高中物理開展研究性學(xué)習(xí)的幾點思考

1、高中物理開展研究性學(xué)習(xí)的幾點思考在全日制普通高級中學(xué)課程計劃（試驗修訂稿）中，研究性學(xué)習(xí)與社會實踐、社區(qū)服務(wù)、勞動技術(shù)教育共同構(gòu)成“綜合實踐活動”，作為必修課程在學(xué)校的教學(xué)活動中予以實施。在新課程計劃物理教學(xué)大綱中，明確規(guī)定要在高中物理開設(shè) “課題研究”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并在課時上予以保證。作為自然科學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，物理學(xué)不僅具有巨大的物質(zhì)價值，還蘊藏著豐富的精神價值，給人們帶來了視野廣闊而又深邃的世界觀和宇宙觀。在高中物理教學(xué)中開展研究性學(xué)習(xí)，既能讓學(xué)生具有這種能力、領(lǐng)會這種精神、認(rèn)識這種作用，更能使學(xué)生運用這種方法和能力，進行滲透式學(xué)習(xí)，聯(lián)系各科知識，并進而學(xué)好、會學(xué)高中其他課程。在高中物理學(xué)

2、科內(nèi)開展研究性學(xué)習(xí)的探索與實踐中，如下幾個問題應(yīng)該引起我們的思考。1 研究性學(xué)習(xí)與“課題研究”的關(guān)系研究性學(xué)習(xí)是學(xué)生通過親身實踐活動獲得直接經(jīng)驗（有時也在一定程度上參與知識的創(chuàng)造），并在獲得直接經(jīng)驗或參與知識創(chuàng)造的過程中養(yǎng)成科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，掌握一定的科學(xué)方法，提高綜合運用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、判斷問題和解決問題的能力，增強社會交往能力和團隊精神的一種學(xué)習(xí)活動。從廣義上看，它貫穿在高中物理各式各樣的學(xué)習(xí)活動中。既可以是參觀、走訪、 演講， 也可以是作品制作、課題研究、項目設(shè)計，以及其他各種各類的自主活動；既可以是概念、規(guī)律的形成，也可以是知識的應(yīng)用、反思和批判，以及以現(xiàn)有知識為鋪墊的觀

3、察或探索性實驗、學(xué)科前沿知識的拓展研究、包括跨學(xué)科的綜合性研究等；既可以采取小組活動的形式開展學(xué)習(xí)，也可以采取個人或班級集體的形式實施研究；既可以在必修課內(nèi)開展，也可以在選修或者活動課程中進行；既可以是課內(nèi)的集體研究，也可以是課外的分散研究，課內(nèi)和課外結(jié)合，校內(nèi)和校外相結(jié)合；既可以是完全由學(xué)生自發(fā)進行的，學(xué)校和教師沒有參與的探究，也可以是在教師的引導(dǎo)、點撥和目標(biāo)驅(qū)動下進行的課題探索；既可以是一種顯形的學(xué)習(xí)形式，也可以是一種隱性的學(xué)習(xí)形式。物理學(xué)科的課題研究則是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下，從自然現(xiàn)象、社會現(xiàn)象、自我生活和物理學(xué)習(xí)的過程中選擇和確定與物理有關(guān)的研究專題，并在研究過程中主動地獲取知識、應(yīng)用知

4、識、解決問題的顯形的研究性學(xué)習(xí)活動。課題研究是一種較為規(guī)范、完整地模擬科學(xué)家進行科學(xué)研究的形式設(shè)置的一種學(xué)習(xí)方式，學(xué)生在完成課題的全過程中，要經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)和提出問題、確定課題并制定課題的研究計劃、采用觀察、實驗、文獻(xiàn)、調(diào)查等方法收集和整理信息、經(jīng)過分析和綜合以及邏輯推理得出結(jié)論、撰寫課題研究報告、進行交流與展示等一系列的活動，從中獲得失敗與痛苦、成功與欣喜的獨特感悟和體驗，感受科學(xué)方法的院力，嘗試新的與平時的課堂學(xué)習(xí)所不同的學(xué)習(xí)方式，習(xí)得具有綜合特點的科學(xué)知識。我們不僅在課題研究中要求學(xué)生按照研究性學(xué)習(xí)的方式進行學(xué)習(xí)， 在平時的物理教學(xué)中，也要適度地引入研究性學(xué)習(xí)。隨著物理課堂教學(xué)改革的深入，當(dāng)物

