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费米问题新进展及其启示

物理教学 2019年第8期41卷 73-76页

作者：顾江鸿段道伟阜阳师范大学物理与电子工程学院安徵236047 湖州市南浔区千金镇中学浙江313016

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... 详细信息

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。

关键词：费米费米问题估算情境教育

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费米问题用于高中物理教学的思考与实践

费米问题用于高中物理教学的思考与实践

作者：余清怡南京师范大学

学位级别：硕士

基础教育课程改革深化的重要举措是着力学生核心素养的培养。费米问题由于自身的趣味性,以及解决思维的独特性,逐渐引起了高中物理教学一线教师和研究者的重视。搜集开发费米问题优质资源、强化费米问题用于教学的设计研究,成为重要的... 详细信息

基础教育课程改革深化的重要举措是着力学生核心素养的培养。费米问题由于自身的趣味性,以及解决思维的独特性,逐渐引起了高中物理教学一线教师和研究者的重视。搜集开发费米问题优质资源、强化费米问题用于教学的设计研究,成为重要的研究课题。本文在研读国内外有关文献基础上,吸收相关研究成果,首先,梳理总结了费米问题的特点和用于教学在落实物理学科核心素养方面的独特价值;第二,对费米问题应用于高中物理教学的整体设计进行原则探讨,分别是科学性与趣味性相结合的原则、开放性与探究性相结合的原则、针对性与连贯性相结合的原则、理论性与生活性相结合的原则;第三,在搜集、整理文献中已有费米问题的基础上,建立了费米问题库,并根据新版人教社高中物理教材的章节安排,进行了内容选择探讨;第四,进行了路径探讨,如:高中物理课堂教学中引入费米问题、高中物理教学评价中引入费米问题、社团活动中引入费米问题、在竞赛培训中引入费米问题等;第五,根据理论探究与设计探讨,同时基于本人的实践,从概念课、规律课、习题课三个方面分别给出将费米问题用于高中物理教学的实践案例,并总结了相应的教学策略。

关键词：费米问题核心素养资源库建设高中物理设计探讨教学策略

学生解决费米问题和数学建模问题的认知差异研究

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数学教育学报 2023年第3期32卷 83-89页

作者：祁盛苗谢圣英湖南师范大学数学与统计学院计算与随机数学教育部重点实验室湖南长沙410081

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... 详细信息

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.

关键词：费米问题数学建模问题解决认知差异

通过费米问题培养中学生物理学习兴趣和学习能力的实践研究

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通过费米问题培养中学生物理学习兴趣和学习能力的实践研究

作者：嵇杰上海师范大学

学位级别：硕士

随着新课程改革的不断深入,现代教育越来越注重学生创新能力的培养,因此源于生活的费米问题也得到越来越多教育者的关注,而在高中物理教学中费米问题并没有得到广泛的重视和应用。学生对课本知识掌握得很牢固,但遇到实际生活中的费米问... 详细信息

随着新课程改革的不断深入,现代教育越来越注重学生创新能力的培养,因此源于生活的费米问题也得到越来越多教育者的关注,而在高中物理教学中费米问题并没有得到广泛的重视和应用。学生对课本知识掌握得很牢固,但遇到实际生活中的费米问题却只会生搬硬套,不能正确地分析物理过程,灵活运用物理知识,进而解决问题。在科学中,尤其是在物理和工程教育中,“费米问题”或“费米估算”是一个可用来做量纲分析、估算和清晰地验证一个身边的实际问题。其命名来自于美籍意大利著名物理学家恩利克·费米。这类问题通常是利用有限的信息进行有可能的计算,以此来验证猜想。在解决费米问题的过程中,学生需将观察能力、物理情境的想象力、逻辑思维能力、应用物理知识的能力、运用数学工具的能力以及选择科学方法的能力巧妙结合。费米问题相较于原始物理问题,其最大的特点在于它的趣味性。很多费米问题都是大家突发奇想,更多了些奥妙。面对这样的费米问题,学生可能会更感兴趣,更愿意去尝试这种新的解题思路。兴趣是最好的老师,培养学生学习物理的兴趣是提高学生学习能力的第一步。在研究中,本人采用问卷调查、书面分析与访谈等方法对高中生解决费米问题能力的现状及其困难原因进行了深入的分析,并在此基础上提出了培养高中生费米问题解决能力的教学策略,且在实验班进行了为期两个月的费米问题的渗透教学。通过前后测,比较两组学生成绩的差异,并分析原因。本文共分为六个章节。第一章介绍了本课题的研究背景、研究意义、国内外的研究动态以及本研究的主要内容。第二章阐述了本研究的理论基础,包括相关概念的界定、教育学基础与心理学基础。第三章主要介绍了高中生解决费米问题能力的现状调查与分析,包含了高中生物理学习现状和对费米问题的认知情感态度的调查研究与影响高中生解决费米问题困难的研究分析。第四章提出了培养高中生解决费米问题能力的七项原则和七大策略。第五章运用SPSS统计软件对实验测试的结果进行了系统分析,利用Z检验对实验班和对照班的成绩进行差异性检验,并进行了综合讨论。第六章是在前面研究的基础之上,给出了本研究的结论和教学建议,并指出本论文研究的不足和有待深入讨论的问题。教学实践表明本论文所提出的教学策略是有效的,并且证明了通过费米问题学生对物理的学习兴趣与学习能力有所提高。

