从“解题”向“解决问题”转变

摘 要：新高考要求通过真实的问题情境，考查学生灵活运用所学知识分析解决实际问题的能力，要求学生的关注点从“解题”转向“解决问题”.本文针对校际联考中情境化试题中答题存在的问题，发现学生在解决实际问题中存在的障碍点，深度剖析原因，促进学生的发展和改进教师的教学.

关键词：评价；解决问题；不规则物体

《普通高中物理课程标准》（2017年版2020年修订）中的评价建议指出：经过一个阶段的学习之后，需要对学生进行阶段性的测试，以便较为全面和深入地了解学生所达到的水平和存在的问题.教师应将测试结果及时反馈给学生以帮助学生发现、纠正学习中存在的问题，增强学生学习物理的兴趣和自信心，促进学生的发展.［1］本文通过对本市高三校际联考第15题（例1）的命题情况和答题情况分析，找出存在的问题，明确努力的方向，引导师生深入探究教与学，使学生能够主动灵活地应用所学知识分析并解决社会生活实践中的问题，具备良好的实际问题解决能力.

1 试题呈现

例1：一个形状不规则而又不便浸入液体的固体，要测量它的体积，可进行如下操作.如图1所示，高度为h、横截面积为S的导热汽缸竖直放置，现从汽缸的开口端放入一个活塞，活塞下降h1后稳定.将待测固体放入汽缸，重新放入活塞，如图2所示，活塞下降h2后稳定.已知活塞与汽缸之间不漏气且无摩擦，封闭气体可视为理想气体，活塞和汽缸厚度可忽略，活塞始终没有与被测固体接触.求固体的体积.

（答案： ）

考核目标：本题主要考查物理学科核心素养中物理观念和科学思维.“物理观念”中的水平三：能应用物理知识（气体实验定律）解决实际问题.“科学思维”中的水平四：能将实际问题中的对象和过程转换成物理模型（理想气体模型）；能对综合性物理问题进行分析和推理，获得结论并做出解释.［1］

2 命题思路

该题是笔者原创，受高中物理人教版选择性必修三第二章 “复习与提高”B组第3题（例2）启发.

例2：为了测量一些形状不规则而又不便浸入液体的固体体积，可用图3所示的装置测量.操作步骤和实验数据如下：

a. 打开阀门K，使管A、容器C、容器B和大气相通.上下移动D，使左侧水银面到达刻度n的位置 ；

b. 关闭K，向上举D，使左侧水银面达到刻度m的位置.这时测得两管水银面高度差为19.0 cm ；

c. 打开K，把被测固体放入C 中，上下移动D，使左侧水银面重新到达位置n，然后关闭 K ；

d. 向上举D，使左侧水银面重新到达刻度m处，这时测得两管水银面高度差为20.6 cm.

已知容器 C 和管 A 的总体积为 1 000 cm3，求被测固体的体积.［2］

（答案：77.7 cm3）

与例2相比，例1的情境更加简洁清晰，测量的物理量更简单，更容易操作.

3 答题情况

学生答题情况出乎命题者的预料，15题是四个计算题中预计最简单的一道题，但是全市6533人参加物理考试，仅有632名考生得7分（满分），难度系数为0.27.

经了解，包括一些平时成绩比较好的学生，都受初中学习过的“溢水法”或“溢沙法”测体积影响.出错情况主要分为两种：大部分学生认为初始时两部分气体体积相同，故得到两次气体的体积之差就是不规则固体的体积，如图4（得0分）；少部分学生思路还算清晰，知道是考查玻意耳定律，对每一部分气体列等温变化的方程，但是发现方程中未知量太多，没有计算或者计算无果，最终没有摆脱 “溢水法”的模仿，仍然写上错误的结果，如图5（得4分）.

究其原因，就是很多学生平时的学习中往往大量刷题，形成了固定的解题套路，在类似的情境中往往套用头脑中储存的解题模式，以解出结果为目标，没能从“解题”中学会“解决问题”.

3原型探讨

建议教师与学生共同查阅资料，了解“利用气体测量不规则物体的体积”在实际中的应用，引导学生用所学的知识去认识现实问题，并加以科学分析，获得在具体实际情境中解决物理问题的经验，培养学生用物理观念思考问题的意识.［3］

3.1 专利方面

近几年来有多项相关的专利发明，最新的是2022年7月份由中国石化工作人员胡平、蔺伟发明申请的“一种不规则固体体积测量装置”，通过改变不规则固体所在的测量装置内的气体体积，并测量不同体积下的压力，运用理想气体状态方程，计算出被测不规则固体的体积.

