沈金林 宋水榮

（1.浙江省平湖中學(xué)，浙江 平湖 314200；2.吳興高級中學(xué)，浙江 湖州 313000）

2011年高考物理浙江卷第16題是一個(gè)引起廣泛議論甚至強(qiáng)烈質(zhì)疑的試題.

原題.如圖1所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1＝800和n2＝200的兩個(gè)線圈，上線圈兩端與u＝51sin314t V的交流電源相連，將下列線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是

（A）2.0V. （B）9.0V.

（C）12.7V.（D）144.0V.

就試題科學(xué)性而言毫無爭議，題設(shè)情景非常清晰，由于漏磁，實(shí)際中的條形鐵芯上、下兩線圈中的磁通量必不等，理想化的變壓器電壓比公式不再成立，答案顯然是（A）.應(yīng)該說考題出得并不難，也沒有明顯超出中學(xué)生的能力要求范圍.但考查結(jié)果幾乎是“全軍覆沒”，絕大部分學(xué)生思維定勢，套用理想變壓器模型而錯(cuò)選（B）.有教師調(diào)侃說：“學(xué)生全部選（B），除了不會(huì)的.”為何結(jié)果如此慘烈？這一考題到底切中了時(shí)下中學(xué)物理教學(xué)中的哪些弊??？這不能不引起廣大教師的反思.本文試就此作一探討.

圖1

1 我們的教學(xué)是如何引導(dǎo)學(xué)生探究的？

從學(xué)生都錯(cuò)選（B）的結(jié)果分析，顯然，學(xué)生是認(rèn)同了變壓器的理想化結(jié)論而不知理想化條件的生成過程.那么，是怎樣的教學(xué)過程才造成學(xué)生如此認(rèn)知水平呢？

現(xiàn)行高中物理選修3－2（人教版）“變壓器”一節(jié)內(nèi)容中，教材沒有從理論上推導(dǎo)變壓器原理，而是要求利用可拆變壓器通過實(shí)驗(yàn)探究線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，教材沒有涉及線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系，對原、副線圈中的電功率關(guān)系也未作要求與暗示.教材內(nèi)容這樣安排，也正是體現(xiàn)了新課程強(qiáng)調(diào)過程和方法這一理念，即更有意義的是變壓器理想化的條件和電壓比、電流比關(guān)系在探究中的生成過程，而不是之后應(yīng)用這些比值關(guān)系求解大量的練習(xí)題.

而事實(shí)上，由于可拆變壓器工作時(shí)的漏磁、銅損、鐵損較大，效率不高（一般低于60%），不能視為理想變壓器，故以圖2所示的可拆變壓器探究或直接驗(yàn)證功率關(guān)系和電流比公式是有困難的.實(shí)驗(yàn)中可得到的顯著現(xiàn)象是，匝數(shù)越多的線圈，其兩端的電壓越大，流過的電流越小.但是，一個(gè)量越大則另一個(gè)量越小，就一定是反比關(guān)系？顯然，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論具有不確定性.

圖2

然而，在許多時(shí)候，教師或以實(shí)驗(yàn)存在誤差搪塞，或由定性現(xiàn)象直接推得有關(guān)變壓器原理的正、反比關(guān)系，這種缺乏邏輯性的推斷很難讓學(xué)生對變壓器理想化的條件有深刻的理解.這樣的有違科學(xué)態(tài)度的所謂“探究”，充其量只是忠實(shí)的傳遞了課程知識，與科學(xué)探究無關(guān).現(xiàn)在“探究式教學(xué)”非常盛行，但探究的內(nèi)容大多是在已知結(jié)果或結(jié)論的范圍內(nèi)，很少有探究未知的東西.正因?yàn)橛辛舜_定結(jié)果的預(yù)期，所以“探究”過程顯得“有效而準(zhǔn)確”.而且由于學(xué)生往往只是聽眾，無法真正參與到探究的過程中，所以學(xué)生對這樣的探究不會(huì)有太多的興趣（書上不是已經(jīng)有結(jié)果了嗎？）.

