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。
a2b2c[例1.2.1]地球同步卫星到地心的距离r可由r?求出。已知式中a的单位为m，b的24?3单位是s，c的单位是m/s2。则：
①、a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； ②、a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； ③、a是赤道周长，b是地球自转的周期，c是同步卫星的加速度；
④、a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A 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
B 例1.2.2图 C R2 R3 R1 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
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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。
1.3物理开放问题的结构形式和基本特点
1.3.1物理开放问题的结构形式
物理开放问题的具体表现形式多种多样，依据不同的标准有不同的分类方法。皮亚杰的认知发展阶段理论对于物理问题解决教学和物理开放问题的分类产生了很大的影响。皮亚杰指出，从11-12岁到14-15岁，儿童能够在具体运演的基础上进行形式运演，即可根据语言文字资料进行假设演绎推理，其思维过程可以用“假设（IF）??推理（THEN）??判断(THEREFORE)??”的形式来表达。皮亚杰称之为形式思维。
根据形式思维组成的三个要素（假设、推理、判断）和物理问题的自身特点，按照物理问题构成要素的发散倾向，可以粗略地把物理开放问题分为：条件开放——其未知的要素是假设，条件不足或多余；策略开放——其未知的要素是推理；结论开放——其未知的要素是判断；情境开放——物理问题背景与现实生活联系紧密且丰富；综合开放——其条件、解决策略与结果都(至少有两项)要求主体在情境中自行设定或寻找，或者问题本身要自己发现并提出。现分类举例如下：
[例1.3.1]（条件开放问题）光线通过一个小圆孔，在光屏上会发生什么现象？
由于题目所给的条件具有很大的伸缩性，因此要回答这一问题应分三种情况进行讨论。当小圆孔较大时，屏上将出现一个小光斑；当小圆孔较小时，会发生小孔成像，屏上将出现一个倒立的像；当小圆孔很小时，会发生光的衍射现象，屏上将出现很多彩色或明暗相间的同心圆。
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[例1.3.2]（策略开放问题）有两只伏特表A、B，量程已知，内阻未知。另有一干电池，其内阻(未知)不能忽略。只用这两只伏特表、电键和一些导线，能通过测量计算出这个电池的电动势（已知电池电动势不超出任一伏特表量程，伏特表读数准确，干电池不许拆开）。①试画出测量所用的电路图。②以测得的量作为已知量，导出计算电动势的式子。
为了测量电源的电动势，可把伏特表A、伏特表B分别与电源相联构成闭合回路，亦可把伏特表A与伏特表B相串联或相并联后接入待测电源。不同的组合与测量，电表有各自的示数，据此可得到各不相同的电源电动势的表达式，解题策略相当开放。
[例1.3.3]（结果开放问题）有一用电器，其额定电压为6V，额定电流为0.1A。现用电动势1.5V、内阻为1Ω的干电池组成电池组向用电器供电。若每个电池允许输出的电流不大于0.05A，问：应怎样联接组成电池组？需串联多大的降压电阻？
根据用电器的正常工作要求，至少需要两组并联电池支路（也可选三条或四条等），每一电源支路要有几个相同电池串联（亦可先并后串）。不难看出，本题有很多种解决方法，每一种电池联接需要相应的分压电阻。当然，若从最少电池要求，可选两组并联电池支路，每组电池5个，相应串入12.5Ω的电阻分压，其效率也较好(达80%，具体分析略)。
[例1.3.4]（情境开放问题）据报道，1992年7月，航天飞机“阿特兰蒂斯”号进行了一项卫星金属悬绳发电实验，实验取得部分成功。航天飞机在赤道上空离地面约3000千米处飞行，相对地面速度为6.5×10米/秒，从航天飞机上发射一颗卫星，携带一根长为2×10米、电阻为800欧的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直作切割磁感应线运动。假定这一范围内的地磁场是均匀的，磁感应强度为4×10特，且认为悬绳上各点的切割速度都和航天飞机的速度相同，根据设计，悬绳中可产生约3安的感应电流。试求：①金属悬绳中产生的感应电动势；②金属悬绳两端的电压；③航天飞机绕半径为6400千米的地球一周悬绳输出的电能。
金属悬绳切割磁感应线相当于普通直流电路的电源部分（有内阻的内电路），因为有持续的电流，总有一个外电路，而且总可以认为金属悬绳的两端与外电路相联。我们可以这样想象：在离地面3000千米高处，那里是几乎没有空气的太空，但存在所谓的范艾伦辐射带，有许多带电粒子约束在辐射带上。金属悬绳上接航天飞机，当其切割磁感应线在上下两端集累电荷时，上下均可能与辐射带上的电荷中和放电，好似外层空间构成闭合回路而形成电流。于是，根据法拉第电磁感应定律ε=BLv、闭合电路欧姆定律U=ε-Ir和电功公式W=IUt很容易计算出结果(具体从略)。尽管就问题的解决而言，我们不必弄清楚外电路究竟是怎样的，但我们仍感到物理情境的开放对我们的挑战。
[例1.3.5]（综合开放问题）试构建中学物理中符合X=X1X2/(X1+X2) 的物理问题。
例如:电阻并联其等效电阻R=R1R2/(R1+R2) ；两电容器串联其等效电容C=C1C2/(C1+C2)；两弹簧串联后的等效倔强系数 k=k1k2/(k1+k2)；温度不变时，一定质量的理想气体，体积为V1时其压强为P1，体积为V2时其压强为P2，体积为（V1+V2）时，其压强为p=p1p2/(p1+p2)；??
