這就使物理教育成為生態(tài)化的教育．３．把原始物理問題與協(xié)同學(xué)理論結(jié)合起來．由于原始物理問題解決涉及內(nèi)外信息的相互作用，這就使學(xué)生的認(rèn)知過程成為一個(gè)從被組織到自組織的轉(zhuǎn)變過程．第27頁(yè)/共136頁(yè)我們工作的創(chuàng)新：4．提出了原始物理問題的表征理論５．運(yùn)用協(xié)同學(xué)的主方程進(jìn)行了原始物理問題表征的定量研究，發(fā)現(xiàn)了雙峰分布與轉(zhuǎn)移現(xiàn)象６．運(yùn)用AMOS4.01軟件進(jìn)行了原始物理問題表征影響因素的結(jié)構(gòu)方程模型研究，得到了原始物理問題表征影響因素．第28頁(yè)/共136頁(yè)二．已做的工作１．論原始物理問題的教育價(jià)值及啟示

《課程·教材·教法》，2005-1；２．從習(xí)題到原始問題：科學(xué)教育方式的重要變革

《課程·教材·教法》，2006-1；３．對(duì)原始物理問題教學(xué)的思考

《中國(guó)教育學(xué)刊》，2006-8；我們?cè)赾ssci期刊上發(fā)表了系列論文，奠定了原始物理問題研究的基礎(chǔ)．第29頁(yè)/共136頁(yè)４．原始問題教學(xué)：物理教育改革的新視域

《課程·教材·教法》，2007-5；５．論高考物理能力理論與命題導(dǎo)向

《課程·教材·教法》，2007-11；６．原始物理問題測(cè)量工具：編制與研究

《課程·教材·教法》，2008-11；第30頁(yè)/共136頁(yè)cssci系列論文７．自組織表征理論：一種物理問題解決的新理論

《課程·教材·教法》，2009-04８．從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到概念驅(qū)動(dòng)：物理問題解決方式的重要轉(zhuǎn)變

《課程·教材·教法》，2010-03９．物理教育的生態(tài)化及其對(duì)物理課程改革的啟示

《教育科學(xué)研究》

2010-1

10.物理問題解決的影響因素研究《課程·教材·教法》，2012-06

第31頁(yè)/共136頁(yè)我指導(dǎo)的10名研究生的碩士論文圍繞原始物理問題進(jìn)行了深入研究。我指導(dǎo)的研究生在《物理教師》、《物理教學(xué)》、《中學(xué)物理》《中學(xué)物理教學(xué)參考》、《物理教學(xué)探討》、《物理通報(bào)》等刊物上發(fā)表10余篇有關(guān)原始物理問題教學(xué)的論文。第32頁(yè)/共136頁(yè)三．表征理論

依據(jù)協(xié)同學(xué)理論，我們提出了物理問題解決的自組織表征理論(Self—OrganizationRepresentativeTheory)，簡(jiǎn)稱SORT。SORT認(rèn)為：?jiǎn)栴}解決是一個(gè)連續(xù)與突變相結(jié)合、獨(dú)立與關(guān)聯(lián)相結(jié)合、控制與自發(fā)相結(jié)合、協(xié)同與競(jìng)爭(zhēng)相結(jié)合、必然與偶然相結(jié)合的過程。包括以下幾個(gè)方面。

第33頁(yè)/共136頁(yè)

依據(jù)SORT的理論內(nèi)涵，我們進(jìn)一步提出了SORT的表征層次，分別是：定向表征、抽象表征、圖象表征、賦值表征、物理表征、方法表征和數(shù)學(xué)表征。第34頁(yè)/共136頁(yè)1.定向表征定向表征是判斷原始問題是一個(gè)什么方面問題的表征層次。學(xué)生需要根據(jù)問題對(duì)物理現(xiàn)象的描述和已知理論，憑借不嚴(yán)密、不連續(xù)、不完整的邏輯或非邏輯方法對(duì)原始問題形成適應(yīng)性、啟發(fā)性的領(lǐng)悟，這種表征就帶有大幅度跳躍式提取信息和加工信息的特點(diǎn)。由于原始問題呈現(xiàn)的不明確性，這一表征通常表現(xiàn)出突變性。即學(xué)生對(duì)問題的定向是突然產(chǎn)生的。第35頁(yè)/共136頁(yè)2.抽象表征

抽象表征是原始問題解決中決定舍棄什么，保留什么的過程？是抓住主要因素，忽略次要因素，把原型轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｐ偷倪^程。在這一過程中，理想化方法是普遍使用的方法。從物理現(xiàn)象中抽象出理想客體并在思維中模擬、操作的過程，需要通過想象，運(yùn)用直覺與邏輯思維，把客體運(yùn)動(dòng)過程簡(jiǎn)化、純化使其升華為一種理想狀態(tài)，使其能更本質(zhì)、更生動(dòng)地反映原始問題的性質(zhì)。這一表征階段往往表現(xiàn)出思維的協(xié)同與競(jìng)爭(zhēng)。第36頁(yè)/共136頁(yè)3.圖象表征圖象表征是學(xué)生解決問題過程中畫出草圖的過程，往往需要形象思維的參與。圖象表征是原始問題特有的表征，需要學(xué)生自己來完成。而習(xí)題解答則不需要學(xué)生來完成，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，習(xí)題已經(jīng)把解答所需要的圖象給出了。第37頁(yè)/共136頁(yè)4.賦值表征賦值表征指根據(jù)解決問題的要求，設(shè)置所需要的物理量，包括常量和變量，有時(shí)甚至需要設(shè)置一些中間變量，即在問題解決的中間過程出現(xiàn)，但在最后的結(jié)果中卻不再出現(xiàn)。第38頁(yè)/共136頁(yè)5.物理表征物理表征是確定解決問題需要使用的物理概念和規(guī)律并加以運(yùn)用。物理表征往往表現(xiàn)出關(guān)聯(lián)性，即需要把原始問題與先前學(xué)習(xí)的物理概念和規(guī)律聯(lián)系起來。第39頁(yè)/共136頁(yè)6.方法表征方法表征是把解決問題時(shí)需要運(yùn)用的科學(xué)方法（包括思維方法與物理方法）確定下來并運(yùn)用之。方法表征同樣往往表現(xiàn)出一定的關(guān)聯(lián)性。

