浅析物理封闭性问题的作用和不足

开放性问题是相对于传统封闭性问题而言的。传统物理教学以传授知识为中心，教材配备的习题通常有“完备的条件”和“固定的答案”，物理问题的情景十分理想，解决问题的策略程序化。我们称这类习题为封闭性问题。

封闭性问题要求学生由已知条件出发，通过有严格限制的推理，得出某些固定的答案。若是在解决问题的过程中发现某些条件多余而用不着，那是不可想象的。封闭性问题条件完备、答案固定，练习的针对性强，可以在不同的情境下重复同一种推理，定向地巩固学生的推理技能，使问题解决的技能更完善；同时也便于检查学生掌握知识的情况，这是封闭性问题的长处。然而，从相反的视角来看，封闭性问题的优点亦正是它自身的不足。作为科学教育重要组成部分的物理学科教育，不仅要培养学生从具体的或观察所及的事物通过经验归纳获取知识的能力，而且要发展学生从概念、规律经假设而演绎新的知识，进而判断、评价和发展学生的创新能力，在这一方面，封闭性问题存在着明显的局限。

与封闭性问题相反，物理开放问题没有“完备的条件”和“固定的答案”。正由于没有固定的答案，问题解决的策略也不是唯一的――问题答案的开放是第一步；接着是问题解决策略的开放，即多样性；最后是问题本身的开放，一个问题可以变化出许多新的问题。随着人们对物理开放问题在测试学生能力水平，特别是测试学生学会学习能力和创造能力水平中重要作用的认识的不断发展，物理开放问题开始进入物理高考试卷。例如下面[例1.2.1]则是1999年全国高考物理试题中的一个选择题，它与传统习题相比表现出很大的不同。

例1.2.1：地球同步卫星到地心的距离r可由求出。已知式中a的单位为m，b的单位是s，c的单位是m/s2。则：

①a是地球半径，b是地球自转的周期，c是地球表面处的重力加速度；

②a是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是同步卫星的加速度；

③a是赤道周长，b是地球自转的周期，c是同步卫星的加速度；

④a是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是地球表面处的重力加速度。

随着高校招生制度的改革，人们对学生的综合实践能力要求也愈来愈高，这一要求也反映在综合考试“3+x”的试题上。例如2000年浙、苏、吉三省高考理科综合的压轴题（[例1.2.2]）就是一个典型的物理开放问题――问题要求学生设计实验，用测量值表示网络中的电阻值，不同的信息获取和选择将会有不同的解决方法和结果，突出了理论与实践的有机结合，考查了学生的创新能力和科学素养。

例1.2.2：电阻R1、R2、R3连接成如图所示的电路，放在一个箱中（虚框所示），箱面上有三个接线柱A、B、C，请用多用电表和导线设计一个实验，通过对A、B、C的测量，确定各个电阻的阻值。

相对物理问题的最终结果或答案的有无、多少而言，物理开放题更重视问题的思考过程、思考方法和对物理问题的建构，在2000年高考物理（上海）卷中，开放题被放到了突出的位置。例如第15题，题目提供了一名宇航员“漂浮”在地球外层空间的照片，要求学生根据照片展现的情景提出两个与物理知识有关的问题。这就要求学生在照片提供的情景和自己的认知结构之间建立联想，从中发现有意义、有价值的问题，其想象空间十分开阔、答案也是很开放的。而第20题（例1.2.3）则是条件开放问题，它要求考生在条件不足（去建构一定质量的气体为研究对象）、另一方面条件又多余（实验器材中弹簧称用不上）的情况下设计实验方案，并根据方案选用器材以估测当时的室内温度。

例1.2.3：现有一根粗细均匀长约40厘米、两端开口的玻璃管，内有一小段水柱，一个弹簧秤，一把毫米刻度尺，一小块橡皮泥，一个足够高的玻璃容器，内盛有冰和水的混合物。选用合适的器材，设计一个实验，估测当时的室内温度。要求：（1）在右边方框中（略）画出实验示意图；（2）写出要测定的物理量，写出可直接应用的物理量；（3）写出计算室温的表达式。

与第15题和第20题相比，2000年上海高考物理试卷的试卷第21题则表现出更大的开放性――没有现成的公式原理可以套用来解决这一问题。为了解决这一问题，学生只能从题目中去捕获与问题有关的因素，运用材料中已知和隐含的信息去建立模型、发现规律，并构建问题的答案，这对培养和提高学生学会学习的能力和学生未来的持续发展有着十分重要的意义（第21题文字较长，有意者可参看2000年上海高考物理试卷）。

目前，对物理开放问题的概念还没有一个严格的界定，其表现形式也各种各样，例如讨论题、信息题、模糊题、估算题、综合题等。但是，从物理问题自身的结构特点来研究和探讨物理开放问题是十分有益的。