基于邢红军原始物理问题教学理论的2022海南高考光学试题评析

近日,笔者在研究网友在微信群内分享的2022年海南省高考物理卷的第3题,这是一道以空心圆柱为背景的光的折射问题,这就让笔者联想起了日前根据日常生活中的茶壶创编的一道光学原始物理问题,两者的情景高度重合,十分有趣。

根据首都师范大学邢红军教授的原始物理问题教学理论,一个实际问题的解决一般需要经历7个表征层次,即定向表征、抽象表征、图像表征、赋值表征、物理表征、方法表征和数学表征。就这道以茶壶为背景的原始物理问题而言,学生需要依次经历如下解答过程:

学生在定向表征层次,需要依据文字描述和图片信息,准确判断出该现象属于光的折射现象。[抽象表征]

学生在抽象表征层次,需要抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,忽略茶壶玻璃壁的厚度,只研究光在水和空气界面上的折射问题,建构出正确的光学模型;并且需要分析滤网与其像在折射光路中的对应关系,即滤网边缘与临界入射光线相切,滤网的像的边缘与折射光线的反向延长线相切。[图像表征]

学生在图像表征层次,需要画出茶壶的横截面图,要在横截面图上绘制出对应的临界光线入射和折射光路图,还要确定滤网与入射线的切线关系和像与折射光线反向延长线的相切关系。[赋值表征]

学生在赋值表征层次,需要根据解题需要为插图赋予水的折射率、入射角、折射角、滤网半径、滤网像的半径、茶壶半径等相关物理量。[物理表征]

学生在物理表征层次,需要在所设的相关物理量的基础上,利用光的折射定律建立已知量与待求量之间的函数关系式。[方法表征]

学生在方法表征层次,需要在三角形中利用正弦函数表达式建立起入射角、折射角与滤网半径、滤网像的半径、茶壶半径的关系式。[数学表征]

学生在数学表征层次,需要经过科学推理,得出水的折射率的表达式,即为滤网像半径与滤网实际半径的比值。

、抽象表征、图像表征和赋值表征过程均由命题人来完成,考生仅仅完成了最后的物理表征、方法表征和数学表征过程。如果将学生解答物理问题的过程比作人们吃小龙虾的过程,那么原始物理问题解决过程相当于捉小龙虾、洗小龙虾、烹小龙虾、剥小龙虾、最后才是吃小龙虾的虾仁,而典型试题解决过程相当于直接吃别人剥好的虾仁。

尽管刷题抢分依然是当下高中教育的主流,笔者还是建议命题人和物理教师多给学生提供一些解决原始物理问题的机会,让学生有机会经历原始物理问题解决的全部过程,让学生的能力和素养得到全面锻炼。

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