第40頁(yè)/共136頁(yè)7.數(shù)學(xué)表征數(shù)學(xué)表征指在問題解決過程中進(jìn)行推導(dǎo)時(shí)所運(yùn)用的數(shù)學(xué)步驟，包括列方程，解方程，進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)變換。第41頁(yè)/共136頁(yè)

習(xí)題解答

定向表征

抽象表征

圖象表征

賦值表征

物理表征

方法表征

數(shù)學(xué)表征綜上所述，原始問題解決的表征層次可以用圖3概括。

圖3第42頁(yè)/共136頁(yè)四．測(cè)驗(yàn)工具（高中）1.“瓦薩”艦翻倒（20分）

1682年8月10日，瑞典的斯德哥爾摩，有一當(dāng)時(shí)最大的主力艦“瓦薩”號(hào)，正在舉行首航儀式，一陣微風(fēng)吹來，就使它反倒沉沒了！這是為什么呢？幾百年來一直是個(gè)謎。1961年4月24日，這艘在海底沉睡了幾百年的古戰(zhàn)艦終于被打撈起來了，沉船之謎被揭開。請(qǐng)你利用所學(xué)的物理知識(shí)定量地解釋“瓦薩”號(hào)翻倒之謎。

第43頁(yè)/共136頁(yè)2.籃球落地（20分）一藍(lán)球自某一高度自由下落，撞到地面后又彈起，上升到一高度后又自由下落，以后又彈起，下落，一次又一次直至藍(lán)球靜止。請(qǐng)畫出在整個(gè)過程中藍(lán)球的加速度隨時(shí)間的變化圖線，并定量地解釋每一段圖線為什么是這樣畫的。第44頁(yè)/共136頁(yè)3.電風(fēng)扇陰影（20分）一臺(tái)雙葉電扇順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在日光燈的照射下，出現(xiàn)了穩(wěn)定的四個(gè)扇葉互相垂直的樣子，則這時(shí)電扇的轉(zhuǎn)速是多少？若出現(xiàn)了雙葉片緩慢地逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電扇的轉(zhuǎn)速略大（?。┯诙嗌?？

第45頁(yè)/共136頁(yè)4.飛機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（20分）一架飛機(jī)由東向西飛行，請(qǐng)根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)導(dǎo)出這架飛機(jī)上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式。要注明每個(gè)字母所代表的物理意義。第46頁(yè)/共136頁(yè)5.輪船減搖（20分）輪船航行的時(shí)候，會(huì)受到周期性的波浪的沖擊而向各個(gè)方向擺動(dòng)，如果這個(gè)沖擊力的頻率與船體擺動(dòng)的固有頻率接近，就會(huì)使輪船的擺動(dòng)加劇，一旦達(dá)到共振狀態(tài)就有使輪船傾覆的危險(xiǎn)，這時(shí)候可以改變輪船的航行方向和航行速率，使波浪沖擊的頻率遠(yuǎn)離輪船搖擺的固有頻率，避免共振的發(fā)生。請(qǐng)推導(dǎo)出一個(gè)表達(dá)式，說明改變輪船的航向和航速，就能使波浪沖擊的頻率遠(yuǎn)離輪船搖擺的固有頻率，最終達(dá)到使輪船搖擺減輕的目的？第47頁(yè)/共136頁(yè)

為了考察原始物理問題測(cè)量工具的有效性，我們運(yùn)用SPSS10.0軟件，對(duì)原始物理問題測(cè)量工具的難度、區(qū)分度、信度和有效度進(jìn)行了計(jì)算。難度H=0.68，說明題目難度適度。區(qū)分度D=0.52，說明是一個(gè)優(yōu)秀的測(cè)量工具。信度克勞伯克系數(shù)等于0.882

，表明原始物理問題測(cè)量工具具有較高的內(nèi)部一致性。

第48頁(yè)/共136頁(yè)效度我們對(duì)學(xué)生表征層次上的得分進(jìn)行了探索性因素分析，結(jié)果僅獲得一個(gè)因素而且不能旋轉(zhuǎn)，因素負(fù)荷從0.582到0.850.

由此可見，原始物理問題測(cè)量工具具有較好的結(jié)構(gòu)效度。

第49頁(yè)/共136頁(yè)四．測(cè)驗(yàn)工具（初中）1．兩人抬一個(gè)重量均勻的木箱走樓梯上樓，請(qǐng)你推導(dǎo)出一個(gè)表達(dá)式，說明是前面的人用的力大還是后面的人用的力大？（20分）第50頁(yè)/共136頁(yè)2．地球周圍被一層很厚的空氣包圍著，一直延伸到幾千千米的高空，這個(gè)空氣層叫大氣層。在大氣層里，空氣的密度是隨高度而變化的，越靠近地面越稠密，越到高空越稀薄。請(qǐng)你推導(dǎo)出一個(gè)表達(dá)式，計(jì)算地球大氣層空氣的總重量（20分）第51頁(yè)/共136頁(yè)3．壓力鍋是利用橡皮圈密封鍋蓋增加鍋內(nèi)壓力，達(dá)到升高鍋內(nèi)水的溫度的目的。鍋蓋的中間有一個(gè)小孔，在小孔上套加一金屬壓力錘。當(dāng)鍋內(nèi)汽壓達(dá)到一定大小時(shí)，鍋內(nèi)蒸汽就會(huì)頂起壓力錘排放蒸汽，使鍋內(nèi)汽壓維持一定大小。請(qǐng)推導(dǎo)壓力鍋內(nèi)汽壓大小的表達(dá)式。（20分）第52頁(yè)/共136頁(yè)4．有些農(nóng)村的家庭電路，在夜晚用電高峰時(shí)白熾燈昏暗，日光燈無法正常啟動(dòng)。而到了后半夜用電低峰時(shí)，白熾燈就正常發(fā)光，日光燈也能正常啟動(dòng)。請(qǐng)結(jié)合有關(guān)的物理學(xué)定律，畫出相關(guān)的圖象，設(shè)置相關(guān)的物理量，用表達(dá)式說明其原因。（20分）第53頁(yè)/共136頁(yè)5.在一個(gè)小水池里，浮著一條船，船載滿了石塊，如果把石塊全部扔到水池里，池里的水面將會(huì)上升還是下降？第54頁(yè)/共136頁(yè)五．雙峰分布

