高中物理研究性学习浅谈

杨英

（上海市中原中学）

摘要：研究性学习与接受学习并不是对立的，而是相互补充，互相渗透的，在学科中开展研究性学习不仅必要而且可行。该文提出在高中物理教学中开展研究性学习可以从以下几个方面着手：1. 在物理教学中渗透"问题意识":研究性学习的起点；2.激发学生的物理抽象思维：研究性学习的核心；3.锻炼学生物理科技写作能力：研究性学习的结果。

一 在物理教学中渗透"问题意识":研究性学习的起点

长期以来，由于受应试教育的影响，学生的能力集中体现在“解题”能力上，培养学生分析问题、解决问题的能力，成了物理教学的主要目标；培养学生发现问题、提出问题的能力常常被忽视。这不符合素质教育的要求，也不利于学生养成良好的科学素养。

爱因斯坦说过：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要”。提出问题—分析问题—解决问题—提出更高层次的问题，才是物理教学知识不断向前发展的真实轨迹，而恰当地提出问题则是物理学科不断向前发展的动力。因此，在教学中要尽量创设问题情境，突出培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，使学生真正成为学习的主人。把培养探索型、研究型学生作为教学理念，开发学生的“问题意识”。那么，在物理教学过程中，如果渗透“问题意识”呢?

在课堂教学中，应以连贯问题为主线，让问题贯穿课堂的始终。

⑴以生动活泼的情境问题代替传统的复习提问引入课题，促使学生起疑、存疑、质疑，从一开始就带着问题去学。例如，在引入《超重和失重》的课题时，采用让学生观看一段宇航员在太空中飘浮不定、看似极重的杠铃在太空中变得“轻而易举”的录像，定会激发学生内在的强烈求知欲望，引导他们去刨根究底。这样的引入，远比从复习牛顿第二定律、牛顿第三定律入手来得好。

⑵在主体课堂教学过程中，应留有余地、意犹未尽。让学生直面疑惑，留些时间和空间，迫使学生自己去琢磨、内化，不要越疱代俎。过去，我们习惯于把问题讲深讲透，把学生可能犯的错误一一告诫，把课堂设计得"滴水不漏"，让学生全体听懂，无问题可想、可问，作为好课的标准。而事实上，科学的目的是发问，学习的过程应是问题不断深化的过程，不仅仅是知识的获得。在学习新课时，要鼓励学生对新的概念、公式中的符号和公式的物理意义，尽量用自己的语言描述出来。这样做，或许不能一步到位，但是，有了学生自己对问题的思考，即使一时误解了，经过老师点拨和同学自己的参悟再纠正过来，将长久难忘。对于公式的推导、定理的证明，最好在讲解了基本思路之后，让学生自己演算，这样才能对它们成立的条件、关键的步骤、推演的技巧等有深刻的理解。在19xx年的高考中，有这样一道论述题；试在下述简化情况下由牛顿定律推导出动量守恒定律的表达式，系统是两个质点，相互作用力是恒力，不受其它力，沿直线运动，要求说明推导过程中每一步的根据以及式中各符号和最后结果中各项的意义。有不少考生在此题上失分，究其原因，与其说是书写不规范，不如说是考生对知识的来龙去脉理解不透，平时片面追求问题的答案或结论，而对问题本身缺少更深的挖掘造成的。在课堂教学中，要启发得当，过多的提示看似到位，其实是"喂"，往往掩盖了问题的实质，抹杀了同学的创新精神。

⑶结课时，最好在稍作总结的基础上，以课后小实验、有一定思考性的练习题等创设问题情境，使学生在课后有所思，在思中有所得，把课内效益延伸到课外。例如，在学过《超重和失重》后，指导学生自己动手观察一个失重现象。用一个饮料瓶，在靠近瓶底的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水，移开手指，水就从洞中射出来，如果放开手，让瓶自由下落，水将不再从洞中射出。同学通过对此实验的观察与解释，定会对所学内容，有一个回味总结的过程，有关知识定会在头脑中留下难以磨灭的印象。

在课外物理教学中渗透"问题意识"，广泛开展研究性学习，无疑是最好的方法。研究性学习是学生在老师指导下，根据各自的爱好和知识水平，选择课题，独立自主地开展研究的一种学习模式。学生从选题开始，到搜集资料、确定研究方案、实施研究过程，直至最终形成阶段性成果(如小论文、研究报告或小制作等)，整个过程无不充分体现了学

生的主动参与、学生对问题的积极探索和对科学研究的切身体验。研究性学习的价值就体现在研究的过程中。或许学生得到的最终结论并不完善，甚至是错误的，但这正是在研究的过程中，极好地培养了学生的问题意识、质疑精神和探索精神。授之以渔，从来就是科学教育的终极目标。研究性学习，能帮助我们接近和达成这一目标。

