高中物理研究性學(xué)習(xí)淺談

1、高中物理研究性學(xué)習(xí)淺談楊英（上海市中原中學(xué)）摘要：研究性學(xué)習(xí)與接受學(xué)習(xí)并不是對立的，而是相互補(bǔ)充，互相滲透的，在學(xué)科中開展研究性學(xué)習(xí)不僅必要而且可行。該文提出在高中物理教學(xué)中開展研究性學(xué)習(xí)可以從以下幾個方面著手：1. 在物理教學(xué)中滲透"問題意識":研究性學(xué)習(xí)的起點(diǎn)；2.激發(fā)學(xué)生的物理抽象思維：研究性學(xué)習(xí)的核心；3.鍛煉學(xué)生物理科技寫作能力：研究性學(xué)習(xí)的結(jié)果。一 在物理教學(xué)中滲透"問題意識":研究性學(xué)習(xí)的起點(diǎn)長期以來，由于受應(yīng)試教育的影響，學(xué)生的能力集中體現(xiàn)在“解題”能力上，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，成了物理教學(xué)的主要目標(biāo)；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問

2、題的能力常常被忽視。這不符合素質(zhì)教育的要求，也不利于學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。愛因斯坦說過：“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要”。提出問題分析問題解決問題提出更高層次的問題，才是物理教學(xué)知識不斷向前發(fā)展的真實(shí)軌跡，而恰當(dāng)?shù)靥岢鰡栴}則是物理學(xué)科不斷向前發(fā)展的動力。因此，在教學(xué)中要盡量創(chuàng)設(shè)問題情境，突出培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。把培養(yǎng)探索型、研究型學(xué)生作為教學(xué)理念，開發(fā)學(xué)生的“問題意識”。那么，在物理教學(xué)過程中，如果滲透“問題意識”呢?在課堂教學(xué)中，應(yīng)以連貫問題為主線，讓問題貫穿課堂的始終。以生動活潑的情境問題代替?zhèn)鹘y(tǒng)的復(fù)習(xí)提問引入課題，促使學(xué)生起疑

3、、存疑、質(zhì)疑，從一開始就帶著問題去學(xué)。例如，在引入超重和失重的課題時，采用讓學(xué)生觀看一段宇航員在太空中飄浮不定、看似極重的杠鈴在太空中變得“輕而易舉”的錄像，定會激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的強(qiáng)烈求知欲望，引導(dǎo)他們?nèi)ヅ俑康住＿@樣的引入，遠(yuǎn)比從復(fù)習(xí)牛頓第二定律、牛頓第三定律入手來得好。在主體課堂教學(xué)過程中，應(yīng)留有余地、意猶未盡。讓學(xué)生直面疑惑，留些時間和空間，迫使學(xué)生自己去琢磨、內(nèi)化，不要越皰代俎。過去，我們習(xí)慣于把問題講深講透，把學(xué)生可能犯的錯誤一一告誡，把課堂設(shè)計(jì)得"滴水不漏"，讓學(xué)生全體聽懂，無問題可想、可問，作為好課的標(biāo)準(zhǔn)。而事實(shí)上，科學(xué)的目的是發(fā)問，學(xué)習(xí)的過程應(yīng)是問題不斷深化的過

4、程，不僅僅是知識的獲得。在學(xué)習(xí)新課時，要鼓勵學(xué)生對新的概念、公式中的符號和公式的物理意義，盡量用自己的語言描述出來。這樣做，或許不能一步到位，但是，有了學(xué)生自己對問題的思考，即使一時誤解了，經(jīng)過老師點(diǎn)撥和同學(xué)自己的參悟再糾正過來，將長久難忘。對于公式的推導(dǎo)、定理的證明，最好在講解了基本思路之后，讓學(xué)生自己演算，這樣才能對它們成立的條件、關(guān)鍵的步驟、推演的技巧等有深刻的理解。在1999年的高考中，有這樣一道論述題；試在下述簡化情況下由牛頓定律推導(dǎo)出動量守恒定律的表達(dá)式，系統(tǒng)是兩個質(zhì)點(diǎn)，相互作用力是恒力，不受其它力，沿直線運(yùn)動，要求說明推導(dǎo)過程中每一步的根據(jù)以及式中各符號和最后結(jié)果中各項(xiàng)的意義。有