為了驗(yàn)證自組織表征理論，我們運(yùn)用原始物理問題測(cè)量工具，對(duì)中學(xué)生解決原始物理問題進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生的成績(jī)呈一種新的分布形式，如下圖4。第55頁(yè)/共136頁(yè)圖4第56頁(yè)/共136頁(yè)

學(xué)生成績(jī)直方圖不是正態(tài)分布（或正偏態(tài)和負(fù)偏態(tài)分布），而是呈現(xiàn)協(xié)同學(xué)的典型雙峰分布。這是一個(gè)新的結(jié)果，它與長(zhǎng)期以來人們通常認(rèn)為的問題解決能力分布為正態(tài)分布的傳統(tǒng)觀點(diǎn)有所不同，對(duì)于問題解決研究有新的啟示。

第57頁(yè)/共136頁(yè)

為了更深入地研究雙峰分布現(xiàn)象，我們采用相同測(cè)驗(yàn)工具，隨機(jī)抽樣分別選取了三所中學(xué)高三年級(jí)320名學(xué)生、317名學(xué)生和320名學(xué)生進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：三所學(xué)校學(xué)生得分直方圖仍然呈雙峰分布。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著不同學(xué)校學(xué)生能力水平的變化，雙峰分布出現(xiàn)轉(zhuǎn)移。低分?jǐn)?shù)高峰不斷上升，高分?jǐn)?shù)低峰不斷下降，如下圖5。第58頁(yè)/共136頁(yè)第59頁(yè)/共136頁(yè)原始物理問題解決的協(xié)同學(xué)研究基于協(xié)同學(xué)的廣泛適用性和人的大腦的自組織特性，我們假定：哈肯的研究結(jié)果可以運(yùn)用到問題解決的研究上來，因此，就可以建立一個(gè)關(guān)于問題解決的數(shù)學(xué)模型。該模型的基本思想是：一種問題解決的不同表征是由該問題解決中的所有被試的不同表征水平或表征狀態(tài)決定的，而由于群體內(nèi)部的個(gè)體之間密切的相互作用，從而使得個(gè)體的表征在內(nèi)外因素的影響下不斷改變。從宏觀的角度看，問題解決的表征作為一個(gè)系統(tǒng)其內(nèi)部存在由一種表征變化為另一種表征的轉(zhuǎn)移概率，這種轉(zhuǎn)移概率可以作為描述問題解決系統(tǒng)有序程度的宏觀參量，并通過這種宏觀參量來把握問題解決的演化趨勢(shì)，確定問題解決是處于一個(gè)平穩(wěn)、緩慢的變化過程中，還是處于將發(fā)生突變的臨界點(diǎn)。有關(guān)的研究表明：學(xué)生在解決問題過程中的表征是動(dòng)態(tài)的，會(huì)在不同的表征層次之間來回往復(fù)（任紅艷，2005）。這事實(shí)上就是一種表征變化為另一種表征的轉(zhuǎn)移概率。這樣，我們就把協(xié)同學(xué)的非線性動(dòng)力學(xué)方法引入到了問題解決中來。第60頁(yè)/共136頁(yè)轉(zhuǎn)移概率和參數(shù)的估計(jì)對(duì)某一被試群體，取樣本的人數(shù)為2N，表征狀態(tài)正確的規(guī)定為1，表征狀態(tài)錯(cuò)誤的規(guī)定為2。分別考察在t1和t2時(shí)刻的狀態(tài)。用n11表示在時(shí)刻t1和時(shí)刻t2都是表征正確的人數(shù)，也就是在經(jīng)過Δt以后表征1沒有變化的人數(shù)，用n12表示在時(shí)刻t1時(shí)持有表征1而在時(shí)刻t2時(shí)持有表征2的人數(shù)，即在經(jīng)過Δt以后由表征1轉(zhuǎn)為表征2的人數(shù)。類似的，n21表示在時(shí)刻t1時(shí)持有表征2，而在時(shí)刻t2時(shí)持有表征1的人數(shù)，即在經(jīng)過Δt以后由表征2轉(zhuǎn)為表征1的人數(shù)，n22表示在時(shí)刻t1和時(shí)刻t2都是持有表征2的人數(shù)。并依然按照前面的規(guī)定，將在時(shí)刻t持有表征1的人數(shù)用n1表示，持有表征2的人數(shù)用n2表示，總?cè)藬?shù)為2N。所獲得的數(shù)據(jù)可以排成表4-10。第61頁(yè)/共136頁(yè)第62頁(yè)/共136頁(yè)第63頁(yè)/共136頁(yè)原始物理問題解決的協(xié)同學(xué)研究第64頁(yè)/共136頁(yè)第65頁(yè)/共136頁(yè)第66頁(yè)/共136頁(yè)第67頁(yè)/共136頁(yè)

根據(jù)協(xié)同學(xué)理論，雙峰分布可以解釋為：大部分學(xué)生的的問題解決能力處于較低水平（左側(cè)高峰），即被組織狀態(tài)；小部分學(xué)生的能力處于較高水平（右側(cè)低峰），即自組織狀態(tài)；少部分學(xué)生處于從較低能力水平向較高能力水平轉(zhuǎn)變的水平（中間低谷），即臨界狀態(tài)。也就是說，中學(xué)生解決原始問題的表征存在有臨界區(qū)域。不能跨越臨界區(qū)域的學(xué)生其認(rèn)知狀態(tài)表現(xiàn)為被組織狀態(tài)，而跨越臨界區(qū)域的學(xué)生則表現(xiàn)為自組織狀態(tài)。第68頁(yè)/共136頁(yè)六．最新進(jìn)展最近的工作：原始物理問題解決的自組織表征理論與實(shí)證研究第69頁(yè)/共136頁(yè)原始物理問題解決的表征影響因素研究

測(cè)量測(cè)量測(cè)量測(cè)量靈活性深刻性獨(dú)創(chuàng)性批判性物理知識(shí)物理方法測(cè)量測(cè)量原始物理問題成績(jī)第70頁(yè)/共136頁(yè)