5、理教師在傳授知識的同時越來越重視發(fā)展學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識時，高中物理的教學(xué)就會成為接受性學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)兩種學(xué)習(xí)方式并存互補，研究性學(xué)習(xí)方式主要以隱性的形式存在于學(xué)生學(xué)習(xí)的各個階段，成為教師和學(xué)生一種自覺的教與學(xué)的方式。2 研究性學(xué)習(xí)要突出內(nèi)容生成性的特點從內(nèi)容看，每一門學(xué)科課程都有一個特別的賴以存在的科學(xué)領(lǐng)域，而且這個領(lǐng)域的知識都是具有結(jié)構(gòu)性可以用文字、符號、圖表表示出來的外顯知識。接受性的學(xué)習(xí)就是要通過教師的傳授，使學(xué)生理解并掌握這些外顯的知識。而研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容除了知識和方法之外，更重要的則是在課題研究或項目實踐中所能獲得的各種無法用文字、符號、圖表表示出的內(nèi)隱知識，即體驗和經(jīng)

6、驗，這是在研究過程中不斷地揭示、形成的，是學(xué)生與周圍環(huán)境、與教師和合作伙伴的相互作用中建構(gòu)起來的，伴隨著問題研究、課題研究或項目的實施不斷生成的，是完全個性化的不能預(yù)先設(shè)定好的。一個課題小組的同學(xué)在進行“彈簧振子的振動周期與振子質(zhì)量的關(guān)系”這一課題的探究時，對周期的測量產(chǎn)生了興趣，在一次測量中，應(yīng)該測量多少個全振動的時間來確定周期呢？有的學(xué)生根據(jù)在單擺實驗中得到的經(jīng)驗，選擇了測量3050個全振動的時間，也有的學(xué)生為了提高精度，將測量的次數(shù)定為 200 次。這個小組的學(xué)生們產(chǎn)生了疑問，測量全振動的次數(shù)的依據(jù)是什么？為了搞清這個問題，他們調(diào)整了自己的研究方向，去探討測量中的誤差問題。通過對誤差理論

7、的學(xué)習(xí)，以及對學(xué)生在實驗中開和停表的過程中產(chǎn)生的平均誤差的實際測量，搞明白了測量的全振動次數(shù)取決于研究要求的相對誤差和振子的振動周期，在相對誤差一定的情況下，振動的周期越長，需要測量的全振動次數(shù)也就越少。每組實驗都將次數(shù)定為30 次的實驗，在振子的振動周期小時，不能保證相對誤差的要求；每組實驗都將次數(shù)定為200 次的實驗，在振動周期長時也是沒有意義的。另一個課題組的學(xué)生發(fā)現(xiàn)平衡位置開始計時在實際的操作中難度比較大，為了計時盡可能精確，應(yīng)該改變手工計時的方法，為此他們將研究的重點轉(zhuǎn)向了光電門和傳感器如圖1所示是他們利用集成開關(guān)型霍爾傳感器設(shè)計的測量裝置圖。一根彈簧固定在支柱上，彈簧下端固定一個砝