舍棄了懷疑和不確定性，探究只能流于形式.真正的探究，應(yīng)是讓學(xué)生去猜想、推測、發(fā)現(xiàn)未知的東西，而不是某個(gè)翻開書本就可以看到的結(jié)果或結(jié)論.其實(shí)，任何創(chuàng)造都有賴于個(gè)體所掌握到的一些信息的不確定性，前述實(shí)驗(yàn)結(jié)論的不確定性正是構(gòu)建學(xué)生自主探究活動(dòng)的理想切入點(diǎn).分析前述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)現(xiàn)：明顯有U1I1＞U2I2，即變壓器的輸入功率明顯大于輸出功率.由此追問學(xué)生：能量損失的原因可能有哪些？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證猜想？在圍繞這些問題展開的探究討論中，學(xué)生不難認(rèn)識到鐵損、銅損、磁漏是產(chǎn)生能量損失的主要原因，理想變壓器條件的生成也就順理成章.再以圖2所示的裝置驗(yàn)證：當(dāng)將可拆變壓器上方的鐵芯向右移時(shí)，變壓器的輸出功率將變得更?。灰迫ピ撹F芯時(shí)，副線圈兩端的電壓明顯的遠(yuǎn)小于按理想變壓器電壓比公式所得的理論值.在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上再由外推可得：在理想條件下才有U1I1＝U2I2.這樣的探究的活動(dòng)無疑會(huì)使學(xué)生對理想變壓器模型、工作原理、有關(guān)公式的適應(yīng)條件等有深刻的理解，也不至于將高考題中條形鐵芯混同于理想化變壓器而導(dǎo)致“全軍覆沒”.

而實(shí)際教學(xué)中，由于太多應(yīng)試與功利成份的驅(qū)動(dòng)，教師急于展開大量的例題和練習(xí)，而略去了必要的探究過程.這樣的教學(xué)只能是欲速不達(dá)，學(xué)生只是在教師傳授中認(rèn)識了而不是在探究中自主生成了變壓器原理，只會(huì)認(rèn)同這一原理而根本不會(huì)創(chuàng)造性的懷疑和批判.所以，在面對實(shí)際問題時(shí)，不會(huì)具體問題具體分析，只會(huì)套理想變壓器變壓比和電流比公式.

2 我們的教學(xué)是如何讓學(xué)生面對實(shí)際問題的？

有教師在考后感嘆：“以后高中難教了，平時(shí)的作業(yè)中這樣的習(xí)題比比皆是，都認(rèn)為通過條形鐵芯上、下兩線圈的磁通量完全相同.畢竟我們高中物理中都是處理理想化的模型的”.但“條形鐵芯上、下兩線圈中的磁通量相等”這一明顯不科學(xué)的結(jié)論，卻被認(rèn)定為不能放棄，強(qiáng)行做出了有違科學(xué)常識的錯(cuò)誤判斷.評判者無法以科學(xué)依據(jù)證明試題本身對錯(cuò)，卻使用“高中物理難教”等情緒化語言來渲泄，這恰恰證明了有人為了應(yīng)試，不顧物理作為一門自然科學(xué)的本質(zhì)屬性，把物理當(dāng)成習(xí)題集，并認(rèn)定所有的題目都必須運(yùn)用理想化模型處理，導(dǎo)致物理教學(xué)遠(yuǎn)離了真實(shí)世界.

出于對學(xué)生認(rèn)知水平的考慮和“節(jié)約性原則”，教學(xué)中往往構(gòu)建理想模型以代替真實(shí)情景，這從教學(xué)角度看固然無可厚非，但如果教學(xué)中片面于理想化結(jié)果的應(yīng)用，而忽視了理想化的過程，勢必造成學(xué)生認(rèn)為“理想情況在生活中具有普遍性”的錯(cuò)誤認(rèn)識，學(xué)生眼中的“世界”往往有較大的失真，甚至是扭曲.

硬把條形鐵芯往理想變壓器模型上套，即是這種簡單化思維教學(xué)時(shí)弊的典型反映.而且這顯然不是一個(gè)孤立的現(xiàn)象，另一個(gè)典型的例子是，中學(xué)物理常將擺鐘視為單擺模型來分析擺鐘的走時(shí)快慢，這明顯遠(yuǎn)偏離了真實(shí)事物.

又如，有一個(gè)常見的習(xí)題為：“一個(gè)單擺在地面上時(shí)一定時(shí)間內(nèi)振動(dòng)了N次，將此單擺移到該地的一個(gè)山頂上讓其振動(dòng)，在同樣的時(shí)間內(nèi)振動(dòng)了（N－1）次.由此可大略推算出這山的高度約為地球半徑的多少倍？”命題者的意圖是，綜合應(yīng)用萬有引力定律和單擺周期公式，不難求得山的高度為約為地球半徑的倍.但如考慮到一般山的實(shí)際高度為km數(shù)量級，而地球的半徑約為6 400km，這樣，為使兩地單擺在同樣的時(shí)間振動(dòng)次數(shù)相差一次，必須使單擺完成至少數(shù)千次以上的全振動(dòng).在有空氣阻力的實(shí)際情況下，這可能嗎？而且，在數(shù)千次測量中只相差一次，從誤差理論分析，這一測量誤差遠(yuǎn)小于一般測量儀器的測量精度.如果還考慮到由于高度差引起溫差所產(chǎn)生的熱脹冷縮因素等，這“N次”與“（N－1）次”的差別就更沒有實(shí)際意義了.