5、不少考生在此題上失分，究其原因，與其說是書寫不規(guī)范，不如說是考生對知識的來龍去脈理解不透，平時片面追求問題的答案或結(jié)論，而對問題本身缺少更深的挖掘造成的。在課堂教學(xué)中，要啟發(fā)得當(dāng)，過多的提示看似到位，其實(shí)是"喂"，往往掩蓋了問題的實(shí)質(zhì)，抹殺了同學(xué)的創(chuàng)新精神。結(jié)課時，最好在稍作總結(jié)的基礎(chǔ)上，以課后小實(shí)驗(yàn)、有一定思考性的練習(xí)題等創(chuàng)設(shè)問題情境，使學(xué)生在課后有所思，在思中有所得，把課內(nèi)效益延伸到課外。例如，在學(xué)過超重和失重后，指導(dǎo)學(xué)生自己動手觀察一個失重現(xiàn)象。用一個飲料瓶，在靠近瓶底的側(cè)面打一個洞，用手指按住洞，在里面裝上水，移開手指，水就從洞中射出來，如果放開手，讓瓶自由下落，水

6、將不再從洞中射出。同學(xué)通過對此實(shí)驗(yàn)的觀察與解釋，定會對所學(xué)內(nèi)容，有一個回味總結(jié)的過程，有關(guān)知識定會在頭腦中留下難以磨滅的印象。在課外物理教學(xué)中滲透"問題意識"，廣泛開展研究性學(xué)習(xí)，無疑是最好的方法。研究性學(xué)習(xí)是學(xué)生在老師指導(dǎo)下，根據(jù)各自的愛好和知識水平，選擇課題，獨(dú)立自主地開展研究的一種學(xué)習(xí)模式。學(xué)生從選題開始，到搜集資料、確定研究方案、實(shí)施研究過程，直至最終形成階段性成果(如小論文、研究報(bào)告或小制作等)，整個過程無不充分體現(xiàn)了學(xué)生的主動參與、學(xué)生對問題的積極探索和對科學(xué)研究的切身體驗(yàn)。研究性學(xué)習(xí)的價值就體現(xiàn)在研究的過程中?；蛟S學(xué)生得到的最終結(jié)論并不完善，甚至是錯誤的，但這

7、正是在研究的過程中，極好地培養(yǎng)了學(xué)生的問題意識、質(zhì)疑精神和探索精神。授之以漁，從來就是科學(xué)教育的終極目標(biāo)。研究性學(xué)習(xí)，能幫助我們接近和達(dá)成這一目標(biāo)。二 激發(fā)學(xué)生的物理抽象思維：研究性學(xué)習(xí)的核心物理抽象思維是以物理概念為思維材料，以物理概念、判斷和推理的形式反映事物的本質(zhì)，達(dá)到對事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn)知過程。在物理學(xué)習(xí)過程中，抽象思維具有十分重要的作用，它不僅是提出物理問題、建立物理概念、獲得物理規(guī)律、系統(tǒng)物理知識及解決物理問題的重要思維方式，而且也是學(xué)好物理知識，培養(yǎng)各種能力的重要手段和必要條件。可以從如下幾個方面培養(yǎng)中學(xué)生的物理抽象思維能力。1培養(yǎng)抽象概括能力抽象就是在思想上把一事物的

8、本質(zhì)屬性或特征和非本質(zhì)屬性或特征區(qū)分開來，舍棄非本質(zhì)屬性或特征，并抽取出本質(zhì)屬性或特征。經(jīng)過抽象過程，事物的本質(zhì)屬性和非本質(zhì)屬性的界限清楚了，這樣，認(rèn)識便上升到了理性階段，概括是在思想上將許多具有某些共同特征的事物，或?qū)⒛撤N事物已分出來的一般的、共同的屬性、特征結(jié)合起來。概括的過程，就是把個別事物的本質(zhì)屬性，上升到同類事物的本質(zhì)屬性，這也是思維由個別到一般的過程。物理抽象思維最顯著的特點(diǎn)是抽象性與概括性的統(tǒng)一。物理抽象思維之所以能揭示物理事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在規(guī)律性，主要來自抽象和概括的過程。抽象和概括在思維的發(fā)展和培養(yǎng)中起著十分重要的作用。首先，抽象和概括是人們形成和掌握物理概念的前提，學(xué)生對

