让研究性学习走进高中物理课堂

阮启辉

近几年来,高考的改革进程对学生在研究性学习方面提出了合乎时代特征的更高要求。研究性学习的要求越来越多地体现在高考试题上,学生学习物理科学理想、理论联系实际思想的要求、以及运用所学知识解决实际问题的能力将会更多地体现在高考试题上。因此,探讨研究性学习与高中物理课堂教学的联系就成为一门全新的课题。笔者试从以下几个角度谈谈这方面的体会。

一、在高中物理教学中实施研究性学习的意义

长期以来,中学物理课堂教学,一直沿用前苏联凯洛夫的“五环节”教学模式,即组织教学——引入新课——讲授新课——复习巩固——布置作业等五个环节。这种教学模式与时代的发展和对人的要求不相适应。因此,教育部明确将研究性学习列为普通中学的必修课程。

在研究性学习中,教师是组织者、参与者和指导者。这项课程改革的目的在于进一步贯彻素质教育的思想,突出主动探究式的学习方法,旨在全面培养学生综合运用所学知识的能力,收集和处理信息的能力,分析和解决问题的能力,语言文字表达能力以及团结协作的能力。该项改革还有利于培养学生的独立思考的习惯,激发学生的创新意识。物理课程的一个重要任务是通过知识的学习受到科学世界观的教育,提高处理与科学相关问题的能力,并由此学会自己获得新知识的方法,掌握和应用具体的知识并不是物理课程的唯一任务,甚至不是主要任务。所以在物理教学中实施研究性学习对促进学生对学习物理的兴趣和需要,激发学生的创造性思维,进而形成一种探究未知世界的积极态度具有重要的作用。

我国传统的课程设置,特别是理科课程设置几乎是世界上最难的,我们的中学生几乎每年都在国际奥林匹克学科竞赛中获得金牌,但赛后安排的参赛选手与诺贝尔奖获得者研讨会上,却明显暴露出我国选手创新意识与科学素养的不足。著名美籍华人杨振宁在南大的一次报告中曾讲到中国青年有良好的理论基础,但需要加强创新意识。研究性学习课程的开设,无疑会给我们的教育带来盎然生机。

二、研究性学习在物理课堂中的引入尝试

在课堂中引入研究性学习,教师可设计、创设一个问题情境,提供相关的实验器材和背景材料,让学生自己拟订研究方案、实施步骤,在课堂时间内,通过学生自己的自主实验、观察、测量、分析、讨论等一系列活动,发现一些物理现象,探索相应的物理规律;或设计一个问题,即只给物理现象的结论,要求学生自行探索研究该结论成立的条件,或对所给的初始条件置于不同的新的背景前提中,让学生自行探索,相互讨论,从而得出最终大家共识的结论等等。最后,在教师的指导下,一个又一个的问题,一个又一个新的构思、新的方案、一个又一个的结论伴随着智慧的火花一起降临。

笔者结合物理新教材,尝试在物理教学中引入研究性学习,现列举实例如下:

教材:高中物理新教材第三章第三节《牛顿第二定律》

提出需研究的课题:在上节课的基础上,本节定量地研究加速度与外力F和物体质量的关系。要求设计解决方案,包括实验装置、实验器材、要观察测量记录哪些物理量、根据数据分析得出什么样的结论。

经过一番思考讨论,学生会得出一些实验装置,然后教师加以引导学生阅读课本,让学生认识到书本装置的好处。此时学生会提出书上要求用光滑木板,而我们实际用的木板,必然要受到摩擦力任用,此时小车受到的合外务实际应为F合=F绳-F摩,考虑到摩擦力测量并不容易,而本实验要如何解决这个摩擦力问题是十分关键。由此学生再次展开讨论,如何来平衡这个摩擦力?经分组讨论,学生很快提出:只需把木板一羰略抬高些,让木板与水平面形成一个倾角θ,小车的重力沿斜面向下的分力GX=Gsinθ来平衡这个摩擦力,使小车恰好做匀速直线运动。

解决了摩擦力平衡问题后,学生情绪高涨,为自己探索的成功而兴奋,紧接着,趋势打铁,让学生思考本课题核心,加速度与合外力和质量都有关,应如何研究这关系呢?由于学生们在初中《欧姆定律》这一节已学过类似方法。引导学生答出:采用“控制变量法”。先让两小车质量相同,(控制一个变量不变)而让两小车受到不同,测出相同的时间小车经过的位移,再由位称公式S= at2得a= ,从而研究加速度a与合外力F关系转化为位移S与合外力F的关系;再控制两小车受到的拉力这个变量相同,让两小车的质量不同,测出相同时间小车经过的位移,仿前步骤,研究加速度a与质量M的关系转化为位移S与质量M的关系,综合两次实验结果,同学们经分析会得出:aαF和aα 的结论。(具体实验中指明,所放砝码的质量要远小于小车的质量,一般让小车质量为砝码质量的10倍以上,这时可近似认为砝码重力大小就等于作用在小车上的水平拉力(即合外力大小),原因等以后讲牛顿运动定律应用习题课后,回顾此实验,原因就迎刃而解。