這樣的事例數(shù)不勝數(shù)，學(xué)生長期在這樣脫離實(shí)際的氛圍下訓(xùn)練，既模糊、扭曲了對真實(shí)物理世界的感受，也缺乏、甚至于喪失對周圍豐富多彩的物理世界一種基本的感悟能力，以及對虛假物理情景的批判性思維.學(xué)生在面對實(shí)際問題時(shí)不自信甚至恐懼，只會(huì)搬用公式和套用模型.這時(shí)，學(xué)生失去的不僅僅是高考分?jǐn)?shù)，還有對未知事物認(rèn)識的勇氣和具體問題具體分析的科學(xué)態(tài)度和方法.

3 我們的教學(xué)是如何培養(yǎng)學(xué)生把握不確定性的？

也有教師在考后反思：“即使上課做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，估計(jì)也沒用.因?yàn)槠綍r(shí)關(guān)于理想變壓器訓(xùn)練得太多了，導(dǎo)向性太大了，重復(fù)多了練死了學(xué)生.”確實(shí)，如試題設(shè)問中的“可能”二字明顯的暗示了答案的不確定性，也有臨場考生對此設(shè)問方式產(chǎn)生過疑慮，但由于平時(shí)練的變壓器問題都是理想化的，答案都是確定性的，故而臨場時(shí)還是沒有勇氣選（A）.

考試的結(jié)果說明，學(xué)生在處理“不確定性”問題時(shí)缺乏必要的能力或信心.這不由得使人聯(lián)想到，多年來我國中學(xué)生參加物理國際奧林匹克競賽的成績總保持在世界一流水平，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢.但為什么這些優(yōu)勢在其后的工作研究中未能體現(xiàn)出來？除了應(yīng)試的基礎(chǔ)知識與能力培養(yǎng)之外，我們的物理教育中還缺少些什么？對于優(yōu)秀科研工作者而言，所需要的敏銳是否被似曾相識的標(biāo)準(zhǔn)答案所掩蓋，創(chuàng)新的激情是不是被大量的“確定性”的試題消耗殆盡？

不可否認(rèn)，時(shí)下物理教學(xué)中的知識觀上存在有一種“確定性”傾向：知識僅僅就是書本上的條條框框，任何問題都存在某個(gè)確定無疑的標(biāo)準(zhǔn)答案.如現(xiàn)行高中物理選修3－2教材（人教版）“楞次定律”一節(jié)的課后習(xí)題中設(shè)置有這樣一個(gè)問題：“如圖3中的A和B都是很輕的鋁環(huán)，環(huán)A是閉合的，環(huán)B是斷開.用磁鐵的任一端分別去接近A、B環(huán)，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？移開時(shí)又會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？”這一問題也曾多次出現(xiàn)在歷年各地的高考命題中.對此問題，一般確認(rèn)的理解是：閉合的A環(huán)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流而與磁鐵發(fā)生相互作用，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；而不閉合的B環(huán)中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故無現(xiàn)象發(fā)生，以往的實(shí)驗(yàn)也證明了此結(jié)果.但隨著科技發(fā)展帶來了實(shí)驗(yàn)手段的提高，當(dāng)用強(qiáng)磁性的釹磁鐵靠近不閉合的B環(huán)時(shí)，實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明，橫桿也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)?，磁鐵磁性非常強(qiáng)時(shí)，B環(huán)中的渦流就不能忽略了.

所以，中學(xué)物理教學(xué)中如果太過絕對、太過確定性，而沒有為學(xué)生留有再認(rèn)識、再理解的余地，學(xué)生的思維僵化也就成為一種必然.“確定”是對知識的理解與掌握，“不確定”是在知識基礎(chǔ)上新的發(fā)現(xiàn)，是創(chuàng)新的起點(diǎn).從高考所要求的能力，到最前沿科學(xué)研究中的諾貝爾獎(jiǎng)故事，證明了“不確定性”蘊(yùn)藏了極大的教學(xué)價(jià)值，教師有理由、有必要把這些科學(xué)本質(zhì)與科學(xué)佳話傳承給學(xué)生，讓學(xué)生有興趣、有勇氣去面對那些不確定性問題，并以開放的態(tài)度去探究、懷疑、批判和創(chuàng)新.

2011年高考已經(jīng)過去，但圍繞這一考題的爭議遠(yuǎn)未平息，考查結(jié)果所帶來的困惑仍令許多中學(xué)物理教師難解.但有一點(diǎn)啟示是勿用置疑的，那就是物理教學(xué)需要超出習(xí)題教學(xué)的桎梏.解題固然是對物理的理解方式之一，但是解題高手與創(chuàng)造力是兩個(gè)不同的概念，目前教育的結(jié)果只是在培養(yǎng)解題高手，而非教育的真正目標(biāo)——一個(gè)身心健康的有創(chuàng)造力的人.中學(xué)物理教學(xué)既要傳承和豐富既往的知識，也要承擔(dān)起探索新知識、新方法、新理念的責(zé)任.

圖3