對(duì)麻醉飛針原始物理問(wèn)題編制的思考

王磊　鄭妍　侯恕

摘? ?要：選取一則麻醉飛針捕猴的新聞素材，從生活現(xiàn)象中提出生活問(wèn)題，從生活問(wèn)題中提煉物理知識(shí)，從物理知識(shí)中編制原始物理問(wèn)題的同時(shí)，豐富其育人價(jià)值，并利用自組織表征理論檢驗(yàn)編制的原始物理問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上提出從生活現(xiàn)象中編制原始物理問(wèn)題的思考與啟示。

關(guān)鍵詞：麻醉飛針；原始物理問(wèn)題；生活現(xiàn)象；自組織表征理論

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）3-0060-4

原始物理問(wèn)題的特點(diǎn)決定了其具有模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維價(jià)值［1］。在倍加重視學(xué)科核心素養(yǎng)、真實(shí)問(wèn)題情境、跨學(xué)科融合實(shí)踐的時(shí)代背景下，學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力的形成需要原始物理問(wèn)題的參與。原始物理問(wèn)題的編制有兩種途徑：一種是自下而上的編制方式，把一些符合標(biāo)準(zhǔn)的習(xí)題還原回原始物理問(wèn)題；另一種是自上而下的編制方式，對(duì)生活中的物理現(xiàn)象、物理問(wèn)題等進(jìn)行文字描述，使其成為原始物理問(wèn)題［2］。從生活現(xiàn)象中生成原始物理問(wèn)題，需要教師細(xì)心觀察日常生產(chǎn)生活中的物理情境，提煉物理知識(shí)。新聞報(bào)道、書籍雜志等媒體資源中就蘊(yùn)含著豐富的物理知識(shí)，這些資源需要教師挖掘、開(kāi)發(fā)，從而形成利于學(xué)生學(xué)習(xí)的原始物理問(wèn)題。本文將通過(guò)一個(gè)原始物理問(wèn)題編制的案例回答以下問(wèn)題：教師如何發(fā)掘潛在的原始物理問(wèn)題素材，如何處理間接經(jīng)驗(yàn)素材，如何檢驗(yàn)素材是否可靠。

1? ? 從生活現(xiàn)象到原始物理問(wèn)題

筆者瀏覽到一則利用麻醉飛針抓捕流浪猴的新聞，并對(duì)麻醉飛針的觸發(fā)機(jī)制產(chǎn)生了興趣。經(jīng)詢問(wèn)發(fā)現(xiàn)，很多人并不了解麻醉飛針的觸發(fā)機(jī)制，甚至認(rèn)為其結(jié)構(gòu)與普通注射器相同。麻醉飛針與常見(jiàn)的普通注射器的針頭并不相同，其針頭是閉合的，針孔開(kāi)在針管單側(cè)壁上，針管外壁套一個(gè)可移動(dòng)橡膠圈堵住針孔（圖1）。麻醉飛針擊中目標(biāo)后橡膠圈后移露出針孔，便可依靠橡皮筋的彈力或管內(nèi)氣壓注射藥劑。

為什么麻醉飛針擊中目標(biāo)后可以自行注射藥劑？麻醉飛針是如何組裝的？當(dāng)我們提出這樣的問(wèn)題時(shí)，也就從對(duì)生活現(xiàn)象的觀察進(jìn)入對(duì)生活問(wèn)題的思考了。為了完成原始物理問(wèn)題的編制，我們需要從生活問(wèn)題中進(jìn)一步提煉出物理知識(shí)。麻醉飛針問(wèn)題可以聯(lián)系兩個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)：麻醉飛針發(fā)射的拋體運(yùn)動(dòng)以及注射藥劑過(guò)程中壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。由生活現(xiàn)象到生活問(wèn)題，再由生活問(wèn)題到物理知識(shí)，現(xiàn)在我們可以嘗試編制原始物理問(wèn)題了。