在实验基础上,教师归纳牛顿第二定律,得出F合=Ma。采用研究性学习这种模式后,整个学习过程充满乐趣,学生的情绪一直处于紧张而兴奋的最佳点,思维活跃,不仅能对课堂上的知识点进行归纳总结,还能对由此知识点或方法进行四周辐射。比如:课后有学生思考了公路转弯处,铁路转弯处内侧低外侧高的原因等问题,显然这些已超出目前已学知识,但学生对此乐而不疲。

三、充分运用物理习题的特点使学生在解答习题中学会研究

好的物理习题的解题过程本身就是一个研究性学习的过程,因为一道好的物理习题,它本身就源于生活和生产实际。

在高中物理习题中,对学生进行研究性学习教学很有潜力,关键是让学生从“模仿练习”中解脱出来,在对读题、审题、分析、思考、解答这一系列的尝试过程中进行研究性学习,这种“尝试”应该是学生进行研究性学习的关键。笔者一般不先给学生做示范性解题,而是鼓励学生直接运用所学物理知识,去创造性地尝试完成作业,学生作业做错不一定是问题,做对了也不表示没有问题,关键是要通过作业学会分析、思考、研究、尝试和总结的学习过程和学习方法。今天的错误可以成为明天成功的资本,今天的成功可以成为明天进步的阶梯,在作业讲评中笔者突出了对能反映学生在解题过程中分析、研究、探索尝试的研究性学习思想和方法的典型问题的分析和讨论,无论是成功的典型还是不成功的典型。在例题教学中,笔者也采用“读题——试解——分析——解答——讨论”的模式,其中的“试解”就是让学生尝试着先去解一解。

例如:对于下图中所描述的情景,

(上海高中考题),很多学生还是毫不犹豫地认为小球将继续沿着斜面运动,而

对于物体做直线运动或做曲线运动的条件的物理知识却不知如何就用了。显然,学生先入为主的实际经验起了干扰作用。事实上,如果能让学生对此问题开展研究和讨论,是不难解决问题的。在课堂教学讨论中,同学们提出:若将斜面变成竖直面,或增大小球的初速度,就不难看出小球真实的运动情况了。同时,我们让学生自己动手做一下模拟实验,并在此基础上让学生总结问题出现的原因。

四、发挥学科优势让物理实验真正成为学生进行研究性学习的主课题。

在高中物理课程里,有许多研究性的学生实验、研究课题实验和演示实验。《如探索弹力和弹簧伸长的关系》、等等,认真做好这些实验,既能使学生从实验研究中学会学习物理,又能使学生从学习中学会研究,是高中物理教学中真正的进行研究性学习的好教材。

高中物理课程在组织和实施研究性学习时,结合物理学科特点,充分发挥实验的优势,就是最有效、最务实的方法和态度,课堂教学应尽可能多地向学生展示更多的、真实的实验模型或物理过程,并让学生一道参与和研究、体验物理规律。

应该说,高中学生已具备一定的自学能力和独立思考、观察问题的能力,而物理教学的最终目的是要教给学生学习物理的思想方法和提高解决实际问题的能力,即要“授之以渔”尽可能让学生以物理题所描述的真实过程,真正理解题目中所展示的物理知识的应用。同时,通过这样的展示,让学生进一步懂得,一道物理题就是一个活生生的物理现象和事实,从而进一步感知实践的重要性,进一步激发学习物理知识的兴趣,使他们产生强烈的参与实践,亲自尝试用物理知识来解释实际问题的意识和欲望。因此,在物理教学实践中,可以针对许多物理题中所描述的情景做一些实验演示仪,通过成功演示过程,让学生在真实的物理情景中去体验和探究物理问题的答案,学会自觉地用实践的思想去探究问题,而不是将物理题当作数学问题来思考。

当然,我们无法将所有的物理题所描述的过程都展现给学生,但可以多创造一些能让学生共同参与研究、学习真实的物理过程的机会。为此,尽可能多地将士些物理题中所描述的情景展现给学生,为开展研究性学习做点有用的教学工作。我们可以开放实验室,由学生自主设计、操作,完成实验,让学生自己查阅资料,让演主动思考问题,探究发现问题,解决问题,将新学的物理知识与生产生活相联系。

现代教学论思想的核心是:“所谓知识是过程,而不是结果”,研究性学习的要求对我们的教学水平提出了更高的要求,作为物理教师,怎样才能在教学生知识的过程中,不断提高自身的教学能力和水平,确实有很多新的东西要学、要做。

(河南省光山县二高)