7浅谈在高中物理实验教学中开展研究性学习 仇海滨

浅谈在高中物理实验教学中开展研究性学习物理学是一门以实验为基础的学科，物理教学离不开实验。

新课程突出强调创新精神和实践能力的培养，而学生创新精神和实践能力的培养需要通过学生具体的活动来实现。

因此，研究性学习成为新课程改革所倡导的理念。

它不仅是一种学习方式，而且也是学科课程的重要内容。

教材作为课程的重要组成部分，不仅是课程目标得以体现并最终实现的一种重要方式和途径，而且是教师教和学生学的资源与工具。

因此，教材的开发和设计十分重视引导学生开展研究性学习。

高中物理实验按常规可分为两大类：演示实验和学生实验。

近几年在高考中又增加了设计性实验，以培养学生的创新思维能力。

从“常规实验”到“设计性实验”是一次飞跃，随着课程改革的深入，现已进入“研究性学习”阶段，认真研读教材，“研究性学习”是指学生在开放的现实生活情境中，通过亲身体验进行的解决问题的自觉学习，是在教师指导下，从学习生活和社会生活中选定和确定研究专题，以个人或小组合作的方式进行研究，获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。

它同社会实践等教育活动一样，从特定的角度和途径让学生联系社会生活实例，通过亲身体验进行学习。

“研究性学习”强调要结合学习生活和社会生活实践选择课题，学生从本地生活学习实践出发，总能找到他们感兴趣的有探究价值的问题。

一、“研究性实验”需转换学生的角色《课程标准》将学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。

列入课程目标，内容目标和实施建议之中，它标志着探究不仅是物理学习的一种方法，同时还是物理课程的目标和重要内容。

因此，我们要把“研究性学习”作为当前课改的一个热点和突破口。

开展“研究性实验”不在于形式、内容新颖与时髦，其精髓在于让学生直接参与研究，这就首先必须转换学生的角色。

长期以来，在展现物理现象的演示实验中，或在学生实验前，教师从头至尾向学生讲解实验目的、要求、步骤，学生则按部就班地操作，完全充当被动角色，这样的实验显然不符合《课程标准》的教学要求。

我认为，如果注重转换学生的角色，使学生直接扮演研究者，就可使“研究性学习”始终贯穿于实验教学中，不再是少数教师的偶而为之。

我们也常会看到教师把“研究…”的实验上成“验证…”的学生实验课，学生不再是研究者的角色，这样的教学模式，着眼点是让学生能通过实验技能考试，这反映了一种应试教育的思想，与当前大力提倡“研究性实验”是背道而驰的。

在实验教学中开展“研究性实验”，需要学生逐步学会独立设计实验过程、学会合理地获取实验数据，并进行数据分析和处理，得出结论并写出完整的实验报告……这需要内驱力，这是一种主动的学习，只有转变了角色，学生即以研究者的心理状态投入到研究中去，这样才会发挥出自身的才华，把被动的接受知识，转换为用类似科学研究的方式来进行知识的学习，上述的教学要求才能达到实效。

二、“研究性实验”的实施1．研究性学习要选好课题选好课题是活动成功开展的关键。

学生开始接触研究性学习时，可以由老师按学生的知识水平选择合适的课题。

随着活动的不断开展，学生的研究性学习达到一定层次时，应鼓励他们自主选择课题，因为选题的过程就是一个研究问题、思考问题的过程，物理研究性学习的选题可以从以下三个方面来考虑：（1）学科知识型选题。

收集教学中可以深化、拓展、探讨的知识点，可改进的演示实验、学生实验等。

这种选题方式要求教师和学生在平时教学和学习过程中要善于创新，善于思考，善于发现问题，同时要善于作好读书笔记。

例如，学习弹力一节内容时，不妨提出这样的课题，对于坚硬物体的形变，如何才能比较清晰、明显地显示出来?可以鼓励学生利用多种器材、各种方法进行设计和探索；学习欧姆定律时，可以鼓励学生独立地去探究各种灯泡灯丝的伏安特性；学习串、并联电路及闭合电路的特点时，可以引导学生去进行电表的改装，自制欧姆表等；学习了自感现象之后，可以去进一步探究影响自感系数大小的相关因素；学习光的折射、全反射之后，可以去测定各种液体的折射率等。

