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摘 要：学生在真实的实验情境中，自发地生成原始物理问题，并通过独立思考、深入探究、合作交流来解决这些问题，可以加强问题意识，培养物理学科素养，提高解决实际问题的能力.
关键词：原始物理问题;生成;实验教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）05-0042-04
作者簡介：王永（1968- ），男，安徽人，本科，中学高级教师，中学特级教师，研究方向：中学物理学科教学、高考命题.
阿尔伯特·爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要.因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步.”
1 原始物理问题在中学物理教学中的意义
好奇心是学习的原始动力之一，学生通常会对学习和生活中遇到的未知事物感兴趣，由于不明白而产生的疑惑就是问题，问题会一直伴随着学习的过程，问题教学也是中学物理教学中重要的组成部分.
中学生在学习物理的过程中会遇到大量问题，其中大部分是经过整理的传统习题，是模型化的“抽象问题”，也有一部分是“原生态”的原始问题.原始物理问题是对自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的物理现象的描述.原始物理问题不同于一般物理习题，它是在真实生活情境中存在的原汁原味的实际问题，没有明确的已知量和未知量，解决问题所需的条件需要学生自己提取或设定.
原始物理问题源于真实的学习过程，它比抽象问题更加接近物理学的学科本质，通过对原始物理问题的思考，学生可以学习科学家的思维方式，经历科学探究的过程，提高科学思维能力，让学习回归物理学科的本原.原始物理问题源于自然，联系生产生活，能更好体现物理学的实用价值，通过解决贴近现实的原始物理问题，学生可以体会物理学在现实生活和科技前沿的应用，激发学习兴趣，提高探究意识和解决实际问题的能力.中学生通过物理原始问题的思考和解决，可以巩固知识基础，联系生活实践，拓宽科学视野，提高物理学科素养.
2 中学物理原始物理问题的来源
中学物理涉及到的原始物理问题从何而来？从问题产生的背景和素材来看，原始问题有理论和实践两种来源.理论原始问题来源于物理知识的学习过程，常常伴随着概念和规律的形成.实践原始问题来源于实验研究、科技进展或者生产生活实际.第二类问题依托真实的背景，来源广泛，素材丰富，贴近生活，更加容易引起学生的兴趣，也更具有实际意义.
而从问题提供的角度来看，原始物理问题有外界提供和自我生成两种来源.学生遇到的绝大多数问题都是外界提供的，一般来源于物理学发展的历史遗存，或者物理教学长期的资料积累.例如，物理学史上的著名问题、教材编写者提供的部分习题、中高考物理试卷中联系实际的试题、物理实验中遇到的问题和生活中的物理问题等等.随着学习的不断深入，中学生能逐渐在学习和实践中发现和提出一些问题，这些问题源于自然、基于真实情境，具有原创性，这是自发生成的原始物理问题.
相比于外界提供问题，学生自己发现和提出问题更有意义，教师应当在教学中倡导学生养成思考的习惯，鼓励学生多提问题，特别是原始问题.
3 原始物理问题生成的课堂实录
如何在教学中促进学生发现和提出原始物理问题？这需要教师在教学中合理设置内容，积极提供问题情境，巧妙设置问题线索，调动学生深入思考，鼓励学生不断质疑，让问题在课堂上不断涌现出来.可是，要在教学实践中真正做到这一点却并不容易.
最近一次在高二电学实验课堂上的经历，让笔者印象深刻.这是一节练习使用多用电表的实验课，其中一项内容是用多用电表测量二极管的正反向电阻，并以此判断二极管的正负极.在这节课上，学生们就提出了一些很有价值的原始问题.