8、碼，砝碼下再固定磁鋼，使其S 極向下，然后把集成開關(guān)型霍爾傳感器固定在磁鋼正下方一合適的位置，把傳感器的3 個引腳與電子計時儀 一對應(yīng)連接。他們在研究的過程中，逐步搞清了集成開關(guān)型霍爾傳感器的工作原理和特性，了解了傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用。并且發(fā)現(xiàn)，由于傳感器計時的精度比較高，計時的起點完全可以在振動的最大位移處，也不需要測量很多次全振動所用的時間。上述的事例充分說明了研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容生成性的特點。這就要求我們的教師在組織學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)時，要注意以下幾點：第一，要以學(xué)生的興趣為起點。第二，以問題、課題、項目為載體。第三， 以個性化需求為內(nèi)容生成和發(fā)展的方向。學(xué)生在對問題、課題或項

9、目的探究過程中，經(jīng)常會因為一些意想不到的新問題的出現(xiàn)使得學(xué)生要不斷地變更自己研究的方向，這就使得學(xué)生的研究并不總是循著既定的研究計劃進行的。教師在指導(dǎo)的過程中，要珍視學(xué)生的這些獨特的個性化的體驗和認(rèn)識，鼓勵學(xué)生對新發(fā)現(xiàn)的問題開展研究，注意不要讓學(xué)生被教師自己設(shè)定好的框架所束縛。3 小組合作學(xué)習(xí)應(yīng)成為研究性學(xué)習(xí)的主要方式小組合作的方式最類似于科學(xué)家研究的方式?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都是人們合作探索的結(jié)果，社會的人文精神弘揚也把樂于合作、善于合作作為重要的基石，合作的意識與能力是現(xiàn)代人所應(yīng)具備的基本素質(zhì)。但是在以往的課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生合作精神的機會并不多，且較多停留在口頭引導(dǎo)鼓勵的層面。研究性學(xué)習(xí)提

10、供了一個有利于溝通與合作的良好空間，學(xué)生得以在這個過程中發(fā)展樂于合作的團隊精神，學(xué)會交流和分享研究的信息、創(chuàng)意及成果，并在欣賞自己的同時，也學(xué)會欣賞別人。小組成員在對課題探究的過程中，由于經(jīng)驗背景的差異，每個人對問題的理解常常各異，這種差異本身便構(gòu)成了一種寶貴的學(xué)習(xí)資源：它可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)按照一定規(guī)則開展討論（而不是爭吵）的藝術(shù)，學(xué)會準(zhǔn)確地與他人交流；在相互傾聽中，明白他人對問題的不同解釋，有利于擺脫自我中心的思維傾向；在合作、相互表達(dá)與傾聽中，各自的想法、思路被明晰化、外顯化，小組成員可以更好地對自己的理解和思維過程進行審視和監(jiān)控；探究者之間交流、爭議、意見綜合等有助于激起彼此的靈感，促進彼

11、此建構(gòu)出新的假設(shè)和更深層的理解；探究中的合作、分事與交流，每個學(xué)生都可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，協(xié)同研究，提高研究的效率。當(dāng)學(xué)生對合作學(xué)習(xí)的方式正在熟悉的時候，適宜于采用兩人或三人小組這樣簡單的組織形式，交給他們處理的任務(wù)應(yīng)當(dāng)是比較簡單或者熟悉的，這樣學(xué)生就能逐漸積累經(jīng)驗以組成規(guī)模更大、關(guān)系更復(fù)雜的合作小組。一旦小組人數(shù)超過六人，整個組織就會顯得十分雍腫，其成員要求具備很高的協(xié)作技巧，而這一點學(xué)生們沒有經(jīng)過一定的實踐活動是無法達(dá)到的。 所以在研究性學(xué)習(xí)開展的初期，最經(jīng)常采用的是兩個人，三個人或者四個人的合作組織形式。人數(shù)更多 （如班級集體）的研究性學(xué)習(xí)活動應(yīng)該是進行一些具有共性特點的教學(xué)活動，如為研究