二 激发学生的物理抽象思维：研究性学习的核心

物理抽象思维是以物理概念为思维材料，以物理概念、判断和推理的形式反映事物的本质，达到对事物的本质特征和内在联系的认知过程。在物理学习过程中，抽象思维具有十分重要的作用，它不仅是提出物理问题、建立物理概念、获得物理规律、系统物理知识及解决物理问题的重要思维方式，而且也是学好物理知识，培养各种能力的重要手段和必要条件。可以从如下几个方面培养中学生的物理抽象思维能力。

1培养抽象概括能力

抽象就是在思想上把一事物的本质属性或特征和非本质属性或特征区分开来，舍弃非本质属性或特征，并抽取出本质属性或特征。经过抽象过程，事物的本质属性和非本质属性的界限清楚了，这样，认识便上升到了理性阶段，概括是在思想上将许多具有某些共同特征的事物，或将某种事物已分出来的一般的、共同的属性、特征结合起来。概括的过程，就是把个别事物的本质属性，上升到同类事物的本质属性，这也是思维由个别到一般的过程。

物理抽象思维最显著的特点是抽象性与概括性的统一。物理抽象思维之所以能揭示物理事物的本质特征和内在规律性，主要来自抽象和概括的过程。抽象和概括在思维的发展和培养中起着十分重要的作用。首先，抽象和概括是人们形成和掌握物理概念的前提，学生对物理概念的掌握情况，是直接受他们的抽象和概括水平制约的。物理概念是物理事物的本质属性和共同特征在人们头脑中的反映，是物理事物的抽象，没有抽象和概括能力，是不可能深入理解物理概念的；第二，概括是思维的速度、灵活迁移程度、广度和深度、创造程度等智力品质或思维品质的基础，没有概括，就无法进行逻辑推理，就不可能有思维的深刻性和批判性；没有概括，就没有迁移，就不可能有思维的灵活性和创造性；没有概括，就没有“缩减”的形式，就不能有思维的敏捷性；第三，一切学习活动，都离不开概括。没有概括，学生就不可能掌握知识、运用知识；没有概括，就难以形成物理概念，就不可能掌握在物理概念基础上建立的物理规律；没有概括，学生就不可能形成物理学科的基本结构，也就不可能灵活地解决物理问题。由此可见，抽象和概括在物理抽象思维乃至整个物理思维过程中起着重要的作用，但是，目前中学生的物理抽象和概括能力很差，这样，严重限制了物理抽象思维能力的发展。

在物理学中，抽象与概括主要表现在物理模型的建立和物理概念的形成，我们要重视物理模型和物理概念的教学，使学生掌握抽象物理模型和物理概念的方法，从而提高他们的抽象概括的能力。

例1．已知质量M为0.99Kg的物体放在光滑圆弧轨道的最低点，质量m为0.01Kg的子弹以100m/s的速度水平击中物体M并留在其中，求物体从开始运动到返回最低点所用的时间(圆弧轨道半径为39.2m)。

分析：一般来讲，学生能根据系统碰撞前后动量守恒求出物体获得的速度V。物体获得速度V后沿圆弧轨道的运动是变速曲线运动，题目没有给出弧长或者它所对圆心的张角，在中学阶段按照常规的方法无法求解。但仔细分析物体的受力情况，不难发现它所受的重力和轨道的支持力作用完全类似于单摆的受力情况。这就启发我们：能否抽象为单摆模型呢？通过计算知道，物体在圆弧轨道最高点与最低点的半径夹角?＜5°。这样，我们可以把物体在圆弧轨道上的运动归结为单摆模型，巧妙地用单摆周期公式求出从开始运动到返回最低点所用的时间。

2建立教学内容的逻辑结构

物理学是以基本概念为基石，以基本原理为骨架，以基本方法为纽带所构成的逻辑体系。物理学的知识结构应包括实验基础、理论体系（物理概念、物理定律、物理定理、物理理论及其相互关系）、数学表达、物理学方法、延伸与应用等内容。这些内容之间存在着紧密的逻辑关系。因此，我们在教学过程中，应抓住这种关系，精心设计教学内容，使之具有合理的逻辑结构。