问题1：二极管正向电阻到底是多少？
刚上课不久，A学生首先发现一个问题：在用多用电表（型号J0411）欧姆档测二极管（型号2P5A）正向电阻时，如果选用不同的倍率，测得的正向电阻差异很大，在已经进行电阻调零的情况下，分别在“×1”“×10”“×100”“×1k” 的倍率下进行测量，得到的测量值分别为5Ω、45Ω、350Ω、3000Ω，为什么测量结果的差异如此巨大？A学生随即提出两种可能：一是多用电表有问题，二是二极管损坏了.教师让同学们做同样的测量，大家得到了几乎相同的结果，绝大多数同学认为，多用电表和二极管都是完好的.
这时B同学提出：我们应该用欧姆表哪个档位进行测量？二极管的正向电阻到底是多少？教师让同学们思考这个问题，大家各执一词.
接着C同学阐述了自己的观点：二极管的正向电阻，本来就不是一个确定值，这一点可以从高中物理课本上二极管的伏安特性图线上看出，如图1所示，在正向电压大于0.5V以后，正向电流会迅速增大，正向电阻会迅速减小，在不同电压下，正向电阻自然不同.这个解释很快得到了多数同学的支持.
这时候D同学提出：我们可以用一只电压表，并联在二极管两端，再用多用电表的欧姆档，换用不同档位进行测量，实际记录下二极管两端的电压，并在伏安特性图线上找出二极管的工作状态，就可以粗略算出正向电阻的数值，并与欧姆表的测量值做对比.
这个提议遭到了E同学的反对：一只量程3V的电压表，内阻大约3kΩ，用它跟二极管并联，如果二极管的正向电阻是几百或者几千欧，对测量结果影响很大.同学们觉得他说的有道理.
怎样测量二极管的正向电压呢？教师拿来一只数字式多用电表（DT9205），并且告诉同学们：数字式电压表内阻很大，是比较理想的测量电压的工具.然后，师生们一起再次进行测量，记录欧姆表“×1”“×10”“×100”“×1k” 倍率下二极管两端电压分别为： 0.73V、0.64V、0.54V、0.45V，对照二极管的伏安特性图线，就可以解释为什么测量二极管正向电阻时有不同的结果了. 问题2：把小灯泡和二极管串联接到两节电池上，小灯泡能发光吗？
接着教师请同学们思考：能用手边的器材通过简单实验反映二极管的单向导电性吗？ F同学提出一个方案：用二极管与一个小灯泡（额定电压2.5V）和两节干电池串联，如图2所示，看小灯泡能不能发光就能判断二极管是否正向导通.而G同学有不同看法：即使二极管正向导通，电路中有电流通过，也不一定能看到小灯泡发光.
这种情况下小灯泡能不能发光呢？同学们一时难以回答，很快有同学动手做实验，结果发现小灯泡基本上可以正常发光，用数字式电压表可以量得小灯泡两端电压约为1.95V，二极管的两端电压大约为0.75V，说明此时二极管正向电阻很小.
H同学问：为什么会得到这样的结果呢？二极管此时的正向电阻为什么不是很大呢？ 教师提示同学们可以把灯泡和电池作为等效电源看待，作出等效电源的伏安特性图线，在同一个坐标系中，再画出二极管的伏安特性图线，通过两个图像的交点，来找二极管的工作状态.这时候I同学指出：小灯泡的电阻也是变化的，这样做不合适.接着J同学说：不久前我们测量过这种小灯泡的伏安特性，小灯泡正常工作的电阻大约是5Ω，据此我们可以进行粗略的估算.然后师生一起按照这个思路进行分析：电源电动势约为3V，内阻约为1Ω，小灯泡工作的电阻约为5Ω，则等效电源短路电流大约为0.5A，作出的伏安特性图线如图3所示，从图线交点可以看出，此时二极管两端电压约为0.8V，电路电流约0.37A，同学们觉得这个分析和实验结果基本一致.
K同学又提出了一个问题：如果选用不同的二极管，结果还一样吗？
教师拿来一种发光二极管（型号BT1142），同学们进行了同样实验，结果发现小灯泡不亮.
教师做了进一步解释：从理论上看，不同参数的元件会有不同的伏安特性图线，如果换用不同的二极管或者小灯泡，实验结果就会不同，即使一次实验中小灯泡能够发光，也不能认为这是普遍成立的结论.