這一模型假定，中學(xué)生解決原始物理問題的表征影響因素包括六個(gè)：分別是思維品質(zhì)的深刻性、獨(dú)創(chuàng)性、批判性、靈活性、物理知識(shí)和物理方法。借助于《原始物理問題解決影響因素問卷》以及《原始物理問題測(cè)驗(yàn)工具》，采用AMOS4.01軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而檢驗(yàn)物理問題解決表征影響因素的假設(shè)模型。第71頁(yè)/共136頁(yè)第72頁(yè)/共136頁(yè)模型的指標(biāo)χ2dfχ2/dfRMSEANFINNFI（TLI）CFI3430.69853.4830.0790.9450.9560.960Steiger(1990)認(rèn)為，RMSEA低于0.1表示好的擬合，本模型的RMSEA值小于0.08以下，其擬合結(jié)果可以接受。CFI和NNFI（TLI）大于0.95，表示模型擬合得較好。這樣，就驗(yàn)證了物理問題解決表征影響因素的假設(shè)模型。第73頁(yè)/共136頁(yè)根據(jù)本研究的結(jié)果，可以得出結(jié)論：原始物理問題的表征影響因素包括六個(gè)：分別是思維品質(zhì)的深刻性、獨(dú)創(chuàng)性、批判性、靈活性、物理知識(shí)和物理方法。第74頁(yè)/共136頁(yè)學(xué)生歡迎原始物理問題嗎？

學(xué)生認(rèn)為原始物理問題好，原始物理問題才是真正的好第75頁(yè)/共136頁(yè)學(xué)生解決原始物理問題后的反饋2007年底，我們運(yùn)用原始物理問題測(cè)試工具對(duì)５０名高中生進(jìn)行了測(cè)試，而后進(jìn)行了口語(yǔ)報(bào)告的研究．第76頁(yè)/共136頁(yè)測(cè)試后同學(xué)的感言首先，感謝老師帶給我的難忘的物理之旅，是它令我更深刻地認(rèn)識(shí)到，物理學(xué)不僅是憑公式定律堆砌的空中樓閣，而是用來解決實(shí)際問題的利刃。第77頁(yè)/共136頁(yè)物理學(xué)從出現(xiàn)、發(fā)展到走向輝煌皆是以解決實(shí)際問題為基礎(chǔ)，每一位物理工作者的成果也絕非是紙上談兵，而是具有實(shí)用價(jià)值的。這些人取得成功的能力并不是憑借自己卓越的天賦，而是在真刀真槍地與實(shí)際問題打拼的過程中領(lǐng)悟出來的。而現(xiàn)行教育體系中缺乏的就是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉。(后續(xù))第78頁(yè)/共136頁(yè)現(xiàn)代的中學(xué)生在5－6年的物理學(xué)習(xí)過程中往往具備了較為扎實(shí)的對(duì)物理的一種常識(shí)性認(rèn)知，卻缺乏對(duì)其深刻的理解和基本的應(yīng)用能力，知其然而不知其所以然。致使學(xué)生對(duì)待物理如同對(duì)待文科，一般去死記公式，在考場(chǎng)上將其生拉硬套，反正公式有數(shù)，總有一款適合你。但是老師的問題與目前常見的物理習(xí)題有著很大的不同。每一道題都是從生活、歷史中來，寥寥數(shù)筆之間便隱藏著深?yuàn)W的物理學(xué)原理。第79頁(yè)/共136頁(yè)而且它們都是對(duì)事實(shí)忠實(shí)的描述，沒有所謂的簡(jiǎn)化，沒有數(shù)據(jù)，更沒有應(yīng)用何種物理知識(shí)的提示（甚至暗示），它們的解決需要的是對(duì)生活細(xì)心地觀察，模型的正確提煉，開闊的思路和較為扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理學(xué)基礎(chǔ)。第80頁(yè)/共136頁(yè)說實(shí)話，老師的題目初讀起來毫無頭緒，不知從何下手，對(duì)于平日里擅長(zhǎng)搬弄公式的我來說，遇到?jīng)]有數(shù)據(jù)的問題發(fā)蒙也情有可原，然而問題如此地貼近生活使我產(chǎn)生了一種去解決實(shí)際問題的欲望，令我在解決問題的過程中沒有半途而廢，而是努力地品味著題目中種種巧妙設(shè)置的隱含條件，提煉能用、實(shí)用、好用的物理學(xué)模型，并投入到最后的運(yùn)算中。

第81頁(yè)/共136頁(yè)當(dāng)然，最美的還是享受解決問題的喜悅，這種喜悅，并不僅僅是因?yàn)榻鉀Q了一道物理題，更主要的是，自己苦學(xué)多年的物理知識(shí)終于能應(yīng)用解決實(shí)際問題上了，如此濃濃的喜悅中便摻入了淡淡的自豪。第82頁(yè)/共136頁(yè)不過，本人在解決問題的過程中仍然發(fā)現(xiàn)了自身的一些不足之處。首先是物理模型的簡(jiǎn)化問題，平日里做的習(xí)題往往都是已簡(jiǎn)化過的半成品，在對(duì)物理能力的訓(xùn)練中缺乏提煉模型這一環(huán)節(jié)，導(dǎo)致在解題過程中無視題目中的情景，盲目地使用模型，且對(duì)于諸如“微弱”、“極短”這一類詞語(yǔ)不敏感或者過分敏感，錯(cuò)誤地進(jìn)行忽略，使思路陷入誤區(qū)。