系统化物理知识，使之形成知识结构。这不仅可以使学生搞清各部分知识之间的逻辑关系，明确各知识点在知识结构中所处的地位、各个概念及规律之间的联系与区别，而且还可以培养学生的归纳和概括能力。例如：力概念的形成和深化，经历了如下阶段：⑴定性分析（受力分析），从本质上突出力的物质性、相互性和矢量性，通过分析系统内部之间的相互作用得出牛顿第三定律，将概念的内涵加以深化；⑵定量计算（力的作用效果），从力是改变物体运动状态的原因（产生加速度），得出力牛顿第二定律；⑶力在空间位置上的累积效应——做功，从而实现物体之间不同形式能的相互转化，深化力的空间积累效果；⑷从力在时间上的累积效应——动量的变化，深化力的时间效应。在不同的阶段，通过不同的物理规律来深化力的概念，通过解决具体物理问题，加深了对力的理解，形成良好的思

维品质。

3使学生掌握抽象思维的基本方法

物理学中抽象思维的方法主要有分析与综合的方法、抽象与概括的方法、归纳与演绎的方法、比较与分类的方法、科学推理的方法等。要在知识教学、问题解决、科技活动中，让学生通过亲自探究，掌握这些方法。物理学的研究对象和研究过程，大都是经过分析、综合之后，把本质、基本的内容抽象出来而所建立的理想模型和理想过程。在教学过程中，要说明引人理想模型和理想过程的必要性、可能性和合理性，同时，使学生掌握如何将实际问题转化为物理问题，如何简化物理对象和过程，从而培养学生研究和处理问题的理想化的思维方法。

物理概念是抽象思维的成果，在概念教学中，不仅要使学生搞清物理概念所反映的物理现象、物理过程的本质，搞清其定义式，而且要使学生明确建立物理概念的事实依据，引导学生在感性材料的基础上运用分析、综合、比较、抽象、概括等方法得出物理概念，同时了解物理概念的外延及与有关概念的区别和联系，搞清物理概念的来龙去脉。 物理规律是在观察和实验的基础上，经过物理思维和数学推理得出的。在物理规律教学中，要使学生在把握新旧知识的相互联系和建立物理规律的事实依据的基础上，搞清建立物理规律的思维方法和思维过程。例如，在欧姆定律教学中开展研究性学习，⑴是掌握电流强度、电压和电阻三个重要的物理概念；⑵是引导学生根据控制变量法，分别研究电流与电压、电流与电阻的关系，从实验数据得出欧姆定律，并在应用中加以巩固和深化；⑶以欧姆定律为中心，研究直流电路，总结出串并联电路的规律；⑷在电功和电功率的计算中，灵活运用欧姆定律解决各种问题。 4加强物理教学中的因果分析

因果关系是客观世界的一种普遍的、本质的关系。在物理教学中，深入揭示物理事物、物理概念、物理规律及物理问题中的因果关系，既有助于学生牢固掌握物理概念和物理规律，灵活地运用它们解决实际问题，也有利于学生抽象思维能力的培养。

⑴分清因果关系

比值定义法是物理学中定义物理量常用的一种方法，如密度、速度、比热、电阻、电场强度、磁感应强度等都应用了这一方法。但学生在理解这些物理量时，常常分不清哪些量之间有因果关系，哪些量之间没有因果关系。例如，在E＝F/q中，因果关系有如下几个方面：对于同一电场分布，q是因，F是果；对于同一电荷q放在不同的电场中，E是因，F是果。又如，在楞次定律中，有两对因果关系：原磁场磁通量的变化使回路中产生感应电流；回路中的感应电流产生磁场。产生感应电流是原磁场磁通量变化的果，又是产生感应电流磁场的因，原因转化为结果，结果又反作用于原因。楞次定律正反映了这种因果关系。

⑵建立因果联系

解决物理问题的关键是建立已知量和未知量之间的联系，这种联系的建立，有两条逻辑思路。一是从未知量到已知量，具体他说，就是在认真审题和分析题意的基础上首先找出直接回答题目里问话的物理规律及其公式。这个能直接表达待求量的公式，称为原始公式；然后，再找出表达原始公式中未知量的物理规律，直到待求量全部用已知量表示为止；二是从已知量开始，逐步过渡到未知量。具体地说，就是把问题分解成简单的部分来考虑，把各已知量之间的函数关系全部找出，然后再综合起来考虑。总之，在解决物理问题的过程中，寻因导果、执果寻因、一题多用、一题多解、一题多变，多层次、多角度、多方法、多方位，用不同的思维方式进行因果分析，有助于培养学生的抽象思维能力，使学生对物理问题的分析更深刻、更全面。

5搞清物理学中的辩证关系

物理学中存在许多对立的东西，如动与静、内与外、常与变、曲与直、有限与无限、精确与近似、一般与特殊、量变与质变等。这些对立的事物双方，既相互排斥、相互斗争，又相互依存、相互贯穿，在教学过程中，要尽可能给学生分析它们的辩证关系，从而培养学生的辩证思维能力，使学生的思维更加深刻。