问题3：实际欧姆表的内部电路是怎样的？
接着，L同学提出了一个新问题：按照中学物理课本上所说的欧姆表的工作原理，如图4的电路中，满偏电流为Ig=ERg r R，如果按照课本上如图5所示的多用电表电路来分析，在倍率增大10倍的情况下，满偏电流不变，内阻会增大10倍，电源电动势也应该增大10倍，在用欧姆表测量二极管正向电阻时，如果把欧姆表作为电源看待，我们可以在同一坐标系作两次实验中电源和二极管的伏安特性图线，如图6，假设某个倍率下等效电源伏安特性图线是实线a，而我们换用更大的倍率进行测量时，等效电源伏安特性图线应该是虚线b，从电源与二极管的伏安特性图线的交点变化上会发现二极管工作电流增大，二极管的正向电阻应当减小，为什么实验结果却恰恰相反？难道是课本说错了？
师生们都觉得L同学的分析逻辑严密，问题可能出在欧姆表内部电路上.教师很快查阅实验室资料，发现常用欧姆表的实际内部电路如图7所示，在倍率增大一档时，并不是仅仅靠增大串联电阻来增加内阻，还在表头上并入电阻，通过并联电阻的变化实现调节，表头的电流并非总电流，电源电动势也没有增大10倍.
通过教师的解释，L同学提出的问题解决了.同学们明白了中学物理教材中只介绍了欧姆表的基本工作原理，并没有介绍电表的实际电路，要真正弄清楚欧姆表如何改变倍率的细节，还需要深入了解其电路结构和工作过程.
至此，课堂上生成的所有问题都得到了圆满的解决.
4 关于实验教学中原始物理问题生成的思考
在本节实验课上，同学们在实验过程中不断发现和提出问题，特别是生成了一些有价值的原始问题，这些问题的提出和解决在教学上很有意义.在教学过程中，因为要解决自己遇到的真实问题，同学们投入了更大的热情，在激烈的课堂讨论中，迸发出思维的灵感，在问题的一一化解中，体验到了学习的乐趣，感受到了成功的喜悦.笔者还欣喜地看到，伴随着问题的提出与探讨，同学们积极思考，主动探究，尊重事实，不断质疑，深入探寻问题的本质，表现出良好的科学素养.
一名中学生能在学习中提出有价值的原始问题，既体现学习的主动性和对事物的洞察力，还反映出学生的学习潜质与创造能力，这标志着学生学习能力到了一个新的层次.在学习中生成原始问题是一种良好的学习品质，发现、提出和解决这些问题不仅具有实际价值，还对学生的未来发展具有长远意义.
鉴于原始物理问题在中学物理教学中的重要作用，教师应当鼓励学生发现和提出原始问题，不断加强学生的问题意识.为此，教师需要调整教学思路，课前需要做精心的教学设计，课上要营造民主自由的课堂氛围，适时做出巧妙而合理的引导，其中最重要的是创设具体的物理问题情境.创设物理问题情境有很多方式，在需要建立真实的问题情境时，实验教学具有明显的优势，因为基于真实的实验场景，有具体的任务引导，学生能够身临其境，在边学边做中原始物理问题应运而生.教师可以充分利用实验教学这个良好的机会，来促进学生自然地生成原始物理问题.
参考文献：
[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发研究中心.普通高中教科书物理（必修第三册）[M].北京：人民教育出版社，2019.
[2]阎元红.基于开阔背景下的原始物理問题探析[J].教学与管理，2003（19）：60-61.
[3]杨蕾，胡银泉.论中学物理教学中引入原始问题的重要性[J].物理教学探讨，2015（09）：9-10 13.
[4]邢红军，石尧.原始物理问题教学：一个本土化教学理论的创生[J].教育学术月刊，2016（09）：83-90.