3.2 论文方面

查到比较早论文有1995年的成果，如图6，用压强计测定外界大气压，用温度计测定环境温度；敞开左边大桶的密封盖放入待测物体，此时导管左边的液面处于N，测出两液面的高度差，盖好密封盖 （保持密闭）；在右边砝码盘内逐次放入砝码，直到导管中的液面恰好上升到 M点为止，记下所加砝码的总重量，可求出待测物体的体积.［4］1998年通过实验测出了不规则物体的体积，相对误差为0.13％.［5］教材习题（例2）应该源于这项成果.

2014年的成果是一项设计，如图7，气腔的体积V0和V提前严格测定，只要分别测出活塞环在位置A和B时气体的压强和温度，利用理想气体状态方程，就可以得到待测物体的体积.［6］校际联考试题（例1）与这项成果形似，但该成果要测量的物理量较多，除了成果中介绍的误差之外，温度传感器和压力传感器本身的体积对测量结果也有一定的影响.

4教学启示

（1）经历物理模型的建构过程

物理模型是忽略次要因素、突出主要特征，将现实问题进行简化和纯化，集中反映基于物理事实建构物理模型的抽象概括的科学思维过程.［7］教师在教学中要让学生体会建构物理模型的思维方法，理解物理模型的适用条件，能通过建构物理模型来解决实际问题.能不能把问题中的实际情境转化为解决问题的物理情境，建立相应的物理模型，是应用物理观念思考问题、应用物理知识分析解决问题的关键.［1］

（2）充分挖掘教材习题的价值

新教材习题源于编写者的精心设计，特别重视试题的真实情境，充分利用各种情境类型渗透STSE等方面的教育理念，增强试题与生活、技术、社会之间的联系，有助于培养学生灵活运用知识解决实际问题的能力，达成对学生物理学科核心素养培养和提高的目标.［8］教师要深入理解编者意图，认真研究、变式、拓展、推陈出新，充分挖掘试题的教学价值，给学生提供深度学习和思考的空间，最大限度地发挥试题育人功能，促进学生思维能力的发展.

（3）养成科学思考实际问题的习惯

理科高考试题重视自然科学与生产生活实际的密切联系，加强应用性，强调理论联系实际，突出学以致用.高考考查的重点是学生的思维品质和综合应用所学知识解决实际问题的能力，聚焦于思维过程和思维品质.［7］

教学中要充分发挥高考指挥棒的引导作用，改变相对固化的试题形式，创设新的题型，从材料信息的丰富性、试题要素的灵活性、解题思路的多样性等方面增强试题开放性，强调思维过程和思维品质，鼓励学生多角度主动思考、深入探究，发现新问题、找到新规律，引导学生在学习和备考中减少死记硬背和机械刷题.通过创设情境，引导学生深入思考、勇于探索、实证求真，实现从“解答试题”向“解决问题”转变，助力高中育人方式的改革.［7］

参考文献：

1中华人民共和国教育部制定.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2020：51，53，60，79.

2 物理课程教材研究开发中心编著.普通高中教科书物理选择性必修三 [M]. 北京：人民教育出版社，2019：44.

3 蔡冬阳.从解题走向解决问题[J].物理通报，2020（3）：9-13.

4 海国廷，柳玉洪.不规则物体体积测量的一种方法 [J].宁夏大学学报（自然科学版），1995（12）：32.

5 海国廷，张海涛. 测量不规则物体体积的实验方法 [J].宁夏大学学报（自然科学版），1998（6）：133.

6 沈校强.利用气体测量不规则物体体积的系统的设计 [J].化工管理，2014（36）：137.

7 中国高考报告学术委员会编.高考蓝皮书-高考政策与命题解读[M]. 北京：现代教育出版社，2023：11，21，30，112.

8 江佶泽，刘茂军.高中物理新教材习题情境化的分析与启示-以2019年人教版高中物理必修系列为例 [J].物理教师，2021，42（05）：75-79.

本文系日照市教育教学研究课题高中物理中的情境化教学（课题编号2022PT087）的阶段性研究成果