12、提供背景材料、課題價值和研究方案論證、研究方法的介紹、研究過程的經(jīng)驗與體會交流、結(jié)題和課題成果的匯報與交流等。4 研究性學(xué)習(xí)應(yīng)進行整體設(shè)計學(xué)生經(jīng)過一段時間的探索，完成了一個課題的研究之后，下一步做什么？怎樣使得研究性學(xué)習(xí)在高中三年的時間內(nèi)能夠持續(xù)不斷地誘發(fā)學(xué)生探究的欲望，并使得學(xué)生在持續(xù)探究的過程中在各個方面都能不斷地獲得提升？如果學(xué)生每個學(xué)期都做一次課題研究，那么在高中的三年內(nèi)他們就可以完成6 個研究的課題。這些課題可能涉及多個領(lǐng)域，運用不同的研究方法。從表面上看，學(xué)生涉及的知識領(lǐng)域廣、嘗試的研究方法多，是符合研究性學(xué)習(xí)的要求的。但如果深入一步去考慮就會發(fā)現(xiàn)，這樣的研究對學(xué)生的要求太高。它要

13、求學(xué)生在各個不同的領(lǐng)域都要有較為厚實的知識基礎(chǔ)，要求學(xué)生能夠熟悉各種不同的研究方法，并能將這些研究方法融會貫通。這樣的要求就是對教師而言，也是很高的，更不用說學(xué)生了。因此，所帶來的后果就是當(dāng)學(xué)生進行了一兩次課題研究之后，就失去了再次進行探究的興趣，不愿意再在這個方面花費時間了。雖然研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容不是預(yù)先設(shè)定好的，具有生成性的特點， 但并不意味著就不能預(yù)設(shè)。對學(xué)生課題研究的整體設(shè)計、對研究性學(xué)習(xí)展開過程中可能遭遇的困難以及相應(yīng)的監(jiān)控、評價手段等都是教師應(yīng)該預(yù)先加以考慮的，只不過這類預(yù)設(shè)要富有彈性，隨著活動的向前發(fā)展而不斷地做出調(diào)整和修正。吸引學(xué)生能夠始終趣味盎然地投入課題研究的關(guān)鍵就在于研究課

14、題的設(shè)計。教師在設(shè)計課題時，要對課題的可持續(xù) 探究有一個清晰的思路，下面我們通過一個課題設(shè)計的事例來加以說明。課題名稱：傳感器的特性和應(yīng)用 本課題分以下幾個階段實施： 第一階段：觀察、調(diào)查和文獻(xiàn)研究 動物及人的傳感器（觸覺、視覺、聽覺、嗅覺、味覺等） 傳感器的發(fā)展史、分類和每一類傳感器的構(gòu)造、工作原理和 應(yīng)用等。學(xué)生通過探究，應(yīng)該了解傳感器是把測量量變換為有用信號 的一種裝置。了解現(xiàn)代技術(shù)中廣泛使用的傳感器大體可分為 物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器三種，其中物理傳感莢.甲.夕 器最多。第二階段：觀察、文獻(xiàn)和實驗研究 我生活周圍的（或我家中的）傳感器。選擇一個比較熟悉的家用電器，比如電飯煲、

15、電冰箱、洗衣 機、電腦等，或者是我們的交通工具小轎車、公共汽車等， 觀察、了解這些裝置中都采用了哪些種類型的傳感器，它們 是如何進行工作的。第三階段：實驗研究通過實驗，研究兩到三種傳感器的工作特性。利用所研究傳感器的工作特性設(shè)計實驗，測量物理量或者驗證物理規(guī)律。比如研究力傳感器（或壓力傳感器）和加速度傳感器的工作特性，設(shè)計與力和加速度有關(guān)的測量，如測定高樓電梯的實際運動，測量短暫作用的沖擊力，驗證牛頓第三定律等，建議和 T1 83 圖形計算器結(jié)合使用。再比如研究集成霍爾效應(yīng)傳感器的工作特性，設(shè)計具有開關(guān)特征的測量，如彈簧振子周期的測定、單擺周期的測定、勻變速運動的研究等。第四階段：作品制作裝配