[5]王兴乃，张诚，陈准，何振华.中学物理仪器的使用与检验[M].福州：福建教育出版社，1984.
（收稿日期：2020-11-26）
关键词：原始物理问题;生成;实验教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）05-0042-04
作者簡介：王永（1968- ），男，安徽人，本科，中学高级教师，中学特级教师，研究方向：中学物理学科教学、高考命题.
阿尔伯特·爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要.因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步.”
1 原始物理问题在中学物理教学中的意义
好奇心是学习的原始动力之一，学生通常会对学习和生活中遇到的未知事物感兴趣，由于不明白而产生的疑惑就是问题，问题会一直伴随着学习的过程，问题教学也是中学物理教学中重要的组成部分.
中学生在学习物理的过程中会遇到大量问题，其中大部分是经过整理的传统习题，是模型化的“抽象问题”，也有一部分是“原生态”的原始问题.原始物理问题是对自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的物理现象的描述.原始物理问题不同于一般物理习题，它是在真实生活情境中存在的原汁原味的实际问题，没有明确的已知量和未知量，解决问题所需的条件需要学生自己提取或设定.
原始物理问题源于真实的学习过程，它比抽象问题更加接近物理学的学科本质，通过对原始物理问题的思考，学生可以学习科学家的思维方式，经历科学探究的过程，提高科学思维能力，让学习回归物理学科的本原.原始物理问题源于自然，联系生产生活，能更好体现物理学的实用价值，通过解决贴近现实的原始物理问题，学生可以体会物理学在现实生活和科技前沿的应用，激发学习兴趣，提高探究意识和解决实际问题的能力.中学生通过物理原始问题的思考和解决，可以巩固知识基础，联系生活实践，拓宽科学视野，提高物理学科素养.
2 中学物理原始物理问题的来源
中学物理涉及到的原始物理问题从何而来？从问题产生的背景和素材来看，原始问题有理论和实践两种来源.理论原始问题来源于物理知识的学习过程，常常伴随着概念和规律的形成.实践原始问题来源于实验研究、科技进展或者生产生活实际.第二类问题依托真实的背景，来源广泛，素材丰富，贴近生活，更加容易引起学生的兴趣，也更具有实际意义.
而从问题提供的角度来看，原始物理问题有外界提供和自我生成两种来源.学生遇到的绝大多数问题都是外界提供的，一般来源于物理学发展的历史遗存，或者物理教学长期的资料积累.例如，物理学史上的著名问题、教材编写者提供的部分习题、中高考物理试卷中联系实际的试题、物理实验中遇到的问题和生活中的物理问题等等.随着学习的不断深入，中学生能逐渐在学习和实践中发现和提出一些问题，这些问题源于自然、基于真实情境，具有原创性，这是自发生成的原始物理问题.
相比于外界提供问题，学生自己发现和提出问题更有意义，教师应当在教学中倡导学生养成思考的习惯，鼓励学生多提问题，特别是原始问题.
3 原始物理问题生成的课堂实录
如何在教学中促进学生发现和提出原始物理问题？这需要教师在教学中合理设置内容，积极提供问题情境，巧妙设置问题线索，调动学生深入思考，鼓励学生不断质疑，让问题在课堂上不断涌现出来.可是，要在教学实践中真正做到这一点却并不容易.
最近一次在高二电学实验课堂上的经历，让笔者印象深刻.这是一节练习使用多用电表的实验课，其中一项内容是用多用电表测量二极管的正反向电阻，并以此判断二极管的正负极.在这节课上，学生们就提出了一些很有价值的原始问题.
问题1：二极管正向电阻到底是多少？
刚上课不久，A学生首先发现一个问题：在用多用电表（型号J0411）欧姆档测二极管（型号2P5A）正向电阻时，如果选用不同的倍率，测得的正向电阻差异很大，在已经进行电阻调零的情况下，分别在“×1”“×10”“×100”“×1k” 的倍率下进行测量，得到的测量值分别为5Ω、45Ω、350Ω、3000Ω，为什么测量结果的差异如此巨大？A学生随即提出两种可能：一是多用电表有问题，二是二极管损坏了.教师让同学们做同样的测量，大家得到了几乎相同的结果，绝大多数同学认为，多用电表和二极管都是完好的.