9、物理概念的掌握情況，是直接受他們的抽象和概括水平制約的。物理概念是物理事物的本質(zhì)屬性和共同特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象，沒有抽象和概括能力，是不可能深入理解物理概念的；第二，概括是思維的速度、靈活遷移程度、廣度和深度、創(chuàng)造程度等智力品質(zhì)或思維品質(zhì)的基礎(chǔ)，沒有概括，就無法進(jìn)行邏輯推理，就不可能有思維的深刻性和批判性；沒有概括，就沒有遷移，就不可能有思維的靈活性和創(chuàng)造性；沒有概括，就沒有“縮減”的形式，就不能有思維的敏捷性；第三，一切學(xué)習(xí)活動，都離不開概括。沒有概括，學(xué)生就不可能掌握知識、運(yùn)用知識；沒有概括，就難以形成物理概念，就不可能掌握在物理概念基礎(chǔ)上建立的物理規(guī)律；沒有概括，學(xué)生

10、就不可能形成物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，也就不可能靈活地解決物理問題。由此可見，抽象和概括在物理抽象思維乃至整個物理思維過程中起著重要的作用，但是，目前中學(xué)生的物理抽象和概括能力很差，這樣，嚴(yán)重限制了物理抽象思維能力的發(fā)展。在物理學(xué)中，抽象與概括主要表現(xiàn)在物理模型的建立和物理概念的形成，我們要重視物理模型和物理概念的教學(xué)，使學(xué)生掌握抽象物理模型和物理概念的方法，從而提高他們的抽象概括的能力。例1已知質(zhì)量M為0.99Kg的物體放在光滑圓弧軌道的最低點(diǎn)，質(zhì)量m為0.01Kg的子彈以100m/s的速度水平擊中物體M并留在其中，求物體從開始運(yùn)動到返回最低點(diǎn)所用的時間(圓弧軌道半徑為39.2m)。分析：一般來講

11、，學(xué)生能根據(jù)系統(tǒng)碰撞前后動量守恒求出物體獲得的速度V。物體獲得速度V后沿圓弧軌道的運(yùn)動是變速曲線運(yùn)動，題目沒有給出弧長或者它所對圓心的張角，在中學(xué)階段按照常規(guī)的方法無法求解。但仔細(xì)分析物體的受力情況，不難發(fā)現(xiàn)它所受的重力和軌道的支持力作用完全類似于單擺的受力情況。這就啟發(fā)我們：能否抽象為單擺模型呢？通過計(jì)算知道，物體在圓弧軌道最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的半徑夾角5°。這樣，我們可以把物體在圓弧軌道上的運(yùn)動歸結(jié)為單擺模型，巧妙地用單擺周期公式求出從開始運(yùn)動到返回最低點(diǎn)所用的時間。2建立教學(xué)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)物理學(xué)是以基本概念為基石，以基本原理為骨架，以基本方法為紐帶所構(gòu)成的邏輯體系。物理學(xué)的知識結(jié)構(gòu)應(yīng)

12、包括實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、理論體系（物理概念、物理定律、物理定理、物理理論及其相互關(guān)系）、數(shù)學(xué)表達(dá)、物理學(xué)方法、延伸與應(yīng)用等內(nèi)容。這些內(nèi)容之間存在著緊密的邏輯關(guān)系。因此，我們在教學(xué)過程中，應(yīng)抓住這種關(guān)系，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，使之具有合理的邏輯結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)化物理知識，使之形成知識結(jié)構(gòu)。這不僅可以使學(xué)生搞清各部分知識之間的邏輯關(guān)系，明確各知識點(diǎn)在知識結(jié)構(gòu)中所處的地位、各個概念及規(guī)律之間的聯(lián)系與區(qū)別，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生的歸納和概括能力。例如：力概念的形成和深化，經(jīng)歷了如下階段：定性分析（受力分析），從本質(zhì)上突出力的物質(zhì)性、相互性和矢量性，通過分析系統(tǒng)內(nèi)部之間的相互作用得出牛頓第三定律，將概念的內(nèi)涵加以深化；定量計(jì)算

13、（力的作用效果），從力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因（產(chǎn)生加速度），得出力牛頓第二定律；力在空間位置上的累積效應(yīng)做功，從而實(shí)現(xiàn)物體之間不同形式能的相互轉(zhuǎn)化，深化力的空間積累效果；從力在時間上的累積效應(yīng)動量的變化，深化力的時間效應(yīng)。在不同的階段，通過不同的物理規(guī)律來深化力的概念，通過解決具體物理問題，加深了對力的理解，形成良好的思維品質(zhì)。3使學(xué)生掌握抽象思維的基本方法物理學(xué)中抽象思維的方法主要有分析與綜合的方法、抽象與概括的方法、歸納與演繹的方法、比較與分類的方法、科學(xué)推理的方法等。要在知識教學(xué)、問題解決、科技活動中，讓學(xué)生通過親自探究，掌握這些方法。物理學(xué)的研究對象和研究過程，大都是經(jīng)過分析、綜合之