例2．运动是绝对的，静止是相对的。机械运动是描述一个物体的位置相对于另一个物体位置的变化。为了描述物体的运动，必须引入参照系，我们说物体是静止的还是运动的，总是相对于一定的参照系而言的。对于某一参照系而言，静止和运动是相对的，但当参照系发生变化时，运动和静止就可以相互转化。这样，运动和静止就构成了既相互对立，又相互依存，在一定条件下可以相互转化的矛盾双方。

三 锻炼学生物理科技写作能力：研究性学习的结果

目前物理教学有偏深、偏难的倾向,知识面相对较窄,物理教学内容中经典内容较多;尤其是教学中传统的课堂教学模式占主要地位,通常使学生的学习比较呆板和被动。学生学习了许多物理知识,但有不少人面对简单的实际问题却束手无

策。学生在学习物理过程中做了大量物理习题,其中相当多的人却不知道如何发现问题、研究和解决问题。随着信息时代的到来,科学技术的发展速度越来越快。我们需要学生具有主动的学习精神和自学能力,具有创新意识和能力。 物理教学的本质是科学的学习,而科学探究是科学学习的核心。中学物理教学的最终目标应是在学习物理知识的过程中,初步培养学生建立科学探究的意识和能力。在教学中开展物理科技写作是引导学生进行研究性学习一个很好的方法和途径。

1. 物理科技写作

在物理教学过程中,教师创设一定的问题背景,或学生发现了某些问题背景,让学生从其中发现问题,提出要研究和解决的问题,确定写作题目,为获取研究问题所需信息或素材,学生设计必需的观察、实验、调查、考察等工作方案,并进行有关信息或素材的采集、整理、然后运用分析推理、归纳总结,对所获取的信息或素材进行加工,得到研究结论,并最后整理成文.我们将这一发现问题、确定题目、设计研究方案、采集整理信息或素材、归纳总结出研究结论并整理成文的全过程,叫做物理科技写作。

根据物理科技写作所研究问题的内容和深度,可以将物理科技写作分为三种类型。

⑴知识探究型(又称为再认识型)

在物理教学过程中,在教师指导下或通过学生自学,对所学的知识进一步理解认识,获得学习体验,并形成学习报告,这种物理科技写作属于知识探究型。这种探究式学习研究,尽管只是研究性学习的初步,但对于培养学生深人研究的意识,提高认识和解决问题的能力,在更大范围和程度上激发学生研究性学习的需求是重要的起点。它能有效地解决所学的知识“是什么”这种知识探究型问题。

教学过程中学生写的学习物理知识的体会,参观科技展览总结,涉及物理问题的简单的观察报告或调查报告、简单的解题报告、简单的实验报告等对所学知识简单应用的文章,都可以归人知识探究型的物理科技写作。知识探究型是物理科技写作中最基本、最简单的。开始物理科技写作时,应从知识探究型做起。

⑵知识灵活运用型(又称为准学术型)

在物理教学过程中,在教师指导下或通过自学,学生拓宽学习范围,对所学习的知识有较深入的理解和认识,对与之相关的知识能够做比较深入的分析和综合,经过研究和探讨对某些问题有一定的见解或观点,在此基础上写出的带有研究性质的学习报告,属于知识灵活运用型的物理科技写作。

学生在知识灵活运用型物理科技写作所提出的观点,一般讲在学术方面并无太大价值,很多观点在物理学中早有定论.但对学生来说却是他们经过独立探究获得的全新的“再发现”的认识。这种“再发现”的认识,既包括学生对所研究问题新的观点认识,也包括对所研究问题新的方法认识。它能有效的解决所学的知识“为什么”的这种学术探究型问题。

学生在研究性学习中激发的探索兴趣和范围可能十分广泛,在物理学习过程中,他们研究的触角也可能伸得很远，表现在物理科技写作方面，学生写作的内容可能很广泛。

⑶知识发现型(又称为学术型)

在教学过程中,学生从教师创设的物理背景中发现问题,或学生在深入研究物理问题过程中发现某些问题,以所学的知识为基础,通过进一步学习,并进行深入观察、实验、调查、考察等工作,运用分析推理、归纳总结,对所研究的问题有其独到的认识,并得到研究结论,这种物理科技写作属于知识发现型。

与知识灵活运用型的物理科技写作不同,学生在知识发现型物理科技写作所提出的观点,一般说具有比较独到的见解或创意。尽管其中多数观点在学术上不一定具有太大价值,但许多观点或方法是学生首创的,是他们经过独立探究获得的全新的“创造性”认识。这种“创造性”认识,既包括学生对所研究的问题新的观点独到认识,也包括对所研究的问题新的方法独到认识。它能有效的解决所学的知识“如何发展”的这种学术型问题。