关键词：费米问题学习兴趣学习能力教学策略

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基于费米问题对高中生物理科学思维的培养

基于费米问题对高中生物理科学思维的培养

作者：汤倩倩上海师范大学

学位级别：硕士

当今时代,人才与科技竞争异常激烈,教育领域正在进行一场意义非凡的改革,主张培养全方面高素质创新人才。学校作为人才培养的重要基地,教师在传授知识和技能的同时,更要积极思考对学生科学思维的培养。费米问题因其与生活的息息相关以... 详细信息

当今时代,人才与科技竞争异常激烈,教育领域正在进行一场意义非凡的改革,主张培养全方面高素质创新人才。学校作为人才培养的重要基地,教师在传授知识和技能的同时,更要积极思考对学生科学思维的培养。费米问题因其与生活的息息相关以及解题过程中的思维过程,可能有利于学生科学思维的培养。在此背景下,本研究选取某校高一学生为研究对象,采用文献法对相关资料进行收集,调查法对学生和教师进行调查以了解科学思维现状,并通过行动研究法将费米物理问题与科学思维的四要素:模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新相结合,对基于费米问题培养高中生科学思维的教学模式进行探究,以促进高中生科学思维水平的发展,本研究的主要工作和结论如下:1.基于对新课程教育改革、物理学科特点的分析,结合国内外科学思维、费米问题的相关研究,探讨了科学思维培养的重要意义,以及将费米问题应用于物理教学的可行性。2.测量学生的科学思维现状和费米问题解题能力的有关策略。第一,以科学思维测试量表为调查工具探查高中生科学思维现状;第二,以费米问题测试题来了解学生在未了解费米问题的情况下解答费米问题的能力。获得研究结论如下:(1)高中学生整体的科学思维素养偏低,大多数学生缺乏对物理知识深度的思考。(2)通过对学生整体科学思维能力值的分析,发现科学思维能力水平差异较大,学生科学思维结构层次分布不均衡。(3)不同性别学生的科学思维能力不存在显著性差异。但从抽样样本结果显示,从学生具体的科学思维能力估计值来看,男生科学思维能力的平均水平要高于女生。(4)科学思维和费米问题存在一定的相关性,学生科学思维水平高的,解决费米问题的能力也强。3.根据对高中教师科学思维培养看法的问卷调查发现他们对科学思维的重要性都有一定的理解和认识,但在实际教学中对科学思维素养的培育方法和途径还不太了解。教学中缺乏关于科学思维的评价方式以及具体可行的培养策略。通过结合费米问题的解题思想及当下物理教学情况,本研究将费米问题融入高中物理课堂,引导学生表征问题、建构模型、估算等,并且帮助学生巩固知识体系,这对提高学生学习兴趣,发展学生科学思维能力有着一定的效果。

关键词：科学思维费米问题高中物理

高中生解决费米问题与原始物理问题的比较研究

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高中生解决费米问题与原始物理问题的比较研究

作者：张佳天津师范大学

学位级别：硕士

客观现象是物理学的根源,而现代中学物理教学多采用物理习题教学,不断培养学生应试能力而忽视物理学的根本,导致产生一系列的弊端且日益严重。原始物理问题和费米问题在物理教学中扮演重要角色,二者均基于客观现象且与实际生活密切相关... 详细信息