2? ? 麻醉飛針原始物理問(wèn)題的編制

2022年4月29日下午，曾在南京市區(qū)內(nèi)玩貓戲狗、闖進(jìn)居民家中偷盜的網(wǎng)紅流浪猴被抓獲。動(dòng)物救助志愿者在安全距離外發(fā)射麻醉飛針擊中猴子，起初猴子不以為意，直接將飛針拔了出來(lái)，然后撓一撓后背，但最終還是昏迷過(guò)去，被志愿者抓住并送往紅山動(dòng)物園進(jìn)行保護(hù)與觀察。

問(wèn)題一：志愿者持麻醉槍射擊猴子，猴子感到危機(jī)立刻松手落下，志愿者發(fā)射麻醉飛針?biāo)俣葷M足什么條件時(shí)，麻醉飛針總能擊中猴子。

問(wèn)題二：專業(yè)的麻醉飛針，前端針頭是閉合的，針孔開(kāi)在針管的中間，再利用橡膠圈套住針孔（圖2）。后半段是負(fù)責(zé)注射的動(dòng)力系統(tǒng)，用其他針筒向氣壓室充入足量的壓縮氣體。擊中目標(biāo)后，橡膠圈后移，壓縮氣體推動(dòng)針管活塞1完成注射。

組裝麻醉飛針時(shí)，用另一個(gè)注射器吸取一定劑量的麻醉劑，從前端注射到飛針的藥劑室中，再固定上針頭。此時(shí)，飛針尾部活塞2仍可自由移動(dòng)，氣壓室中的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)。然后，用空注射器從尾端開(kāi)口向氣壓室中注入空氣，氣壓室內(nèi)部壓強(qiáng)增大，活塞2被壓緊在邊緣，使得空氣無(wú)法回流，形成封閉的空間。請(qǐng)問(wèn)在組裝時(shí)，空注射器推桿至少要推入多少長(zhǎng)度，才能使得麻醉飛針組裝成功？

3? ? 對(duì)麻醉飛針原始物理問(wèn)題編制的思考

3.1? ? 秉持生態(tài)化思想的原始物理問(wèn)題編制

石堯、何平（2016年）總結(jié)歸納原始物理問(wèn)題的來(lái)源有親身經(jīng)歷的直接經(jīng)驗(yàn)、媒體資源的間接經(jīng)驗(yàn)、日常生活用品提取、物理實(shí)驗(yàn)，并提出以生態(tài)化思想統(tǒng)攝的科學(xué)性、探索性、開(kāi)放性、隱晦性、趣味性原始物理問(wèn)題編制原則［2］。

大量的原始物理問(wèn)題取材于生活實(shí)例、圖書課本、影視素材、習(xí)題還原等，足見(jiàn)原始物理問(wèn)題取材來(lái)源之廣泛。本文原始物理問(wèn)題取材于新聞素材，屬于挖掘間接經(jīng)驗(yàn)中的物理知識(shí)。本著科學(xué)性的原則，尊重客觀事實(shí)，查閱麻醉飛針的構(gòu)造及觸發(fā)機(jī)制；本著探索性的原則，點(diǎn)明氣體壓強(qiáng)在麻醉飛針注射中的作用，但與涉及的物理知識(shí)還有一定距離，力求學(xué)生自主探索、推理、演繹；本著開(kāi)放性的原則，麻醉飛針問(wèn)題可供探究的思路很多，值得思考的問(wèn)題很多；本著隱晦性的原則，題目中不呈現(xiàn)具體數(shù)據(jù)，需要學(xué)生進(jìn)行賦值表征；本著趣味性的原則，新聞熱點(diǎn)事件的選取，探究過(guò)程的思考都是趣味所在。