14、后，把本質(zhì)、基本的內(nèi)容抽象出來而所建立的理想模型和理想過程。在教學(xué)過程中，要說明引人理想模型和理想過程的必要性、可能性和合理性，同時，使學(xué)生掌握如何將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理問題，如何簡化物理對象和過程，從而培養(yǎng)學(xué)生研究和處理問題的理想化的思維方法。物理概念是抽象思維的成果，在概念教學(xué)中，不僅要使學(xué)生搞清物理概念所反映的物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)，搞清其定義式，而且要使學(xué)生明確建立物理概念的事實(shí)依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生在感性材料的基礎(chǔ)上運(yùn)用分析、綜合、比較、抽象、概括等方法得出物理概念，同時了解物理概念的外延及與有關(guān)概念的區(qū)別和聯(lián)系，搞清物理概念的來龍去脈。物理規(guī)律是在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過物理思維和數(shù)學(xué)推理

15、得出的。在物理規(guī)律教學(xué)中，要使學(xué)生在把握新舊知識的相互聯(lián)系和建立物理規(guī)律的事實(shí)依據(jù)的基礎(chǔ)上，搞清建立物理規(guī)律的思維方法和思維過程。例如，在歐姆定律教學(xué)中開展研究性學(xué)習(xí)，是掌握電流強(qiáng)度、電壓和電阻三個重要的物理概念；是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)控制變量法，分別研究電流與電壓、電流與電阻的關(guān)系，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出歐姆定律，并在應(yīng)用中加以鞏固和深化；以歐姆定律為中心，研究直流電路，總結(jié)出串并聯(lián)電路的規(guī)律；在電功和電功率的計(jì)算中，靈活運(yùn)用歐姆定律解決各種問題。4加強(qiáng)物理教學(xué)中的因果分析因果關(guān)系是客觀世界的一種普遍的、本質(zhì)的關(guān)系。在物理教學(xué)中，深入揭示物理事物、物理概念、物理規(guī)律及物理問題中的因果關(guān)系，既有助于學(xué)生牢固掌

16、握物理概念和物理規(guī)律，靈活地運(yùn)用它們解決實(shí)際問題，也有利于學(xué)生抽象思維能力的培養(yǎng)。分清因果關(guān)系比值定義法是物理學(xué)中定義物理量常用的一種方法，如密度、速度、比熱、電阻、電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等都應(yīng)用了這一方法。但學(xué)生在理解這些物理量時，常常分不清哪些量之間有因果關(guān)系，哪些量之間沒有因果關(guān)系。例如，在EF/q中，因果關(guān)系有如下幾個方面：對于同一電場分布，q是因，F(xiàn)是果；對于同一電荷q放在不同的電場中，E是因，F(xiàn)是果。又如，在楞次定律中，有兩對因果關(guān)系：原磁場磁通量的變化使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流；回路中的感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場。產(chǎn)生感應(yīng)電流是原磁場磁通量變化的果，又是產(chǎn)生感應(yīng)電流磁場的因，原因轉(zhuǎn)化為結(jié)果，結(jié)果又

17、反作用于原因。楞次定律正反映了這種因果關(guān)系。建立因果聯(lián)系解決物理問題的關(guān)鍵是建立已知量和未知量之間的聯(lián)系，這種聯(lián)系的建立，有兩條邏輯思路。一是從未知量到已知量，具體他說，就是在認(rèn)真審題和分析題意的基礎(chǔ)上首先找出直接回答題目里問話的物理規(guī)律及其公式。這個能直接表達(dá)待求量的公式，稱為原始公式；然后，再找出表達(dá)原始公式中未知量的物理規(guī)律，直到待求量全部用已知量表示為止；二是從已知量開始，逐步過渡到未知量。具體地說，就是把問題分解成簡單的部分來考慮，把各已知量之間的函數(shù)關(guān)系全部找出，然后再綜合起來考慮?？傊?，在解決物理問題的過程中，尋因?qū)Ч?、?zhí)果尋因、一題多用、一題多解、一題多變，多層次、多角度、多方