这时B同学提出：我们应该用欧姆表哪个档位进行测量？二极管的正向电阻到底是多少？教师让同学们思考这个问题，大家各执一词.
接着C同学阐述了自己的观点：二极管的正向电阻，本来就不是一个确定值，这一点可以从高中物理课本上二极管的伏安特性图线上看出，如图1所示，在正向电压大于0.5V以后，正向电流会迅速增大，正向电阻会迅速减小，在不同电压下，正向电阻自然不同.这个解释很快得到了多数同学的支持.
这时候D同学提出：我们可以用一只电压表，并联在二极管两端，再用多用电表的欧姆档，换用不同档位进行测量，实际记录下二极管两端的电压，并在伏安特性图线上找出二极管的工作状态，就可以粗略算出正向电阻的数值，并与欧姆表的测量值做对比.
这个提议遭到了E同学的反对：一只量程3V的电压表，内阻大约3kΩ，用它跟二极管并联，如果二极管的正向电阻是几百或者几千欧，对测量结果影响很大.同学们觉得他说的有道理.
怎样测量二极管的正向电压呢？教师拿来一只数字式多用电表（DT9205），并且告诉同学们：数字式电压表内阻很大，是比较理想的测量电压的工具.然后，师生们一起再次进行测量，记录欧姆表“×1”“×10”“×100”“×1k” 倍率下二极管两端电压分别为： 0.73V、0.64V、0.54V、0.45V，对照二极管的伏安特性图线，就可以解释为什么测量二极管正向电阻时有不同的结果了. 问题2：把小灯泡和二极管串联接到两节电池上，小灯泡能发光吗？
接着教师请同学们思考：能用手边的器材通过简单实验反映二极管的单向导电性吗？ F同学提出一个方案：用二极管与一个小灯泡（额定电压2.5V）和两节干电池串联，如图2所示，看小灯泡能不能发光就能判断二极管是否正向导通.而G同学有不同看法：即使二极管正向导通，电路中有电流通过，也不一定能看到小灯泡发光.
这种情况下小灯泡能不能发光呢？同学们一时难以回答，很快有同学动手做实验，结果发现小灯泡基本上可以正常发光，用数字式电压表可以量得小灯泡两端电压约为1.95V，二极管的两端电压大约为0.75V，说明此时二极管正向电阻很小.
H同学问：为什么会得到这样的结果呢？二极管此时的正向电阻为什么不是很大呢？ 教师提示同学们可以把灯泡和电池作为等效电源看待，作出等效电源的伏安特性图线，在同一个坐标系中，再画出二极管的伏安特性图线，通过两个图像的交点，来找二极管的工作状态.这时候I同学指出：小灯泡的电阻也是变化的，这样做不合适.接着J同学说：不久前我们测量过这种小灯泡的伏安特性，小灯泡正常工作的电阻大约是5Ω，据此我们可以进行粗略的估算.然后师生一起按照这个思路进行分析：电源电动势约为3V，内阻约为1Ω，小灯泡工作的电阻约为5Ω，则等效电源短路电流大约为0.5A，作出的伏安特性图线如图3所示，从图线交点可以看出，此时二极管两端电压约为0.8V，电路电流约0.37A，同学们觉得这个分析和实验结果基本一致.
K同学又提出了一个问题：如果选用不同的二极管，结果还一样吗？
教师拿来一种发光二极管（型号BT1142），同学们进行了同样实验，结果发现小灯泡不亮.
教师做了进一步解释：从理论上看，不同参数的元件会有不同的伏安特性图线，如果换用不同的二极管或者小灯泡，实验结果就会不同，即使一次实验中小灯泡能够发光，也不能认为这是普遍成立的结论.