实际上，只要对相关的教学内容进行挖掘，就能提出一些较有价值的探究课题。

（2）热点型课题。

“温室效应”是社会关注的热点问题之一．对于该问题的研究有两种学术观点：一种观点认为气温上升的原因主要是人类活动造成的；另一种观点则认为源于地球本身的周期性变化的结果。

对该问题的探究，可以引导学生查阅各种相关资料，并进行一定的调查，引导学生讨论大气中的二氧化碳的主要来源，各种波长的电磁波对二氧化碳的穿透性，太阳辐射使大气升温的物理模型以及气温长周期性变化对环境的影响等问题，最后根据已有的材料和自己的分析写出一篇小论文。

这样不但增长了知识，扩大了眼界，而且对于探索、研究物理问题的意识和能力都有一定的促进作用。

（3）社会生活型选题。

从某些具体的科学技术对社会的影响或者从日常生活中选取与物理有关的课题进行探究，也是物理研究性学习的可选素材。

比如，刹车防抱死系统是近年来的一项新技术，它在汽车刹车时自动控制摩擦片与轮盘的压力，使车轮不与地面产生滑动摩擦，这样司机仍然能够控制车的运行方向。

在这种情况下，大部分机械能消耗在摩擦片和轮盘的摩擦上。

这项技术虽然较新，但它的物理模型并不复杂，利用高中物理知识可以做较为深入的探究。

2．研究性学习要体现开放性研究性学习强调以学生的自主性学习为基础，学生按自己的兴趣选择和确定研究的内容多来自学生的学习、生活和身边的现象，研究内容的实施主要的依赖教材和校园内外的资源。

教师在整个研究过程中只能扮演参与者、指导者的角色，而不能干预太多，要充分体现学生的主体性、自主性。

学生研究性学习的途径、方法要多样化，研究性的内容和形式要突破原有的学科教学的封闭状态，在开放、主动、多元、合作的学习环境中进行研究性学习，这有利于培养学生主动思考问题，探究、发现问题，解决问题和交往合作的能力。

在物理研究性学习过程中可向学生开放实验室，让他们自主设计、操作、完成实验；开放图书阅览室，让学生自己查阅资料，培养学生走向社会选取探究素材的能力。

学生初次接触“研究性实验”，往往不会选择研究对象和研究范围，可先以《课程标准》列出的内容作为研究的起点。

下面以人教版高中物理选修3-2第四章《电磁感应》为课题开展研究性实验。

《课程标准》把电磁感应这一章的知识，分成三个层面，并要求以研究性学生实验为主配合演示实验来完成这三个层面的教学内容。

为此，我把它分成三个研究性课题展开研究性学习：1、感应电流的产生条件——法拉第电磁感应现象；2、感应电流方向的确定——楞次定律；3、感应电动势大小的确定——法拉第电磁感应定律。

如进行“感应电流的产生条件”课题时，为使学生尽快进入研究者的角色，从教学实际出发，还可以把本课题分成三个小专题：（1）“如何形象地表示磁场的磁感线分布”——课前要求学生运用各自的方法来形象地表示。

以后在课堂中交流时，发现有的学生照搬书本的常规图示法，而有的学生则运用多媒体技术，动态地模拟了——在三维空间中条型、U型以及直线电流的磁感线分布，由此激发了更多学生运用现代信息技术的愿望。

（2）“怎样改变穿过线框、线圈的磁通量”——课内直接进行。

我们只给出一组器材：条型磁铁、U型磁铁、面积不同的线框、副线圈、滑动变阻器、开关、电源等，要求学生自己设计方案进行实验开展研究。

学生兴趣浓厚，课堂气氛活跃。

可磁通量的变化能否观察到呢？教师告诉学生：物理现象的客观存在总可以直接或间接地表现出来，教师不失时机地给出电流计，要求同学组成电路来观察——由此让学生深刻领悟到：磁通量变化与否与电路中有无感应电流直接相关，从而得出感应电流的产生条件——穿过闭合电路的磁通量发生变化。