与这一问题相仿,诸如构建形如x=2x1x2/(x1+x2)的物理问题、结合人体构建有关物理问题等，
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其情境、条件和策略等都是相当开放的。 1.3.2物理开放问题的基本特点
从上述物理开放问题的结构分析可以看出，物理开放问题具有以下一些基本特点： ①物理开放问题的条件具有一般性，需要动态地分析所有可能的情况；
②物理开放问题的结论是不确定的或不唯一的，存在着多种乃至无数的解答，但重要的还不是答案本身的多样性，而在于寻求解答的过程中主体通过比较各种解答的途径实现认知结构的重建；
③物理开放问题的解决策略是相当丰富的，有时表现出直觉地发现——没有现成的解题模式可以套用，但它总需要主体在求解过程中从多个角度、正反方向进行思考、探索和推理；
④物理开放问题的情境往往是真实的，其数据往往也是实际问题中真实数据，对这类问题的解决，主体必须学会排除次要因素、突出主要因素、采用近似手段、从学科角度将其建模；
⑤物理开放问题鼓励学生参与对问题的建构，使学生能结合自己已有的知识经验和思维能力积极主动的参与，而不管其属于何种程度和水平；
⑥物理开放问题特别是综合开放问题有助于培养学生的创新能力和实践能力，有助于培养学生学会学习和解决现实问题的能力。
1.4物理开放问题的编选原则及编选方法
1.4.1物理开放问题的编选原则
目前，物理开放问题教学的现成内容还不是很多，在实际教学中，物理开放问题还需要教师自己编选。在物理开放问题编选过程中，必须遵守以下几个原则：
①主体性原则
物理开放问题的编选应能体现学生的主体地位，没有学生的积极参与，不可能对开放问题做出最好的解答；而要体现学生的主体地位，物理开放问题无论在内容上、难度上都要适度——学生熟悉且在学生的最近发展区。
②目的性原则
在目前中学物理教学中，习题基本上是为了使学生了解和掌握物理概念、规律而设计的，在这种情况下，学生在学习过程中产生了以死记硬背代替主动参与、以机械方法代替智力思考的倾向，为了改变这种状况，使物理教学更多体现积极探究的精神，适当增加物理开放问题是必要的。
③趣味性原则
物理开放问题的内容应该富有趣味性，问题的背景及情境应是学生熟悉的，其难度也应控制在学生的现行知识和能力可以解决的范围内。开放问题应具有一定的灵活性，使其能根据学生的兴趣和能力进行变化。
④互补性原则
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开放问题和封闭问题在物理教学中应该并存互补而不是互相排斥。按照皮亚杰发生认识论的观点，封闭问题主要引起认知结构的同化——量的变化，而开放问题则引起认知结构的顺应——质的变化。这两种心理过程结合在一起进行多次循环，乃是智能的适应和解决问题能量发展的原因。
⑤发展性原则
物理开放问题应使学生能够获得各种水平的解答，这些解答可以是各不相同的，也可以表现在不同的层次上。同时，根据物理开放问题的结果往往能导出一般的结论，或者能发展成为另一个新的问题，这正是现实生活丰富多彩、实际问题多种变因的反映。
⑥建构性原则
对物理开放问题来说，获得多种解答固然重要，但更为重要的是学生获得解答的过程。物理开放问题的编选还应当为学生提供某一实际情境，然后让学生基于这一情境自主建构问题、并寻求问题的答案，这对培养学生的问题意识和质疑能力是大有裨益的。 1.4.2物理开放问题的编选方法
基于物理开放问题的编选原则，物理开放性问题有以下一些编制方法： ①弱化陈题的条件，使其结论多样化
[例1.4.1]考察题目：一个物体，受三个力的作用，处于静止状态，如图所示。现撤去一个力（比如F3），物体将怎样运动？
现弱化问题的条件，把“静止状态”改为“平衡状态”，问题的结果便多样化了。
[例1.4.2]粗心的某同学做平抛物体运动实验时，虽然描出了竖直方向，但遗漏了原点，且在靠近槽口附近也缺少记号（弱化条件），如图所示。在获得一系列正确的点连成一段曲线后，如何求出平抛小球的初速度？
[例1.4.3] 考察题目：总长L=50cm的粗细均匀玻璃管内装有水银h=19cm，大气压p0=76cm汞柱，当开口向上竖直放置时，被封闭气柱长l=15cm。当开口向下竖直放置时，被封闭气柱长l
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F1 F2 [例1.4.1]图 F3 [例1.4.2]图 为多少？
现弱化问题的条件：玻璃管“总长L未知”，于是需要讨论各种情况。 ②隐去陈题的结论，使其指向多样化
[例1.4.4]质量为m的物体以水平初速度v0滑上原来静止在光滑水平轨道上的质量为M的小
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