3.2? ? 豐富既有原始物理問(wèn)題的教育價(jià)值

問(wèn)題一源于《新概念物理教程力學(xué)（第二版）》質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線運(yùn)動(dòng)部分的獵人打猴［3］，在《高中原始物理問(wèn)題教學(xué)研究》一書中經(jīng)過(guò)原始物理問(wèn)題化處理，并經(jīng)由自組織表征理論呈現(xiàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)［4］。筆者在編制過(guò)程中從科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的維度出發(fā)，結(jié)合時(shí)事新聞素材，將“獵猴”改為“捕猴”、表明“安全范圍外”、“送入動(dòng)物園保護(hù)與觀察”等描述都滲透著《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中“動(dòng)物福利”模塊所要求的“尊重生命、關(guān)愛(ài)動(dòng)物的價(jià)值觀”［5］，對(duì)于培育學(xué)生的關(guān)鍵能力與必備品格，落實(shí)立德樹(shù)人目標(biāo)有著積極的意義。

3.3? ? 以自組織表征理論支撐原始物理問(wèn)題

自組織表征理論將原始物理問(wèn)題的解決過(guò)程分為抽象表征、圖像表征、賦值表征、物理表征、方法表征、數(shù)學(xué)表征［6］。依據(jù)自組織表征理論將問(wèn)題二中學(xué)生的思維形式進(jìn)行解構(gòu)，如表1所示。

由表1可知，問(wèn)題二可以由自組織表征理論支撐，符合原始物理問(wèn)題要求。問(wèn)題二的要點(diǎn)在于準(zhǔn)確理解麻醉飛針的構(gòu)造及注射原理，將氣體視為理想氣體，空注射器向麻醉飛針打入空氣時(shí)氣壓室的壓縮過(guò)程和注射時(shí)的膨脹過(guò)程。同時(shí)需要注意的是，由于注射過(guò)程中氣壓室壓強(qiáng)逐漸減小，注射藥劑所需要的壓強(qiáng)差是藥劑注射完畢時(shí)所需的最小壓強(qiáng)差。問(wèn)題中以物理符號(hào)代替具體數(shù)據(jù)，有助于鍛煉學(xué)生的表征能力。

4? ? 從生活現(xiàn)象中編制原始物理問(wèn)題的啟示

4.1? ? 多角度思考生活中的物理問(wèn)題

物理學(xué)是一門研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，在漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中形成了縝密的理論體系，有著獨(dú)特的邏輯思維與深厚的物理文化，并與現(xiàn)實(shí)生活有著廣泛而深刻的聯(lián)系。中學(xué)一線物理教師作為學(xué)生物理求學(xué)之路的領(lǐng)航員，在具備扎實(shí)的物理知識(shí)的基礎(chǔ)上更應(yīng)有物理學(xué)的眼光來(lái)發(fā)現(xiàn)生活中蘊(yùn)藏的有教育價(jià)值的日?，F(xiàn)象。生活問(wèn)題很少僅僅與某一單獨(dú)學(xué)科相關(guān)，除從物理學(xué)的視角看世界以外，我們也可以通過(guò)技術(shù)應(yīng)用的視角、跨學(xué)科的視角去觀察生活中的問(wèn)題。

在此麻醉飛針案例中，從物理學(xué)的角度可以聯(lián)系平拋運(yùn)動(dòng)以及壓強(qiáng)相關(guān)知識(shí)；從技術(shù)應(yīng)用的角度可以思考觸發(fā)機(jī)制的問(wèn)題；從生物學(xué)的角度可以在題干中將“獵猴”改為“捕猴”，滲透尊重生命的價(jià)值觀。原始物理問(wèn)題正因?yàn)槠洹霸肌彼跃哂锌鐚W(xué)科融合的條件。多角度思考生活中的物理問(wèn)題，需要教師拓寬思路，融會(huì)貫通，善于發(fā)現(xiàn)生活中的小問(wèn)題。