（3）趁热打铁提出问题：“哪些方法可产生感应电流？”——一下子打开了学生思路的大门，有的提出用“相对运动”、有的提出用“改变磁场的方向和强弱”、有的提出用“改变线框形状、面积大小、线圈匝数”……当学生一旦发挥出主观能动作用时，研究性学习的展开也变得自然了。

研究性学习要立足于全体学生的基础，选取切实可行的课题，这样能大大地减少学生在实验中开展研究性学习的盲目性，提高课时效率，充分发挥物理实验教学的探索功能和创新功能。

三、“研究性实验”中教师的指导作用所谓物理规律，即是从大量物理现象中抽象并归纳出的能反映事物本质的共性。

在物理实验教学中对某一物理规律开展“研究性实验”时，学生必须先设计实验去观察与所研究的问题有关的各种物理现象，再运用抽象思维和科学归纳的方法获得能反映事物本质的共性。

这样的学习对于学生而言，难度很大，需要教师精心指导。

指导与点拨要恰到好处，既不放任自流也不越俎代庖。

在楞次定律的研究性实验中，可以构建“研究感应电流方向的规律”这一课题，同时给学生设计了三个坡度：（1）各种电磁感应现象中电流指针偏转方向有何特点？（2）怎样从电流计指针偏转方向去判断感应电流的方向、感应电流的磁场方向？（3）既然感应电流的产生条件与磁通量的变化相对应，那么感应电流方向又会与磁通量的变化存在什么样的关系？为了向学生提供研究问题的切入口与操作中须解决的技术问题，充分发挥集体的智慧，教师把实验器材分成三组分别进行实验研究：(1)条型磁铁与副线圈；(2)条型磁铁与矩形线框；(3)原、副线圈。

有了具体可操作的目标，学生很快进入角色，可以设计实验。

学生在实验中通过多种方式获得感应电流时，如何把各种现象中的共性归纳出来，并上升到理论呢？教师可不失时机地提示，让学生学会用表格记录的方法以便于归类对照，并及时对学生的研究成果加以评价。

四、充分开拓研究性实验的教学功能高中物理实验是物理学科教学的重要组成部分，开展研究性实验教学，实际上是在实验教学的范围内进行研究性学习的一种尝试，它本身有助于推进研究性学习。

在研究性实验教学的实施过程中，我们感到有必要充分开拓研究性实验的教学功能。

《课程标准》除了规定的研究性学习实验外，还有一系列测量加速度a、重力加速度g、电动势E和内阻r等测量性学生实验，这些实验看上去仅是要求学生测量某一个物理量，但如何测量却可涉及到研究性学习的开展，能否意识到这一点，完全取决于教师的教学指导思想。

物理学中任一项科学研究都必须进行测量，科学家在测量物理量时，不断改进测量的手段、测量仪器的研制和更新、测量方法的科学化等事例屡见不鲜，如卡文迪许的扭秤、测量声速的孔脱管等，无不凝聚了科学巨人的聪明才华，有力地推动了物理科学的发展。

为此，我们对高中年级的学生拟出一系列研究性课题如下：（1）研究电源的输出功率；（2）设计一种测量重力加速度g的新方法；（3）设计一种测量电动势E的新方法；（4）设计一种温度计；（5）测量电阻R的各种方法；（6）设计一种测量摩擦因素μ的简易方法……等，共十多个课题。

以“设计一种测量重力加速度g的新方法”为例，学生充分发挥他们的聪明才智，有的通过归纳学过的知识，提出了“单摆振动法”、“打点计时器法”；有的借助于物理理论的迁移与变换，提出用滴水法、圆锥摆法、平抛运动法、弹簧秤与天平法等。