第83頁(yè)/共136頁(yè)其次是一種思維惰性，使我無法適應(yīng)物理模型的快速變換，從質(zhì)點(diǎn)模型到考慮其形狀，從平動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)，從機(jī)械運(yùn)動(dòng)到電磁學(xué)····，還真令人有大腦發(fā)蒙，找不到北的感覺，其本質(zhì)還是對(duì)各經(jīng)典模型認(rèn)知不清，僅停留在書本階段，充其量能應(yīng)付幾道高考題罷了。第84頁(yè)/共136頁(yè)還有就是缺乏對(duì)生活的觀察和適當(dāng)?shù)奈锢韺W(xué)聯(lián)想，乃至看到日光燈卻看不到其兩端連接的是220V、50HZ的交流電這一簡(jiǎn)單事實(shí)，對(duì)于平日習(xí)慣了應(yīng)對(duì)條件充分，提示明確的習(xí)題的我來說，這似乎仍舊情有可原。第85頁(yè)/共136頁(yè)第四，便是對(duì)解決實(shí)際問題的一種不適應(yīng)。不僅是對(duì)思維量增加的不適應(yīng)，還有對(duì)空白的數(shù)據(jù)與零提示的不適應(yīng)，更是對(duì)隱含條件隱蔽的如此之深的不適應(yīng)。然而這一切都是對(duì)一個(gè)能自主解決實(shí)際問題的中學(xué)生的最基本要求，而學(xué)校卻遲遲沒有進(jìn)行這方面的訓(xùn)練，我也是頭一次認(rèn)知物理工作者接觸的問題，原來并不似高考題那般幼稚。第86頁(yè)/共136頁(yè)最后，再次感謝老師在我絞盡腦汁卻毫無進(jìn)展之時(shí)給予我的適度引導(dǎo)和鼓勵(lì)，希望老師對(duì)我在今后的物理學(xué)習(xí)過程中提出寶貴意見。是您讓我深刻認(rèn)識(shí)到：物理學(xué)比想象中實(shí)際得多，深?yuàn)W得多，有趣得多！第87頁(yè)/共136頁(yè)

這位同學(xué)的“感受”使我們受到很大觸動(dòng)。捫心自問，作為物理教育工作者，我們的研究究竟在多大程度上關(guān)注了學(xué)生的需要，在多大程度上促進(jìn)了學(xué)生能力的發(fā)展？“一切為了學(xué)生”是我們常說的一句話，然而學(xué)生需要什么？學(xué)生渴求什么？也許，同學(xué)的“感受”就是最好的詮釋：學(xué)生需要的是“苦學(xué)多年的物理知識(shí)能應(yīng)用解決實(shí)際問題”，是解決問題之后在“濃濃的喜悅中摻入淡淡的自豪”。遺憾的是，我們目前的物理教育尤其是中考物理命題在這方面仍與學(xué)生的需求相距甚遠(yuǎn)。第88頁(yè)/共136頁(yè)

對(duì)原始物理問題的評(píng)價(jià)

１．原始物理問題教學(xué)是物理教育的真正方向，抓住了物理教育的本質(zhì)，核心與精髓２．原始物理問題是物理新課程改革的真正方向，它拋棄了任何形式化的東西，通達(dá)課程改革的核心第89頁(yè)/共136頁(yè)３．原始物理問題尋找到了突破“題海戰(zhàn)術(shù)”束縛的有效途徑，是一個(gè)不牽強(qiáng)附會(huì)的，真正意義上的突破．４．原始物理問題是中考物理命題改革的方向，中考物理命題需要引入原始物理問題，當(dāng)然，這需要假以時(shí)日，……我們對(duì)此充滿期待，但毫不懷疑．5.是30年來我國(guó)物理教育領(lǐng)域涌現(xiàn)的創(chuàng)新的物理教育理論第90頁(yè)/共136頁(yè)

七．原始物理問題解決案例

在體育課和日常的鍛煉活動(dòng)中，俯臥撐是同學(xué)們經(jīng)常選擇來做的健身活動(dòng)之一。做俯臥撐時(shí)，要求我們身體俯臥、伸直，兩手用力撐地，使得身體上半部在手臂的支持下慢慢抬起，直到兩臂伸直。小明同學(xué)身高1.6m，體重500N，他在40s內(nèi)做了40個(gè)俯臥撐，假如他的重心在他身體的中心上，請(qǐng)你計(jì)算一下小明做一次俯臥撐所做的功。第91頁(yè)/共136頁(yè)解析：首先我們要將這個(gè)實(shí)際問題進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換。我們可以將此過程中的人體看成是一個(gè)以腳的著地點(diǎn)為支點(diǎn)的杠桿。于是做俯臥撐的過程，和將圓木頭一端抬起、再放下的過程一樣，如圖甲所示。Fh圖甲第92頁(yè)/共136頁(yè)因此計(jì)算“做一次俯臥撐所做的功”和“將圓木頭一端抬到一定高”一樣。對(duì)于本題來說，我們先要估計(jì)該同學(xué)手臂的長(zhǎng)度L，結(jié)合直角三角形的知識(shí)進(jìn)一步估算出做俯臥撐時(shí)身體重心升高的最大高度h，由此算出做一次俯臥撐過程中克服重力做的功。第93頁(yè)/共136頁(yè)小明同學(xué)身高1.6m，他的手臂長(zhǎng)度大約0.6m，因?yàn)樯眢w的重心假定在身體的中心，所以當(dāng)手臂撐直時(shí)如圖乙所示。根據(jù)直角三角形的知識(shí)有：h=L/2=0.6m/2=0.3m，因此做一次俯臥撐時(shí)做的功是W=Gh=500N×0.3m=150J。答案：150J左右。

LhO圖乙第94頁(yè)/共136頁(yè)點(diǎn)評(píng)：本題是一道與日常生活緊密結(jié)合的新題型。解題過程中將生活實(shí)際問題與書本上的典型物理模型相結(jié)合，并且做到恰到好處的轉(zhuǎn)換。培養(yǎng)了同學(xué)們將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成熟悉的物理模型的能力。第95頁(yè)/共136頁(yè)

原始物理問題計(jì)算人做一次俯臥撐所做的功。（假設(shè)重心在身體的中心）第96頁(yè)/共136頁(yè)解析：第一步，定向表征。通過理解題意，首先進(jìn)行受力分析，明確運(yùn)動(dòng)過程。在這個(gè)過程中人的軀干受到重力、手臂肌肉的舉力和地面的支持力，軀干圍繞腳尖做轉(zhuǎn)動(dòng)。由于物體受力的作用點(diǎn)不同，又考慮到物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因此考慮到這是一個(gè)做功的問題。第97頁(yè)/共136頁(yè)

第二步：抽象表征。經(jīng)過定向表征，這是一個(gè)人的臂力做功問題，需要運(yùn)用杠桿平衡原理求解。于是需要忽略人體質(zhì)量分布的不均勻和大臂的質(zhì)量，將研究對(duì)象抽象成一個(gè)均勻桿的理想模型；還需要忽略運(yùn)動(dòng)過程中速度的不勻速，將運(yùn)動(dòng)過程抽象成杠桿平衡的理想過程。