4.2? ? 關(guān)注從生活現(xiàn)象到原始物理問(wèn)題的生成路徑

從生活走向物理需要教師不局限于“教材中的生活”［7］。貼近學(xué)生生活，符合教學(xué)實(shí)際的生活現(xiàn)象都可以成為教師取材的對(duì)象。學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者因經(jīng)驗(yàn)而引起的行為、能力和心理傾向的比較持久的變化［8］。能力的成長(zhǎng)不應(yīng)局限于教室這一特定的空間，也不局限于課堂這一特定的時(shí)間，更不局限于教師這一角色的存在，學(xué)習(xí)可以潛藏在學(xué)生對(duì)日常生活現(xiàn)象的思考當(dāng)中。

麻醉飛針的原始物理問(wèn)題開(kāi)發(fā)是沿著“生活現(xiàn)象—生活問(wèn)題—物理知識(shí)—原始物理問(wèn)題”的路徑進(jìn)行的。不經(jīng)加工的生活現(xiàn)象是無(wú)法直接呈現(xiàn)給學(xué)生并投入到教學(xué)實(shí)踐中的，教師憑借直覺(jué)認(rèn)為一個(gè)生活現(xiàn)象可以為教學(xué)所用，之后需要提出一個(gè)問(wèn)題作為研究的主線，例如“麻醉飛針是如何觸發(fā)的”。從生活問(wèn)題入手，提煉符合學(xué)生能力基礎(chǔ)的物理知識(shí)，最終形成原始物理問(wèn)題。

4.3? ? 利用自組織表征理論檢驗(yàn)原始物理問(wèn)題的編制

依據(jù)協(xié)同學(xué)的自組織表征理論對(duì)原始物理問(wèn)題的表征起著重要的作用，教師秉持生態(tài)化思想完成原始物理問(wèn)題的編制后，可以利用自組織表征理論對(duì)原始物理問(wèn)題進(jìn)行不同層次的表征，以此來(lái)檢驗(yàn)其是否符合學(xué)生的認(rèn)知，同時(shí)也為學(xué)生完成原始物理問(wèn)題的評(píng)價(jià)提供借鑒。

5? ? 結(jié)? ?語(yǔ)

原始物理問(wèn)題發(fā)展至今，具有理論支撐、價(jià)值意蘊(yùn)豐富、測(cè)量工具完備、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)完善的特點(diǎn)，形成了一套成熟的理論體系，兼具促進(jìn)學(xué)生物理問(wèn)題表征能力發(fā)展與物理思維能力發(fā)展的雙重作用。本文以麻醉飛針原始物理問(wèn)題為案例，從物理學(xué)、應(yīng)用技術(shù)、跨學(xué)科等多角度思考生活現(xiàn)象，編制原始物理問(wèn)題并檢驗(yàn)。期待這一案例可以為一線教師從生活現(xiàn)象中開(kāi)發(fā)原始物理問(wèn)題提供思路和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

［1］王磊，侯恕.對(duì)原始物理問(wèn)題科學(xué)思維價(jià)值的思考［J］.物理教學(xué)探討，2022，40（4）：17-19.

［2］石堯，何平.關(guān)于原始物理問(wèn)題編制的理論探索［J］.物理教師，2016，37（1）：22-25.

［3］趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程力學(xué)（第二版）［M］. 北京：高等教育出版社，2004.

［4］邢紅軍.高中原始物理問(wèn)題教學(xué)研究［M］. 北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2016.

［5］中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［6］邢紅軍，石堯.原始物理問(wèn)題教學(xué)：一個(gè)本土化教學(xué)理論的創(chuàng)生［J］.教育學(xué)術(shù)月刊，2016（9）：83-90.

［7］陳銘，侯恕.對(duì)“從生活走向物理”的再思考［J］.物理教學(xué)探討，2018，36（10）：75-76.

［8］施良方.學(xué)習(xí)論［M］.北京：人民教育出版社，2001.

（欄目編輯? ? 蔣小平）

收稿日期：2022-11-03

作者簡(jiǎn)介：王磊（1998-），男，碩士研究生，主要從事物理課程與教學(xué)論研究。