16、熱敏溫度計。裝配簡單的光控電路。根據(jù)需要，制作各種專用的測量儀器，如特斯拉計、大電流測定儀等。作品制作的過程是一個綜合性很強的探索過程，對學(xué)生的知識和能力都有很大的挑戰(zhàn)。比如說裝配熱敏傳感器，就需要理解惠斯通電橋的工作原理，認(rèn)識不平衡電橋在測量中的應(yīng)用；學(xué)會對儀表的非線性刻度進行標(biāo)定；學(xué)會配置冰水混合物，認(rèn)識到實際上很難在較大的空間中得到一個熱平衡系統(tǒng)。第五階段：作品制作和拓展研究制作機器人。進行仿生學(xué)的研究。會綜合利用各種傳感器于機器人的制作過程中，制作出功能較為復(fù)雜的機器人。第六階段：科學(xué)前沿拓展展望傳感器的未來發(fā)展。了解智能傳感器的特點。學(xué)生應(yīng)該知道隨著科技的發(fā)展，一方面?zhèn)鞲衅髡龔姆至⒒?/p>

17、向集成化、多功能化推進，另一方面高性能計算機又使傳感器的檢測系統(tǒng)向智能化發(fā)展。5 充分發(fā)揮評價的激勵和導(dǎo)向功能評價主要有三個功能，即診斷功能、導(dǎo)向功能和激勵功能。無論是進行什么樣的評價，這三個方面的功能都是存在的。但以往的學(xué)科課程的評價明顯地以診斷功能為主，其他兩種功能相輔助；研究性學(xué)習(xí)的評價，主要關(guān)注的則是評價的導(dǎo)向功能和激勵功能。評價的內(nèi)容與方式必須充分關(guān)注學(xué)習(xí)態(tài)度，重視學(xué)習(xí)的過程與方法，重視交流與合作，重視動手實踐。研究性學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)習(xí)的過程，強調(diào)對知識技能的應(yīng)用，強調(diào)學(xué)生親身參與探索實踐活動并獲得感悟和體驗，強調(diào)學(xué)生的全員參與。因此，要采用形成性評價的方式，重視對過程的評價和在過程中的評

18、價，重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自我評價和自我改進，使評價成為學(xué)生學(xué)會實踐和反思、發(fā)現(xiàn)自我、欣賞別人的過程。在研究性學(xué)習(xí)的實踐過程中，沒有成功與失敗之分，即使學(xué)生的課題研究沒有取得最終的結(jié)果，學(xué)生也會在探究的過程中獲得感悟和體驗。要避免在評價中簡單地以分?jǐn)?shù)作為衡量學(xué)生學(xué)習(xí)成績好壞的做法，避免通過分?jǐn)?shù)把學(xué)生分成三六九等，要注意發(fā)現(xiàn)學(xué)生在整個研究過程中的獨特感悟和體驗，并采取真誠的、鼓勵的態(tài)度給學(xué)生以積極的評價，充分發(fā)揮研究性學(xué)習(xí)評價的激勵功能。教師和學(xué)校要通過專項的青少年競賽活動和研究性學(xué)習(xí)展示活動，為學(xué)生搭建舞臺，展示學(xué)生的潛能和創(chuàng)造力，使他們獲得公眾的認(rèn)可。鼓勵學(xué)生發(fā)揮自己的個性特長，施展自己的才能，努力形成激勵廣大學(xué)生積極進取、勇于創(chuàng)新的氛圍。教師在對學(xué)生進行學(xué)業(yè)評價的時候，應(yīng)該考慮將研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容作為評價的內(nèi)容之一?？梢圆捎脤⒀芯啃詫W(xué)習(xí)的內(nèi)容和接受性學(xué)習(xí)的內(nèi)容結(jié)合起來進行綜合評價的方式，也可以采用在考試中引入研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容的方式。例如2019 年的上海市高考理科綜合試題：目前在上海市中學(xué)開展的研究性學(xué)習(xí)，對中學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力的發(fā)展起了積極的作用。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生興趣盎然。下面列出了學(xué)生的三個研究課題名稱：課