学生解决费米问题和数学建模问题的认知差异研究

研究学生解决费米问题和数学建模问题过程中的认知差异及原因,是探讨将费米问题引入数学建模教学可行性的基础.解决费米问题与数学建模问题,学生都需要基于现实情境假设并构建模型,但是由于问题结构不同,学生在解决两类问题时存在一些认知差异:在知觉启动环节,学生能迅速整体感知数学建模问题,但难以立即提取费米问题的相关信息;在现实问题表征环节,学生更容易错误理解费米问题的信息.如果知识图式不够丰富,学生表征数学建模问题时就可能会遇到困难,但能顺利表征费米问题.受“基于问题结构”的思维定势影响,学生会倾向于过度简化假设费米问题,而对数学建模问题的假设相对较合理.

通过费米问题培养学生的科学思维

根据《普通高中物理课程标准(2017年版)》,培养学生的科学思维对形成高中物理核心素养具有关键性作用,高中生如果具有科学思维能力,无论是对现在的物理学习,还是对未来的科学研究都有不可估量的影响。剖析典型的费米问题的思维过程,以教材中的两个案例为基础,结合费米问题的思维过程,从提高学生问题意识和设计实验能力两个方面阐述费米问题对培养学生科学思维的独特作用。

费米问题三例

介绍了“费米问题”的解决思路，并通过3个典型的“费米问题”以及从不同角度阐述“费米问题”的解决方法．

用“费米问题”提高学生科学思维能力

建构模型、从定性和定量两个方面解决实际问题是衡量学生科学思维发展水平高低的重要标志。文章通过“费米问题”之估算的三个例子展现了“建立模型、大胆想象、灵活运算、合理修正”的解决实际问题的途径与方法,给出了求平方根、立方根的简单方法,使课堂教学中提高学生科学思维能力落到实处。

费米问题:数学家的脑筋急转弯

1945年7月16日,世界上第一颗原子弹在美国的新墨西哥州沙漠中试爆成功。当时,美国原子能之父、物理学家费米呆在距离爆炸中心10英里处,爆炸40秒后,滚滚气浪冲到科学家们进行观察的大本营,原子弹爆炸时引起了炽烈无比的闪光,震耳欲聋的巨响。当闪光后不久,第一个起身走动的是美·籍意大利物理学家恩里科·费米。

费米问题助力核心素养之物理观念培养

费米问题是一类来源于实际生活和现实世界中的仅借助于量纲分析、数量级估算等定性方法即可求得近似答案的问题.娴熟解决费米问题不仅是一名优秀物理学家所具有的能力,在解决问题中所用的思维和方法更可在物理教学中用来培养学生的问题解决能力,发展物理学科的核心素养.在深化基础教育课程改革的背景下,考试试题所体现的“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学态度与责任”等核心素养均可在费米问题中呈现.本文单就费米问题如何引导物理教学来发展学生核心素养中的“物理观念”进行浅析,希望能抛砖引玉并给对此有兴趣的读者提供参考.

浅谈费米问题与原始物理问题

费米问题与原始物理问题在中学物理教学中均扮演着重要的角色,对培养学生解决实际问题的能力与物理核心素养有着不容小觑的作用。国内基于原始物理问题的研究不少,但关于费米问题的研究不多,涉及二者之间关系的研究更是少之又少。本文给出了费米问题与原始物理问题的界定,并比较了它们的联系与区别,希望能给对此有兴趣的读者提供参考。

运用费米问题培养科学思维能力——基于功概念及相关内容的分析

通过分析现行高中物理"功"概念及相关内容,指出了在代表性教科书"功"一节的例题和习题中适当增加相关"费米问题"更加有利于提高"功"概念的教学效果和培养学生的科学思维能力。在对"费米问题"解析的一般过程和主要教育功能作了归纳说明的基础上,结合"功"相关的典型"费米问题"的解析,阐述了其在培养学生科学思维能力等方面能够发挥的独特作用,有助于物理学科核心素养总体目标的实现。

使用费米问题来引入数学建模

数学建模作为一种问题解决方式,建立起数学与现实世界之间沟通的桥梁.目前学校教育中的数学建模经过简化无法使学生经历完整的建模过程,其建模能力不能得到有效提高.费米问题需要学生对涉及估算的现实生活进行简化和数学化,且在通常情况下没有特定的解决方案,有助于培养学生数学建模能力,并给数学建模教学提供了新的思路.

费米问题新进展及其启示

费米是科学界传奇人物,他开创的费米问题因具有独特的思维方式一直受到关注。本文利用案例展示近二十年来国外费米问题新研究,包括费米是一位有物理品味的优秀教师、费米问题最新研究的主要文献、费米问题解决策略、费米问题在企业招聘和培训中的应用等,最后对费米问题的教学提出建议。

教育测评中试题编制的公平性——由一道“测心脏”的物理题说开去

试题编制是教育教学与评价工作的重要环节。针对一道关于"测心脏"的物理题引起的广泛讨论,从试题的测评目标、背景材料的引入、参考答案的设计等方面进行分析,发现该题的根本问题在于测量目标不清楚,进而导致了所呈现的背景材料与提问设置没有很好的一致性;此类物理试题的命制可以参考估算问题和背景丰富问题的设计方式。"测心脏"试题的讨论与分析给予了我们启示:公平性应作为科学测评的基本标准,操作性是试题设计的基本准则,一道目标明确、设计合理的试题应在信度、效度、难度和区分度等指标上都达到科学的标准。

大学物理课堂例题真实化举析——估算篇

你知道费米曾如何迅速估算世界上第一颗原子弹爆炸的威力吗?迅速估算、迅速判断是科学家、技术专家和工程师等面对评估新思想、新技术与新的研究时通常使用的重要技能。在大学物理教学中有必要通过相关的实例分析来培养学生这种定性或半定量地分析问题的能力。本文介绍"费米问题"并利用大学物理中的力学、振动、电磁学和量子物理等相关的基本知识就小型飞机所需跑道长度、地磁场大小、动物的蹦跳高度和氢原子的尺度等几个实际问题进行估算。

到底有多大?

随时都有数字丢在我们眼前，而且经常用来吓唬我们，例如：“今年鲨鱼攻击事件增加了1倍!”或“在飞机上如果使用婴儿安全坐椅，就能挽救数十条小生命!”数字也常用来引诱我们：“本期乐透累积奖金1亿!”

例析数值计算与估算问题

本文首先指出新课标背景下联系实际问题出现在真题里的频次越来越高,阐明涉及数值计算或估算的问题也越来越多,并从处理方法角度,讨论此类问题。然后从物理观念和科学思维层面出发,详析数值计算和估算问题。