客观现象是物理学的根源,而现代中学物理教学多采用物理习题教学,不断培养学生应试能力而忽视物理学的根本,导致产生一系列的弊端且日益严重。原始物理问题和费米问题在物理教学中扮演重要角色,二者均基于客观现象且与实际生活密切相关,对培养学生的物理核心素养和实际解决问题的能力有重要作用。研究高中生面对原始物理问题和费米问题时的思考方法与解决方式,对物理教师在教学实践中的合理运用有重要意义。本研究在已有的国内外理论和实证研究的基础上,进行文献的梳理和总结,从已往的理论成果中探索原始物理问题和费米问题的相关内容,结合物理学科特点,借鉴已有的研究方法,在关于原始物理问题教学的研究成果基础上,编制了信效度良好的原始物理问题和费米问题测试问卷,并参考专家意见进行改编测试卷。本测试选取某高中两个班的学生,采用纸笔测试对高中生进行实测,利用已有的评分标准对学生的答卷进行评分,对结果进行统计分析与比较,得出结论,并提出相应的教学建议。两种问题侧重不同,原始物理问题强调对客观现象的抽象分析,而费米问题更重在数量级估算。测试结果显示,高中生解答原始物理问题得分略高于费米问题得分,但二者没有明显差异且能力水平偏低。通过对试卷进一步比较发现,高中生的假设估算能力水平高于建模能力水平,而在建构物理模型方面,高中生解答原始物理问题难度略高于费米问题,但二者差异不明显,这是由于原始物理问题本身特点导致。在运用物理规律和方法上,高中生解答两种问题时无明显差异。统计检验结果显示,男女生在解答两种问题时无显著差异,但是物理成绩优秀的高中生的解题能力水平显著高于成绩一般的高中生,间接说明理科学习成绩对解决两种问题能力有一定的影响作用。最后,本研究进行了总结和反思,对研究的不足进行了说明,并希望能够在物理教学实践中合理运用原始物理问题和费米问题,更深入地比较分析两种问题的不同。

关键词：费米问题原始物理问题比较研究物理现象

基于费米问题培养高中生科学推理能力的策略研究

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基于费米问题培养高中生科学推理能力的策略研究

作者：杨梦泽伊犁师范大学

学位级别：硕士

科学推理由推理技能和要素构成,是一种思维过程。同时也是个体在问题情境中,运用推理技能,实现对多变量系统的问题解决。那么,科学推理能力是个体在问题情境中,运用推理技能进行推理,在多变量系统的问题解决中获得所需的个性心理特征和... 详细信息

科学推理由推理技能和要素构成,是一种思维过程。同时也是个体在问题情境中,运用推理技能,实现对多变量系统的问题解决。那么,科学推理能力是个体在问题情境中,运用推理技能进行推理,在多变量系统的问题解决中获得所需的个性心理特征和人格特质。而费米问题则属于多变量系统的问题,因此费米问题对科学推理能力的培养有着不可忽视的影响。运用费米问题进行物理教学,能在一定程度上,改善物理知识获得情况,培养学生的科学推理能力。本研究在文献梳理的基础上,对科学推理、科学推理能力以及构成要素进行界定,厘清费米问题的内涵、特点、解决的一般过程以及与原始物理问题的关系。以建构主义学习理论、认知学习理论及教育资源论为基础,通过问题解决、推理要素、问题表征三个层面探讨基于费米问题培养科学推理能力,并补充了费米问题资源库,尝试按照科学推理能力的构成要素将整理出的费米问题进行分类。通过科学推理能力量表和费米问题测试卷对学生进行测试和调查,以及对教师进行访谈,结合学生测试表现,分析当下物理教学中培养学生科学推理能力的存在的问题,得到以下结论:(1)高一学生科学推理能力不足,且存在较大差异,以及科学推理能力各个维度上发展不均衡,守恒推理均值最高,比例推理得分最低。(2)教师对科学推理能力的认识有待提高、教师对培养教学方式有待优化、教师对提高学生兴趣方式有待发展。(3)科学推理能力水平和费米问题的解决呈正相关关系,学生科学推理能力高的,解决费米问题也强。最后,本研究在现状调查分析原因的基础上,提出了基于费米问题培养学生科学推理能力的策略及教学案例设计,进行教学实践。教学实践表明,费米问题能够有效提高学生学习兴趣,发展学生科学推理能力有一定的效果。

关键词：费米问题科学推理能力高中物理

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费米问题三例

物理通报 2011年第5期40卷 85-88页

作者：周小奋镇江市第四中学

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．

关键词：费米问题估算

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费米问题:数学家的脑筋急转弯

学习之友 2023年第1期 23-24页

作者：夏织不详

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... 详细信息

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。

关键词：脑筋急转弯新墨西哥州原子弹爆炸费米问题物理学家数学家大本营