第98頁(yè)/共136頁(yè)

第三步，圖像表征。根據(jù)以上的抽象表征，運(yùn)用形象思維，做出草圖，如圖丙。FONLG圖丙第99頁(yè)/共136頁(yè)

第四步，賦值表征。依據(jù)解題需要，設(shè)出相關(guān)物理量，設(shè)人臂力為F，受重力為G，臂力的力臂為L(zhǎng)1，重力力臂為L(zhǎng)2

，臂長(zhǎng)為L(zhǎng)。第100頁(yè)/共136頁(yè)

第五步，物理表征。經(jīng)過以上分析，可以明確解決這道物理問題用到的物理概念和規(guī)律有：杠桿平衡原理和功的定義式。根據(jù)杠桿平衡原理有：FL1=GL2，根據(jù)功的定義式有：W=Fs=FL第101頁(yè)/共136頁(yè)

第六步，方法表征。要求人臂力F做功，需要知道力F的大小和在F方向上運(yùn)動(dòng)的距離L，由于F在生活中很難求，因此考慮到用FL1=GL2，間接求出F。這樣就需要知道L1和L2的關(guān)系，考慮到用相似三角形法，得出L1/L2=2:1，于是F=G/2。第102頁(yè)/共136頁(yè)

第七步，數(shù)學(xué)表征。根據(jù)上述分析，運(yùn)用物理公式列式求解。由杠桿平衡原理有FL1=GL2

，根據(jù)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例，得L1/L2=2:1，進(jìn)一步得出F=G/2。由功的定義式W=Fs有W=FL=GL/2。取G=500N、L=0.6m，帶入前式，得W=150J。答：人做一次俯臥撐所做的功為150J。第103頁(yè)/共136頁(yè)八.初中生解決力學(xué)原始問題的思維過程研究第104頁(yè)/共136頁(yè)一、研究設(shè)計(jì)題目：在一個(gè)小水池里，浮著一條船，船載滿了石塊，如果把石塊全部扔到水池里，池里的水面將會(huì)上升還是下降？第105頁(yè)/共136頁(yè)解法1：分析：石塊投入前與石塊投入后小船均處于漂浮狀態(tài)，因此，這兩種情況由于小船排開水的體積是相同的，所以，兩種情況下可以排除小船的影響，只要比較兩種情況下石塊排開水的體積的大小即可。第106頁(yè)/共136頁(yè)石塊投入前∵石塊處于漂浮狀態(tài)∴F浮=G石=ρ水gV排1

解得：V排1=G石/ρ水g石塊投入后∵石塊全部浸沒水中∴石塊排開水的體積V排2=V石=G石/ρ石g∵ρ水<ρ石

∴V排1>V排2∴石塊從船中投到水中水面下降了第107頁(yè)/共136頁(yè)解法2分析：通過比較兩種情況下船和石頭排開水總體積的大小來判斷水面的升降第108頁(yè)/共136頁(yè)石塊投入前∵船和石塊處于漂浮狀態(tài)∴F浮=G船+G石=ρ水gV排解得：V排=（G船+G石）/ρ水g石塊投入后，∵船處漂浮狀態(tài)∴G船=ρ水gV排1解得排開船的體積為：V排1=G船/ρ水g∵石塊完全浸于水中∴石塊排開水的體積V排2=V石=G石/ρ石g

∴排開水的總體積為：V排1+V排2=G船/ρ水g+G石/ρ石g比較：V排>V排1+V排2∴石塊投入水后，液面下降了第109頁(yè)/共136頁(yè)二、研究過程學(xué)生類別ABCDE思維類型思維全面（關(guān)鍵點(diǎn)全部找到）思維基本全面思維部分全面思維不全面其它答題情況描述能夠正確抽象物理模型，考慮問題全面，完全正確地得到了答案。能夠正確的賦值并利用公式解決問題，但到最后思維出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致錯(cuò)誤只考慮到石塊落進(jìn)水里水面會(huì)上升，而并沒有考慮到石塊從船里投進(jìn)水里的同時(shí)水面也會(huì)下降。受到生活中的現(xiàn)象影響，完全憑借想象認(rèn)為石塊落進(jìn)水里水面一定會(huì)上升。屬個(gè)別現(xiàn)象，如沒有得到結(jié)果或做到中途不能繼續(xù)。人數(shù)10161941所占比例20%32%38%8%2%1.不同思維類型學(xué)生所占比例如下表第110頁(yè)/共136頁(yè)2.各類學(xué)生的思維特點(diǎn)分析（1）A組下面是這類學(xué)生中的一個(gè)比較典型的口語(yǔ)報(bào)告材料。（以下簡(jiǎn)稱教師為T,學(xué)生為A1）。第111頁(yè)/共136頁(yè)(1)A組A1同學(xué)的口語(yǔ)報(bào)告材料如下：