18、法、多方位，用不同的思維方式進(jìn)行因果分析，有助于培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力，使學(xué)生對物理問題的分析更深刻、更全面。5搞清物理學(xué)中的辯證關(guān)系物理學(xué)中存在許多對立的東西，如動與靜、內(nèi)與外、常與變、曲與直、有限與無限、精確與近似、一般與特殊、量變與質(zhì)變等。這些對立的事物雙方，既相互排斥、相互斗爭，又相互依存、相互貫穿，在教學(xué)過程中，要盡可能給學(xué)生分析它們的辯證關(guān)系，從而培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，使學(xué)生的思維更加深刻。例2運(yùn)動是絕對的，靜止是相對的。機(jī)械運(yùn)動是描述一個物體的位置相對于另一個物體位置的變化。為了描述物體的運(yùn)動，必須引入?yún)⒄障担覀冋f物體是靜止的還是運(yùn)動的，總是相對于一定的參照系而言的。對于某一

19、參照系而言，靜止和運(yùn)動是相對的，但當(dāng)參照系發(fā)生變化時，運(yùn)動和靜止就可以相互轉(zhuǎn)化。這樣，運(yùn)動和靜止就構(gòu)成了既相互對立，又相互依存，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化的矛盾雙方。三 鍛煉學(xué)生物理科技寫作能力：研究性學(xué)習(xí)的結(jié)果目前物理教學(xué)有偏深、偏難的傾向,知識面相對較窄,物理教學(xué)內(nèi)容中經(jīng)典內(nèi)容較多;尤其是教學(xué)中傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式占主要地位,通常使學(xué)生的學(xué)習(xí)比較呆板和被動。學(xué)生學(xué)習(xí)了許多物理知識,但有不少人面對簡單的實(shí)際問題卻束手無策。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中做了大量物理習(xí)題,其中相當(dāng)多的人卻不知道如何發(fā)現(xiàn)問題、研究和解決問題。隨著信息時代的到來,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度越來越快。我們需要學(xué)生具有主動的學(xué)習(xí)精神和自學(xué)能

20、力,具有創(chuàng)新意識和能力。物理教學(xué)的本質(zhì)是科學(xué)的學(xué)習(xí),而科學(xué)探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的核心。中學(xué)物理教學(xué)的最終目標(biāo)應(yīng)是在學(xué)習(xí)物理知識的過程中,初步培養(yǎng)學(xué)生建立科學(xué)探究的意識和能力。在教學(xué)中開展物理科技寫作是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)一個很好的方法和途徑。1. 物理科技寫作在物理教學(xué)過程中,教師創(chuàng)設(shè)一定的問題背景,或?qū)W生發(fā)現(xiàn)了某些問題背景,讓學(xué)生從其中發(fā)現(xiàn)問題,提出要研究和解決的問題,確定寫作題目,為獲取研究問題所需信息或素材,學(xué)生設(shè)計(jì)必需的觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、考察等工作方案,并進(jìn)行有關(guān)信息或素材的采集、整理、然后運(yùn)用分析推理、歸納總結(jié),對所獲取的信息或素材進(jìn)行加工,得到研究結(jié)論,并最后整理成文.我們將這一發(fā)現(xiàn)問

21、題、確定題目、設(shè)計(jì)研究方案、采集整理信息或素材、歸納總結(jié)出研究結(jié)論并整理成文的全過程,叫做物理科技寫作。根據(jù)物理科技寫作所研究問題的內(nèi)容和深度,可以將物理科技寫作分為三種類型。知識探究型(又稱為再認(rèn)識型)在物理教學(xué)過程中,在教師指導(dǎo)下或通過學(xué)生自學(xué),對所學(xué)的知識進(jìn)一步理解認(rèn)識,獲得學(xué)習(xí)體驗(yàn),并形成學(xué)習(xí)報(bào)告,這種物理科技寫作屬于知識探究型。這種探究式學(xué)習(xí)研究,盡管只是研究性學(xué)習(xí)的初步,但對于培養(yǎng)學(xué)生深人研究的意識,提高認(rèn)識和解決問題的能力,在更大范圍和程度上激發(fā)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的需求是重要的起點(diǎn)。它能有效地解決所學(xué)的知識“是什么”這種知識探究型問題。教學(xué)過程中學(xué)生寫的學(xué)習(xí)物理知識的體會,參觀科技展覽總結(jié),涉及物理問題的簡單的觀察報(bào)告或調(diào)查報(bào)告、簡單的解題報(bào)告、簡單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告等對所學(xué)知識簡單應(yīng)用的文章,都可以歸人知識探究型的物理科技寫作。知識探究型是物理科技寫作中最基本、最簡單的。開始物理科技寫作時,應(yīng)從知識探究型做起。知識靈活