问题3：实际欧姆表的内部电路是怎样的？
接着，L同学提出了一个新问题：按照中学物理课本上所说的欧姆表的工作原理，如图4的电路中，满偏电流为Ig=ERg r R，如果按照课本上如图5所示的多用电表电路来分析，在倍率增大10倍的情况下，满偏电流不变，内阻会增大10倍，电源电动势也应该增大10倍，在用欧姆表测量二极管正向电阻时，如果把欧姆表作为电源看待，我们可以在同一坐标系作两次实验中电源和二极管的伏安特性图线，如图6，假设某个倍率下等效电源伏安特性图线是实线a，而我们换用更大的倍率进行测量时，等效电源伏安特性图线应该是虚线b，从电源与二极管的伏安特性图线的交点变化上会发现二极管工作电流增大，二极管的正向电阻应当减小，为什么实验结果却恰恰相反？难道是课本说错了？
师生们都觉得L同学的分析逻辑严密，问题可能出在欧姆表内部电路上.教师很快查阅实验室资料，发现常用欧姆表的实际内部电路如图7所示，在倍率增大一档时，并不是仅仅靠增大串联电阻来增加内阻，还在表头上并入电阻，通过并联电阻的变化实现调节，表头的电流并非总电流，电源电动势也没有增大10倍.
通过教师的解释，L同学提出的问题解决了.同学们明白了中学物理教材中只介绍了欧姆表的基本工作原理，并没有介绍电表的实际电路，要真正弄清楚欧姆表如何改变倍率的细节，还需要深入了解其电路结构和工作过程.
至此，课堂上生成的所有问题都得到了圆满的解决.
4 关于实验教学中原始物理问题生成的思考
在本节实验课上，同学们在实验过程中不断发现和提出问题，特别是生成了一些有价值的原始问题，这些问题的提出和解决在教学上很有意义.在教学过程中，因为要解决自己遇到的真实问题，同学们投入了更大的热情，在激烈的课堂讨论中，迸发出思维的灵感，在问题的一一化解中，体验到了学习的乐趣，感受到了成功的喜悦.笔者还欣喜地看到，伴随着问题的提出与探讨，同学们积极思考，主动探究，尊重事实，不断质疑，深入探寻问题的本质，表现出良好的科学素养.
一名中学生能在学习中提出有价值的原始问题，既体现学习的主动性和对事物的洞察力，还反映出学生的学习潜质与创造能力，这标志着学生学习能力到了一个新的层次.在学习中生成原始问题是一种良好的学习品质，发现、提出和解决这些问题不仅具有实际价值，还对学生的未来发展具有长远意义.
鉴于原始物理问题在中学物理教学中的重要作用，教师应当鼓励学生发现和提出原始问题，不断加强学生的问题意识.为此，教师需要调整教学思路，课前需要做精心的教学设计，课上要营造民主自由的课堂氛围，适时做出巧妙而合理的引导，其中最重要的是创设具体的物理问题情境.创设物理问题情境有很多方式，在需要建立真实的问题情境时，实验教学具有明显的优势，因为基于真实的实验场景，有具体的任务引导，学生能够身临其境，在边学边做中原始物理问题应运而生.教师可以充分利用实验教学这个良好的机会，来促进学生自然地生成原始物理问题.
参考文献：
[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发研究中心.普通高中教科书物理（必修第三册）[M].北京：人民教育出版社，2019.
[2]阎元红.基于开阔背景下的原始物理問题探析[J].教学与管理，2003（19）：60-61.
[3]杨蕾，胡银泉.论中学物理教学中引入原始问题的重要性[J].物理教学探讨，2015（09）：9-10 13.
[4]邢红军，石尧.原始物理问题教学：一个本土化教学理论的创生[J].教育学术月刊，2016（09）：83-90.
[5]王兴乃，张诚，陈准，何振华.中学物理仪器的使用与检验[M].福州：福建教育出版社，1984.
（收稿日期：2020-11-26）