T：這種題你以前見過嗎？A1：沒有。T：你覺得和你以前做的習(xí)題有什么區(qū)別？A1：那些題都是直接有數(shù)量關(guān)系，這題是一種文字表達(dá)，比較抽象。T：比較抽象是什么意思？A1：抽象就是沒有數(shù)字量表示。T：沒有數(shù)字是吧？A1：嗯。T：那你覺得碰到這樣的題你有什么辦法呢？A1：我覺得是分析這道題的題意，這道題在一個(gè)水池里浮著一條船，船載滿了石塊，這是一種情況，它載滿石塊時(shí)，船漂浮在水面上，所以船的浮力等于它的重力，然后船的總的浮力等于它兩個(gè)加起來的重力，也就是船的重力加上石塊的重力，要求它水面是否上升還是下降，就得知道它排水的體積，根據(jù)第一個(gè)就知道它排水的體積是船的重力加上石塊的重力比上水的密度和g。如果把石塊全部扔到水池里，石塊是下沉的，它排水的體積就等于它本身的體積，它的重力比上石塊的密度乘以g，船還是在上面漂浮，船的浮力就等于它的重力，可以求出船排出水的體積是船的重力比上ρ水g。這兩個(gè)相比，比較的時(shí)候，就是船排水的體積是相等的，然后比石塊排出水的體積，石塊的密度大于水的密度，池里的水面是下降的。第112頁(yè)/共136頁(yè)研究分析：這類學(xué)生看到題后，能夠從題目的問題：“水面是上升還是下降”入手，直接抓住問題的關(guān)鍵，那就是“比較石塊落入水池前后的排水體積”，表明問題解決中定向表征的形成與思維的關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)的。這類學(xué)生先后通過浮沉條件和受力分析清晰的得到了石塊落入水池前后的體積的定量關(guān)系，同時(shí)很自然轉(zhuǎn)化成了比較石塊和水的密度，問題很容易被解決了。這類學(xué)生能夠正確的抽象模型，表明了這類學(xué)生的抽象表征水平很高。這類學(xué)生在分析石塊落入水池前后的排水體積的過程中，思維嚴(yán)謹(jǐn)，條理清楚，表明這類學(xué)生的物理表征和方法表征的能力很強(qiáng)。在推導(dǎo)體積時(shí)，這類學(xué)生也能迅速而清晰的得到石塊落入水池前后的排水體積的表達(dá)式，表明這類學(xué)生的數(shù)學(xué)表征能力很強(qiáng)。凡是得到此類答案的學(xué)生，都能夠抓住此這道原始物理問題的本質(zhì)，迅速準(zhǔn)確地忽略次要因素，對(duì)整個(gè)物理情景也很清楚。表明這類學(xué)生的思維活躍，創(chuàng)新能力很強(qiáng)。第113頁(yè)/共136頁(yè)(2)B組下面是這類學(xué)生中的一個(gè)比較典型的口語(yǔ)報(bào)告材料。（以下簡(jiǎn)稱學(xué)生為B1）。T：你看到這道題是怎么想的？B1：我看到這道題以后，我先會(huì)想，石塊進(jìn)入水中以后，它上漲的幅度會(huì)上升的比船大還是比船小，因?yàn)榇断率瘔K以后，水面肯定會(huì)下降，我就想，石塊進(jìn)入水里以后，它上升的幅度是比船離開石塊下降的大還是小。T：然后呢？B1：因?yàn)樗f石塊是全部浸沒在水里的，所以石塊排出的體積等于物體的體積，算出石塊的浮力，它的公式是F浮=G排=ρ液gv排，把石塊扔進(jìn)水里，相當(dāng)于增大了水的體積，所以，液面就會(huì)上升。T：你想當(dāng)時(shí)把船和石塊一塊放進(jìn)水里液面是上升的吧？B1：嗯。T：那你有沒有想過，把石塊拿下去先不放水里液面會(huì)怎么樣?B1：下降。T:對(duì)呀！這時(shí)液面是會(huì)下降一部分的，你把石塊扔水里液面又會(huì)怎么樣？B1：上升。T：那是不是要把石塊沒放進(jìn)水里的時(shí)候下降的部分和把石塊放進(jìn)水里上升的部分作比較？B1：嗯。T：其實(shí)你沒考慮到石塊拿下來液面會(huì)下降，少考慮了這個(gè)！B1：嗯。第114頁(yè)/共136頁(yè)研究分析：B組同學(xué)在解題過程中相對(duì)于C組同學(xué)有了一定的進(jìn)步，“我看到這道題以后，我先會(huì)想，石塊進(jìn)入水中以后，它上漲的幅度會(huì)上升的比船大還是比船小，因?yàn)榇断率瘔K以后，水面肯定會(huì)下降，我就想，石塊進(jìn)入水里以后，它上升的幅度是比船離開石塊下降的大還是小?！睆倪@段口語(yǔ)報(bào)告可以看出這類學(xué)生能夠突破平時(shí)的思維定勢(shì)，找到問題的關(guān)鍵點(diǎn)，比較前后體積的大小，表明其思維的靈活性。在抽象模型上，做的很好,但是遺憾的是思維不夠全面,對(duì)石塊落入水后的分析錯(cuò)誤,只考慮了也變得上升，而忽略了液面還會(huì)下降的關(guān)鍵因素，否則,很容易得出答案,這也恰恰說明學(xué)生在這方面思維能力的訓(xùn)練不夠,看到題后,非常緊張,導(dǎo)致出錯(cuò)!第115頁(yè)/共136頁(yè)（3）C組下面是這類學(xué)生中的兩個(gè)比較典型的口語(yǔ)報(bào)告材料。（以下簡(jiǎn)稱學(xué)生為C1）。以下是C1同學(xué)的口語(yǔ)材料。T:先說說你的結(jié)論是什么？C1:我的結(jié)論是水面會(huì)上升。T:為什么會(huì)這么想呢？C1:當(dāng)船載滿了石塊的時(shí)候，浮在水池里的時(shí)候排開水的質(zhì)量大于沒有石塊浮在水面上的船排開水的質(zhì)量，ρ液是不變的，排開水的體積越大，浮力越大，把石塊扔到水池里面，會(huì)占部分水的體積，水面會(huì)上升，當(dāng)船沒有石塊的時(shí)候，排開水的體積就小，但水面也會(huì)上升。第116頁(yè)/共136頁(yè)研究分析：這類學(xué)生基本上能夠抽象出部分的模型，并能夠?qū)σ恍┫嚓P(guān)的物理量進(jìn)行賦值，但是他們的定向表征很模糊，對(duì)模型的抽象不明確，“當(dāng)船沒有石塊的時(shí)候，排開水的體積就小，但水面也會(huì)上升?！边@說明分析出現(xiàn)了錯(cuò)誤。在抽象模型上，這類同學(xué)錯(cuò)誤的認(rèn)為應(yīng)該跟沒有船的水面比,不能形成正確的抽象模型。因此在后面的解答也就出現(xiàn)了錯(cuò)誤。另外，這類學(xué)生對(duì)于解決原始物理問題在思維上出現(xiàn)了混亂，雖然知道要應(yīng)用阿基米德原理公式，但卻不知道如何去找到相關(guān)的已知量，如何進(jìn)行前后的比較，導(dǎo)致思維前后矛盾，出現(xiàn)偏差，最后導(dǎo)致錯(cuò)誤的得到結(jié)論。第117頁(yè)/共136頁(yè)（4）D組下面是這類學(xué)生中的兩個(gè)比較典型的口語(yǔ)報(bào)告材料。（以下簡(jiǎn)稱學(xué)生為D1）。以下是D1同學(xué)的口語(yǔ)材料。T：“這是一個(gè)什么方面的題你感覺，應(yīng)該應(yīng)用到咱們以前學(xué)的哪些知識(shí)？”D1：“應(yīng)該應(yīng)用到浮力”。T：“浮力，說吧！”D1：“我覺得它應(yīng)該是上升，這事跟烏鴉用石塊喝水挺像的，就是把那個(gè)，就換一個(gè)角度就把小水池，把烏鴉喝出來的水放大放成大水池了，意思就是把，然后如果說往里面添一個(gè)東西，它就會(huì)上升一點(diǎn)，所以就和烏鴉喝水一樣，所以我覺得它上升”。T：“所以就和烏鴉喝水一樣是吧。”D1：“嗯”。T：“沒了？”D1：“嗯?！钡?18頁(yè)/共136頁(yè)研究分析：“我覺得它應(yīng)該是上升，這事跟烏鴉用石塊喝水挺像的?！薄耙?yàn)槟莻€(gè)看到這題我首先想到了我們做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，咱做的那個(gè)把乒乓球浮在水面上，然后那個(gè)水是沒有顯著的上升，按下去就特顯著的上升了?！睆倪@類學(xué)生的口語(yǔ)報(bào)告我們看出，學(xué)生沒有主動(dòng)的去抽象模型，尋找相關(guān)的物理量，而是直接去聯(lián)想生活中的經(jīng)驗(yàn)和做過的實(shí)驗(yàn)。很顯然,這類學(xué)生對(duì)這個(gè)問題并沒有進(jìn)行深入的思考,甚至沒有認(rèn)真審題，只是憑借想象，很快得到答案。筆者認(rèn)為對(duì)于初中學(xué)生來講,這種思維的出現(xiàn)十分正常,因?yàn)樗麄兊乃季S能力還沒有發(fā)育成熟,而又恰恰因?yàn)檫@一點(diǎn),我們?cè)谶M(jìn)行物理教學(xué)時(shí)才更應(yīng)該多引進(jìn)一些原始物理問題去鍛煉他們的思維能力,以使這類學(xué)生在遇到問題可以深入地進(jìn)行思考，以求得到正確的結(jié)果!

第119頁(yè)/共136頁(yè)（5）E組其它學(xué)生的錯(cuò)誤都是個(gè)別出現(xiàn)的現(xiàn)象，在這里不再具體分析，只說明錯(cuò)誤的類型：

1、概念不清,不理解排水體積的含義。

2、對(duì)物理現(xiàn)象模糊,分不清楚什么時(shí)候水面上漲和什么時(shí)候水面下降。

3、公式用錯(cuò),數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力差。

4、浮沉條件辨別不清。

第120頁(yè)/共136頁(yè)三、研究結(jié)論本論文對(duì)學(xué)生解決原始物理問題的口語(yǔ)報(bào)告進(jìn)行了研究，找到了幾種比較典型而有代表性的學(xué)生解決問題的思維類型并進(jìn)行了較為細(xì)致的研究分析，通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維診斷，從而得出研究結(jié)論。第121頁(yè)/共136頁(yè)研究結(jié)論一、原始物理問題比物理習(xí)題能夠更好的甄別出初中學(xué)生的物理思維水平從這道原始物理問題較低的解答成功率可以知道，能夠成功解決問題的A組學(xué)生只占了被測(cè)學(xué)生的20%，還不足四分之一。不能正確解決問題的占到了80%，超過了半數(shù)，這里面包括平時(shí)物理成績(jī)比較好的學(xué)生。第122頁(yè)/共136頁(yè)

這說明初中學(xué)生在解決原始物理問題上還存在很大的不足，說明他們?cè)诮鉀Q物理問題的思維上存在著缺陷，而這些不足和缺陷，是在解決傳統(tǒng)的物理習(xí)題中無法暴露出來的。對(duì)于使用阿基米德原理解決物理習(xí)題，學(xué)生們都很熟悉也很熟練，找到相關(guān)的已知量代入公式就可以求解了，但遇到這樣一個(gè)實(shí)際問題時(shí)，學(xué)生感到十分茫然，不知道該從哪入手，就無法正確解決了。這說明原始物理問題在學(xué)生的思維訓(xùn)練過程中的思維診斷功能是物理習(xí)題所無法比擬的。第123頁(yè)/共136頁(yè)二、在初中物理教學(xué)中適時(shí)適量的引入原始物理問題是完全可行的。能夠成功解決這個(gè)問題的A組學(xué)生雖然不多只占到了20%，但是在實(shí)驗(yàn)的過程中能夠看到這類學(xué)生對(duì)原始物理問題絲毫不排斥，反而表現(xiàn)出了濃厚的興趣，尤其在解答正確后有很強(qiáng)的成就感，甚至有意猶未盡的感覺。第124頁(yè)/共136頁(yè)而從B組學(xué)生的口語(yǔ)報(bào)告數(shù)據(jù)分析可以看出，這類學(xué)生所占的比例為30%，這類學(xué)生在解決原始物理問題的過程中，基本上能夠正確的抽象模型，并能夠正確的對(duì)題目中需要的相關(guān)的物理量進(jìn)行賦值，結(jié)果離正確的答案很近，但是在最后的綜合分析比較上出現(xiàn)思維的欠缺，通過對(duì)這類學(xué)生的分析，筆者認(rèn)為，這類學(xué)生對(duì)解決原始物理問題還是有一定的潛力，思維方向還是非常準(zhǔn)確，但這部分學(xué)生由于對(duì)原始物理問題接觸極少，心理上的接受能力較差，比較緊張，導(dǎo)致最后階段出現(xiàn)了一定的思維障礙，造成了結(jié)果出現(xiàn)了錯(cuò)誤。筆者認(rèn)為這類學(xué)生如果能夠經(jīng)常接觸原始物理問題，那么能夠成功解決原始物理問題的幾率是很大的，所以在初中物理教學(xué)中適時(shí)適量的引入原始物理問題是完全可行的。第125頁(yè)/共136頁(yè)三、傳統(tǒng)的物理習(xí)題教學(xué)使一部分學(xué)生喪失了解決實(shí)際問題的能力。從C組學(xué)生的答題情況來看，所占比例達(dá)到了38%。這類學(xué)生解決原始物理問題時(shí)，缺乏創(chuàng)